可变通气量的正弦供气装置及高仿真度hme水分损失测试仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种供气装置及高仿真度HME水分损失测试仪，属于热湿交换器性能测试技术领域，其结构包括曲柄、滑块和气缸，所述曲柄与驱动转轴固定连接，曲柄上在驱动转轴的一侧设有长条形的滑道，所述滑块安装在滑道内，滑块可沿滑道移动并可在滑道内定位；所述气缸的一端伸出活塞杆，气缸的另一端设有与气缸内部连通的气流输送管；所述活塞杆的末端以可转动的方式连接在所述滑块上。该测试仪的下方设有支撑台，所述支撑台的一侧安装有上述供气装置。本发明的供气装置可产生标准的正弦波气流，真实的模拟患者的呼吸情况，提高HME的仿真度。
【专利说明】
可变通气量的正弦供气装置及高仿真度HME水分损失测试仪
技术领域
[0001] 本发明涉及热湿交换器性能测试技术领域，具体地说是一种可变通气量的正弦供 气装置及高仿真度HME水分损失测试仪。
【背景技术】
[0002] 热湿交换器（简称HME)是一种对人的呼吸气体进行加湿的装置，一般的医用气体 缺少足够的水分，难以适应于患者呼吸道生理需求，热湿交换器用于提高输送给呼吸道的 气体的水分含量和温度，它们主要预期独立使用或作为呼吸系统的一部分。
[0003] 热湿交换器的工作原理为保留患者呼气中的部分水分和热量，并在吸气过程中将 其返回到呼吸道，因此，其保湿性能为一项非常重要的指标，在热湿交换器投入使用前，必 须要经过保湿性能的测试，避免保湿性能不合格的产品投入临床使用时导致严重后果。
[0004] 目前，进行HME的保湿性能测试所采用的方法及原理是：制作一个模拟的肺部，按 照临床使用安装HME，经过模拟呼吸一段时间后(通常是24小时或更长），称量肺部水分损失 的重量，再除以进出肺部的气体体积，用商值来表征HME保湿的能力。
[0005] 上述测试方法能较为准确的反应HME的保湿能力，然而，在实际实施的过程中，现 有的HME水分损失测试仪存在仿真度差的缺点。为了获得一个可以相互比较且具有重复性 和复现性的结果，必须将模拟使用者呼吸的气流特征固定，并且这个气流应可以根据使用 者的潮气量而改变。行业标准中要求使用双向正弦气流来模拟呼吸气流，并且要求其模拟 的潮气量可调节，但是如何实现这一目的却未给出。因此设计一种带有可变通气量的双向 正弦气流发生器的高仿真HME水分损失测试仪是一项具有现实意义的发明。
[0006] 申请号为"201310047990.X"的中国发明专利公开了一种标准正弦波气流发生器， 该气流发生器通过曲柄摇杆机构与气缸的活塞杆配合，产生标准正弦波气流，但是，该专利 中的气流发生器还存在以下不足：
[0007] 1、曲柄摇杆机构传动过程中存在死点，导致其工作的可靠性差；
[0008] 2、上述专利中，曲柄摇杆机构的摇杆只能产生固定通气量的气流，通用性很差，需 要改变通气量时，就需要更换不同的供气装置，使用非常不便。
[0009] 此外，还发现目前HME水分损失测试仪的测试结果与实际投入使用时的使用结果 之间存在较大的偏差，为了尽可能的缩小上述偏差，本领域的技术人员做了大量的研究改 良工作，使测试过程最大程度的模拟真实的患者呼吸的过程，比如，使模拟患者呼出和吸入 气体的空气经过加热水浴，加热水浴的温度恒定在37°C左右，尽可能的模拟人体环境，但 是，上述偏差缩小至一定程度之后，便无法再进一步缩小。对此偏差，只能作为合理误差来 处理，导致HME水分损失测试仪的精确度差，临床参考性差。
