具有压力传感器和热气敏传感器的传感器装置的制作方法
本申请涉及一种传感器装置、一种传感器设备以及一种用于制造传感器装置的方法，尤其涉及用于确定呼吸空气中的呼气co2含量的传感器装置、传感器设备和用于传感器装置的制造方法。
背景技术：
传感器装置或传感器设备可以用于，例如在医学诊断术中执行呼吸空气分析。因此例如患者的呼气空气中的co2含量是麻醉中的重要测量变量。
常规的co2传感器，所谓的二氧化碳检测计，主要使用红外光谱测量法，所述红外光谱测量法测量co2分子的吸收。所谓的非色散红外传感器(ndir)通过吸收测量来测量呼吸气体中的co2的浓度，更确切地说在4.3μm波长处的红外吸收。这种传感器是非损耗的并且能够实现在主流中的测量。其功能方式取决于相应精确的构造，并且包括昂贵的光学部件。所使用的部件对因分泌物和呼吸湿气造成的污染是非常灵敏的，并且所使用的光敏二极管承受呼吸过程。
此外，使用所谓的金属氧化物传感器(mox)，所述金属氧化物传感器使用薄层的化学反应并且在低浓度下具有高的灵敏度。这些传感器是成本适宜的，缺点是传感器在运行中自耗并且不具有长期稳定性。同样地，涉及气体类型的选择性是小的，并且这种传感器不适合于co2。因为运行温度为最高800摄氏度，所以在主流中的使用是有风险的。
所谓的电化学电位测量传感器(nasicon)在尺寸小的情况下具有高的精度。缺点是，电极材料自耗，并且这些传感器在使用寿命小的情况下是相对昂贵的。
此外，存在微机电的丝传感器，所谓的“mems”丝传感器，所述微机电的丝传感器需要小的结构空间。由于其物理测量原理，所述微机电的丝传感器是非消耗的并且可成本适宜地制造。同样有利的是，在平稳的主流中的测量是可能的。缺点是，这种传感器不提供真正的气体分析，更确切地说，气体成分必须是已知的。热分辨率也是有限的并且处于0.2体积％co2。
为了直接在患者处执行测量，所谓的point-of-care(定点照护)测量，存在用于呼吸气体分析的各种便携设备。借助红外传感器工作的从评估中进行co2测量的便携二氧化碳分析仪由公司weinmandiagnostics提供。患者联接经由鼻套管进行并且呼出的空气在分流中通过长的软管引导至用于确定co2含量的设备。
此外，存在各种用于患者通气的系统，所述系统根据在临床领域或家庭护理领域中的使用来区分。这些系统可以包括用于确定压力、呼吸流量和呼吸气体分析的测量装置，对此必须将多个设备组合，这些设备主要远离患者进行测量。从中可以推导出，成本适宜地靠近患者地测量呼吸流和co2含量现今仍无法实现。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于，实现一种用于借助于相应的传感器来测量要检查的气体的设计构思，所述设计构思一方面可简单地并且靠近患者地使用，并且另一方面满足在气体分析中的高测量分辨率。
根据第一实施方式，传感器装置包括气压压力传感器和热气敏传感器，其中热气敏传感器设置在气压压力传感器上或设置在气压压力传感器旁边，使得热气敏传感器的对气体可穿透的测量结构例如直接在气压压力传感器的气体流入开口上游或者在气压压力传感器的压敏表面上游设置。压力传感器的压敏表面例如可以是膜，并且对气体可穿透的测量结构可以直接在气体流入开口或压敏表面上游设置。
所述实施方式基于如下知识，有利的是，在气敏传感器和压力传感器之间的空间距离最小化，这具有如下优点，系统性测量误差由此尽可能小，因为气敏传感器的测量值可以与压力相关。
在第二实施方式中，热气敏传感器例如作为对气体可穿透的测量结构或其一部分包括至少三个电导体结构，例如丝或硅丝，其中电导体结构通过中间空间间隔开。所述导体结构中的第一电导体结构，例如丝设计成，加载加热信号，并且第二和第三导体结构，例如丝关于第一导体结构非对称地设置，例如设置成，使得在第一丝和第二丝之间的间距不同于在第一丝和第三丝之间的间距，例如差异在于设置在第一丝的不同侧上或在第一丝旁边的不同侧上。第二和第三导体结构设计成，作为温度传感器工作，使得例如可以确定在第一和第二丝之间的通过气体或气体混合物的热传导的差异和确定在第一和第三丝之间的热传导的差异，使得基于热传递的差异例如可以推断出气体混合物的份额的浓度。
该实施方式基于如下知识：有利的是，使用具有三个非对称地设置的导体结构的气敏传感器，因为所述导体结构能够非常可靠地测量热学的热传递。
在第三实施方式中，电导体结构、例如丝或加热器/探测器自承地伸张，使得例如通过在导体结构例如丝之间的空腔，气体可以到达气压压力传感器的流入开口或者到达气压压力传感器的压敏表面。
该实施方式基于如下知识，有利的是，导体结构自承地伸张，因为这通过不存在支撑结构尽可能小地影响压力传感器的工作方式。
在第四实施方式中，电导体结构是结晶硅丝，或者在另一实施方式中，电导体结构是在膜材料上的多晶加热器以及半导体温度探测器或热堆叠。该实施方式基于如下知识，有利的是，特定的材料、如结晶硅丝选择作为用于电导体结构的材料，所述材料具有良好的导电性和导热性以及具有电阻的高的温度系数(tkr)并且与例如铂丝相比在精细的直径和短的导带长度的情况下具有对于电评估电路有利的基本电阻，所述基本电阻将评估电流和从而自发热保持得小，以便可以尽可能快速地、即无较大延迟地执行气体测量。
在第五实施方式中，热气敏传感器包括至少两个电导体结构，其中电导体结构通过至少一个中间空间间隔开。第一电导体结构在此设计成，由加热信号加载，其中第二电导体结构设计成，作为温度传感器工作。
在第六实施方式中，传感器装置设计成，在第一时间区间中，第一导体结构由加热信号加载并且第二导体结构用作为温度传感器，并且此外在第二时间区间中，第二导体结构由加热信号加载并且第一导体结构用作为温度传感器。
在第七实施方式中，热气敏传感器例如作为对气体可穿透的测量结构或其一部分包括至少三个导电连接片，其中连接片通过中间空间间隔开，并且其中第一连接片的金属化部或掺杂部由加热信号加载，并且第二和第三连接片关于第一连接片非对称地设置，例如在第一连接片的不同侧上或在第一连接片旁边的不同侧上，并且其中第二连接片和第三连接片的金属化部或掺杂部设计成，作为温度传感器工作。
该实施方式基于如下知识，有利的是，连接片用作为导体结构，因为所述连接片可承受机械负荷并从而提供在压力传感器的最小损坏和鲁棒性之间良好的折中。
