[發明專利]一種氣體流量計量/輸出控制與自動補償模塊

在審

• 申請號: 201710895200.1
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107643771A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 西安匯智醫療集團有限公司
• 主分類號: G05D7/06
• 分類號: G05D7/06;A61M16/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣體流量計量/輸出控制與自動補償模塊，屬于氧氣吸入器、制氧機、空氧混合機與呼吸機等醫療產品中的醫用氣體流量計量與控制核心部件。

背景技術

氣體流量計量/輸出控制模塊是氧氣吸入器、呼吸機等產品中用于控制與計量醫用氣體的核心組成部件。目前國內醫院普遍使用的浮標式氧氣吸入器結構簡單、成本低，但普遍存在流量調節不方便（人工調節旋鈕、浮標漂移不穩定）、計量誤差大（供氣壓力變化引起）、數據無法存儲等缺憾。近幾年氣體的電子計量與控制技術發展很快，但由于電子流量控制閥、流量傳感器價格昂貴，僅一個醫用的電子流量傳感器部件的價格就高達上千元，醫院普及應用投入巨大，影響了電子類氣體流量控制器的推廣使用。本發明人提出了201510291730.6技術方案，解決了這一缺憾醫用氣體電子流量計量與控制的生產成本高的問題，但該技術方案并沒有進一步明確閥門開度的自動監測方式以及流量補償方案。

發明內容

本發明提出一種氣體流量計量/輸出控制與自動補償模塊，主要由控制單元、步進電機、閥座、閥芯、傳動件、壓力/溫度傳感器、霍爾傳感器、永久磁體組成，其主要特征是：閥芯的尾部設有永久磁體，永久磁體的正對面設有霍爾傳感器，控制單元發出流量調節指令后，步進電機驅動閥芯在閥座內直線位移進行氣體輸出流量控制；閥芯直線位移時，閥芯尾部的永久磁體與霍爾傳感器的間距不斷變化，霍爾傳感器監測到的霍爾電壓值也隨之變化，霍爾電壓值與輸出流量值呈線性對應關系；輸出氣體流量處于0值（閥門閉合狀態）時永久磁體與霍爾傳感器的間距最大、監測到的霍爾電壓值最小，輸出氣體流量處于最大值（閥門開度最大）時永久磁體與霍爾傳感器的間距最小、監測到的霍爾電壓值最大；控制單元設有霍爾電壓值與氣體輸出流量值線性對應關系的數據模型，實現氣體流量的準確計量與控制，數據模型中設有壓力、溫度、霍爾電壓值的補償系數。

所述的控制單元是以單片機為核心建立的電子控制模塊，控制單元包括但不限于單片機、存儲模塊、時鐘芯片以及PCB電路等。

所述的步進電機與控制單元聯通工作，步進電機與閥芯之間設有傳動件，步進電機能直接或間接驅動閥芯直線位移；閥芯直線位移的方式可以采用旋轉式（閥芯轉軸位移）、平推式（閥芯推拉位移）等。優選的方案是采用平推式位移方式，避免閥芯旋轉式位移時加快進氣通路密封位置磨損，引起閥門漏氣。

所述的閥芯的外部形狀不限，常用的是采用子彈式外形結構，前段子彈頭部分為閥芯的密封體，后段子彈殼體部分為閥芯的固定轉動軸；閥芯的尾部設有永久磁體,永久磁體材料包括但不限于釹鐵硼永磁鐵，鐵氧體永磁鐵，釹鎳鈷永磁鐵，橡膠永磁鐵，一般可選用直徑2-3mm、高1-2mm的小圓柱體；閥芯的外周還設有密封圈，密封圈一般可以是四氟乙烯、硅膠、乳膠等材料制成的O型圈。

所述的閥座與閥芯構建一個相對密閉的氣體流量控制閥，閥座上設有進氣通道與氣體輸出通道；閥芯與閥座上的進氣通道形成一定的節流面積，當閥芯被步進電機驅動反向直線位移時，閥門開度越來越大，相對節流面積可以在F0～Fmax之間調節（相對節流面積是指調節閥某一開度下的節流面積與全開時的節流面積之比，用f=F/Fmax來表示），輸出氣體流量對應由大到小變化；當閥芯被步進電機驅動正向直線位移時，閥門開度越來越小，相對節流面積可以在Fmax～F0之間調節，輸出氣體流量由小到大變化。

所述的霍爾傳感器設置在永久磁體的正對面，而且霍爾傳感器與永久磁體的設置間距應大于閥芯直線位移的最大行程；舉例說明，如果閥芯直線位移行程為3mm，那么霍爾傳感器與永久磁體保持最近0.1-0.5mm、最遠3.5-4.5mm的位移間距。霍爾傳感器與控制單元聯通工作，在步進電機驅動閥芯直線位移時，霍爾傳感器與永久磁體的距離隨之發生變化。當閥門進行開啟或調高流量操作時，步進電機驅動閥芯開始反向直線位移，霍爾傳感器與永久磁體的間距隨之變小，霍爾傳感器監測到的霍爾電壓值則隨之變大，對應的氣體輸出流量也越來越大；而當閥門進行降低流量或關閉操作時，步進電機驅動閥芯開始正向直線位移，霍爾傳感器與永久磁體的間距隨之變大，霍爾傳感器監測到的霍爾電壓值則隨之變小，對應的氣體輸出流量也越來越小，直至完全關閉；當閥門完全閉合、相對節流面積在F0（即輸出流量0值）時，霍爾傳感器與永久磁體的間距最大，霍爾傳感器監測到的霍爾電壓值最小。