【发明内容】
[0010] 为解决上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种可变通气量的正弦供 气装置及高仿真度HME水分损失测试仪，该供气装置可产生标准双向正弦波气流并可调整 通气量;该HME水分损失测试仪测试结果准确度高。
[0011]本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括:可变通气量的正弦供气装置，包 括曲柄、滑块和气缸，所述曲柄与驱动转轴固定连接，曲柄上在驱动转轴的一侧设有长条形 的滑道，所述滑块安装在滑道内，滑块可沿滑道移动并可在滑道内定位，通过滑块移动控制 所述气缸通气量改变;所述气缸的一端伸出活塞杆，气缸的另一端设有与气缸内部连通的 气流输送管;所述活塞杆的末端以可转动的方式连接在所述滑块上。
[0012] 与驱动转轴相连接的电动机连接至变频器，电动机和变频器均由稳压电源供电； 通过变频器控制电动机转动，电动机通过驱动转轴带动曲柄旋转，曲柄旋转过程中，滑块随 曲柄移动从而控制活塞在气缸内往复运动。活塞的前半个冲程将气缸内的气体通过气流输 送管路排出，活塞的后半个冲程将气体通过气流输送管路吸入，从而实现输出标准双向正 弦波气流。
[0013] 所述的曲柄为长方形，驱动转轴在曲柄上偏心安装，滑道也为长方形位于驱动转 轴的一侧。通过曲柄和滑块的配合，不仅消除了传动死点，使得供气装置的工作稳定可靠， 而且通过使滑块沿滑道移动，改变滑块在滑道内的位置，可以改变气缸活塞杆的行程，从而 改变通气量，滑块的位置调整合适后，应将滑块在滑道内部定位。通过变频器改变电机的转 速，还可改变吸呼比。
[0014] 进一步的技术方案为:所述滑块上固定连接有螺母套，螺母套内设有与其相啮合 的丝杠，所述曲柄上固定设置有支撑所述丝杠的丝杠安装支架，丝杠原位旋转驱动螺母套 带动滑块沿所述滑道移动。螺纹配合具有自锁的特性，通过螺母套和丝杠的配合，可方便的 实现滑块的移动和定位。丝杠原位旋转时，螺母套会沿丝杠做直线运动，从而带动滑块移 动，改变了气缸活塞杆的行程，改变通气量;丝杠停止后，螺母套停止移动，并锁止在丝杠 上，从而滑块的位置被固定，以使气缸正常产生双向正弦波气流。气缸活塞杆的行程变大 时，通气量变大，气缸活塞杆的行程变小时，通气量变小。
[0015] 将曲柄设为长方形，丝杠、螺母套等结构安装时会更加方便，供气装置与HME水分 损失测试仪之间的连接也更加方便，长方形的曲柄在实现其功能的前提下体积最小，结构 紧凑。
[0016] 为便于调节滑块位置的操作，进一步的技术方案为:所述螺母套上设有多个螺孔， 每个螺孔内分别设有所述丝杠，曲柄的两端分别安装有所述丝杠安装支架;其中一个丝杠 安装支架的外侧设有主动齿轮，所述主动齿轮与安装在丝杠端部的从动齿轮相啮合，所有 的从动齿轮规格一致。为便于操作，可在主动齿轮的外侧安装与主动齿轮固定连接的六角 螺栓头，通过扳手与六角螺栓头的配合，方便省力的拧懂主动齿轮。主动齿轮旋转，会带动 从动齿轮同步旋转，从而通过从动齿轮带动丝杜旋转，驱动螺母套带动滑块移动。螺母套上 设置多个螺孔时，螺孔应均匀分布或者对称分布，利于螺母套受力的均匀，便于其稳定的移 动;螺母套上也可仅在中部设置一个螺孔。
