用于确定气体浓度的测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定气体混合物中的气体浓度的测量系统。特别 地，本发明涉及一种用于测量气体样本中的顺磁性气体的浓度的设备，即 例如呼吸气体中的氧气和其他气体的浓度，即例如待人工呼吸和/或麻醉的 患者的麻醉气体。

根据本发明，测量系统能够检测气体样本的气体混合物中的氧气浓度 和至少一种其他气体的浓度。能够将如下气体认作为其他气体，所述气体 在临床中使用，特别是在麻醉、重症监护医学、急诊医学领域中用于为患 者供应呼吸气体的气体。属于此的例如是：笑气、麻醉气体、如氟烷、地 氟醚、安氟醚、七氟醚、异氟醚、氙气，此外还列举了二氧化碳、痕量气 体还有氩气。

背景技术

为了确定气体中的氧气浓度，通常使用顺磁性方法，所述顺磁性方法 基于以下事实：即氧气分子由于其永磁偶极矩而具有顺磁特性，相反大多 数其他气体则具有抗磁性。众所周知：在顺磁性气体中热导率在磁场的影 响下发生变化。这种行为的原因显然是以下事实：顺磁性气体具有永久磁 矩，然而，所述永久磁矩通常、更确切地说由于气体分子的热分子运动而 不向外出现。但是，足够强的外部磁场确保：各个分子的磁偶极矩定向。 一方面，这引起磁化率的变化，这引起磁通量的增加，另一方面在气体中 出现一定的分子排列，由此限制自由度，从而限制经由膨胀将热能转移给 相邻原子的可能性。由此，小程度地改变了气体的热导率。例如从以下文 献已知用于确定尤其呼吸气体中的氧气浓度的永磁测量装置：US6952947 BB，US2011094293 AA，US8596109 BB，US9360441 BB，US6895802 BB，US6405578 BB，US6430987 BA，US4808921 A，US4683426 A，US3646803 A，US3584499 A，US2944418 A。

在US6430987B1中描述了用于使用与顺磁性相关的热传导变化来测 量氧气的基本原理。

在医疗技术中，有时将复杂的新鲜气体混合物用于在麻醉状态下对患 者进行人工呼吸，所述新鲜气体混合物在大多数情况下包含由氧气和氮气 构成的二元基本混合物并且必要时还包括笑气和常见的吸入麻醉剂(例如 地氟醚、七氟醚、异氟醚、安氟醚、氟烷)之一。为了监测患者，通常还 需要：在患者呼气阶段中确定气体浓度。在呼气阶段中，气体混合物除了 上述气体外附加地包含二氧化碳、水蒸气和可能的其他代谢产物，即例如 乙醇、甲烷和丙酮。关于相关的气体浓度，兴趣主要限于氧气、二氧化碳、 笑气和麻醉剂，以及可能其时间动态。而在吸气阶段中，气体混合物通常 不包含显著份额的二氧化碳。通常，为了确定麻醉气体浓度、二氧化碳、 笑气和氧气的浓度，使用多个、独立的且针对相应目标气体优化的其他的 测量装置，所述测量装置具有光学或电化学传感器，其中，以并行方法或时间上依次地以串联方式将呼吸气体的气体样本输送给所述传感器。随 后，这种测量装置的测量必须在时间动态和在输送气体样本时的条件或差 异方面相互比较或同步，以便在实际存在于患者处的气体体积中的浓度情 况方面或在例如借助于测量装置中的顺磁性求出的氧气份额和在的二氧 化碳、笑气和麻醉气体的以红外光学方式在另一测量装置中求出的份额的 浓度变化方面映射气体组合物。

基于现有技术，因此需要成本有效的测量系统，所述测量系统能够检 测氧气和其他气体的浓度，其他气体特别是呼吸气体的普通气体样本中的 气体混合物中的麻醉气体。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是提供一种测量系统以及一种方法，以确 定在呼吸气体的普通气体样本中的气体混合物中的氧气浓度和其他气体 浓度，尤其是麻醉气体的浓度，从而在组合至少两个测量系统时克服上述 缺点。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。

该目的通过具有本发明的特征的测量系统以及具有本发明的特征的 方法来实现。

本发明的其他特征和细节由从属权利要求、说明书和附图中得出。在 此，结合根据本发明的测量系统描述的特征和细节显然也适用于根据本发 明的方法并且反之亦然，使得关于本发明的各个发明方面的公开内容总是 能够相互参考。

根据本发明的第一方面，示出如下实施方式，所述实施方式显示出以 下测量系统，所述测量系统至少具有以下部件：

测量设备，该测量设备具有测量室中的测量元件，

具有气体输送装置和气体前引装置，

具有电磁体和具有线圈，

计算和控制单元，

电路装置。

计算和控制单元构造用于检测测量设备的由测量元件提供的热电压 信号。

计算和控制单元构造用于将热电压信号分为交流电压信号分量U

交流电压信号分量U

计算和控制单元构造用于，将交流电压信号分量U

计算和控制单元构造用于，将直流电压信号分量U

计算和控制单元构造用于，将标准化的交流电压信号分量U

计算和控制单元构造用于，基于标准化直流电压信号分量U

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元能够构造用于，将标准化 的直流电压信号分量U

计算和控制单元构造用于，提供输出信号，所述输出信号指示气体样 本的气体混合物中的所确定的氧气浓度和所确定的其他气体的浓度。

测量元件构成为具有薄膜的平面的半导体或硅元件(MEMS，半导体 芯片)并且在薄膜上具有加热结构并且在测量部位处具有热传导测量单 元。

测量设备与用于加热测量元件的薄膜上的加热结构的电路装置一起 构成。测量元件布置在测量室中，使得一定量的气体样本的气体混合物能 够输送给测量元件。测量元件被加热到高于测量室中的一定量气体混合物 的温度的工作温度。测量设备构成有电磁体、线圈和电路装置，以产生作 用于测量元件上的磁场。在测量元件处在气体混合物中存在顺磁性气体的 情况下，在磁场影响下，热传导与顺磁性气体的份额成比例变化。例如，如果气体混合物中存在氧气，则温度升高，这引起可在加热的测量元件处 检测到的热电压信号提高。电路装置构造用于将具有交流电压信号分量和 直流电压信号分量的测量值提供给计算和控制单元。在借助计算和控制单 元和其他电子部件的运行的设计方案方面，特别是在检查、控制和调节测 量元件的温度检查时，例如借助恒定的加热电压、恒定的加热电流、恒定 的加热功率进行温度检查时，并且还在与其关联和连接的测量值检测类型 方面，通过实施方式、补充地通过附图和其描述显示出各种可行性。

气体输送装置构造用于，将一定量的气体样本的气体混合物输送至测 量元件。在此，所述气体输送装置能够设计用于，借助来自呼气测量地点、 吸气测量地点的输入线路、借助来自靠近患者的测量地点的输入线路或来 自麻醉剂或呼吸设备中的气体引导装置的提取点的输入线路来输送一定 量的气体样本的气体混合物。(在测量设备中进行分析之后)测量气体能 够借助于气体前引装置从测量设备继续输送给气体清除装置，或者例如也在适当位置处再次引导回到麻醉设备的麻醉气体回路中。

在测量设备的一个可选的设计方案中，计算和控制单元能够构造用于 加测量设备中的气体输送装置和/或热测量室。为了避免在测量元件处或上 形成冷凝物，有利的是：加热测量室、气体输送装置、测量设备和/或测量 系统。加热的温度水平选择和检控为，使得能够通过控制或调节将所述温 度水平保持在处于正常临床运行中的麻醉气体测量的内部温度之上。为此 列举以下典型的温度范围：能够假设大约10℃到50℃的典型范围作为测量系统的使用温度范围，在特定情况下，例如在热带或亚热带地区，测量 系统中的温度的值有时会超过55℃。测量设备的典型温度检查水平可从中 推导出，最高可达约60°，以实现稳定温度。一方面，对测量设备在高于 60℃的温度上进行持久温度检查随之产生能耗增加，另一方面高于60℃的 持久温度导致测量设备的部件、例如电子元件还有测量元件过早老化。一 方面，通过温度检查到近似恒定的温度水平可靠地防止在测量设备中形成 冷凝物，此外得到以下优点：通常不需要对于测量值、即交流电压信号分 量和直流电压信号分量的温度补偿的附加措施。