在第八实施方式中，电导体结构或丝或连接片由要分析的气体包围，其中第一电导体结构或第一丝或第一连接片设计成，能够实现经由要分析的气体、例如气体混合物到第二电导体结构、第二丝或第二连接片上和到第三电导体结构或第三丝或连接片上的热传递，并且其中第二和第三电导体结构、丝或连接片设计成，通过例如评估装置用作为用于热传递的传感器。
该实施方式基于如下知识，有利的是，气体测量借助于热传递执行，因为这能够实现可靠地、无磨损地并且快速地测量气体混合物中的气体份额。
在第九实施方式中，加热信号作为周期性的加热信号提供。与静态热激励不同，在周期性运行中，提取另一气体参数，例如除了热导率之外提取气体的温度传导率。气体的温度传导率a例如可以如下确定：
其中λ对应于热导率，ρ对应于密度并且cp对应于热容。该实施方式基于如下思想，使用周期性的加热信号能够实现，对要分析的气体的测量能够非常快速地以良好的时间分辨率执行，使得可能的是，例如时间分辨地和/或以高的精度测量气体混合物的co2含量。
在第十实施方式中，热气敏传感器具有承载材料，例如诸如硅的基底。承载材料可以是层状材料，所述层状材料例如设置在气压压力传感器上。在该实施方式中，热气敏传感器在中央区域中具有连续的凹部，例如孔，所述凹部从背离压力传感器的表面延伸直至气敏传感器的、例如承载材料的朝向气压压力传感器的表面，并且其中对气体可穿透的测量结构设置在凹部的区域中，即例如设置在凹部中或者从压力传感器看，设置在凹部的上部限界部中，并且例如具有自承地张开的加热器或加热丝和自承地伸张的探测器或探测器丝/探测器元件。
该实施方式基于如下知识：有利的是，热气敏传感器设置在压力传感器的有源区域的直接附近，使得热气敏传感器实际上在相同的地点执行对气体的测量，在所述地点处压力和气体温度通过压力传感器测量，由此可以消除测量值或测量值观察中的系统性误差。
在第十一实施方式中，热气敏传感器具有框架，所述框架设置在气压压力传感器上，并且其中框架设计成，承载对气体可穿透的测量结构，使得测量结构的有源区域，如例如丝，或自承地伸张的硅丝，自承的桥结构，如例如自承的加热元件和/或自承的温度传感器元件覆盖由框架包围的气敏传感器的自由的内部区域、例如连续的凹部或孔，并且其中压力传感器的气体流入开口或压力传感器的压敏表面例如膜邻接于气压压力传感器的自由的内部区域，使得例如在压力传感器膜和测量结构的有源区域之间的距离小于有源区域的长度的三倍或者小于五倍，或者小于自由的内部区域的最大尺寸，例如对角线或直径。
该实施方式基于如下知识，有利的是，使用框架，以便将气敏传感器的气体测量在空间上尽可能靠近压力测量执行，这能够通过框架实现，并且其中框架同时机械地支持压力传感器。框架可以同时将气体测量空间(空穴)向外密封，借此使直至在气体浓度改变之后完全平衡所需要的扩散时间最小化。此外有利的是，例如通过压力测量膜的压力测量与气体测量结构的有源区域有距离地发生，所述距离小于有源区域的长度的五倍或三倍或者小于自由内部区域的最大的尺寸，由此实现，相应的测量实际上在相同的地点处发生，这有助于消除系统性测量误差。
在第十二实施方式中，热气敏传感器、例如承载材料或框架借助于粘接剂与气压压力传感器连接，使得粘接剂与气体流入开口或者气压压力传感器的压敏表面不接触。所述特征基于如下知识，有利的是，将热气敏传感器粘接到压力传感器上，因为这对于压力传感器是最小的机械附加负荷并从而尽可能小地损害压力传感器的功能，尤其在如下情况下如此：确保粘接剂不与流入开口或压力传感器的灵敏表面接触。
在第十三实施方式中，传感器装置具有电路板材料，如例如fr4，柔性材料或陶瓷，并且压力传感器和在其上的热传感器设置在电路板材料的一侧上或例如设置在电路板上，并且其中在电路板材料的或例如电路板的背离压力传感器和热传感器的另一侧上设置有用于电接触的插接器或焊接接触部，或者其中压力传感器和在其上的热传感器在电路板材料或例如电路板的凹部中设置，并且其中在电路板材料的或例如电路板的背离压力传感器和热传感器的另一侧上设置有用于电接触的插接器或焊接接触部，并且其中在电路板材料的一侧上设置有用于电接触的插接器，其中例如电路板材料的凹部的边缘对传感器装置的气体空间限界。
该实施方式基于如下知识，有利的是，传感器装置安置到电路板材料上，因为这能够实现简化地操作传感器装置，尤其当由此为了简化接触可以设置插接器或焊接接触部时。
在第十四实施方式中，气压压力传感器是微机电mems压力传感器，所述压力传感器例如可以是气压高度测量仪。
该实施方式基于如下知识，有利的是，将压力传感器作为微机电设备实现，因为所述微机电设备能够实现尽可能紧凑的构造方式。此外有利的是，这种mems压力传感器具有小的重量，因为有利的是，在靠近患者的测量中使用传感器装置，所述传感器装置具有尽可能小的重量，以便使患者承受尽可能小的负荷。
在第15实施方式中，传感器装置包括评估装置，所述评估装置设计成，基于传感器信号、例如传感器丝或传感器连接片的信号的相和幅值并且与由压力传感器提供的压力信息和可能的温度信息相关地确定气体浓度，例如气体混合物的气体组成部分的浓度，即例如co2浓度，所述传感器信号利用气敏传感器获得。例如，评估装置不可以集成在电路板本身上，而是与其分开，但是可以根据相应的小型化之后例如集成在电路板后侧上。
该实施方式基于如下知识，有利的是，基于传感器信号的相和幅值来确定气体浓度，因为这能够实现非常快速地确定气体浓度，例如在周期性的传感器信号的唯一的周期持续时间之后已经能够实现，并且在观察传感器信号的多个周期持续时间时能够实现，重复地测量气体浓度，由此得到一系列的测量值，关于这些测量值可以平均，以便得到统计学更重要的测量值。
在第16实施方式中，传感器装置由壳体包围，所述壳体在其内部中提供体积，传感器装置处于所述体积中，其中壳体具有壳体开口，例如唯一的壳体开口，通过所述壳体开口，要分析的气体从壳体的外侧可以通过扩散过程到达处于该体积中的传感器装置，其中例如气压压力传感器的壳体开口、测量结构和气体流入开口或其压敏表面直接相邻地设置。
该实施方式基于如下知识，有利的是，传感器装置由相对于环境气密的壳体包围，要分析的气体可以通过扩散过程到达所述壳体中，因为扩散过程与流动过程相反地是平稳的气体，在所述流动过程中，气体除了分子运动之外具有流动方向和速度。在流动介质中的测量比对扩散介质的测量误差更大，因为通过流动介质由于流动出现运输过程，尤其由于流动造成的热传递过程，这会损害气体浓度的测量。