[0017] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案还包括:一种高仿真度HME水分损失测 试仪，该测试仪的下方设有支撑台，所述支撑台的一侧安装有上述供气装置，所述驱动转轴 以可转动的方式安装在连接件上，连接件固定连接在支撑台上;所述气缸的底端以可转动 的方式连接在支撑台上，所述气流输送管连接为测试仪提供正弦波气流的通气孔。
[0018] 供气装置为HME水分损失测试仪提供标准双向正弦波气流，真实的模拟人体呼吸 的气流，大大提高HME水分损失测试仪的仿真度，为其测试结果的准确性提供保障。
[0019] 进一步的技术方案为:所述通气孔设置在储气容器上，所述储气容器的内部设有 储气的气囊，储气容器的下方设有储水容器;所述储水容器与其开口处的盖板形成密封连 接，所述储水容器的内部设有呼气管路和吸气管路;所述呼气管路一端连接所述气囊，呼气 管路另一端通入储水容器的水中，所述吸气管路一端用于连接热湿交换器，吸气管路另一 端通入储水容器的水中；储水容器还分别与呼气出口和吸气出口相连通，所述呼气出口连 通热湿交换器，所述吸气出口连通所述气囊；
[0020] 所述储水容器的内部设有自动补水装置，所述自动补水装置包括限位罩和浮子， 所述限位罩固定安装在储水容器内，限位罩为底端开口的罩体，浮子位于限位罩内部并在 限位罩内部的水面上自由移动，限位罩顶面上与浮子对应的位置设有进水孔，进水孔通过 进水管连接水源。
[0021 ]储水容器内水的温度在37 °C ± 0.5 °C，与人体体温相似，气体经过水浴之后，可模 拟人体呼出或者吸入的空气。
[0022]经过对HME水分损失测试仪偏差的深入研究，发现产生偏差的原因在于，测试过程 中，开始时进入HME的气流受到的阻力大，导致每次"呼吸"进出模拟肺的气体量较小，而随 着测试的进行，HME的进气阻力会逐渐变小，导致每次"呼吸"进出的气体变大。因此，在试验 过程中，无法准确的控制进气量的多少，从而无法准确评价HME的临床保湿功能。而患者实 际使用时，其呼吸的压力是稳定的，正是HME进气压力的不稳定导致了上述偏差的出现。 [0023]为气体进行加热水浴的储水容器内的压力会直接影响HME的进气阻力，储存温水 的储水容器是封闭的，当储水容器内的水量较多，水位线较高时，储水容器内容纳气体的空 间小，导致容器内的气压大，HME的进气阻力较大；随着试验的进行，容器内的水被消耗，当 容器内的水位线下降时，储水容器内容纳气体的空间变大，空气进入容器之后，所受到的压 力变小，HME的进气阻力也变小。上述现象导致了 HME的进气压力很不稳定的情况。
[0024] 设置了自动补水装置之后，当储水容器内的水位下降时，浮子下降会自动打开进 水孔，自动补水至原始水位高度时，浮子将进水孔封闭，停止补水，因此可将水位高度维持 在稳定的高度，测试过程中，气体进入储水容器后，储水容器内的气压维持在稳定的状态， 从而维持热湿交换器进气压力的稳定，符合患者呼吸时的情况，与临床使用基本一致，提高 测试结果的精确度。
[0025] 此外，气囊设置在储气容器内，同时，储气容器上的通气孔连接供气装置，通过储 气容器内气压的改变，使气囊收缩或者扩张，能够更加真实的模拟人体肺部呼吸时的情况， 可提尚测试结果的临床参考性。
[0026] 进一步的技术方案为:所述的储水容器和储气容器均位于一绝热箱体内，所述绝 热箱体的一侧设有门，绝热箱体的其余侧面封闭；所述绝热箱体的侧壁上分别设有供热湿 交换器接头和气流输送管穿过的通孔。设置绝热箱体，箱体内的温度控制在37Γ±1Γ，且 在绝热箱体的作用下，可以维持温度的恒定，使得测试仪进气和出气都能真实的模拟人体 环境，提高测试结果的准确性和临床参考性。