计算和控制单元能够构造用于包括或补偿具有影响气体样本中的体 混合物的物理特性的环境条件。

信号分量的标准化通过计算和控制单元以参考值来进行。在此，对于 将具有100％浓度氧气的干燥气体输送给具有气体样本的测量设备进而测 量元件还由100％氧气的气体浓度包围的状态，假定交流电压信号分量和 直流电压信号分量的测量值作为参考值。用于标准化的参考值能够优选地 在测量实验中求出，或者在借助测设设备对测量设备进行功能检控的范围 中求出，所述测试设备构造用于提供具有100％氧气浓度的干燥测试气体。 如此求出的数据用作将参考值数据存储在数据存储器中的基础，所述数据 存储器能够由计算和控制单元读取。随后，能够由计算和控制单元使用参 考值进行标准化。

本发明的实施方式示出：部分地以通过附图中的视图支持的方式，用 于借助测量设备确定气体样本的其他混合物中的气体浓度的方法还有测 量系统能够如何构成，以便基于交流电压信号分量提供气体样本的气体混 合物中的氧气浓度和基于直流电压信号分量提供气体样本的其他混合物 中的其他气体的浓度，其中，所述测量设备具有测量元件、具有线圈的电 磁体、计算和控制单元和电路装置和磁场装置，所述磁场装置优选以具有线圈的电磁体的形式设计。

在一个特别优选的实施方式中，计算和控制单元还能够构造用于，在 将测量值以交流电压信号分量和直流电压信号分量的测量值标准化期间 和/或随其之后尤其考虑用于测量元件中的差异所引起的热传导效应和散 热效应。作为这种差异的实例列举测量元件彼此在测量元件的薄膜厚度方 面的偏差。由于在半导体晶圆加工时的半导体制造工艺所决定，不是半导 体晶圆上的所有的微结构化的元件在热传导测量单元处、在测量部位处和 /或在加热结构中，薄膜都具有精确相同的厚度或结构。测量元件后测量廉 的薄膜的由制造工艺给出的不同厚度可能性对以下具有显著影响：对在借 助于测量元件还有热传输内借助固体热传导的热传输和经由机械的连接 和固定部位和电接触部的热传输之间的划分与借助于借助热传递、热辐射 和对流将热量散发给气体样本的其他混合物成比例地得出。为此，能够由 计算和控制单元例如在具有已知热传导的气体、例如纯笑气或纯氧气中，确定对于由薄膜、加热结构和热传导测量单元蛋形的校正值，例如所谓的 “CellVariation Factor细胞变化系数”(CVF)，所述校正值补偿薄膜厚度 的波动。在此，计算出薄膜的热传导，细胞变化系数(CVF)用于补偿热 传导的对于相应测量装置特定的所述，其中，所述效应共同包含在交流 和直流电压信号分量中。因此，为了运行具有测量设备的测量系统与确保 关于确定其他气体、特别是麻醉气体的浓度的高的精度，有利的是：计算 和控制单元也能够执行关于测量元件批次分散引起的差异方面的均衡。这 种均衡的执行优选在可再现的条件下进行，即借助已知气体组合物的干燥 测试气体，即例如100％氧气(O

这种关于由于测量元件批次分散所引起的不同测量元件之间的差异 在导热和散热特性方面进行这种均衡，例如能够借助以下草绘的步骤序列 的流程来执行：

1.输送上述测试气体之一，

2.以标准工作点中的布置来运行测量元件，

3.记录所属的交流测量值和直流测量值，

4.可选用其他气体重复步骤1-3，

5.将测量值与标准值或与比较值比较，

6.求出校正系数。

此外，除了以具有100％氧气的气体浓度的干燥气体混合物进行标准 化和在测量元件的热传导和散热特性方面进行均衡之外，能够附加地由计 算和控制单元关于环境条件、次要条件或边缘条件共同进行测量设备或测 量设备的补偿或还有调节。所述环境条件、次要条件或边界条件从测量信 号检测特性、即例如在放大器电路(运算放大器)或滤波器电路中使用的 电子构件的特性、模数转换器电路(A/D转换器)的特性或还有来自供电装置、例如来自整流器电路或电网设备的间接效应中得出。术语这种特性 的例如是：放大器或滤波器电路的电子组件的传递或放大特征曲线的频率 相关的或其他的非线性、噪声、偏移效应、温度相关的漂移效应，还有可 由于组件批次分散或用于产品寿命期间的组件老化所引起的效应。

实施方式还示出：会由计算和控制单元如何将以下信息、数据或测量 值用于确定气体样本的气体混合物中的氧气浓度还有确定其他气体的浓 度，其中，所述信息、数据或测量值指示气体样本的气体混合物中的压力 水平。为此，例如能够在测量系统中布置压力传感器或将压力传感器与测 量系统相关联，所述压力传感器构成和布置用于，测量地确定气体样本的 气体混合物中的压力水平。计算和控制单元构造用于对交流电压信号分量 进行压力补偿。压力补偿对于确定氧气浓度是必需的，因为压力比例的变 化可作为对气体样本的气体混合物中的密度的影响被注意到并且还因气 体样本中的气体混合物的压力水平影响气体样本中的气体混合物的氧分 钟的迁移率或其彼此间的空间接近度。氧分子彼此间的该空间接近度或空 间间距作用于氧分子在磁场中的迁移率和定向的方式和方法。通过气体混 合物中给定的压力影响氧分子在磁场中的定向因此也作用于热导率的顺 磁效应，所述顺磁效应与气体混合物中的氧气的份额成正比。因此，根据 本发明提出通过计算和控制单元进行交流电压信号分量的压力补偿。为 此，代表气体样本的气体混合物中的当前压力水平的信息或测量压力值由 计算和控制单元用于交流电压信号分量的压力补偿。例如，能够由压力传 感器提供这种压力测量值，所述压力传感器能够布置在气体输送装置中、 气体前引装置中或测量设备中的测量元件处，以便检测气体样本的气体混 合物中的(时间上和地点上电压力补偿的)压力水平。

实施方式还示出：如何由计算和控制单元将以下信息、数据或测量值 用于确定气体样本的气体混合物中的氧气浓度还有确定其他气体的浓度， 其中，所述信息、数据或测量值指示气体样本的气体混合物中的温度水平。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元构造用于对交流电压信号 分量进行温度补偿。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元构造用于对直流电压信号 分量进行温度补偿。

直流电压或交流电压信号分量的温度补偿可铜计算和控制单元进行， 使得将代表气体样本的气体混合物中的当前温度水平的温度测量值或信 息用于对信号分量进行温度补偿。这种温度测量值例如能够由温度传感器 提供，所述温度传感器能够布置在气体输送装置中、气体前引装置中或布 置在测量设备中的测量单元处，以便检测在气体样本的气体混合物中的 (对于温度补偿位置和时间上代表性的)温度信号。为此，例如将温度传 感器布置在测量系统中或与测量系统相关联，所述温度传感器构成和布置 用于，测量上确定气体样本的气体混合物中的温度。

实施方式还示出：如何由计算和控制单元将以下信息、数据或测量值 用于确定气体样本的气体混合物中的氧气浓度还有确定其他气体的浓度， 其中，所述信息、数据或测量值指示气体样本的气体混合物中的湿度。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元构造用于对交流电压信号 分量进行湿度补偿。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元构造用于对直流电压信号 分量进行湿度补偿。

