一种累计式流量计及工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种累计式流量计及工作方法，由垂直相通的两个圆柱形容器组成，显示瞬时气流流量的水平圆柱形容器一端有向上开口的出气口，另一端有向下开口的进气口，水平圆柱形容器内部有带弹簧的活塞，在活塞上有三个小通孔，其为中心对称分布；显示测量中当前时刻累计气体流量的垂直圆柱形容器顶部为出气口，下部开口与水平圆柱形容器内腔相通，在垂直圆柱形容器中有一轻质小球。建立活塞两端压力差与气体瞬时流量之间的关系，通过压力差所产生的弹簧形变量的大小来显示其瞬时流量的大小。同时，一定比例的气体经过相通内腔推动小球匀速上升，通过上升位移对应的刻度，得出进入流量计气体的累计流量。该设计使装置得以简化，且提高了其灵活性和可靠性。
【专利说明】一种累计式流量计及工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种累计式流量计。
【背景技术】
[0002] 肺功能检查是临床上胸、肺疾病以及呼吸生理的重要检查内容，广泛应用于呼吸 内科、儿科、外科、流行病学以及航海航空医学等。传统的肺功能测试仪器大多采用差压式 流量计，差压流量计的工作原理是根据安装于管道中流量检测件与流体相互作用产生的差 压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量，差压流量计由一次装置（检 测件）和二次装置(差压转换器和流量显示仪表）组成。但传统装置在于只能测出呼吸流量 的瞬时值，不能测出流量的累计值(即肺容量参数)。实际的应用中，往往不仅要测量出呼吸 流量的瞬时值，也要测出患者一次呼气或者吸气的空气量，作为检查肺容量及肺顺应性功 能的一个重要参数。
【发明内容】
[0003] 本发明是针对现有呼吸流量计结构复杂，且只能测出瞬时流量，而不能测出累计 气体流量的问题，提出了一种累计式流量计及工作方法，既能测量瞬时流量，又能得到气体 的累计流量，并简化了装置的结构。
[0004] 本发明的技术方案为：一种累计式流量计，由垂直相通的两个圆柱形容器组成， 显示瞬时气流流量的水平圆柱形容器一端有向上开口的出气口，另一端有向下开口的进气 口，水平圆柱形容器内部有一段弹簧，弹簧一端固定在出气口这端的管内中心顶点，另一端 固定在圆盘形活塞中心，活塞直径与水平圆柱形容器内径匹配，在活塞上有三个小通孔，其 为中心对称分布，水平圆柱形容器上面有刻度；显示测量中当前时刻累计气体流量的垂直 圆柱形容器顶部为出气口，垂直圆柱形容器下部开口与水平圆柱形容器内腔相通，在垂直 圆柱形容器中有一轻质小球，其直径小于垂直圆柱形容器的内直径，垂直圆柱形容器下部 开口小于轻质小球，垂直圆柱形容器上面有刻度。
[0005] 所述累计式流量计的工作方法，具体包括如下步骤： 1) 吹气开始前，置流量计于水平台面上，由于重力以及弹簧的作用，小球停止在垂直圆 柱形容器的最下端，活塞位于水平圆柱形容器初始位置，即弹簧未受外力时的原始长度的 位置； 2) 开始吹气，随着进气口气体流量I由零开始增大,活塞受压逐渐向左移动,小球所 受向上浮力尽不足以克服小球重力，小球仍静止不动； 3) 当气流速度逐渐增加到一定值时,小球所受浮力Λ略大于其自身重力，小球以一定 加速度突然开始向上运动，同时活塞所受推力Λ瞬时略有减小，弹簧向右回弹一段微小位 移后，其位置保持不变，活塞保持位置不变时，此时由活塞从最初位置向左位移的大小，可 得出进气口气流的瞬时值，活塞向左位移大小与瞬时流量之间的关系为： \* MERGEFORMAT - ~ ? 、
【权利要求】
1. 一种累计式流量计，其特征在于，由垂直相通的两个圆柱形容器组成，显示瞬时气 流流量的水平圆柱形容器（2) -端有向上开口的出气口（1)，另一端有向下开口的进气口 (5)，水平圆柱形容器（2)内部有一段弹簧（3)，弹簧一端固定在出气口（1)这端的管内中心 顶点，另一端固定在圆盘形活塞（4)中心，活塞（4)直径与水平圆柱形容器（2)内径匹配，在 活塞（4)上有三个小通孔，其为中心对称分布，水平圆柱形容器（2)上面有刻度；显示测量 中当前时刻累计气体流量的垂直圆柱形容器（7)顶部为出气口（6)，垂直圆柱形容器（7)下 部开口与水平圆柱形容器（2)内腔相通，在垂直圆柱形容器（7)中有一轻质小球（8)，其直 径小于垂直圆柱形容器（7)的内直径，垂直圆柱形容器（7)下部开口小于轻质小球（8)，垂 直圆柱形容器（7)上面有刻度。
2. 权利要求1所述流量计的工作方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 1) 吹气开始前，置流量计于水平台面上，由于重力以及弹簧的作用，小球停止在垂直圆 柱形容器（7)的最下端，活塞位于水平圆柱形容器（2)初始位置，即弹簧未受外力时的原始 长度的位置； 2) 开始吹气，随着进气口（5)气体流量由零开始增大，活塞（4)受压逐渐向左移动， 小球所受向上浮力&不足以克服小球重力，小球仍静止不动； 3) 当气流速度逐渐增加到一定值时，小球所受浮力Z2略大于其自身重力，小球以一定 加速度突然开始向上运动，同时活塞（4)所受推力F1瞬时略有减小，弹簧向右回弹一段微 小位移后，其位置保持不变，活塞保持位置不变时，此时由活塞从最初位置向左位移的大 小，可得出进气口气流的瞬时值，活塞向左位移大小与瞬时流量之间的关系为：
式中：孓为从进气口（5)进入气体的瞬时流量，m3/s ;彳为弹簧（3)的弹性系数，m/ N ； Ax为活塞（4)从最初位置向左位移的大小m ; P为进气口（5)进入气体的密度kg/m3 ; R1为水平圆柱形容器2的内壁面半径，R2为活塞上面圆形小孔半径，R3为垂直的圆柱形容 器的半径，R4为球的半径；为校正系数； 此时保持进气口气体流量不变，即以恒定的速度进气，小球保持继续匀速上升，直至 小球上升到其最高处时为止，通过对小球上升的最大位移加以修正，其刻度即可与入口累 计流量一一对应，根据垂直圆柱形容器（7)的刻度，即可得出从入口进入装置的气体累计流 量GW小球上升位移与气体的累计流量之间的关系为：
Qv = t >： Cjv \* MERGEFORMAT 式中：As MERGEFORMAT为小球上升位移m;Gv为从进气口（5)进入气体的累计流量 1113，免，为由活塞位移量计算所得的从进气口（5)进入气体的瞬时流量m3/s ;m是小球的质量； 中间变量t为时间s ;k为小球低速运动时其阻力与速度的比例系数； 5) 若吹气量过大，小球不会继续上升达到出气口（6)，表明使用者呼气达到测试设计标 准的要求，垂直圆柱形容器（7)的刻度最大刻度为设计标准流量； 6) 最后，吹气结束，小球和活塞回到初始位置。
【文档编号】A61B5/087GK104337521SQ201410427729
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】胡卓焕, 茅今哲, 黄天科, 王露露, 王慧, 杨茉 申请人:上海理工大学