[0027] 所述水源为设置在绝热箱体侧壁内表面上的储水箱，储水箱的顶部设有加水孔， 储水箱位于所述储水容器的上方。将储水箱设置在绝热箱体内用于为储水容器供水，便于 缩小储水箱内的水温与储水容器内的水温的温差，从而减小储水箱内的水进入储水容器时 对储水容器的水温的影响，便于维持储水箱及储水容器内水温的恒定，提高测试结果的准 确性，也降低能耗。
[0028]进一步的技术方案为:所述储水容器的内部设有加热元件和测量水温的第一温度 传感器，所述加热元件延伸至水面以下，加热元件的调节器与所述第一温度传感器相连接； 所述绝热箱体设有热光源照明元件和检测箱体内空气温度的第二温度传感器，所述热光源 照明元件的调节器与所述第二温度传感器相连接。
[0029]为了准确的模拟人体呼出和吸入的气体，储水容器内的水温度应在37°C ±0.5°C， 绝热箱体内的空气温度应在37 °C ± 1°C。设置第一温度传感器和加热元件，第一温度传感器 实时监测储水容器内的水温，当水温下降时，第一温度传感器向加热元件的调节器发送信 号，加热元件的调节器可控制加热元件进行工作，保持储水容器内水温的合适和稳定。设置 第二温度传感器和热光源照明元件，第二温度传感器实时监测绝热箱体内的空气温度，当 绝热箱体内的空气温度下降时，第二温度传感器向热光源照明元件的调节器发送信号，热 光源照明元件的调节器可控制热光源照明元件进行工作，保持绝热箱体内的空气温度的合 适和稳定。
[0030] 进一步的技术方案为:所述储水容器的内部设有一纵向的隔板，所述隔板的侧边 缘固定连接在储水容器的内侧壁上，隔板的上边缘与所述盖板紧密贴合，隔板的下边缘延 伸至储水容器的水面以下；所述隔板上设置有呼气通孔和吸气通孔，呼气通孔和吸气通孔 均位于水面以下，所述呼气管路连接至呼气通孔处，所述吸气管路连接至吸气通孔处。
[0031] 隔板起到固定呼气管路和吸气管路以及将呼气时的气体和吸气时的气体隔开的 作用。设置隔板以后，呼气管路的气体从呼气通孔处冒出，经过储水容器内水的加温加湿， 模拟出人体呼出的气体的状态，由于气体的密度小，其会上升至水面，气体上升至水面之后 导致该区域气压上升，所以气体会从呼气出口处流出，进入热湿交换器，模拟了人体呼气的 过程。同样的，干燥空气经过热湿交换器进入吸气管路，进而经过吸气通孔和吸气出口进入 气囊，模拟人体吸气过程。
[0032] 进一步的技术方案为:储水容器顶部对应所述隔板的两侧分别设有阀室，所述呼 气管路与气囊的连通处和所述吸气出口位于一个阀室内，所述吸气管路与热湿交换器的连 通处和所述呼气出口位于另一个阀室内；呼气管路与气囊的连通处设有限制气体由气囊流 向呼气管路的第一单向阀，吸气出口处设有限制气体由储水容器流向气囊的第二单向阀， 吸气管路与热湿交换器的连通处设有限制气体由热湿交换器流向吸气管路的第三单向阀， 呼气出口处设有限制气体由储水容器流向热湿交换器的第四单向阀。
[0033] 在各个管路上的气流进出口处设置单向阀，可靠的控制气流的流动方向，避免气 流扩散到其他部位，影响测试结果的准确性。热湿交换器与呼气出口及吸气管路之间可通 过三通连接管进行连接，气囊与吸气出口及呼气管路之间也可通过三通连接管进行连接， 三通管的分叉部位于阀室内，以使设备的结构更加紧凑，且阀室对单向阀形成保护，避免单 向阀受外界的影响，延长单向阀的使用寿命，便于后期的维护。