直流电压或交流电压信号分量的湿度补偿可通过计算和控制单元进 行，使得代表气体样本的气体混合物中的当前湿度水平的湿度测量值或信 息用于对信号分量进行湿度补偿。这种湿度测量值例如能够由湿度传感器 提供，所述湿度传感器能够布置在气体输送装置中、气体前引装置中或布 置在测量设备中的测量单元处，以便检测在气体样本的气体混合物中的 (对于湿度补偿位置和时间上代表性的)湿度信号。为此，例如将湿度传 感器布置在测量系统中或与测量系统相关联，所述湿度传感器构成和布置 用于，测量上确定气体样本的气体混合物中的湿度。能够共同地将温度传 感器嵌入在湿度传感器处或湿度传感器中，以便确定气体样本的气体混合 物中的绝对湿度和相对湿度，进而确定气体样本的气体混合物中的水或水 蒸气的百分比体积份额以包括到氧气浓度和至少一种其他气体的浓度、特 别是麻醉气体浓度的确定中。为了说明，在此提出：在没有湿度补偿的情 况下确定氧气和其他气体浓度的情况如何。在所考虑的示例性的 20℃+/-10℃的温度范围和1013hPa+/-10hPa的压力范围中，对于气体样本 的气体混合物，在从干燥气体到饱和蒸汽的范围中得出湿度的影响，所述 影响例如能够在约1.5％至3.0％范围内的所计算的氧气计算浓度的偏差中 注意到，并且能够在例如约10％至15％的范围中的地氟醚的所计算的浓度 的偏差中注意到。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元能够构造用于对测量设备 进行温度稳定。这种温度稳定能够通过计算和控制单元来进行，使得使用 代表气体样本的气体混合物中的当前温度水平的温度测量值或信息。为 此，例如能够将温度传感器布置在测量系统中或与测量系统相关联，所述 温度传感器构成和布置用于，测量上确定气体样本的气体混合物中的温度 水平。这种温度传感器能够布置在气体输送装置中、气体前引装置中或布置在测量设备中的测量单元处。这种温度传感器可用于检查、控制或调节 测量元件和气体样本的温度稳定。一方面需要这种温度稳定以借助热电测 量元件无通过环境温度引起的波动或漂移效应地无偏地检测气体样本的 气体混合物的热传导，另一方面借助温度控制装置执行温度稳定，以防止 气体样本在测量元件处冷凝。因此，对于检测呼吸气体的气体样本的浓度 应当稳定到高于37℃的温度水平上，以可靠地防止形成冷凝物。由于在特 殊环境条件下，即在测量系统内部中的环境温度高于50℃的情况下，由于 自热和从测量系统向环境散热的受限的可能性，完全也会出现高于60℃的 温度，在实施方式中，设有对环境温度或设备温度的温度补偿。在一个优 选的实施方式中，温度补偿能够以如下方式进行，即对于标准化，将具有 (基于具有例如约50℃的参考温度的100％的干燥氧气的测量值的)参考 值的第一数据集用于在测量设备的45℃至60℃的温度水平内的使用，并 且将(基于具有例如65℃的参考温度的100％的干燥的氧的测量值的)参 考值的第二数据集用于在测量设备的例如60℃的典型温度水平之上的环 境温度范围中使用。在这种实施方式中，温度补偿能够通过计算和控制单 元使用温度传感器的测量值和具有参考值的第一和第二数据集的参考值 来进行，其中，对于第一数据集的参考温度和第二数据集的参考温度之间 的温度测量值，以及对于第二数据集的参考温度以上的温度，能够通过计 算和控制单元执行插值。

为了说明而提出：在高于测量设备温度控制的约65℃的参考温度之上 的环境温度范围中在没有温度补偿的情况下确定氧气浓度和其他气体浓 度的确定的情况如何。在高于70℃+/-10℃的温度范围和1013hPa+/-10hPa 的压力范围内，对于气体样本的气体混合物，温度仍产生影响，所述影响 例如能够在约0.7％至1.3％的范围内的所计算的氧气浓度的偏差中注意 到，并且能够在约10％至15％的范围内的例如地氟醚的所计算的浓度的偏差中注意到。为了估计湿度补偿的意义，能够估计：9℃的错误的温度 补偿对浓度确定的影响与错误补偿3％体积的绝对湿度的影响相似。

在一个优选的实施方式中，计算和控制单元能够构造用于将标准化直 流电压信号分量U

实施方式还示出：如何将湿度传感器布置在测量系统中、测量设备中 或测量元件处的合适位置处，以使借助这种湿度传感器可检测代表气体样 本中的气体混合物的湿度的测量值。

实施方式还示出：冲洗室能够如何布置在测量设备中。冲洗室在测量 元件处相对于测量元件或相对于气流的布置能够优选进行为，使得气体样 本的流动的气体混合物能够在对测量元件的薄膜表面环流/溢流之后流入 冲洗室中和穿过冲洗室。在此，有利的是：湿度传感器在测量设备中的位 置设计成，使得测量值也代表具有气体样本的气体混合物中的湿气的流的 情况，对所述气体样本由计算和控制单元求出和确定交流电压信号分量和 直流电压信号分量，以便时间上与气体样本的气体混合物中的氧气浓度和 /或其他气体浓度相关联地实现湿度的补偿。这具有以下优点：即气体样本 的气体混合物中的氧气浓度和/或其他气体浓度的时间曲线也能够关于呼 吸阶段正确地求出，因为时间延迟或偏移由于湿度传感器的不利定位而无 法共同包括到湿度补偿中。将湿度传感器定位在冲洗室中是有利的。

实施方式还示出：如何将至少一个温度传感器布置在测量系统中、测 量设备中或测量元件处的合适位置处，以可借助温度传感器检测电气体样 本中的气体混合物的温度的测量信号或代表性的测量值。

在此重要且有利的是：将至少一个温度传感器在测量设备中的位置设 计成，使得测量信号或测量值也代表具有气体样本的气体混合物的温度的 流的情况，对所述气体样本由计算和控制单元求出和确定交流电压信号分 量和直流电压信号分量，以便时间上与气体样本的气体混合物中的氧气浓 度和/或其他气体浓度相关联地实现温度的补偿。这具有以下优点：即气体 样本的气体混合物中的氧气浓度和/或其他气体浓度的时间曲线也能够关 于呼吸阶段正确地求出，因为时间延迟或偏移由于温度传感器的不利定位 而无法共同包括到温度补偿中。

实施方式还示出：能够如何将湿度传感器和/或另一温度传感器和/或 参考温度传感器布置在测量系统中的、测量设备中的或测量元件处的适当 位置处，特别是在冲洗室中布置在测量系统中的、测量设备中的或测量元 件处的适当位置处。将至少一个温度传感器定位在测量室或冲洗室中是有 利的，湿度传感器也定位在所述测量室或冲洗室中。冲洗室布置在测量设 备中，使得气体样本的借助测量气体线路(sample line采样线路)提供的气体混合物能够对布置在冲洗室中的传感器进行环绕或环流，以迅速测量 检测热电压信号。

实施方式还示出：至少一个、优选两个电阻测量元件如何布置在冲洗 室中或冲洗室处。

在一个实施方式中，至少一个电阻测量元件能够布置在冲洗室中，使 得计算和控制单元实现对所述电阻测量元件的测量值的评估，以确定流动 状态。

在另一优选的实施方式中，两个电阻测量元件能够彼此相关地布置在 冲洗室中，使得所述电阻测量元件的测量值的评估为计算和控制单元实 现：确定流动状态。借此，能够由计算和控制单元区分：是否存在以测量 设备中的气体样本的其他混合物的基本上连续流测量设备穿流与对测量 元件的溢流或环流，或是否存在没有流动的情况。指示测量设备中的所述 流动状态的相应的信息能够由计算和控制单元生成并提供。指示测量设备 中的流动状态的这种信息能够通过布置在气体输送装置或气体前引装置 中的两个电阻测量元件来提供，所述电阻测量元件例如呈电阻测量元件或 热敏电阻(NTC)的形式。当两个电阻测量元件或热敏电阻中的一个暴露 于流动而另一个不暴露于流动时，两个电阻测量元件或热敏电阻的这种布 置是有利的。随后，将两个电阻测量元件或热敏电阻的测量值相互比较实 现：使计算和控制单元识别如下状态，在所述状态中布置在流中的电阻测 量元件或热敏电阻不被环流，并且基于所述比较提供输出信号或故障信 号，所述输出信号或故障信号指示关于测量设备的或测量系统的穿流、其 他输送装置和/或气体前引装置的故障状态。

实施方式还示出传感测量单元，所述传感测量单元为了检测

电阻测量元件，

压力传感器，

湿度传感器，

至少一个温度传感器

的测量值中的至少一个测量值而布置在测量设备中或测量系统中，并 且与计算和控制单元相关联，并且构成和布置用于将检测到的测量值或从 测量值导出的数据提供给计算和控制单元。传感测量单元能够设计为独立 的测量模块，也设计为计算和控制单元的子模块。

在实施方式中，借助于气体输送装置将

作为靠近患者的气体样本的靠近患者的连接元件(Y型件)的气体混 合物的气体样本，

作为呼气气体样本的呼气输入线路的气体混合物的气体样本，

作为吸气气体样本的吸气输入线路的气体混合物的气体样本，

作为内部的气体样本的麻醉设备或呼吸设备中的气体输送装置的提 取点(例如新鲜气体馈入装置的位置处的)的气体混合物的气体样本 输送给测量系统，并且借助于计算和控制单元能够确定气体样本中的氧气 和其他气体的气体浓度。

测量系统以及方法的实施方式可在吸气阶段和呼气阶段中使用。为 此，随后，有利的是：对于吸气测量将测量系统布置在吸气路径中、即布 置在从麻醉剂或呼吸设备到患者的引导气体的连接中。于是，在这方面有 利的是：对于呼气测量，将测量系统布置在呼气路径中，即布置在从患者 到麻醉剂或呼吸设备的引导气体的连接中。