在第17实施方式中，壳体的开口具有栅格，所述栅格用作为用于传感器装置的机械保护，并且例如可选地用作为用于膜的保护栅格。
该实施方式基于如下考虑，在壳体开口中或在壳体开口上游的栅格可以防止，呼出空气中的宏观颗粒、例如小液滴到达传感器装置中，这会损害传感器装置的功能。其他优点是，这种栅格可以支撑膜，这种膜也会设置在壳体的开口上游，以便也拦截如下颗粒，所述颗粒仅通过栅格不能被传感器装置避开。膜的使用能够实现，例如使传感器装置避开细菌和/或病毒，使得其可以保持无菌。
在第18实施方式中，壳体的开口具有膜，所述膜保护传感器装置免受污染，例如通过湿气、病毒或细菌造成的污染，并且能够实现要分析的气体的扩散。
该实施方式基于如下知识，使用膜是有利的，以便保护传感器装置免受污染，即将所述传感器装置保持无菌，这在临床环境中是必不可少的，以便重复地使用传感器装置，而不必对其进行清洁或消毒。
在第19实施方式中，壳体具有开口，这例如可以是壳体的唯一的开口，例如在传感器装置的准备好运行的状态中，气体可以到达壳体的内部中。例如，由此在壳体中实现流动平稳的区域，气敏传感器处于所述区域中，使得不发生穿过壳体和从而穿过对气体可穿透的测量结构的穿流，例如穿过如下平面的穿流，丝位于所述平面中，仅运动到气压压力传感器的可以为袋式压力测量腔的压力腔中的气体穿过，例如扩散进入，或者运动离开压力传感器的压力测量腔，例如通过扩散。
该实施方式基于如下知识，有利的是，实现流动平稳的区域，热气敏传感器处于所述区域中，因为穿过传感器所处的壳体的穿流会负面地影响传感器装置的测量精度，因为一方面通过热传递过程会损害气敏传感器的功能，并且同样地压力传感器会测量错误的、通常过小的压力。
根据本发明的第20实施方式，传感器设备包括：流动通道，所述流动通道例如可以是空心柱形的，例如是流动管/软管(tubus)，其中流动通道在壁部中具有开口；并且包括根据实施方式1至17中任一实施方式的传感器装置，其中传感器装置通过开口与流动通道的内部在空间上连接，以便例如通过扩散能够实现在流动通道的内部和传感器装置之间的气体交换。
该实施方式基于如下知识，有利的是，流动通道与传感器装置组合，其中传感器装置通过流动通道的壁部中的开口与流动通道的内部连接，以便对处于流动通道中的气体执行气体测量，因为一方面测量流动平稳地不在主通道中发生，并且传感器装置由于其空间布置可以用作为可重复使用的模块，所述模块可以容易地安置在流动通道上。通常，流动通道是成本适宜的一次性物品，而传感器装置应多次使用。通过将传感器装置设置在流动通道之外，能够实现简单的构造分离；此外刚好通过传感器的侧向设置实现了，所述传感器不直接沉入到流动的主通道中，而是仅切向地与流动的吸气或呼气空气接触。由所述结构方式所决定，不发生穿过传感器或传感器装置的流动，而是出现要测量的气体进入到传感器装置中的无流动的扩散过程，由此如上所述，消除系统性测量不精度性。
在第21实施方式中，开口由例如过滤细菌或病毒的膜遮盖，其中例如膜通过例如多孔的或细网眼的栅格结构支撑，所述栅格结构设置在包围传感器装置的壳体的开口中。
该实施方式基于如下知识，有利的是，开口通过膜遮盖，以便例如可能在传感器装置之外处于流动通道中的细菌或病毒不能够进入到传感器装置中，使得传感器保持无菌或消毒，以便可以重复使用，而不需要对传感器进行清洁或消毒。因为膜应薄到足以能够实现要分析的气体的扩散，所以膜必须是充分薄的，由此所述膜变得易受机械影响，因此有利的是，膜通过栅格结构支撑，以便防止膜撕裂。
在第22实施方式中，处于传感器设备的内部中的、例如流过流动通道的要分析的气体穿过膜扩散至传感器装置。该实施方式基于如下知识，有利的是，要分析的气体可以扩散进入到传感器装置中，以便避免由于流动效应造成的测量值失真。
在第23实施方式中，在传感器设备的膜和气敏传感器的朝向膜的表面之间的间距小于流动通道垂直于要分析的气体的中部流动方向的最大尺寸的一半。例如，中部流动方向在开口的位置处或在圆形的流动通道的情况下在直径中或者在流动通道的横截面为矩形的情况下在对角线中观察。
该实施方式基于如下知识，有利的是，气敏传感器尽可能靠近膜定位，其中在膜和传感器之间的间距越小，流动通道的直径就越小，即间距随着流动通道的直径比例缩放。如果在膜和气敏传感器之间的间距尽可能小，那么气敏传感器能够尽可能精确地并且立即地执行测量，由此出现尽可能准确的且无失真的测量。
在第24实施方式中，包围传感器装置的体积、例如传感器装置的从流动通道来看位于膜后方的区域小于1000、500或250mm3，其中所述体积沿着流动通道的方向通过开口、例如通过膜限界。
该实施方式基于如下知识，有利的是，将包围传感器装置的体积限制成尽可能小的体积，以便能够实现要测量的气体在尽可能短的时间中尽可能完全地扩散到该体积中。尽可能快的扩散是值得期望的，因为测量原理能够基于周期性的信号的相位测量并且信号的周期持续时间必须大于仪器特定的扩散时间，以便使测量值的时间变化曲线的由传感器几何形状造成的损害最小化。框架能够同时将气体测量空间(空穴)向外密封，以便将在气体浓度改变之后直至完全平衡所需要的扩散时间最小化。
在第25实施方式中，传感器设备设计成，使得直至气敏传感器的区域中气体浓度平衡到与流动通道中的气体体积偏差最高0.5体积％的持续时间小于10ms。这例如能够通过如下方式实现：适当地选择膜和在膜后方的包含传感器装置的腔中的气体体积。
该实施方式基于如下知识，有利的是，将气体浓度平衡的持续时间保持得尽可能小，以便可以在尽可能短的时间中执行气体浓度的测量。有利的是，时间是尽可能小的，因为气体浓度测量可以基于周期性的时间信号的测量，并且如果时间信号的周期持续时间处于调平气体浓度所需要的持续时间的数量级中，那么这种测量无法无误差地执行。
在第26实施方式中，包含传感器装置的腔为流动平稳的地区。这例如能够通过如下方式实现：适当地设置开口和/或选择包含传感器装置的腔的几何形状和/或选择在流动通道和腔之间设置的膜或过滤结构。腔例如可以通过开口和可选地通过膜耦联到流动通道上。流动平稳的地区例如可以是平稳区或几乎无流动区，使得例如对气体可穿透的测量结构不位于流动区域中。
该实施方式基于如下知识，有利的是，传感器装置设置在流动平稳的地区中，因为流动效应可能对传感器装置的测量精度有负面影响，因为一方面流动损害温度气敏传感器的工作方式，并且同样可能使压力测量失真。