[0034]进一步的技术方案为:所述气缸与支撑台连接处的正下方设有一托架，所述托架 的上表面设有一层缓冲垫。
[0035]将气缸安装到支撑台上时，需要人工托住气缸，然后将气缸底端与支撑台之间用 转轴、铰链等可转动连接件连接起来，在气缸的下方设置托架后，气缸在安装时，可以通过 托架对气缸进行支撑，减轻安装者的劳动强度，安装更加方便也更加牢固。
[0036]本发明的有益效果是：
[0037] 1、本发明的供气装置可产生标准双向正弦波气流，通过曲柄和滑块的配合，比起 曲柄摇杆机构减少了一个铰接点，不仅消除了传动死点，使得供气装置的工作稳定可靠，而 且通过使滑块沿滑道移动，改变滑块在滑道内的位置，可以改变气缸活塞杆的行程，从而改 变通气量，通过使用变频电机改变电机的转速，可以改变吸呼比，通用性强，而且可以保证 测试的连续进彳丁，提尚效率。
[0038] 2、本发明的供气装置，通过丝杠、螺母套和齿轮传动机构相配合来调整滑块在滑 道内的位置，非常方便省力。
[0039] 3、本发明的测试仪，包含有本发明的供气装置，测试过程中可真实的模拟人体呼 吸的气流，大大提高HME水分损失测试仪的仿真度，为其测试结果的准确性提供保障;此外， 因为本发明的供气装置可以方便的调节通气量，可以使测试仪实现同一产品多种通气量之 下的测试，一般来说HME需要在51^/111；[11、7.517111；[11、917111；[11以及1017111；[11的通气量分别进行性 能测试，采用本发明的测试仪可方便的实现上述不同通气量条件下的测试，提高测试效率 和测试结果的可靠性。
[0040] 4、本发明的测试仪，设有自动补水装置，当储水容器内的水位下降时，浮子下降会 自动打开进水孔，自动补水至原始水位高度时，浮子将进水孔封闭，停止补水，因此可将水 位高度维持在稳定的高度，测试过程中，气体进入储水容器后，储水容器内的气压维持在稳 定的状态，从而维持热湿交换器单位时间进出气体体积的稳定，并准确控制进气量的多少， 提高测试结果的精确度。
[0041] 5、本发明的自动补水装置结构非常简单，没有设置各种阀门，易于操作和实施，且 基本无需维护，使用寿命长。
[0042] 6、本发明的测试仪，在储水容器内设有引导气体流向的呼气管路和吸气管路，气 体经过储水容器的加热水浴之后，进入热湿交换器或者气囊，可以真实的模拟人体呼气和 吸气的温度及湿度，提高测试结果的准确性和临床的参考性。
[0043] 7、在储水容器内设有第一温度传感器和加热元件，在绝热箱体内设有第二温度传 感器和热光源照明元件，能够维持储水容器的水温在37°C ±0.5°C，维持绝热箱体内的空气 温度在37°C ±1°C，真实模拟人体环境，提高测试结果的准确性和临床的参考性。
[0044] 8、储水容器内设有隔板，在各个管路上的气流进出口处设置单向阀，可靠的控制 气流的流动方向，避免气流扩散到其他部位导致影响测试结果的准确性。
[0045] 9、在气囊的外部设置储气容器，同时，储气容器上的通气孔连接双向气流发生器， 通过储气容器内气压的改变，使气囊收缩或者扩张，能够更加真实的模拟人体肺部呼吸时 的情况，可提尚测试结果的临床参考性。
【附图说明】
[0046] 图1为本发明供气装置的结构示意图；
[0047] 图2为本发明供气装置的曲柄及滑块部分的结构示意图；
[0048] 图3为本发明供气装置曲柄及滑块部分的后视图；
[0049] 图4为本发明测试仪自动补水装置的结构示意图；
[0050]图5为本发明测试仪的整体结构示意图；