在具有测量设备的测量系统用于重症监护医学的临床环境或重症监 护室、例如结合呼吸设备的实施方式中，具有测量设备的测量系统通常不 面对一种或多种麻醉气体结合笑气(一氧化二氮，N

气体样本的气体混合物中的麻醉气体浓度和氧气浓度基于用于这种 重症监护医疗应用的热电压信号由计算和控制单元以如下方式确定：

a)将热电压信号信号分离成直流电压信号分量和交流电压信号分量，

b)在包括指示气体样本的气体混合物中的湿气含量的信息或湿度传 感器的测量值的情况下可选地进行湿度补偿，

c)将交流电压信号分量和直流电压信号分量以参考值进行标准化并 转换为标准化的交流电压信号分量U

d)在包括压力传感器的测量值或指示气体样本的气体混合物中的当 前压力水平的信息的情况下对标准化的交流电压信号分量U

e)基于压力补偿的、标准化的交流电压信号分量U

f)基于标准化的直流电压信号分量U

g)提供输出信号，所述输出信号指示气体样本的气体混合物中的其 他气体的浓度和氧气浓度。

在一个优选的实施方式中，由计算和控制单元在步骤d)和e)之间 中将预先确定的且对于由薄膜、加热结构和热传导测量单元典型的校正 值、例如“细胞变化系数”(CVF)执行用于校正因在构建测量元件和测 量设备中的制造所决定的公差所引起的对交流电压和直流电压信号分量 的影响。

实施方式示出其他的使用可能性，其中，具有测量设备的测量系统能 够用于重症监护医学、麻醉、特护病房和急诊医学的临床领域之外的临床 环境中。例如，将针对气体测量技术的实施方式进行设计，其可用于工艺 气体分析、实验室分析或环境分析中。

实施方式还示出：如何将关于气体样本的气体混合物的气体组合物的 所提供的信息共同包括到其他气体浓度和/或氧气浓度的确定中。如果在测 量系统的应用中无法确保气体样本的气体混合物中不包含任何量的外来 气体，则有利的是：计算和控制单元可包括关于气体样本的气体混合物的 气体组合物和外来气体的信息包括到其他气体浓度、优选麻醉气体的确定 中，和/或氧气浓度的确定中。

例如，如果在测量系统的应用中玩确保在气体样本的气体混合物中不 包含任何量的二氧化碳，则有利的是：计算和控制单元能够将关于气体样 本的气体混合物的气体组合物的相应的信息共同包括到其他气体浓度的 确定中。因此，例如，在氧气不借助于压缩气瓶或医院基础设施作为似乎 纯氧提供，而是通过借助于变压吸附的浓缩富集来提供的应用情况中，会 共同包含多倍较高份额的氧气中氩气作为外来气体。关于气体混合物中这种外来气体、例如氩气的存在和浓度的信息，当其相应地提供给计算和控 制单元时，能够由计算和控制单元共同地包括到其他气体、优选麻醉气体 的浓度的确定中和/或氧气浓度的确定中。如果在闭合的或半闭合的麻醉呼 吸回路系统中借助于变压吸附使用氧气，则通过在回路中继续使用呼出气 体得到氩气在重新输送给患者的呼吸气体混合物中的进一步的富集，因为 通过布置在回路中的钙盐吸收器中，尽管能够将呼出的二氧化碳气体量从重新输送的呼吸气体混合物中去除，但回路中的氩气的气体量不能减少。

在特定的实施方式中，还能够由计算和控制单元基于直流电压信号分 量求出将气体混合物中的作为其他气体的氩气的浓度的确定。这例如并且 尤其适用于重症监护医学领域中的气体组合物的应用与监测，在那里在其 他混合物中不包含麻醉气体和笑气。然而，这也适用于在麻醉领域中的气 体组合物的应用和检测，在那里麻醉气体和笑气在气体混合物中的浓度是 已知的。在这种应用中，测量系统除了氧气浓度之外还能够检测作为其他 气体的氩气的浓度。

实施方式还示出：关于气体样本的气体混合物的气体组合物的所提供 的信息能够如何包括到氧气浓度的确定中。例如，如果在测量系统的应用 中无法确保在气体样本的气体混合物中不包含任何量的其他顺磁性气体， 例如氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO

所提供的关于气体样本的气体混合物的气体组合物的信息例如是以 下数据，所述数据由其他的或外部的系统、例如由在麻醉设备中或麻醉设 备处用于检测具有多种气体、尤其麻醉气体的其他混合物的计量的测量系 统所使用。其他数据例如是以下数据，所述数据由其他的或外部的系统、 例如由在麻醉设备或呼吸设备中或麻醉设备或呼吸设备处用于检测二氧 化碳呼出浓度(二氧化碳确定法)的测量系统所使用。如果例如计算和控制单元提供二氧化碳的当前浓度，则借此为计算和控制单元提供：为了确 定气体样本的气体混合物中的各个气体组成部分的浓度而确定其他气体、 尤其麻醉气体的浓度和氧气浓度并且在共同的数据集中提供。

如果例如为计算和控制单元提供一种气体或其他气体的当前浓度，则 为计算和控制单元借此实现：气体样本的气体混合物中的各个气体组成部 分的浓度的确定中确定氧气浓度、其他气体、尤其麻醉气体的浓度和附加 气体的浓度，并且在共同的数据集中提供。

实施方式还示出：能够将关于计量系统的计量状态的所提供的信息共 同包括到氧气浓度的确定中和/或其他气体浓度的确定中。

在这种实施方式中，计算和控制单元构造用于，共同包括

关于计量系统的计量状态的所提供的信息，

关于呼吸阶段的所提供的信息，

关于麻醉设备或呼吸设备的运行状态的所提供的信息。

计算和控制单元随后能够以与如下实施方式中相同的方式借助关于 气体样本的气体混合物的气体组合物的信息来进行处理，在所述实施方式 中将关于气体样本的气体组合物的所提供的信息和数据用于确定氧气浓 度和/或其他气体浓度。

在特别优选的实施方式中，计算和控制单元能够将其他气体的所确定 的气体浓度作为信息借助于数据接口提供给其他的或外部的系统以确定 麻醉气体浓度，例如提供给麻醉气体测量设备。借此，能够由麻醉气体测 量设备在如下应用情况下将由计算和控制单元确定的麻醉气体浓度用于 检查测量值的可信性或用于功能检查，在所述应用情况下在安全观点下两 个关于特定麻醉气体浓度的基本上冗余或独立的信息可用。相反地，当由外部系统借助于数据接口将指示其他气体、尤其麻醉气体的气体浓度的信 息或数据提供给根据本发明的测量系统时，对于计算和控制单元也存在用 于检查可信性或功能的这种可行性。于是，计算和控制单元能够例如对测 量系统的功能如下进行检查：当前的气体混合物是否通过测量气体线路运 送至测量元件并且具有直流电压信号分量和交流电压信号分量的热电压 信号是否合理地是对于流动情况和/或由外部系统所提供的信息。其中，在安全方面会需要两个基本上冗余或独立的信息的应用情况能够通过用于 气体的计量系统、尤其用于麻醉气体的计量系统和具有闭合调节回路 (closedloop control闭环控制)的用于呼吸气体的混合系统来构成。这种 计量系统能够实现由根据本发明的测量系统附加提供的其他气体浓度实 现。

下面，根据本发明的另一方面，描述根据本发明的用于确定气体样本 的气体混合物中的气体浓度的方法。在本发明的范围内，具有水或水蒸气 即具有湿气的份额的气体混合物被称为“潮湿的气体混合物”。

该方法实现：使用具有交流电压信号分量U

a)将热电压信号信号分离成直流电压信号分量和交流电压信号分量，

b)将交流电压信号分量U

c)在包括压力传感器的测量值或指示气体样本的气体混合物中的当 前压力水平的信息的情况下对标准化的交流电压信号分量U

d)基于压力补偿的标准化的交流电压信号分量U

e)基于标准化的直流电压信号分量U

f)提供输出信号，所述输出信号指示气体样本的气体混合物中的其 他气体的浓度和氧气浓度。

在另一步骤中，优选随步骤a)或步骤b)之后，能够在包括湿度传 感器的测量值或指示气体样本的气体混合物中的湿度含量的信息的情况 下，进行可选湿度补偿。在具有可变份额湿气的气体混合物中需要在该 另一步骤中描述的可选的湿度补偿，例如当借助根据本发明的方法分析呼 入和呼出其他混合物时。这例如在在麻醉应用中是这种情况，在所述情况 中使用该方法以求出氧气浓度和麻醉气体。在如下应用中能够省略对湿度 进行补偿(进而也省略湿度传感器)，在所述应用中分析限定干燥的其他 混合物，例如以分析呼吸设备中的干燥的呼入气体或新鲜气体，所述呼吸 设备不具有将呼出气体引回到呼入气体中。