在第27实施方式中，传感器设备具有流动传感器，所述流动传感器可以确定流动通道中的流动速度和/或气体质量流和/或体积流，例如所述流动传感器可以构成为指状传感器(sensorfinger)，所述指状传感器伸入到流动通道中。
该实施方式基于如下知识，有利的是，流动传感器设置在传感器设备中，因为通过所述流动传感器可以检测测量变量，所述测量变量允许做出关于气敏传感器在测量条件、如例如流动速度下是否有说服力的结论。因此，例如在流动速度非常大的情况下，不可以保证在传感器装置中的流动自由度，由此测量值可能失真。在该情况下，如果流动传感器确定高于一定极限的流动速度，那么可以丢弃可能失真的测量值。
在第28实施方式中，传感器设备具有第二气压压力传感器，所述第二气压压力传感器测量环境压力。传感器设备例如设计成，与第一和第二压力传感器的压力值之间的差相关地确定呼吸压力。
该实施方式基于如下知识，有利的是，利用气压压力传感器和第二气压压力传感器的压力值来确定呼吸压力，以便可以评定，由传感器装置执行的气体份额测量是否提供有效的测量结果。在呼吸压力处于特定范围之外的情况下，气体测量可能是不精确的。
在第29实施方式中，传感器设备识别用于基于关于流动通道中的流动速度的信息和/或基于关于流动通道中的流动方向的信息进行校准的时刻，例如在识别到抽吸或施加足够新鲜空气或富含麻醉气体的新鲜空气时，以便与此相应地对热气敏传感器执行校准，例如重新校准。
该实施方式基于如下知识，有利的是，在需要时校准或重新校准传感器设备，并且关于流动通道中的流动速度或流动方向的信息是用于判断是否应执行这种校准的良好的标准。
在第30实施方式中，传感器设备在校准的时刻输出警告，根据识别到过高的浓度，例如高于特定的气体份额的阈值的浓度。该实施方式基于如下知识，有利的是，当在校准的时刻确定过高的气体份额时，输出警告，以便可以识别，校准可能不精确地执行，并且必要时能够重新执行校准，可能在特定的环境条件下，例如在用特定的气体混合物彻底冲洗传感器设备之后。
根据第31实施方式，提出一种用于制造传感器装置的方法，其中方法包括：提供气压压力传感器和热气敏传感器，以及将热气敏传感器、例如通过粘接固定在气压压力传感器上或气压压力传感器旁边，使得热气敏传感器的对气体可穿透的测量结构例如直接地设置在气压压力传感器的气体流入开口上游或设置在气压压力传感器压敏表面例如膜上游。
根据第32实施方式，提出一种用于运行传感器设备的方法，其中方法包括：如果例如识别到，已经抽吸足够的新鲜空气或富含麻醉气体的新鲜空气，那么识别用于基于关于流动信号和/或关于流动通道中的流动方向的信息进行校准的时刻；和据此，例如根据对用于校准的时刻的识别，对热气敏传感器执行校准，例如重新校准。
具体实施方式
图1示出根据一个实施方式的传感器装置的示意图。
如在上文中描述的那样，对于特定的应用需要确定气体或气体混合物的co2含量。图1示出传感器装置的一个可能的实施方式，所述传感器装置适合于测量气体的特性。传感器装置包括气压压力传感器10和热气敏传感器20。热气敏传感器设置在气压压力传感器10上或旁边，并且具有对气体可穿透的测量结构22，所述测量结构例如可以是孔，其中测量结构设置成，使得所述测量结构处于压力传感器的压敏表面或气体流入开口上游。通过压力传感器直接靠近气敏传感器，可以确保，压力测量和气体的测量基本上在相同的地点发生。这是有利的，因为热气敏传感器20的测量值可以不同地出现，视在热气敏传感器的区域中存在何种压力和何种温度而定。如果例如热气敏传感器20的测量值的压力和温度相关性是已知的，那么这必要时可以调整或者相应地解释。这有助于提高热气敏传感器20的测量值的效力。
这种装置100为小型化的传感器系统，所述传感器系统为了气体或气体混合物的浓度确定，例如在靠近患者地确定在呼气时的吐气中的co2浓度时，该传感器系统构成为所谓的芯片级封装。这种芯片级封装通常是电子芯片的数量级中的壳体并且在该情况下包括压力传感器以及气敏传感器。所述传感器装置100此外可以包括气密的测量腔，并且例如经由这种通道的侧向孔可以接合到流动通道上，例如患者的呼吸气体可以引导穿过所述流动通道。
虽然图1中的传感器装置1以方形的实施方案示出，要理解的是，其可以矩形地、圆形地或也四边形地构成。类似内容适用于可穿透的测量结构22，所述测量结构在图1中以正方形示出。同样不言而喻的是，所述测量结构也可以是矩形的、四边形的、圆形的或卵形的或者也可以不规则地成型。
图2示出如已经结合图1描述的传感器装置的另一实施方式。传感器装置200具有气压压力传感器10和热气敏传感器20。在该是还是方式中，热气敏传感器包括三个电导体结构30、32和34。导体结构跨越可穿透的测量结构22的区域。导体结构30、32、34的跨越对气体可穿透的测量结构22的部分可以构成为丝或连接片。在一个实施方式中，中间的丝30设计成，由加热信号加载，在中间的丝的两侧设置的丝32和34距中间的丝30以不同的间距设置并且用作为温度传感器。提到的丝例如可以是结晶硅丝。
在图2中示出的热气敏传感器在该实例中包括三个自承伸张的精细的结晶硅丝，所述结晶硅丝由要分析的气体包围。丝可以在对其进行承载的框架之间伸张。中间的丝可以由加热信号加载，这可以是周期性的加热信号。两个相对于加热丝在左边和右边非对称地设置的丝作为温度传感器工作。所述温度传感器测量从加热丝到传感器丝的热传递，热传递经由从加热丝到要分析的气体中并且从所述气体到传感器丝上的本身未知的热传递进行。通过借助两个传感器丝测量温度响应，可以消除测量装置中的未知的热传递，这两个传感器丝通常是相同的，但是距加热丝以不同的间距设置。通过测量两个传感器丝中的传感器信号的相位和幅值，可以回推气体或气体混合物的组成部分，相位和幅值基本上与通过气体的热传递相关。
如上所述，传感器系统可以构成为芯片级封装并且在该情况下如在图3中示出的那样包括电路板40、气压压力传感器10，所述气压压力传感器可以是具有例如24位分辨率的微机电(mems)压力传感器，如例如气压高度测量仪，并且包括在其上粘接的热传感器20，所述热传感器同样可以是微机电构件。
为了接触传感器系统200，圆形的电路板包括接触设备42，所述接触设备借助于接合丝能够实现接触传感器装置200的电导体结构。此外，电路板可以包括电构件，如电容器、二极管或有源电子器件44，所述有源电子器件例如在传感器系统运行中使用。可以将整个小型化的评估电路设置在模块上。
