呼吸机中最重要的传感器——流量传感器

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正常情况下,人类通过呼吸进行活动,能量的交换,氧气和二氧化碳的交换,使身体各器官组织代谢物顺利进行排出。但是有些情况下呼吸的机能受到损伤,如中毒、神经肌肉麻痹、溺水等,都要进行人工干预,医疗中都会有输入氧气,呼吸机进行通气,改变病人的换气功能,对于这种呼吸困难的病人,呼吸机是必不可少的设备。

人类的完成呼吸的功能是呼吸肌肉收缩,使肺泡膨胀,胸内形成负压,吸入空气,吸气则是相反,我们呼吸机的原理就是利用压力差形成一个呼吸过程。这一过程要如何控制呢,就要用到我们的流量传感器了,流量传感器的运用是非常长的时间了,在呼吸机中都会有使用,主要是将吸入和呼出的气体采集成电信号,送至测量芯片中进行数据处理,得到的数据有呼吸气量,每分钟通气量,通气速度等。

呼吸机的流量控制传感器起着关键的作用,监测压力各流量控制,传感器主要有三种形式,热丝式、压差式和超声式。

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。当发热物体被加热的能量一定时,发热物的温度与流经发热物的流体质量相关,同时发热物的电阻率与其所具有的温度相关,检测发热物的温度或者它的电阻值,同样可测得流量。一般的电热丝会加温到180度,在热力学中,一段导体在单位面积中若流速增加,空间的面积不变,则电热丝的温度就会下降的更快,要保持180度的电热丝则会使电流加大,从而得到流量的速度值。

其优点是,快速的反应时间,为10ms至1ms,而基他的传感器则为50ms,在对比其它的通气量的压力损失非常的小,并且这种结构在早期就发展过来,但是在后期时候电热丝会有一定损耗,导致在后期的维护成本增加不少,呼吸机中的这一结构要进行消毒除菌也会很方便,医用酒精中浸泡一小时,空气中晾干即可。

压差式的传感器最核心的是节流器,其工作原理是基于封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律。质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)这两个定律的实质内容就是指失去的流量与获得的能量一样,质量守恒:流体在一个封闭的管道中流动,当遇到节流件时,在节流件前后它的质量是不变的,流速赿快,压降则会加快,则传感器输出的电压信号赿强,这种传感器要定期更换,后期的成本会增加,同时消毒方法则会更多一些,可用酒精浸泡,气体消毒,高压蒸汽等。

超声流量传感器主要是用声时差法和多普勒法。超声波是指频率大于20khz的机械波,人耳听不到的波,具有方向性好,穿透能力强特点,在呼吸机中一般有一人发射一个接收端,时差法在呼吸机中用的比较多,原理是发射端产生150khz的超声波,超声波经过传输管道,由接收端收取信号,利用超声波在不同的介质中传输的速度不同这一特性,得到时间差,从而采集到流速。这种方式的优点在于,受到的影响因素较小,使用时间较长,清洁方法也非常简单,但是价格会比较高。

呼吸机在近期应试是比较多出现的器件,三种不同流量传感器在呼吸机上各有千秋,未来传感器的应用应该会生产更多的精确的传感器,不用更换,使用精度更加高,易消毒清洁的呼吸机。

 

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呼吸机中最重要的传感器——流量传感器

正常情况下,人类通过呼吸进行活动,能量的交换,氧气和二氧化碳的交换,使身体各器官组织代谢物顺利进行排出。但是有些情况下呼吸的机能受到损伤,如中毒、神经肌肉麻痹、溺水等,都要进行人工干预,医疗中都会有输入氧气,呼吸机进行通气,改变病人的换气功能,对于这种呼吸困难的病人,呼吸机是必不可少的设备。