此外，根据本发明的另一方面，对于根据本发明的方法，以部中序列 描述用于在测量元件的可能的差异方面均衡测量设备的流程的扩展，所述 差异基于引导热的且散热的特性中的批次分散。有利的是：将用于均衡测 量元件的引导热的和散热的特性的步骤嵌入用于确定气体样本的气体混 合物中的气体浓度的根据本发明的方法，优选地作为方法步骤d)和e) 之间或方法步骤e)和f)之间的步骤。在这种步骤中，均衡或校正因测量 单元构建中制造所决定的公差产生的对交流电压和/或直流电压信号分量 的影响。为了求出在测量单元构建中的这种公差，通过在再现的条件下、 即在已知气体组合物的干燥测试气体中的测量系列来求出测量元件的引 导热的或散热的特性和基于批次散布、例如基于测量元件的薄膜厚度中的 差异的效应，并且随后存储在校正数据集中，所述校正数据集随后在测量 系统运行中在确定其他气体的气体浓度和确定氧气浓度时使用。

根据本发明的测量系统和根据本发明的方法尤其在呼吸设备处使用 的情况下在吸气测量中使用以下优点：即既不使用二氧化碳也不使用笑气 作为麻醉剂。在这种状况中，根据本发明的测量系统或方法能够有利地、 即在没有其他附加的测量设备或传感装置的情况下，检测至少一种麻醉气 体的麻醉气体浓度和氧气浓度。甚至在麻醉设备中、麻醉设备处或与麻醉 设备一起使用根据本发明的测量系统或方法时得到以下优点：即由于具有 CO

附图说明

根据以下描述并部分参考附图更详细地解释本发明。

图1示出具有电磁体的测量设备，在所述电磁体的气隙中布置有测量 元件。

图2示出根据图1的测量元件的视图。

图3a示出用于借助输送恒定电压来控制图2中的测量部位的电子电 路的第一变型形式的示意图。

图3b示出用于借助输送恒定电流来控制测量部位的电子电路的一个 变型形式的示意图。

图3c示出用于借助输送恒定电功率来控制测量部位的电子电路的一 个变型形式的示意图。

图3d示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中将加热 功率用于温度调节。

图3e示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中加热电 流用于温度调节。

图3f示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中加热电 压用于温度调节。

图3g示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中加热功 率用作热传导信号。

图3h示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中加热电 流用作热传导信号。

图3i示出电子电路的一个变型形式的示意图，在电子电路中加热电压 用作热传导信号。

图4示出具有根据图3a的电子电路的一个变型形式的示意图，所述 电子电路具有用于运行根据图1和图2的测量设备的其它部件，所述测量 设备具有用于信号评估、计算和用于确定浓度的元件。

图5示出具有直流电压信号分量和交流电压信号分量的热电压信号的 图表。

图6示出能够如何用其他传感装置补充测量设备和如何将测量设备布 置在测量系统中的示意图，所述测量设备具有测量室、冲洗室、气体引导 装置、气体输送装置和气体前引装置，用以对测量元件进行溢流或环流。

图7示出用于运行测量系统的示例性的流程。

具体实施方式

图1示出具有电磁体4的测量设备1，在所述电磁体的气隙3中布置 有测量元件2。测量设备(或传感器)1布置且适当地构造用于以测量方 式检测气体样本中的氧气浓度或另一顺磁性气体的浓度。为绘图上清楚起 见，在图1至4中未一起示出测量设备1内的气体引导装置，其例如呈比 色皿或空洞的设计方案的形式，并且为绘图上清楚起见，朝向测量设备1 且从测量设备1延续的其他引导装置还未一起在图1至4中能够示出。测 量设备1具有测量元件2，在所示的情况下，所述测量元件布置在设有线 圈5的电磁体4的气隙3中，使得测量元件2的测量部位能够加载可电控 的磁场。代替线圈5，在一个替代的设计变型形式中，也能够设有永磁体 (未示出)，借助所述永磁体能够产生恒定的磁场。测量设备1还构成为， 借此将要分析的气体作为气体样本能够流动穿过气隙3并且流过测量元件 2。

在图2中示出：测量元件2具有带有热传导测量单元6的测量部位， 所述热传导测量单元构成为热电元件(热电堆)。测量元件2能够具有一 个或多个热传导测量单元6。测量元件2能够具有至少部分穿透的薄膜7， 所述薄膜用于气体样本的气体从上侧和/或下侧进入。然而，优选地，使用 闭合的薄膜7，所述薄膜的承载框架例如在刻蚀方面被去除，使得测量气 体能够穿过所形成的空气到达薄膜下方。为了实现要分析的测量气体进入 测量部位9的两侧，能够通过刻蚀部分地去除薄膜7，或者将测量元件2 部分刻蚀得薄到，使得气体能够从前侧进入。优选地，通过线圈5产生的 磁场构成为具有相对于零点对称的时间曲线的纯交变场。时间曲线优选是 正弦形的，但是也能够具有其他形状(例如三角形或阶梯矩形)。替代地 或附加地，能够在幅度方面控制磁场。从交变磁场的幅度控制中得到以下 优点：在氧气信号电平较高的情况下借助磁化同时也能够降低用于测量部 位的电功率。但是，也能够考虑借助直流分量进行的磁化，其中，能够在 磁化特征曲线上移动调制的场分量。以便将用于磁化的能量耗费保持得 低，同样能够考虑的是：至少部分地借助永磁体产生磁场。如还在图2中 可见：测量元件2具有可电控的加热结构8，所述加热结构例如能够构成 为布置在薄膜上的、能导电的电子结构或能够构成为加热线。优选地，加 热结构8构成为用于，将测量元件2的薄膜7加热到期望温度。要注意的 是：热传导测量单元6和加热结构8能够集成地构成，即电阻加热/测量元 件，其中，使用电阻材料的温度系数实现温度测量。这种加热结构8的实 例能够是加热丝或具有温度相关的电阻率的类似的加热机构。因此，只要 技术上有意义，也能够通过集成的温度相关的结构取代测量单元6和所属 的加热结构8。

在附图中，为了清楚起见，所述温度相关的加热结构8作为热传导测 量单元6和作为加热结构8简化地分别单独地且简化地示出。如果没有另 作说明，用于运行信号评估的在附图的如下说明书中描述的方面主要涉及 具有测量部位和测量单元6的装置，所述装置布置在测量元件2上，在此， 所述方面也可传递给具有多于一个测量部位和多于一个测量单元6的装置 上，所述装置布置在测量元件2上。下面，描述测量元件2上的加热结构 8的运行和操控。在如图3a、图3b、图3c所示的操控类型中，测量部位 9以恒定的加热电压(图3a)、以恒定的加热电流(图3b)或以恒定的加 热功率(图3c)运行，他们匹配于加热结构8的相应的热工作点，其中， 所需的值在基准气体、例如氧气或空气中确定一次，并且随后保持恒定(校 准)。流过测量点9的气体的热传导20的测量值和所得出的周期的氧信号 21能够在此在热传导测量单元6的电压中找到。

图3a至图3i示出具有用运行测量设备1的不同的电路装置101、102、 103、104、105、106、107、108、109的测量设备1的变型形式。图1、 图2和图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i在图1、 图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i中的相同 元件设有相同的附图标记。

图3a示出用于运行根据图2的测量元件2的电子电路装置101的示 意图。在电路装置101中，磁化装置为了简化视图而未一起示出，并且也 仅简化地且示意地示出测量部位、加热结构8、测量元件2和热传导测量 单元6的联接。测量元件2的运行一方面包括测量元件2的加热的方式和 方法的设计方案。测量元件2的加热能够借助恒定的加热电压、恒定的加热电流或恒定的加热功率来进行。例如，根据所述图3a描述具有恒定加 热电压的控制装置。在此，加热结构8经由作为阻抗转换器接入的放大器 10和具有可变抽头的分压器11与直流电压源12连接。在此，元件10、 11、12一起构成恒压源。热传导测量单元6的测量值经由低通装置13和 经由高通装置14引导给评估。在高通装置14的输出端处提供交流电压信 号分量21。在低通装置13的输出段处提供直流电压信号分量20。测量值 中的交流电压信号分量21代表气体样本的气体组合物中的氧气浓度。测 量值中的直流电压信号分量20代表气体样本的气体组合物的热导率。气 体样本中周期性出现的氧气浓度波动能够通过简单的滤波装置从测量值 中去除。此外，借助这种简单的滤波电路，也能够同样一起消除叠加给测 量值的由电磁辐射引起的信号分量，所述电磁辐射例如来自230V交流 /50Hz供电电网。为了求出氧气浓度，将得到的周期性的交流电压信号分 量和非周期性的直流电压信号分量置于相互关联并进行评估。此外，在图 4和图5的描述中描述评估的方式和方法。