如在图4中示出的那样，在电路板40的后侧上可以设置有用于电接触的插接器。例如能够是小螺距插接器、弹簧接触系统或固定的焊接连接的所述插接器能够实现标准化地并且容易地接触传感器系统。整个传感器系统例如可以由壳体包围，如在图6中示出的那样。图6示出具有电路板和后侧的插接器的传感器装置，所述传感器装置由壳体包围。
图5示出如在图4中示出的整个传感器堆叠的侧视图、俯视图和和在插接侧的视图一次。量纲是毫米，由此可见的是，传感器系统具有非常小的结构形式。因此，电路板的直径为8mm并且压力传感器的棱边尺寸为大约2.6mm。因此，得出以外部尺寸计例如大约为1cm3的非常小的结构形式。如果传感器还由壳体包围，那么气体测量空间例如大约为250mm3大。在此，传感器装置提供对压力、温度和气体浓度的测量，例如co2浓度。压力和温度的测量例如在气敏传感器中或在所谓的co2模块中进行。由此准确的漂移校正、例如co2浓度测量的准确的漂移校正是可能的。
图7示出具有流动通道700的传感器装置的一个实施方式，所述流动通道构成为可一次性使用的呼吸管(disposableflow-tubus，一次性流管)。示出的设备例如用于气体的浓度确定，当前用于靠近患者地确定在由患者呼出的空气中的co2浓度。流动通道700在壁部中具有开口，其中构成为co2模块的传感器装置100设置在测量腔中。传感器装置通过开口与流动通道700的内部在空间上连接，以便能够实现在流动通道700的内部和传感器装置之间的气体交换。在其通向流动通道700的开口处设置有栅格结构702，通过所述栅格结构进行气体交换。在患者的吸气阶段(吸气704)期间，测量腔中的co2模块由新鲜空气或校准气体环流。在患者的呼气阶段期间，传感器装置由呼出的空气环流，其中可以测量由患者呼出的空气中的co2浓度。
通过侧向地设置传感器，所述传感器不直接沉入到流动的主通道中，而是仅切向地与流动的吸气或呼气空气接触。由所述结构方式决定，不发生穿过传感器或传感器装置的流动，而是出现要测量的气体进入到传感器装置中的无流动的扩散过程，由此消除系统性测量不精度性。
通向测量腔的开口通过膜遮盖，以便使在传感器装置之外处于流动通道700中的细菌或病毒不能够进入到传感器装置中，使得传感器装置保持无菌或消毒，以便可以重复地使用。
图7中的传感器设备此外具有流动传感器706，所述流动传感器可以确定流动通道700中的流动速度和/或气体质量流708和/或体积流。通过构成为指状传感器的、伸入到流动通道700中的流动传感器706，可以检测测量变量，所述测量变量允许得出关于如下内容的结论：气敏传感器在测量条件、如例如流动速度下是否是有效力的。因此，在流动速度非常大的情况下，不能保证在传感器装置之内的流动自由度，由此测量值可能失真。
下面示出本发明的另外的实施例和方面。要注意的是，可以使用实施例本身。此外，各个实施例的不同的特征、功能和细节也可以在其他实施例中使用，只要不对抗强制的技术原因。
一个实施例涉及用于气体的浓度确定、例如用于靠近患者确定在呼气时呼出气体中的co2浓度的小型化的传感器系统，所述传感器系统构成为芯片级封装(芯片级壳体)，所述芯片级封装与气密的测量腔接合并且经由侧向孔接合到主流动通道上。
图4中的芯片级封装(芯片级壳体)例如包括圆形的电路板、气压mems(微机电)压力传感器(例如具有24位分辨率，气压高度测量仪)和例如在其上粘接的热传感器(mems或微机电，hahn-schickard)。在后侧上例如设置有小螺距插接器、弹簧接触系统或固定的焊接连接，以进行电接触。传感器堆叠例如借助rp(rapid-prototyping；快速成型)壳体包围，所述rp壳体在其朝向流动管的开口上例如具有栅格结构并且具有用于容纳防泄露进行密封的o形环的凹陷部。
属于这种装置的优点的例如有，非常小的结构形式：例如大约1cm3(外部尺寸)，具有例如大约为250mm3的气体测量空间；和所提供的用于测量压力、温度和co2浓度的功能。压力和温度的测量例如在co2模块(例如在气敏传感器)中进行，其中能够实现精确的漂移校正(例如co2浓度测量的漂移校正)。气道压的测量例如可以通过在两个气压压力传感器(在模块中和设备中)之间形成差值来进行。
属于其他优点的例如有：
-非常小的气体测量腔，
-通过经由病毒过滤器的扩散的快速的气体交换，
-需要少量的呼吸气体用于分析，小的死区体积，
-直接在吹嘴处、在气管内管中测量直接的co2浓度，
-快速地诊断新陈代谢的患者状态，
-直接在管处的测量，
-通过细菌/病毒过滤器的测量，
-没有时间延迟：co2浓度的一次呼吸分辨的浓度确定，
-低的能量需求，非消耗性的，物理的测量原理，
-在吸气阶段结束时对新鲜空气浓度的自动校准，
-经由锁定凸起的在机械和流体方面可靠地、可简单且快速更换的设备，所述锁定凸起用于将流动管张紧到可重复使用的仪器中。
下面根据本发明示出和描述另一实施例。
图7示出在吸气(呼入阶段)期间的气体流量：包含传感器模块的小的腔由新鲜空气或特定的气体(例如用于麻醉)冲洗，其可以用作为校准气体。气体交换在此通过病毒过滤器进行。
图8示出在呼气(呼出阶段)期间的气体流量：在此可以对患者的呼出的空气中的co2浓度进行评估。对于co2分子扩散经过细菌过滤器，作为实例：在1μm的网孔宽度的情况下，对于在传感器处浓度突变到5体积％需要7.2ms的扩散时间。
属于这种实施例的特征的例如有：
-具有病毒过滤器的一次性流管(disposableflow-tubus)，
-测量气体经由扩散耦合输出，
-经由o形环和/或面密封件和/或喷射的2k塑料密封件的无泄漏的封闭件，
-经由锁定凸起的安全的设备，
-co2模块处于可重复使用的设备中。
下面的实施例例如示出热气敏传感器的构造和相应的传感器原理。
图9和图10中的热气敏传感器由(或者包括)例如三个在框架之间自承地伸张的精细的结晶硅丝，所述硅丝由要分析的气体包围。图10示出具有用于区分气体混合物的硅微丝的传感器芯片。中间的丝加载例如周期性的加热信号，两个在加热器左边和右边非称地设置的硅丝作为温度传感器工作。热传递经由从加热器到要分析的气体中和从气体到传感器丝中的未知的热传递进行。通过借助距加热器有不同间距的两个相同的传感器来测量温度响应，可以消除测量装置中的未知的热传递。两个传感器信号的相位和幅值基本上与通过气体的热传递相关。
