呼吸机流量传感器的测量原理与维护保养_陈荣

收稿日期：2013－01－10呼吸机流量传感器的测量原理与维护保养

陈

荣，黄焕炜

（中山市中医院

设备科，广东中山528401）

〔中图分类号〕TH777

〔文献标识码〕B

〔文章编号〕1002－2376（2013）04－0085－03

〔摘要〕本文介绍了几种常见进口呼吸机流量传感器的测量原理与维护保养。

〔关键词〕呼吸机；流量传感器；机械通气；定标；细菌过滤器

流量传感器是一种能感受流体流量并转换成可用输出信号的传感器。传感器技术应用于临床医学，主要用来检测人体生物信号，在呼吸机上作为容量和流量的监测部件得到了广泛的应用，它的精确度决定呼吸机送气的控制精度，它的应用方便医务人员了解病人的呼吸状况，然后进行一个用药或机械通气的治疗。从检测技术上来分，主要有如下三种。1

压差式流量传感器

是通过二个测压孔和专门的孔板、流量喷嘴和文丘里管等限流装置产生与流量有关的压降，压力传感器检测压降，依据贝努利定律和质量守恒原理换算出流量，此类传感器低流量时检测曲线呈非线性，需要配置软件校正，从而将使用范围提高，结构上部分呼吸机在限流装置上还安装了限流片。2

热丝式流量传感器（或称作晶体热膜式流量传感器）

是把气体流过热丝（或热膜）时的温度变化量转换为流量进行检测，热量控制系统通过增加电流保持热丝恒温，气体流速与电流产生量成比例，流量和电流是非线性关系；线性化的实现通过微处理器及软件进行，以便产生可重复性流速的分布。3超声式流量传感器

目前市场上常见的超声流量传感器有两种：时差法和多普勒法。时差法指通过测量超声波脉冲顺流和逆流时往返于两个换能器之间的时间，来确定管道内气体流速的技术；多普勒法是通过测量超声信号从流体中运动的颗粒上反射回来的频率变化，

来确定流体流速的技术。在呼吸机中使用的超声流量传感器大多采用时差法。时差法原理是利用超声波在流体中传播速度与在静止媒介中传播速度不同，其变化值与媒介流速有关，通过测量流动气体中超声传播速度的变化来测定流速和流量。通过逆流和顺流声时来计算（或附加压力温度传感器和过零检测电路进行修正）。使用过程中每分钟进行2000次的采集，保证实时的检测结果。

目前，市面上有领先知名度和美誉度的常见的进口呼吸机有德尔格、PB （泰科）和迈柯唯等。下面就以上几个品牌呼吸机的呼气端流量传感器的测量原理与保养方法作一下分析对比，供同行参考。

（1）德尔格———铂金丝加热式流量传感器

它采用温差原理，采样频率每秒不到500次，使热丝保持在180ħ所需的能量代表流过传感器并使热丝冷却的气流的流量。呼吸阻力小、响应速度快，对低流量非常敏感，非线性传感器，不耐用（管道中水汽大时易烧坏），对气体成分敏感且在流速分布不均时误差较大，需经常定标。

热丝式空气流量传感器的基本结构（如图1）由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及传感器壳体等元件组成。

热线温度由控制电路保持其温度与流过气体温度相差一定值，当气体流量增大时，控制电路使热线通过的电流加大，反之则减小。这样，就使得通过热线的电流是气体流量的单一函数，即热线电流随气体流量增大而增大，随其减小而减小。它通过

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8医疗装备2013第4期

感知进入壳体的气体所带走自身的热量来计算病人呼出潮气量。作为发热体的热丝是用直径为70μm 的铂丝制成的，张紧装于管道内部，设计时就使其比进气温度高120ħ。另还有空气温度补偿电阻，它与精密电阻一起设置在管道内。为防止附着在热丝上的灰尘等造成性能下降，设有灰尘燃烧电路，在开机时，将热丝加热到1000ħ持续1s ，烧掉灰尘等附着物。因为是用铂丝做发热元件，所以响应性好

。

图1德尔格呼气端流量传感器结构图

保养方法：传感器采用的热线是铂金金属丝，很细，易断，安装或拆卸时要轻拿轻放。使用后需用75%酒精浸泡消毒60min ，取出在空气中自然凉干，绝对不允许用水冲洗。热线是否具有自洁能力的检查方法是：在开机时若看不到铂金丝发出微红的辉光约1s ，说明热线的自洁能力已经丧失，需要更换流量传感器。

（2）PB840———晶体热膜式流量传感器晶体热膜式流量传感器也是采用温差式原理，与热丝式传感器类似，但由于热膜式传感器不使用铂金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻等用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上，使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而增加了发热体的强度，使流量传感器的可靠性进一步提高，也使误差减小，性能更好。缺点是容易受气体流速的影响，需要经常定标

。

图2PB840呼吸机呼气端流量传感器结构图

如图2右图所示，热丝是电桥的一个桥臂，桥

路提供一个恒定的驱动电流，无流速时各段阻抗相等（热丝是一可变阻抗），当流量增加时，热丝的温度及电阻下降，流过热丝的电流增加，电桥不平衡，输出电压与气体流量成正比例增加。

保养方法：PB840呼吸机使用时必须配合使用永久性细菌过滤器；雾化时必须使用超声雾化，以免过多水汽进入呼气端流量传感器造成损害。

（3）迈柯唯———超声流量传感器

迈柯唯流量传感器则是采用超声波的原理来感知气流的变化，它置于呼出气体模块中，具有2000次/s 的采样频率，其独有的超声波原理，使得其测量不受气体流速、压力、湿度、温度的影响，非接触测量，非常灵敏，同时它可以永久性使用和可拆卸消毒

。

图3迈柯唯呼吸机呼气端流量传感器结构图

左边的转换器（作为发射器）发射超声信号，在呼出盒内部传播反射，右边的转换器（作为接受器）接受超声信号，载有流量信息的超声信号从发射到接受的时间被测量，记为T1（为顺流方向的传播时间）。

右边的转换器（作为发射器，先前的接受器）发射超声信号，在呼出盒内部传播反射，左边的转换器（作为接受器，先前的发射器）接受超声信号，载有流量信息的超声信号从发射到接受的时间被测量，记为T2（为逆流方向的传播时间）。

逆流和顺流的时间差和气体流量成对应比例关系，同时内置温度探头进行温差校正。

保养方法：（1）做雾化时必须使用细菌过滤器，呼吸机使用前必须执行使用前检查，使用过程中严禁取下呼气封闭盒，使用后立即在小于35ħ的水中浸泡（防止污物留在呼气封闭盒内变干）10分钟后取出自然凉干，禁止使用高压气流吹干，易损内部管路；（2）一般情况下不必对呼气封闭盒进行消毒（可134ħ高温消毒，不可以高压消毒），若需消毒，则需严格按照消毒流程

来进行，即拆除、浸泡（小于35ħ的清水或消毒剂）、干燥（烘干箱或者自然凉干，不可吹干）、安装等。（3）取出呼气盒后，禁止向呼气盒内倒入任何液体。

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8Medical Equipment Vol.26，No.4