[0051 ]图6为本发明测试仪储水容器的结构示意图；
[0052]图7为本发明测试仪中储水容器的盖板的结构示意图；
[0053]图8为本发明供气装置产生标准正弦波气流的原理图。
[0054] 图中：1-曲柄，2-滑块，3-驱动转轴，4-活塞杆，5-气缸，6-连接转轴，7-气流输送 管，8-滑道，9-主动齿轮，10-第一从动齿轮，11-第二从动齿轮，12-丝杠，13-螺母套，14-限 位罩，15-进水管，16-储水箱，17-浮子，18-储水容器，19-盖板，20-绝热箱体，21-储气容器， 22-第一温度传感器，23-热湿交换器接头，24-热湿交换器，25-第二温度传感器，26-气囊， 27-加热元件，28-托架，29-支撑台，30-地脚，31-热光源照明元件，32-隔板，33-呼气管路， 34-吸气管路，35-呼气通孔，36-吸气通孔，37-气囊孔，38-气管插孔，39-加热元件插孔，40-第一温度传感器插孔。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：
[0056] 如图1所示，可变通气量的正弦供气装置，包括曲柄1、滑块2和气缸5，所述曲柄1与 驱动转轴3固定连接，曲柄1上在驱动转轴3的一侧设有长条形的滑道8,所述滑块2安装在滑 道8内，滑块2可沿滑道8移动并可在滑道8内定位;所述气缸5的一端伸出活塞杆4，气缸5的 另一端设有与气缸5内部连通的气流输送管7;所述活塞杆4的末端以可转动的方式连接在 所述滑块2上。
[0057] 与驱动转轴3相连接的电动机连接至变频器，电动机和变频器均由稳压电源供电； 通过变频器控制电动机转动，电动机通过驱动转轴3带动曲柄1旋转，曲柄1旋转过程中，滑 块2随曲柄移动从而通过活塞杆4控制活塞在气缸5内往复运动。活塞的前半个冲程将气缸5 内的气体通过气流输送管7排出，活塞的后半个冲程将气体通过气流输送管7吸入，从而实 现输出标准双向正弦波气流。
[0058]如图8所示，供气装置气缸活塞的行程为dL，
[0059；
[0060；
[00611从上述气缸工作原理可知，气缸5产生的气流正好为标准的正弦波气流，精确度 高，通过改变气缸活塞的行程，可改变正弦波的峰值，采用变频电机改变电机的转速，可改 变吸呼比，使不同参数的测试可以连续进行，提高测试效率和测试的准确度。
[0062]所述的曲柄1为长方形，驱动转轴3在曲柄1上偏心安装，滑道也为长方形位于驱动 转轴3的一侧。通过曲柄1和滑块2的配合，不仅消除了传动死点，使得供气装置的工作稳定 可靠，而且通过使滑块2沿滑道8移动，改变滑块2在滑道8内的位置，可以改变气缸活塞杆4 的行程，从而改变通气量，滑块2的位置调整合适后，应将滑块2在滑道8内部定位。
[0063]如图2、图3所示，所述滑块2上固定连接有螺母套13，螺母套13内设有与其相啮合 的丝杠12,所述曲柄1上固定设置有支撑所述丝杠12的丝杠安装支架，丝杠12原位旋转驱动 螺母套13带动滑块2沿所述滑道8移动。螺纹配合具有自锁的特性，通过螺母套13和丝杠12 的配合，可方便的实现滑块2的移动和定位。丝杠12原位旋转时，螺母套13会沿丝杠12做直 线运动，从而带动滑块2移动，改变了气缸活塞杆4的行程，改变通气量;丝杠12停止后，螺母 套13停止移动，并锁止在丝杠12上，从而滑块2的位置被固定，以使气缸5正常产生双向正弦 波气流。气缸活塞杆4的行程变大时，通气量变大，气缸活塞杆4的行程变小时，通气量变小。