在图11中示意地示出热传感器的基本原理：清楚可见的是，加热器和传感器丝在通过要分析的气体混合物热耦联的情况下空间分离，以及借助距加热器有不同间距的传感器丝进行测量。
加热器和(多个)传感器在介质中分开设置并且由要分析的气体包围。从加热器至温度传感器的热流仅经由气体本身发生。热传递也经由从加热器到要分析的气体中并且从气体到传感器丝中的未知的热传递进行。在两个间距中进行测量时，热传递几乎是相同的。两个传感器信号的差主要与通过介质本身的热传递相关。
电学模拟：为了标识和估计热流，创建电学模拟。热损失的优化是重要因数，以便提高传感器的灵敏度，而不必馈入过高的加热功率。
图12示出传感器处的热传递的示意图。从加热器(温度th)到传感器(温度ts)的热传递主要通过要测量的气体发生。
在正弦形的加热功率下，得出传感器信号的正弦形的变化曲线，所述变化曲线强烈地与气体的热学特征相关，所述气体包围传感器丝。通过借助距加热器有不同间距的两个相同的传感器来测量加热器的温度，能够消除测量装置中的未知的热传递，如已经在上文中描述的那样。
为了评估，如在图13中示出的那样，比较发出的和接收的正弦波。借助经由加热器和传感器之间的相移来校准信号，可以以0.2体积％分辨在空气中的co2含量。因为气体是可压缩的并且通过压力和温度改变其密度，应补偿相应的漂移。
经由对传感器提供的其他测量变量的评估，热导率、温度传导率和在气体的密度已知的情况下还有比热容可以被确定，一个可能的方式为：也对未知的气体混合物进行分析。
图13此外示出在借助用于co2和n2的正弦形的加热功率激励时的信号的比较。在加热功率相同时，接收到的传感器信号在幅值、偏差和相位方面不同。
通过自承的桥结构相对于闭合的薄层膜的构造差异，大体实现在加热器和探测器元件之间的寄生热解耦，并且明显提高信号质量。由于加热器的小的热质量，可能的是，将加热器借助最高300赫兹的频率调制，因为热量可以快速地输入和输出。
另一发明方面涉及划分成可重复使用的设备和呼吸通道，所述呼吸通道例如可以是一次性物品。图14示出在可重复使用的设备和作为一次性物品的呼吸通道之间的这种分离。在左边的图中，呼吸通道作为一次性物品绿色地/在左边阴影地示出。所述呼吸通道由具有标准锥接口的呼吸流通道构成并且可选地包含mems流量传感器和过滤器。
蓝色地/在右边阴影地示出的部分是可插接到呼吸通道上的测量设备，并且例如可以多次重复使用，因为所述测量设备不与患者的呼吸气体碰触。在图14的右侧的视图中的亮蓝色的/交叉线的方框示意地示出气体测量空间，作为传感器壳体中的具有大约250mm3的大小的空腔。co2传感器，例如热气敏传感器处于所述空腔中并且向外由栅格保护防止碰触。
可选的病毒/细菌过滤器防止，co2传感器通过患者的呼吸气体污染。过滤器在此作为呼吸通道的组成部分是一次性物品。co2传感器的气体测量腔的无泄漏的接口通过o形环、面密封件或经由喷射的2k塑料密封件实现，其可以为可重复使用的设备的或呼吸通道的一部分。
本发明的另一方面涉及估计直至浓度平衡的扩散时间。co2传感器因为其属于可重复使用的部分所以应当尽可能受保护以免因患者的呼吸气体造成的任意污染。出于所述原因，病毒/细菌过滤器将呼吸通道中的受污染的区域与具有co2传感器的未受污染的可重复使用的测量设备分离。过滤器例如是呼吸通道(一次性物品)的组成部分，因为所述过滤器受患者的呼吸气体污染。
图15在示意图中示出co2传感器的一个实施例。所述co2传感器具有如下特征：
-可重复使用的夹紧的壳体——resusableclippedhousing
-一次性通道——disposablechannel
-流量传感器(属于一次性通道)——flowsensor(belongstodisposablechannel)
-呼吸——breath
-co2传感器——co2sensor
-传感器腔——sensorchamber
-细菌过滤器——bacterialfilter
-一次性的或可丢弃的——disposable
-可重复使用——reusable
过滤器降低co2分子进入到传感器壳体的气体测量腔中的扩散速度，由此提高传感器的响应时间。因此，必须关于过滤器直径和孔大小来估计直至传感器的气体测量腔中和呼吸通道中的浓度平衡的扩散时间。
在图16中示出在简化的静态边界条件下在300k的温度、大气压力下和在不考虑呼吸湿度的情况下的计算。
属于根据菲克(fick)定律对扩散的影响参数的有：
expiredair＝呼出空气
externalair＝外部空气
channel＝通道
sensor’schamber＝传感器腔
filter＝过滤器
porosity＝孔隙度
sensor＝传感器
diffusionofgasesthroughthefilter＝气体穿过过滤器的扩散
对于扩散流量j，第一菲克定律限定如下关系：
其中d是气体1进入到气体2中的扩散系数(假设为常量)，c1和c2是两种气体中的物质的浓度，并且δ是几何关系。
为了计算规定如下参数：呼气的co2浓度c1＝1.62mol·m-3，新鲜空气中的co2浓度c2＝1.62·m-3，扩散系数d＝14·10-6m2·s-1(在300k处于大气压力下的空气中的co2的扩散系数)，并且对于过滤器膜，在厚度δ＝10μm并且有效膜面积为s＝1.03·10-4m2的情况下，孔隙度为0.5，其中假设(气体测量腔)的传感器腔的体积在第一范例中为v1＝5.14823·10-7m3并且在当前的传感器构造中为v2＝1.378·10-7m3。借此得出j＝2.25mol·m-2s-1的扩散流量，这表示，每秒2.25molco2的物质量会穿过1m2大的过滤器面积。换算成实际的过滤器面积，得出几μmol/s的流量，这足以在7.2ms(第一范例)之后将气体测量腔置于呼气的浓度c1。
如果具有v2的气体测量腔以因数30小于v1，那么得出仅例如为0.2ms的直至浓度平衡的延迟时间。图17中的时间扩散变化曲线示出，将气体测量腔选择得越小，则传感器处的浓度平衡就越快速地进行。
估计的结果是欠定的，因为直至浓度平衡的实际扩散时间由于在呼气期间在呼吸通道中的压力提高根据wrobleski方程进一步地缩短：
其中p1是呼吸通道中的压力，p2是气体测量腔中的压力并且p是过滤器的渗透率。在通道中有气体流动的情况下，差值p2-p1提高，使得扩散流量增大并且穿过过滤器的co2扩散同样增大。所述压差引起进入到传感器腔中的流动，所述流动有益于穿过过滤器的气体扩散。
