Kraft- und Temperaturmessung an medizinischen und pharmazeutischen Geräten
Kurz zusammengefasst
Ein über einem Infusionsbeutel oder einem Patientenlifter platzierter Kraftaufnehmer erfasst die Zugkraft der darunter hängenden Last; Kraftaufnehmer zwischen einer Prothese und dem Körper oder dem Boden messen die Reaktionskräfte in drei Richtungen. Der Kraftpfad durch jeden Aufnehmer ist so ausgelegt, dass das Übersprechen minimiert wird, und jeder Kraftaufnehmer wird mit einem bis zum NIST rückverfolgbaren Kalibrierschein geliefert. Für die Temperatur liefert der Messverstärker MicroTC aus einem Typ-K-Thermoelement eine lineare Ausgangsgröße von 5 mV/°C in einem 3,9-g-Gehäuse.
- NIST
- Rückverfolgbarkeit des Kalibrierscheins
- 4,4 kN
- Nennlast pro Achse des TR3D-B-1K, 25,4 × 25,4 × 12,7 mm
- 5 mV/°C
- Ausgang des MicroTC, −25 bis 400 °C
Kraftfluss
Laborgeräte wie Dialysegeräte erfahren kleine Laständerungen. Die Flüssigkeit in einem Infusionsbeutel wird auf dieselbe Weise gewogen: ein Kraftaufnehmer über dem Beutel trägt ihn und misst die Zugkraft seines Gewichts.
Im größeren Maßstab misst ein Kraftaufnehmer über einem Patientenlifter die vertikale Kraft Fz bei der Auslegung des Lifters. Über wiederholte Hubzyklen hinweg überwacht er die Last gegen die zulässige Traglast sowie die Dauerfestigkeit der Seile.
Prothesen und Instrumente
Bei Fuß- und Beinprothesen messen Kraftaufnehmer die Reaktionen zwischen Körper und Prothesenteil oder zwischen dem Teil und dem Boden. Bei einer Hand oder einem Arm wird die Greifkraft während der Entwicklung gemessen. Die Greifkraft wird auch bei der Kalibrierung laparoskopischer Instrumente gemessen, damit kein unnötiger Druck auf das Gewebe ausgeübt wird.
Instrumentierung
| Zuglasten | ein Kraftaufnehmer oberhalb des Infusionsbeutels oder des Patientenaufzugs, im Lastpfad der Aufhängung |
|---|---|
| Prothese, drei Kräfte | Dreiachsiger Kraftaufnehmer TR3D-B-1K, 4,4 kN pro Achse, 25,4 × 25,4 × 12,7 mm, maximales Moment von 65 N·m |
| Prothese, Kräfte und Momente | ein sechsachsiger Kraftaufnehmer, drei Kräfte und drei Momente in einem Gehäuse |
| Übersprechen | der Kraftpfad durch den Aufnehmer und seine Dehnungsmessstreifen-Elemente (DMS) ist so ausgelegt, dass die Empfindlichkeit gegenüber Querbelastung minimiert wird |
| Kalibrierung | mit jedem Kraftaufnehmer ein bis zum NIST rückverfolgbares Zertifikat |
| Temperatur | MicroTC, Thermocouple-Anschluss Typ K und Messverstärker in einem 3,9 g leichten Gehäuse, mit Kaltstellenkompensation, 5 mV/°C von −25 bis 400 °C |
Signalpfad
Jede Kraftachse ist eine Dehnungsmessstreifen-Brücke (DMS). Ein Messverstärker SGA3A speist die drei Brücken eines dreiachsigen Kraftaufnehmers mit ± 5 V oder ± 2,5 V und liefert ± 10 V pro Achse, mit entfernter Shunt-Kalibrierung zur Überprüfung der Empfindlichkeit.
Thermocouples werden in Implantaten, Sonden und externen Sensoren eingesetzt. Das MicroTC wird auf den Miniatur-Stecker Typ K aufgesteckt, kompensiert die Kaltstelle und verstärkt das Signal auf lineare 5 mV/°C, wodurch das auf den Thermocouple-Leitungen eingefangene Rauschen reduziert wird.
Vorgehen
- 01
Kraftaufnehmer wählen
Nach der Richtung der Last – Zug über einer hängenden Last oder drei Richtungen unter einer Prothese –, nach ihrem Messbereich und nach dem Platz in der Ausrüstung.
Kraftaufnehmer - 02
In den Lastpfad einbauen
Oberhalb des Beutels oder des Aufzugs oder zwischen Prothese und Körper bzw. Boden, über für die Ausrüstung vorgesehene Flansche.
- 03
Brücken aufbereiten
Ein Schreibgerät mit Brückenspeisung oder ein SGA3A-Gehäuse für einen dreiachsigen Kraftaufnehmer, ± 10 V pro Achse.
SGA3A-Messverstärkergehäuse - 04
Thermocouple am Anschluss verstärken
Das MicroTC wird auf den Miniatur-Stecker Typ K aufgesteckt und liefert 5 mV/°C über zwei Leitungen zum Schreibgerät.
MicroTC Thermoelement-Messverstärker
Ergebnis
Kraft-, Momenten- und Temperatursignale direkt an der Ausrüstung, vom laparoskopischen Instrument bis zum Patientenaufzug. Jeder Kraftaufnehmer wird mit einem bis zum NIST rückverfolgbaren Kalibrierschein geliefert.
Häufige Fragen
Wie wird das Gewicht eines Infusionsbeutels gemessen?
Ein Kraftaufnehmer über dem Beutel trägt ihn und misst die Zugkraft durch sein Gewicht. Nach demselben Prinzip werden kleine Laständerungen in Laborausrüstung wie Dialysegeräten erfasst.
Wie werden Kräfte an einem prothetischen Fuß oder Bein gemessen?
Kraftaufnehmer messen die Reaktionskräfte zwischen Körper und Prothesenkomponente bzw. zwischen Komponente und Boden in drei Richtungen.
Warum sollte man einen Thermoelement-Messverstärker in medizinischen Geräten einsetzen?
Er reduziert das Signalrauschen und verbessert die Messgenauigkeit. Der MicroTC kombiniert einen Type-K-Verbinder und einen Messverstärker mit Kaltstellenkompensation in einem 3,9-g-Gehäuse.
Werden die Kraftaufnehmer mit rückverfolgbarer Kalibrierung geliefert?
Ja. Jeder Kraftaufnehmer von Michigan Scientific wird mit einem zum NIST rückverfolgbaren Kalibrierschein geliefert.
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