[0064] 将曲柄1设为长方形，丝杠12、螺母套13等结构安装时会更加方便，供气装置与HME 水分损失测试仪之间的连接也更加方便，长方形的曲柄1在实现其功能的前提下体积最小， 结构紧凑。
[0065] 为便于调节滑块位置的操作，所述螺母套13对称的设置两个螺孔，每个螺孔内分 别设有所述丝杠12,曲柄1的两端分别安装有所述丝杠安装支架;其中一个丝杠安装支架的 外侧设有主动齿轮9, 一根丝杠的端部安装有第一从动齿轮10,另一根丝杠的端部安装有第 二从动齿轮11，主动齿轮9同时与第一从动齿轮10和第二从动齿轮11想啮合，第一从动齿轮 10和第二从动齿轮11规格相同，大小和各项参数均一致。在主动齿轮9的外侧安装与主动齿 轮9固定连接的六角螺栓头，通过扳手与六角螺栓头的配合，方便省力的拧懂主动齿轮9。主 动齿轮9旋转，会带动第一从动齿轮10和第二从动齿轮11同步旋转，从而带动丝杠12旋转， 驱动螺母套13带动滑块2移动。
[0066] 如图5所示，本实施例的高仿真度HME水分损失测试仪，该测试仪的下方设有支撑 台29，所述支撑台29的一侧安装有上述供气装置（图5中未示出），所述驱动转轴3以可转动 的方式安装在连接件上，连接件固定连接在支撑台29上;所述气缸5的底端通过连接转轴6 以可转动的方式连接在支撑台29上，所述气流输送管7连接为测试仪提供正弦波气流的通 气孔。
[0067] 供气装置为HME水分损失测试仪提供标准双向正弦波气流，真实的模拟人体呼吸 的气流，大大提高HME水分损失测试仪的仿真度，为其测试结果的准确性提供保障。
[0068]所述通气孔设置在储气容器21上，所述储气容器21的内部设有储气的气囊26,储 气容器21的下方设有储水容器18;所述储水容器18与其开口处的盖板19形成密封连接，所 述储水容器18的内部设有呼气管路33和吸气管路34;所述呼气管路33-端连接所述气囊 26,呼气管路33另一端通入储水容器18的水中，所述吸气管路34-端用于连接热湿交换器 24,吸气管路34另一端通入储水容器18的水中；储水容器18还分别与呼气出口和吸气出口 相连通，所述呼气出口连通热湿交换器24，所述吸气出口连通所述气囊26。
[0069]所述的储水容器18和储气容器21均位于一绝热箱体20内，所述绝热箱体20的一侧 设有门，绝热箱体20的其余侧面封闭；所述绝热箱体20的侧壁上分别设有供热湿交换器接 头23和气流输送管穿过的通孔。设置绝热箱体20,箱体内的温度控制在37°C± TC，且在绝 热箱体20的作用下，可以维持温度的恒定，使得测试仪进气和出气都能真实的模拟人体环 境，提高测试结果的准确性和临床参考性。
[0070] 所述储水容器18的内部设有自动补水装置，自动补水装置的结构如图4所示，自动 补水装置包括限位罩14和浮子17,所述限位罩14固定安装在储水容器18内，限位罩14为底 端开口的罩体，浮子17位于限位罩14内部并在限位罩14内部的水面上自由移动，限位罩14 顶面上与浮子13对应的位置设有进水孔，进水孔通过进水管15连接储水箱16。
[0071] 所述储水箱16设置在绝热箱体20侧壁内表面上，储水箱16的顶部设有加水孔，储 水箱16位于所述储水容器18的上方。将储水箱16设置在绝热箱体20内用于为储水容器18供 水，便于缩小储水箱16内的水温与储水容器18内的水温的温差，从而减小储水箱16内的水 进入储水容器18时对储水容器18的水温的影响，便于维持储水箱16及储水容器18内水温的 恒定，提高测试结果的准确性，也降低能耗。