图3b、图3c、图3d、图3e、图3f、图3g、图3h、图3i分别示出用 于运行根据图2的测量元件2的电子电路装置101的其他的替代的设计方 案102、103、104、105、106、107、108、109的示意图。图1、图2和图 3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i中的相同的元件在 图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i中设 有相同的附图标记。

图3b的电路结构102、即借助恒定电流的控制，与图3a中的结构的 区别仅在于：放大器10作为非反相放大器接入，其中，放大器的输出电 压的一部分经由由加热结构8和分流器15构成的分压器引导回给放大器 的反相输入端。在图3c的电路结构103中，即借助恒定功率的控制，将 放大器10的与加热结构8的第一触点连接的输出端(电压)与乘法器16的第一输入端耦合，其中，所述乘法器的第二输入(电流)经由反相放大 器17以及两个串联电阻与加热结构8的第二触点连接。乘法器16的输出 端与放大器10的反相输入端耦合。在图3d的电路结构104中，即借助恒 定温度的控制，放大器10的与加热结构8的第一触点连接的输出端(电 压)与乘法器16的第一输入端耦合，其中，所述乘法器的第二输入端(电 流)经由反向放大器17以及两个串联电阻与加热结构8的第二触点连接。 乘法器16的输出端与提供直流和交流输出信号的低通装置13和高通装置 14耦合。如图3d、图3e和图3f中所示，在操控时，将相应的热工作点借 助电路装置104、105、106调节到与气体组合物无关的、恒定的值。在此， 热传导测量单元6的输出电压用作控制变量，并且跟踪加热电压、加热电 流或加热功率。在这种情况下，测量值的载体是所需的加热电压24、加热 电流23或加热功率22。图3g、图3h、图3i示出借助电路装置102、103、 104、105、106、107、108、109操控的其他可能性，示出上述方法和电路 装置102、103、104、105、106的组合和变型形式并且将在温度水平恒定 的情况下的运行优点与相对简单的(因此缓慢的)温度调节联合。在此， 热传导测量单元6的输出电压用作控制变量并且跟踪加热电压、加热电流 或加热功率，使得工作温度随时间平均是恒定的。恒定的平均温度值引起 稳定的测量条件，而与气体混合物的类型无关，而快速变化的调制所决定 的信号25(氧气)仍然能够直接作为温度波动测量，而不由于其较低的幅 度而引起显著的工作点偏移。在此，使用电子低通装置对调节信号进行时效处理，使得调整气体混合物所决定的(且较缓慢的)温度变化，而较快 速的、周期性的、磁场所决定的热导率变化(氧气测量值)不被干扰。

在图4中，根据图3a的电路装置101示例性地被包括到测量设备1 的设计方案中，成为测量系统100，所述测量系统适当地构造用于确定呼 吸气体混合物中的氧气浓度和至少一种其他气体、特别是挥发性麻醉气体 的浓度。图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、 图3i和图4中的相同元件在图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图 3f、图3g、图3h、图3i和图4设有相同的附图标记。分界线以图形方式 将从图3a中已知的部件与其他部件分开。设有计算和控制单元200，所述 计算和控制单元除了具有数据存储器207(RAM、ROM)的计算模块207 之外还特别地在多功能计算和控制单元200的设计方案中能够具有其他模 块，例如磁场操控装置204、具有放大器元件的信号处理装置205、滤波 器电路和模数转换器还有数据接口206。计算和控制单元200为了进行测 量值和信号检测310、320、255、20、21、25而设计有传感测量单元300 或与传感测量单元300连接。

计算和控制单元200能够共同具有磁场操控装置204，所述磁场操控 装置经由控制线路244负责电磁体4的操控进而负责产生作为具有1Hz 至100Hz范围内的激励频率1f的交变磁场的磁场。示例性的激励频率为 约为7Hz或15Hz。热传导测量单元6的测量值经由低通装置13和经由高 通装置14引导至进行评估。在高通装置14的输出端处提供交流电压信号 分量21。在低通滤波器13的输出端处提供直流电压信号分量20。测量值 中的交流电压信号分量21代表气体样本的气体组合物中的氧气浓度。测 量值中的直流电压信号分量20代表气体样本的气体组合物的热导率。计 算和控制单元200从根据图3a的电路装置101或也从(图3a-图3i的)电 路装置101、102、103、104、105、106、107、108、109借助于信号线路255接收直流电压信号分量U

计算和控制单元200执行直流电压信号分量20和交流电压信号分量 21的标准化。信号分量20、21的所述标准化通过计算和控制单元200以 参考值400进行。在此，热电压信号的测量值(图5)对于以下状态假定 为参考值400，在所述状态下，将具有100％气体浓度的氧气的干燥气体 混合物输送给具有气体样本的测量设备1，进而也由100％气体浓度的氧 气包围测量元件2。

从中对于干燥气体混合物X1 500、X2 600、X3 700、X4 800(图5) 得到具有标准化的交流电压信号分量U

计算和控制单元200构造用于，将标准化的交流电压信号分量U

计算和控制单元200构造用于，基于标准化的交流电压信号分量U

计算和控制单元200构造用于，基于标准化的直流电压信号分量U

关于气体样本中的湿度的信息或数据能够经由数据接口206或借助于 联接于计算和控制单元200的或联接于测量系统100的湿度传感器320借 助于信号线路255为计算和控制单元200提供。湿度传感器320与气体样 本的气体混合物在测量方面接触。

关于气体样本中的温度的信息或数据能够经由数据接口206或借助于 联接于计算和控制单元200的或联接于测量系统100的温度传感器330借 助于信号线路255为计算和控制单元200提供。温度传感器320与气体样 本的气体混合物在测量方面接触。

关于气体样本中的温度的信息或数据能够经由数据接口206或借助于 联接于计算和控制单元200的或联接于测量系统100的压力传感器310借 助于信号线路255为计算和控制单元200提供。压力传感器310与气体样 本的气体混合物在测量方面接触。

表格或多维数据字段形式的数据集203不仅在呈易失性(RAM)或非 易失性(ROM)存储器模块的设计方案中还在呈数据载体(硬盘、存储卡) 形式的设计方案中被存储在计算模块207的数据存储器207中，基于所述 数据集对于计算和控制单元200可行的是：在处理交流电压信号分量U

此外，对于计算和控制单元200可行的是：基于以表格或多维数据字 段形式存储的数据集203和对直流电压信号分量U

氧气：15％–100％，

氮气：0％–85％，

麻醉气体：地氟醚：0％–20％，

麻醉气体：异氟醚：0％–12％，

麻醉气体：七氟醚：0％–12％，

麻醉气体：氟烷：0％–12％，

麻醉气体：安氟醚：0％–12％，

测量气体的湿度范围：0％–95％，ATPS(环境温度压力饱和)。

在执行时的典型和通常的环境条件例如是：

环境压力范围：400hPa–1100hPa，

温度控制的测量系统的温度范围：55℃–65℃，

环境温度范围：10℃–50℃。

所述信息或值能够作为离散数据值存储在数据存储器207中，在这种 情况下，计算和控制单元200构造用于，在交流电压信号分量U

信息或关联关系能够替代地或部分附加地也借助于从测量数据中求 出的计算公式形成，例如以类似于根据图5的公式1至公式5的一般形式 所示的函数的设计方案来形成。在此，函数能够例如作为多项式函数映射 氧气、氮气和至少一种麻醉气体在温度、压力水平和湿度影响下的浓度范 围的相应的范围。在此，关联关系在数据集203(图4)中也能够共同包 括特殊性，例如特性，例如电子部件(放大器、A/D转换器、滤波器电路) 的由测量装置1(图4)和/或测量系统100(图4)利用电路装置101、102、 103、104、105、106、107、108、109(图3c至图3i)的运行所决定的叠 加给信号20、21(图4)的信号或偏移信号。在此，这种关联关系还能够 共同考虑以下效应，所述效应在测量设备1中作用于测量元件2和薄膜7 处的热平衡，进而在测量系统100的运行中也作用于交流电压信号分量 U