对传感器信号的流动影响：co2传感器的信号会容易受干扰，因为其相对于热流动信号展现更低的灵敏性。因此，应避免流量对co2传感器的信号的寄生影响，以便可以精确地测量气体浓度。
过滤器、流入栅格的几何形状和小型化的气体测量腔在一个实施例中实现平稳地区，在所述平稳地区中热传感器可以不受外部穿流干扰地工作。
本发明的该实施例的可能的应用领域例如在于用于患者通气的医学技术(二氧化碳测量)或在于天然气分析，在那里例如应确定气体的燃烧值。为了二氧化碳测量使用不同的co2传感器，所述co2传感器在下文中概括地解释。主要地，借助红外光谱学来测量co2分子的吸收。
图18示出金属氧化物传感器(mox)的一个实施例，
属于其优点的有如下特征：
-简单的原理(薄层的化学反应)
-在小的浓度下高的灵敏度
-成本适宜
属于其缺点的有如下特征：
-传感器自耗
-小的长期稳定性
-气体类型的小的选择性
-不适合于co2
-最高800℃的运行温度和与此相应地在主流中使用的风险
图19示出电化学电位测量传感器(nasicon)的一个实施例，属于其优点的有如下特征：
-高的精度
-小的尺寸
属于其缺点的有如下特征：
-电极材料自耗
-在使用寿命小的情况下相对昂贵
图20示出非色散红外线传感器(ndir)的一个实施例。
属于其优点的有如下特征：
-在4.3μm波长处的红外吸收，通过吸收测量在呼吸气体中的co2的浓度
-非消耗的
-在主流中的测量是可能的属于其缺点的有如下特征：
-功能方式取决于相对精确的构造
-昂贵的光学部件
-对污染：分泌物和呼气湿气非常灵敏的部件
-光电二极管的老化
图21示出mems丝传感器的一个实施例(hahn-schickard)
属于其优点的有如下特征：
-小的结构空间
-物理的测量原理——非消耗
-成本适宜
-在平稳的主流中的测量是可能的
属于其缺点的有如下特征：
-处于早期研发阶段——尚未有产品
-测量热学气体特征热导率和温度传导率：没有实际的气体分析，气体组分必须是已知的
-有限的热学分辨率(0.2％体积co2)
对于二氧化碳分析，存在各种用于呼吸气体分析的便携设备。例如，可以提及公司weinmandiagnostics的产品：用于co2测量和评估的便携二氧化碳分析仪，所述二氧化碳分析仪在内部借助红外传感器工作。患者接合经由鼻套管进行，并且呼出的空气在子流中穿过长的软管引导至用于确定co2含量的设备。
该类型的其他设备是由bluepointmedical提供的gapnotrueamp，其在主流方法中与phasein的irmamainstream一起工作。
在市场上当今存在用于患者通气的不同的系统。所述系统根据在临床领域和家庭护理领域的使用区分(例如公司heinen+
两个传感器(co2和流动)可选地集成到传感器系统中会引起结构空间和系统重量明显降低(在患者被插管的情况下的重要标准)。直接在面罩或管处的靠近患者的测量地点——尽可能靠近呼吸道——才能够实现足够精确的测量，以便避免因软管、运动或其他干扰源造成的影响。通过热学测量原理，此外预期更精确的流动测量和快速的气体分析。
下面描述本发明的另外的实施例和方面，所述另外的实施例和方面可以单独使用或结合其他在本文中描述的方面或实施例或特征使用。
一个实施例(方面1)涉及用于气体的浓度确定的小型化的壳体(封装)，例如用于确定在呼气时呼出气体中的co2份额，其构成为气密的测量腔，所述测量腔具有向外防泄露密封的用于经由扩散进行气体交换的开口，
其构成为堆叠，所述堆叠由如下构成：
-布线载体，
-气压mems压力传感器，
优选(但不必需)具有数字接口的气压高度测量仪
和(可选地)高的a/d分辨率(优选24位)
-热mems气敏传感器，
其中(可选地)加热器和至少两个探测器在气体测量空间中自承地伸张，
其中(可选地)热气体响应、气压气体压力和气体温度直接在最狭窄的空间上在测量地点处测量，和
(可选地)由于在加热器和探测器之间的机械分离，从加热器至探测器的热传递主要经由测量气体进行，
其中(可选地)探测器在加热器的侧向距其有不同限定的间距地设置，
其中(可选地)热传感器的加热器加载有周期性的加热功率(优选120hz或更大)，
和(可选地)在探测器处确定相对于加热信号的气体浓度相关的幅值和相移，
其中(可选地)探测器信号相互间和与加热信号绝对地和差分地进行比较，
其中(可选地)为了校准气体类型相关的气体浓度(优选co2)，使用形成信号的差与和的组合，
其中(可选地)为了压力相关的和温度相关的漂移校正，借助气体测量空间中的气压压力传感器确定的用于绝对压力和温度的值优选地经由多项式计算，
其中(可选地)温度分辨率和绝对精度经由热气敏传感器的探测器的温度校准和使用其测量信号可以明显地提高，
-其中(可选地)传感器壳体具有作为机械保护的流入栅格，
-其中(可选地)小型化的传感器封装(传感器壳体)为了气体的浓度确定而直接设置在流动管处的侧向孔后方，
-其中(可选地)测量气体经由穿过细菌或病毒过滤器的扩散从流动通道中耦合输出，和
-其中(可选地)浓度平衡在正常呼吸下在10ms之内进行，因为由于小型化的构造，气体测量空间的体积优选地小于250mm3，
-其中(可选地)小型化的传感器封装(传感器壳体)经由壳体的弹性o形环、面密封件或经由喷射的2k塑料机械地防泄露地密封到流体管上，
-其中(可选地)过滤器、流入栅格的几何形状和小型化的气体测量腔实现平稳地区，在所述平稳地区中热传感器可以不受外部穿流干扰地工作，
-其中(可选地)承载细菌或病毒过滤器的流动管可以构成为一次性物品(“disposable”)，
-其中(可选地)小型化的传感器封装(传感器壳体)为了气体的浓度确定连同其基于微处理器的信号评估装置仅几克重，具有小的结构大小，并且由于使用mems构件具有优选小于50mw的较小的功率需要，并从而可以插入到直接在患者处的面罩、吹嘴或气管内导管中，以便能够实现精确的和时间上不失真的测量。
另一实施例涉及根据方面1的设备结合第二气压高度测量仪，所述第二气压高度测量仪在流动通道之外处于测量设备中并且检测空间的气压空气压力，
-其中测量设备例如从由小型化的传感器封装(传感器壳体)中的气压mems压力传感器确定的流动通道的绝对压力和空间的气压空气压力中形成差值，并由此计算呼吸压力。
另一实施方式(方面3)涉及根据方面1或方面2的设备结合流动通道中的用于在主流方法中测量呼吸值的mems流动传感器，
