Fachartikel

Füllstandssensorik

Füllstände zuverlässig messen

Füllstände zuverlässig messen

In medizinischen Geräten und Apparaten ergeben sich große Herausforderungen an die Messung des Füllstands. Berührungslos messende Sensoren sind Pflicht, jedoch sind die Außenwände häufig mit einem Film belegt, wenn Blut oder Sekrete gemessen werden sollen. Hier sind Füllstandssensoren von EBE eine sehr gute Option. 

 

Oftmals lässt sich der Füllstand in der Medizintechnik bei stark anhaftenden Flüssigkeiten mit berührungsloser Sensorik nicht zuverlässig umgesetzen, denn konventionelle berührungslose Füllstandssensoren stoßen beim Messen von filmbildenden Medien meist an ihre Grenzen. Gleichzeitig ist wegen der Sicherheit und Sterilität ein Kontakt mit dem Medium nicht möglich.  

Hier setzt die Technologie von EBE an. Die Sensoren eignen sich für den Einsatz in Dialysegeräten, in Ernährungs- und Infusionspumpen, zur Urinüberwachung oder für die Sekret- und Wundabsaugung. Sie messen sicher Füllstände von Blutproben, Flüssignahrung, Absaugpumpen oder im Bereich der Labordiagnose.  

Diese Flüssigkeiten müssen stets in einwandfreiem, hygienisch sauberem Zustand gemessen werden und die medizinischen Geräte absolut zuverlässig arbeiten. Beides ist für den Patienten überlebenswichtig. Zugeführte Flüssigkeiten sind lückenlos zu überwachen, damit die Behälter in den Geräten nicht unbemerkt leerlaufen. Somit ist eine zuverlässige Füllstandsmessung unerlässlich.  

Kontinuierliche Füllstandsensoren geben einen Wert aus, wie viel Flüssigkeit sich noch im Tank befindet. Füllstandsschalter senden ein digitales Signal, wenn der Füllstand ein bestimmtes Level erreicht oder es kein Signal mehr gibt, wenn das Level unterschritten wird. Zur Messung des Füllstandes gibt es unterschiedliche Sensoren: Schwimmer oder Schwimmkammern, Messung des hydrostatischen Druckes, Ultraschall oder optische Sensoren, induktive oder kapazitive Messung.  

Aus hygienischen Gründen ist eine berührungslose Messung deutlich vorzuziehen. Oftmals arbeitet konventionelle, berührungslose Sensorik bei stark anhaftenden Flüssigkeiten wie Blut oder Nährstofflösungen bei der Füllstandsüberwachung nicht zuverlässig.  

Kontaktlos messen 

Die kapazitiven Sensoren von EBE sind in der Lage, sowohl Flüssigkeiten als auch auch Blut und Infusionslösungen kontaktlos zu messen, auch wenn die Behälterwand mit einem Film benetzt ist. Dabei können diese als kontinuierlich messender Sensor wie auch als Füllstandsschalter umgesetzt werden. EBE-Füllstandssensoren detektieren zuverlässig Flüssigkeitssäulen in nichtleitenden Behältern und durchschauen nicht nur Behälterwände, sondern ebenso Anhaftungen beispielsweise von Blut, Dialysewasser und anderen Infusionszusätzen wie Heparin.  

Die entwickelten Auswertealgorithmen sind gültig für unterschiedliche Umwelt- und Einsatzbedingungen. Dabei nutzt die Technologie ein mehrkanaliges kapazitives Messverfahren. Dies regt die Messelektroden in einem definierten Spektralbereich an. Bei klassischen kapazitiven Sensoren treten leicht Fehlmessungen auf, bedingt durch anhaftende Filme an den Behälterwänden. Für die EBE-Technologie spielt es keine Rolle, wie zäh ein Medium ist oder wie stark es anhaftet und leitet.  

Die durch die Beläge entstehenden parasitären Effekte werden durch die EBE-Algorithmen kompensiert, Füllstande jederzeit zuverlässig gemessen. Das beugt Fehlalarmen und Fehlmessungen in der Handhabung vor und verhindert unnötige Alarme. Auch der Patient kann sich so auf einen kontinuierlichen Behandlungsablauf ohne unnötige Unterbrechungen verlassen.  

Messfehler ausschließen 

In Anwendungen mit Wechseltanks besteht die Gefahr, dass Tanks nicht korrekt eingesetzt werden und der Luftspalt zwischen Gerät und Tank zu groß ist. Hier eignen sich besonders kapazitive Füllstandssensoren, welche zusätzlich über einen induktiven Sensor verfügen, so dass Messfehler durch falsch eingesetzte Behälter auszuschließen sind. Denn übersteigen schwankende Spaltmaße zwischen Tank und Rahmen mehrere Millimeter, ist die Füllstandsmessung selbst für hochwertige kapazitive Sensoren nicht mehr zuverlässig möglich. Der zusätzlich eingesetzte Näherungssensor misst den tatsächlichen Abstand zwischen Sensoroberfläche und Tankoberfläche. Ein kleines Stück Metall ist als Gegenstück für den induktiven Sensor dabei völlig ausreichend. So werden die Parameter für den kapazitiven Sensor, abhängig vom individuell vorhandenen Luftspalt, in Echtzeit nachgeführt. Die für den Näherungssensor notwendige Spulenstruktur ist auf der Leiterplatte des kapazitiven Sensors integriert. Eine elektronische Auswertung und Berechnung übernimmt der bereits vorhandene µController einfach mit. 

Alle Sensoren sitzen völlig kontaktlos außerhalb der Behälter direkt im Gerät hinter einer Schutzwand oder in einem dichten Gehäuse. Dort kann sie nichts berühren oder beschädigen. Das Medizingerät lässt sich einfach reinigen und desinfizieren ohne störende Fugen und Kanten durch die verbaute Sensorik. Der Anwender kann Form und Fläche der Füllstandssensoren an die Gegebenheiten und Anforderungen des individuellen Tanks anpassen. Dabei lassen sich auch besonders kleine Grundflächen oder außergewöhnliche Geometrien umsetzen, die vor allem bei portablen Geräten gefordert sind. Dabei sind kundenspezifische Schnittstellen und Ausgabeparameter jederzeit individuell umsetzbar, um die Sensorik optimal an die Gerätetechnik anpassen zu können.  

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