a.信号分离：

将热电压信号分为(交流←→直流分离)为直流电压信号分量(直流 分量)20和交流电压信号分量(2f分量)21。由于交流电压信号分量(2f 分量)21比直流电压信号分量20低几个数量级，所以所述2f分量21在 随后的模数转换205之前必须比直流电压信号分量20显著更强地被放大。 交流电压信号分量21的这种信号放大典型地能够借助20到750的范围内 的放大系数来执行。2f信号的幅度由计算和控制单元200和计算模块207 (例如以数字方式)借助锁定方法求出。在将热电压信号分离(交流←→ 直流分离)分开成直流电压信号分量(直流分量)20和交流电压信号分量 (2f分量)之前，能够设有热电压信号(直流电压和交流电压信号分量) 的信号放大。这种信号放大典型地能够以5到20范围内的放大系数执行。 总体上，对于交流电压信号分量21的放大，于是得到大于200的典型值 作为放大。

b.湿度补偿：

以可选的方式，能够补偿交流电压信号分量(2f分量)21和/或直流 电压信号分量20，使得得到具有直流分量和2f分量的信号20'、21'(图7)， 如其在没有水蒸气份额(即对于干燥气体混合物而言)的情况下会被检测 到，使得形成对应干燥气体的值。为此，使用湿度传感器320的测量值或 指示气体样本的气体混合物中的湿气含量的信息。

c.标准化/校准：

i.交流电压信号分量的标准化：

交流电压信号分量21以基准信号502(图5)标准化，所述基准信 号对应于没有湿气影响的交流电压信号分量或者对应于具有100％ 氧气体积份额的气体样本的气体混合物中的湿气份额。所述基准信 号502事先借助于测量实验获得。

借此得到标准化的交流电压信号分量U

ii.直流电压信号分量的标准化：

直流电压信号分量20以基准信号503、400(图5)标准化，所述 基准信号对应于没有湿气影响的交流电压信号分量或者对应于具 有100％氧气体积份额的气体样本的气体混合物中的湿气份额。所 述基准信号503、400事先借助于测量实验获得。

借此得到标准化的直流电压信号分量U

d.压力补偿：

标准化的交流电压信号分量U

e.计算氧气浓度：

经压力补偿的标准化的交流电压信号分量U

f.计算气体浓度的气体混合物中的其他气体浓度，特别是气体浓度的 气体混合物中的麻醉气体浓度。

标准化的直流电压信号分量U

所描述的步骤a)—步骤f)就本发明的意义而言也能够以变化的步骤 序列执行，因此，例如，根据事先借助于测量实验获得的数据集203和基 准信号400、502、503的编辑和设计，以其他的顺序执行压力或湿气的标 准化和补偿的顺序。

在该方法的步骤之一中或在另一步骤中，例如在步骤b)、c)或d) 之一中，能够执行测量元件的引导热和散热的特性的均衡。由测量元件在 引导热和散热特性方面的批次分散所决定的、关于不同测量元件之间差异 的这种均衡例如能够以如下简述的方式来执行：

测试气体输送和测量元件在标准工作点的运行，

检测直流电压信号分量U

可选用其他气体重复之前的步骤，

信号分量与标准值或比较值的比较，

求出校正值。

在该方法的步骤之一中或在另一步骤中，优选在步骤d)中，能够执 行对直流电压信号分量U

在该方法的步骤之一中或在另一步骤中，优选在步骤b)或c)之一 中，能够执行对直流电压信号分量的温度补偿。在该方法的步骤之一中或 在另一步骤中，优选在步骤b)或c)之一中，能够执行对交流电压信号 分量的温度补偿。

在该方法的步骤之一中或在另一步骤中，优选在步骤b)或c)之一 中，能够执行对直流电压信号分量进行湿度补偿。在该方法的步骤之一中 或在另一步骤中，优选在步骤b)或c)之一中，能够执行对交流电压信 号分量进行湿度补偿。

计算和控制单元200能够基于气体样本的气体混合物中的所求出的另 一气体浓度的气体浓度和/或所求出的氧气浓度提供输出信号266、267， 所述输出信号包括和/或指示氧气浓度和至少一种其他气体的浓度。输出信 号266、267可用于在输出单元220上的数字、字母数字或图形输出，以 便告知用户气体浓度测量的结果。输出信号266、267还可用于经由数据 接口206将气体样本的气体混合物中的其他气体浓度的所求出的气体浓度 和/或所求出的氧气浓度提供到数据网络900中。在可选的设计方案中，数 据接口206也能够双向构成，以便将来自数据网络900的外部提供的信息 提供给计算和控制单元200。这种外部提供的信息能够包括例如关于计量 系统的计量状态的信息，所述计量系统构造用于计量其他气体、例如地氟 醚和/或计量氧气。这种计量系统能够构成为用于气体的具有阀装置的计量 装置或构成为用于计量挥发性麻醉剂(地氟醚、氟烷、七氟醚、安氟醚、 异氟醚)的麻醉剂蒸发器(蒸发)。这种外部提供的信息还能够共同包括 关于气体样本的气体混合物的气体组合物的信息，所述信息例如由其他外 部系统检测和提供，例如由用于确定气体混合物中的麻醉气体的麻醉气体 监测器检测和提供。

在图5中示出图表201、202。借助于纵坐标(x轴线)399的关联， 在图表201、202中，在横坐标(y轴线)499上例如针对四种不同的气体 组合物500、600、700、800分别绘制电压信号。图1、图2、图3a、图 3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i、图4和图5中的相同元件 在图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i、 图4和图5中设有相同的附图标记。在没有气体样本中的湿气影响下，根 据作为根据图4的测量系统100的测量设备1的设计方案，针对四种示例 性的气体组合物X1 500、X2 600、X3 700、X4 800，在图表201中示出在 测量元件2(图1、图2、图4)处得到的热电压信号U

图表201中的热电压信号U

四种示例性气体组合物500、600、700、800如下组合作为空气或氧 气与示例性选择的挥发性麻醉气体(在该图5的视图中为此选择七氟醚试 剂)的不同的组合物：

气体组合物X1 500：100％氧气，

气体组合物X2 600：100％空气(氧份额21％)，

气体组合物X3 700：97％氧气，3％七氟醚，

气体组合物X4 800：97％空气，3％七氟醚。

在横坐标499上，将标准化的热电压信号U

能够借助于布置在测量系统100(图4)中的计算和控制单元200(图 4)执行关于气体组合物的进一步的评估。在此，具有事先以100％干燥氧 气标准化的直流电压信号分量和交流电压信号分量的热电压信号U

除了确定气体混合物的气体样本中的氧气浓度之外，在通过计算和控 制单元200(图4)进行的评估的范围内，确定其他气体浓度。这种其他 气体浓度例如是挥发性麻醉剂七氟醚，其对测量值的效应也在热电压信号 U

从测量实验中表明：在一定和已知的边界条件(磁场工作点)下且在 任意气体混合物的气体混合中包括或补偿环境影响(压力、湿度)的情况 下，交流电压信号分量U

此外，交流电压信号分量U

标准化的直流电压信号分量U

U

气体样本的气体混合物中的氧气浓度越低，对气体混合物的总热导率 的顺磁效应就越低，与之相应地，以具有100％氧气的干燥气体的信号

图表201中的热电压信号U

因为在测量设备1(图1、图2、图4)运行中为薄膜上7(图1、图2、 图4)的测量元件2(图1、图2、图4)即使在气体样本中的气体组合物 变化(进而由此所述气体样本中的气体混合物的总热导率变化)的情况下 借助于加热结构8(图1、图2、图4)将电能形式的热能的输送和/或跟踪 设定、即调准、控制或调节于恒定的电能、电功率、电压、电流或温度， 或设定于、即调准、控制或调节相对于基准温度的超温，所以热电压信号 和热电压信号的变化代表在设定和跟踪热能时的变化的量度，所述变化可 通过气体样本的气体混合物中的热导率变化引起。

原则上，从物理学中得出：大多数液体的热导率高于气体或气体混合 物。如果考虑不同气体的热导率(在所述图表201中例如在空气的气体样 本500(λ＝0.02603W/mK)中，或与100％氧气的气体样本600 (λ＝0.02615W/mK)相比具有21％氧气的混合物中的基本上约78％的氮 气)，则在气体样本中的气体混合物的总热导率下降时显示出直流电压信 号分量U

在图表202中，现在代替图表201中的四种示例性的干燥气体组合物， 示出四种潮湿的气体组合物X1F 508、X2F 608、X3F 708、X4F 808，所 述潮湿的气体组合物如下组合为空气或氧气与示例性选择的挥发性麻醉 气体(在所述图5的视图中选择七氟醚试剂)和一定含量的具有100％饱 和蒸汽的水蒸气(H

