呼吸机流量传感器的原理和应用.doc
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1、呼吸机流量传感器的原理和应用西南医院设备科王义辉何金环摘要本文介绍了呼吸机使用的流量传感器的原理、结 构、种类及 应用。关键词传感器;热丝;热膜;1 流量传感器在呼吸机中的作用流量传感器在呼吸机中的应用已有近30年的历史,在中高档呼 吸机中被普遍使用。它作 为呼吸机气路系统的重要部件,负责 将吸入 和呼出的气体流量转换成电信号,送给信号处理电路完成对吸入和呼 出潮气量、分钟通气量、流速的检测和显示。根据呼吸机功能和设计的不同,流量传感器的检测值不仅仅提供 显示,还对呼吸机的控制、报警等起着决定作用,如流 量传感器将测 量到的实际值馈送到电子控制部分与面板设置值比较,利用两者间的 误差控制伺服阀
2、门来调节吸入和呼出气体流量;安装在吸气系统前端 的空气和氧气流量传感器生成的信号能帮助微处理器对阀门进行控 制,以提供病人所需要的氧浓度;流速和流量的检测值还直接影响到 呼气与吸气时相的切换、分钟通气量上下限的报警、流量触发灵敏度、 气流实时波形和P-V-环的监测显示等等,流量传感器性能的好坏直 接影响到呼吸机参数的准确性和可靠性。2 流量传感器的原理和应用目前呼吸机的种类和型号很多,采用的流量传感器也各不相同, 主要有热丝式、晶体热膜式、超声式、压力感应式、压差式。2.1 热丝式流量传感器:基本原理是将一根细的金属丝(在不同的温度下金属丝的电阻不 同)放在被测气流中,通过电流加热金属丝,使其
3、温度高于流体的温度, 当被测气体流过热丝时,将 带走热丝的一部分热量,使热丝温度下降, 热丝在气体中的散热量与流速有关,散热量导致热丝温度变化而引起 电阻变化,流速 信号即转变成电信号,经适当的信号变换和处理后测 量出气体流量的大小。测量原理图如图1:图1:热丝式流量传 感器原理图在图1中,放置于测量通道中的热丝Rh作为惠斯登电桥的一个桥 臂,由运算放大器A1差分放大电桥输出的电压信号;运算放大器A2 提供三极管T工作所需要的偏置电压,并使A1输出信号能够叠加在 三极管T的偏置电位上,并被T放大给电桥供电。由电桥电路,A1 ,A2 和三极管构成的反馈回路,能够使热线工作于恒温状态下。在接通电源
4、瞬间,热线电阻很快电流加热,并且,其阻值随即升高, 使电桥很快达到平衡状态。当流体流过流量计时,由于热交换的原因, 热丝的温度、阻抗将发生变化,使桥路失去平衡,根据输出的反馈电压 信号即可以测量出流体的流量。Drager公司的Savina 和Evita系列的呼吸机采用的是热丝式流量传感器,见图2 :未加热的气流加热后的气流电热丝图2 :热丝式流量传感器单位截面积中,流速越大,电热丝降温越快,那么,电热丝就需 要更大的电量维持稳定的温度(180° C),使热丝保持在180° C所 需的能量代表流过传感器并使热丝冷却的气流的流量。2.2 热膜式流量传感器热膜式流量传感器的工作原
5、理与热丝式流量传感器基本相同,二 者都是基于热平衡原理和惠斯登电桥进行检测的。PB840呼吸机的 流量传感器采用的是晶体热膜式流量传感器,见图3 :图3:热膜式流量传感器它是将桥路电阻、驱动电路,运算放大和信号处理电路等制作在 电路印制板上,和流 量测量管组件一体组成流量传感器,输出 和气体 流量大小成比例的电信号,温度感应器对气体流量进行校正,使测量 更精确。2.3 超声式流量传感器:所谓超声波,是指频率高于20kHz,人耳听不到的机械波。它的 方向性好,穿透力强,遇到杂志或物体分界面会产生显著的反射。超 声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。利用超声波这些 物理性质可计算出流体的流
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