-其中例如借助于由小型化传感器封装中的气压mems压力传感器确定的呼吸空气的绝对压力和气体温度的值，在atp(ambienttemperatureandpressure＝环境温度和压力)条件下从由mems流量传感器测量的质量流换算成当前的体积流。
另一实施例(方面4)涉及由零点补偿结合呼吸管中的流动传感器的流量信号补充的根据方面1至3的设备：针对出自呼吸器的新鲜空气或麻醉气体浓度来动态校准co2传感器。
热传感器具有相对于环境影响绝对压力和温度的提高的信号相关性。这就是说，不测量所述参数，那么假设对于co2和/或其他气体的错误的浓度值：因此直接在同一测量地点(堆叠)处放置绝对压力传感器，所述绝对压力传感器除了气压空气压力之外同时也测量温度。
现在，在使用中存在如下可能性：虽然存在膜(病毒过滤器)，在较长的时间段中，轻质的污染物可能在传感器的探测丝处沉积，其中信号可能漂移。电子装置也展现与环境(通常温度)相关的漂移。
因此可能实际上有意义的是，在存在已知的气体时将传感器调平到其零点。对此，非常频繁地使用新鲜空气，即室内空气。这在新患者处的传感器接通/投入运行时或在更换传感器之后是有利的方式。将传感器从其封装中取出，电连接并且在初始化时暴露于新鲜空气。在已知的空气条件下(标准)，所述传感器自校准。所述方式在加热丝风速计(呼气气体测量)和在二氧化碳测量(ndirco2测量)中都是常见的。
可以设想(即在本发明的实施例中的可选的特征)在通气期间的动态再校正：当连接的流动管探测到吸气阶段的结束时(刚好已经将新鲜空气或富含麻醉气体的新鲜空气输送给患者)，可以将传感器的当前的测量值解释为针对所述已知的气体状态的零点并且必要时再校准该传感器。(出自呼吸器的麻醉气体浓度对于呼吸器例如是已知的并且通知肺活量计设备(肺活量计构件))。
但是也可以考虑相反的场景：由于患者软管系统中的故障，呼出的co2不正确地输出，并且co2浓度(即使在新鲜空气的情况下)临界地升高：在此不允许动态再校准，而是由于在吸气(新鲜空气测量)时的过高的co2浓度必须触发警报。
由于对流动和气体浓度的测量地点的直接几何靠近，流量信号(flow-signal)和co2信号在我们的系统中同步地运行。因此，错误或再调节可以直接在一个呼吸行程内修正。
在二氧化碳测量的更常见的旁流方法中，主动从主流中抽出气体并且在薄软管中经过大约1.5m到达呼吸器中的二氧化碳检测计处。由此，在流量信号和co2信号之间存在时间偏差，所述时间偏差在软件侧/以计算的方式修正。仅具有呼吸流管的直接透视(光学窗口)的二氧化碳检测计与流量信号(flow-signal)时间同步地测量。
根据本发明的另一方面，进行耦合输入到封闭的腔中和进行通过滤波器的气体扩散。
根据本发明的另一方面，实施例具有小的腔气体体积，这是特别有利的。据此才变得可能的是，经由扩散与呼吸周期同步地在传感器处示出浓度相关的动态信号。
根据一个方面，考虑用于膜和腔(或普遍地用于传感器或传感器装置)的一个或多个下述预设：
-在传感器测量腔之前的膜将气体空间分成平稳区：几乎无流动的区是用于热学气体浓度测量的重要前提条件。
-在一些实施例中重要的是，非常小的腔体积与小的扩散时间常数结合才允许动态的浓度测量。最后，在测量腔中的气体交换是被动过程并且与微粒的平均自由路径长度相关(参见在更上文中对扩散时间的理论讨论)
-膜(可选地)是疏水的病毒和/或细菌膜，所述膜例如由millipore出售。可选的过滤器例如可以防止液体进入到测量腔中。
-过滤器膜直径应当不超过呼吸流管的直径，否则过滤器密封件必须经由管的轮廓/边沿构成并且不再是平坦的面。
由此，在管和设备之间的压紧力必须提高，因为腔应当气密地(无泄漏地)连接到呼吸管上。良好的选择是例如外部的呼吸管管直径的60％。
-因为过滤器在使用时污染，其(可选地)是一次性呼吸管的一部分：因此，在新管中达到定义的扩散常数。在可重复使用的设备中安置的气敏传感器自身承载作为机械保护的栅格，以便过滤器不会不受控地弯曲到测量空间中并且结果失真(在超压/咳嗽时机械支撑过滤器膜，防止不可控的撕裂)。传感器栅格自身也可以承载过滤器膜，所述过滤器膜在设备的湿消毒时防止消毒溶液进入到测量空间。(所述附加的膜必须在气体交换/尺寸设计时予以考虑)。
-密封可以在设备侧上围绕传感器进行(当今的解决方案借助o形环密封件)或者通过在一次性管上喷射的/与过滤器粘接的密封唇进行或者借助二者进行。
-呼吸流管的机械(插接)封闭件和设备应提供在管和测量腔之间的泄露自由度。
-膜(可选地)用于将可重复使用的设备的细菌/病毒污染物从呼吸气体中分离，但是同时也保护传感器免于液体(凝聚的湿气，唾液)进入
-膜一般用作为细菌/病毒过滤器
-测量体积在实施例中是相对小的
-传感器整体上同样是相对小的
根据一个方面，不仅co2浓度的平均值是可测量的，而且在呼吸气体分析中所要求的动态变化是可测量的。
根据一个方面，压力传感器例如为制造商stmicroelectronics的型号lps25h的传感器，如在图22中示出。在此，在俯视图中示出r1压力端口(pressureport)和端口1的标记pin1。但是也可以使用任意气压压力传感器，其几何尺寸适合于传感器装置的构造并且其测量频率、测量分辨率和精度处于要求的区域中。
图23和24示出另外的实施例和可选的特征，如例如：
-分成可重复使用的设备和呼吸通道作为用于一次使用的一次性产品(例如管和流量传感器作为一次性部件)
-测量流量、压力、温度和co2
-处理呼吸动力学和湿气
-经由蓝牙或usb流的通信
图25和26示出参照有创造性的系统架构(细节可选)的另外的实施例。流动传感器在此涉及流量传感器。
图27和28示出参照模块化构造中的另外的示例性的设备的另外的实施例。
tube＝管；co2module＝co2模块；plasticparts＝塑料件；
flowmodule＝流量模块；tubewithflowsensor＝具有流量传感器的管
图29示例性地示出用于靠近患者地测量呼吸空气的co2浓度和体积流的多传感器平台的一次性管。
图30示出可重复使用的设备的一个实施例，所述设备在图31中联接到多传感器平台的一次性管上，用于靠近患者地测量呼吸空气的co2浓度和体积流。
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