气体组合物X1F 508：100％氧气、3％H

气体组合物X2F 608：100％空气(氧含量21％)、3％H

气体组合物X3F 708：97％氧气、3％七氟醚、3％H

气体组合物X4F 808：97％空气、3％七氟醚、3％H

(根据蒸汽压力表)100％饱和蒸汽的水(H

在图表202中对于四种示例性的潮湿的气体组合物508、608、708、 808示出在测量元件2(图1、图2、图4)处得到的电压信号U

由于测量设备1基本上不是用于确定气体中的热导率的测量装置，而 是用于利用特定气体、尤其氧气的顺磁性结合热导率效应确定气体混合物 中的气体浓度的测量设备1，则所属于潮湿气体混合物的热电压信号 U

图6示出测量设备1与测量室380、测量元件2、冲洗室390在具有 气体输送装置386和气体前引装置395的测量设备1中的布置，其中，所 述测量设备示意性地结合到气体输送装置398中，所述气体引导装置具有 压力传感器310、湿度传感器320、温度传感器330、另一参考温度传感器 340、第一热敏电阻345、第二热敏电阻346。图1、图2、图3a、图3b、 图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i、图4、图5和图6中的相同的 元件在图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图 3i、图4、图5和图6中设有相同的附图标记。传感器310、320、330、340、 345、346的测量值被输送和提供给适合与此的且与计算和控制单元200 相关联的传感测量单元300。传感测量单元300能够设计为独立的测量模 块或计算和控制单元200的子模块(图4)。在可选的设计方案中，湿度传 感器320能够共同包括参考温度传感器340。计算和控制单元200能够构 造用于，借助参考温度传感器340对湿度传感器320的测量值进行标准化。 借助对环境温度和气体温度、压力水平的了解，计算和控制单元200能够 从相对湿度确定绝对值，从而在测量测量气体的各自当前环境条件时对于 在确定其他气体的其他浓度时和在确定氧气浓度时所需的校正相应地换 算成标准化的条件。作为标准化的条件例如能够列举：

ATPS(环境温度饱和压力)，20℃，1013hPa，湿气饱和，

BTPS(体温饱和压力)，37℃，1013hPa，湿气饱和，

STPD(标准温度干燥压力)，0℃，1013hPa，气体混合物中不含湿气。

借助气体引导装置398，测量气体能够在测量设备1中经由其他输送 装置385到达测量室380中。在测量室380中，测量气体对测量元件2和 温度传感器330环流并且经由气体前引装置395再次离开。在其他前引装 置395的区域中，第一热敏电阻(NTC)345、第二热敏电阻(NTC)346、 压力传感器310以及具有可选的参考温度传感器340的湿度传感器320布置在冲洗室390中。第二热敏电阻(NTC)在气体前引装置395中位于阴 影元件347的流动阴影中。计算和控制单元200构造用于，基于第一热敏 电阻345和第二热敏电阻346的测量值来求出：是否在气体前引装置395 中存在流398，并提供输出信号268，所述输出信号指示冲洗室390中的 流动情况(进而也间接地指示在测量室380中，在气体输送装置385中的 其他前引装置395中的流动情况)。输出信号268例如可用于，在输出单 元220上产生关于输出单元220的提示或者为数据网络900提供。

图7以具有多个步骤的示例性的步骤序列的流程图示出用于运行测量 系统100(图4)的方法的示例性的流程1100，所述测量系统用于确定气 体样本的气体混合物中的气体浓度。图7可解读为对图4的附图描述的补 充或结合图4的附图描述来解读。图1、图2、图3a、图3b、图3c、图 3d、图3f、图3g、图3h、图3i、图4、图5、图6和图7中的相同元件在 图1、图2、图3a、图3b、图3c、图3d、图3f、图3g、图3h、图3i、图 4、图5、图6和图7用相同的附图标记表示。具有用于运行测量系统100 (图4)的基本方法的、具有步骤1001、1002、1003、1004、1005、1006、 1007、1008和1009的步骤序列的流程1100在开始1001到结束1009具有 以下方法步骤：

a.信号分离1002，具有将热电压信号分成直流电压信号分量(直流 分量)20和交流电压信号分量21。

b.交流电压信号分量21的可选的湿度补偿1003和/或直流电压信号 分量20的可选的湿度补偿。随后得到可选信号，其分别关于湿度补偿的 交流电压信号分量21'和/或直流电压信号组件20'。

c.将交流电压信号分量21或湿度补偿的交流电压信号分量21'以基准 信号502来标准化1004。借此得到标准化的交流电压信号分量U

将直流电压信号分量20或湿度补偿的直流电压信号分量20'以基准信 号503来归一化1005。借此得到标准化的直流电压信号分量U

d.借助于指示气体样本的气体混合物中的当前压力水平310的信息 对交流电压信号分量21进行压力补偿1006。

e.计算1007氧气浓度和提供输出信号266，所述输出信号指示气体 浓度的气体混合物中的氧气浓度。

f.计算1008其他气体的浓度并且提供输出信号267，所述输出信号 指示气体混合物中的其他气体、特别是麻醉气体的浓度。

在计算和输出氧气浓度和其他气体浓度后，跳回1011到开始1001并 且连续执行流程1100。在另一可选的步骤1010中，在根据所述图7的所 述示例性的流程1100中执行测量元件的传导热和散热的特性1012的均 衡。在另一可选的步骤1010中，直流电压信号分量20的压力补偿能够在 所述图7的示例性的流程1100中进行。

在所述图7中，可选的湿度补偿1003通过虚线线形也在步骤1003、 1004、1005中图形化地明确，使得根据图7在流程1100中应当示出：例 如也不必进行湿度补偿，在这种情况下在步骤1004中以基准信号502对 交流电压信号分量21标准化，并且在步骤1005中以基准信号503标准化 直流电压信号分量20。

但是，图7还一起示出对于步骤1004、1005的以下其他选项：

步骤1004：以基准信号502标准化交流电压信号分量21，

步骤1005：以基准信号503标准化经湿度补偿的直流电压信号分量 20'；

步骤1004：以基准信号502标准化经湿度补偿的交流电压信号分量 21'，

步骤1005：以基准信号503标准化经湿度补偿的直流电压信号分量 20'；

步骤1004：以基准信号502标准化将经湿度补偿的交流电压信号分量 21'，

步骤1005：以基准信号503标准化直流电压信号分量20。

在所有情况下，随步骤1004、1005之后进行对交流电压信号分量21 的压力补偿1006。在流程1100的可选的设计方案中(例如在另一可选步 骤1010中)附加地还能够进行对直流电压信号分量20的压力补偿。

附图标记列表

1 测量设备

2 测量元件

3 气隙

4 电磁体

5 线圈

6 热传导测量单元

7 薄膜

8 加热结构

9 测量部位

10放大器

11分压器

12直流电压源

13低通装置，低通滤波器，低通

14高通装置，高通滤波器，高通

15分流器

16乘法器

17反相放大器

20、20'直流电压信号分量(热传导信号)U

21、21'交流电压信号分量(氧气信号)U

22加热功率

23加热电流

24加热电压

25调制所引起的信号(氧气)

100 测量系统

101–109 电路装置

200 计算和控制单元

201，202 图表

203 数据集、关联关系、表格、数据字段(阵列)

204 磁场控制装置

205 信号处理装置

206 数据接口

207 数据存储、计算模块、μC、RAM、ROM

220 输出单元

244 到磁体的控制线路

255 来自测量元件的信号线路

266、267 输出信号

300 传感测量单元

310 压力传感器，压力测量值，压力测量信号，气体样本中的压力水平的信息或数据

320 湿度传感器，湿度测量值，湿度测量信号，气体样本中的湿度的信息或数据

330 温度传感器，温度测量值，温度测量信号，气体样本中的温度的信息或数据

340 参考温度传感器

345、346 热敏电阻(NTC)

347 阴影元件

380 测量室

385 气体输送装置

390 冲洗室

395 气体前引装置

398 气体引导装置

399 纵坐标(x轴线)

400、450 缩放值、参考值、标准化值

499 横坐标(y轴线)

500、600、700、800 气体组合物(干燥)，气体样本

501,601,701,801 干燥的气体组合物的热电压信号

502、602、702、802 热电压信号(交流电压信号分量)

503、603、703、803 热电压信号(直流电压信号分量)

502、503 用于标准化的参考值

505、605、705、805 潮湿的气体混合物的热电压信号

506、606、706、806 热电压信号(交流电压信号分量)

507、607、707、807 热电压信号(直流电压信号分量)

508、608、708、808 气体组合物(潮湿)

900 数据网络

1000分界线

1001-1011 用于运行测量系统的流程的步骤序列

1012测量元件的导热/散热特性

1100流程图。