[0072]设置了自动补水装置之后，当储水容器18内的水位下降时，浮子17下降会自动打 开进水孔，储水箱16内的水在重力作用下沿进水管15进入储水容器18内，自动补水至原始 水位高度时，浮子17将进水孔封闭，停止补水，因此可将水位高度维持在稳定的高度，测试 过程中，气体进入储水容器18后，储水容器18内的气压维持在稳定的状态，从而维持热湿交 换器24进气压力的稳定，符合患者呼吸时的情况，与临床使用基本一致，提高测试结果的精 确度。
[0073]此外，气囊26设置在储气容器21内，同时，储气容器21上的通气孔连接供气装置， 通过储气容器21内气压的改变，使气囊26收缩或者扩张，能够更加真实的模拟人体肺部呼 吸时的情况，可提高测试结果的临床参考性。
[0074]所述储水容器18的内部设有加热元件27和测量水温的第一温度传感器22,所述加 热元件27延伸至水面以下，加热元件27的调节器与所述第一温度传感器22相连接;所述绝 热箱体20设有热光源照明元件31和检测箱体内空气温度的第二温度传感器25,所述热光源 照明元件31的调节器与所述第二温度传感器25相连接。
[0075]为了准确的模拟人体呼出和吸入的气体，储水容器18内的水温度应在37°C ±0.5 。(：，绝热箱体20内的空气温度应在37 °C ± 1°C。设置第一温度传感器22和加热元件27,第一 温度传感器22实时监测储水容器18内的水温，当水温下降时，第一温度传感器22向加热元 件27的调节器发送信号，加热元件27的调节器可控制加热元件27进行工作，保持储水容器 18内水温的合适和稳定。设置第二温度传感器25和热光源照明元件31，第二温度传感器25 实时监测绝热箱体20内的空气温度，当绝热箱体20内的空气温度下降时，第二温度传感器 25向热光源照明元件31的调节器发送信号，热光源照明元件31的调节器可控制热光源照明 元件31进行工作，保持绝热箱体20内的空气温度的合适和稳定。
[0076]如图6所示，储水容器18的内部设有一纵向的隔板32,所述隔板32的侧边缘固定连 接在储水容器18的内侧壁上，隔板32的上边缘与所述盖板19紧密贴合，隔板32的下边缘延 伸至储水容器18的水面以下；所述隔板32上设置有呼气通孔35和吸气通孔36,呼气通孔35 和吸气通孔36均位于水面以下，所述呼气管路33连接至呼气通孔35处，所述吸气管路34连 接至吸气通孔36处。
[0077]隔板32起到固定呼气管路33和吸气管路34以及将呼气时的气体和吸气时的气体 隔开的作用。设置隔板32以后，呼气管路33的气体从呼气通孔35处冒出，经过储水容器18内 水的加温加湿，模拟出人体呼出的气体的状态，由于气体的密度小，其会上升至水面，气体 上升至水面之后导致该区域气压上升，所以气体会从呼气出口处流出，进入热湿交换器24， 模拟了人体呼气的过程。同样的，干燥空气经过热湿交换器24进入吸气管路34,进而经过吸 气通孔36和吸气出口进入气囊26，模拟人体吸气过程。
[0078]储水容器18顶部对应所述隔板32的两侧分别设有阀室，所述呼气管路33与气囊26 的连通处和所述吸气出口位于一个阀室内，所述吸气管路34与热湿交换器24的连通处和所 述呼气出口位于另一个阀室内；呼气管路33与气囊26的连通处设有限制气体由气囊26流向 呼气管路33的第一单向阀，吸气出口处设有限制气体由储水容器18流向气囊26的第二单向 阀，吸气管路34与热湿交换器24的连通处设有限制气体由热湿交换器24流向吸气管路34的 第三单向阀，呼气出口处设有限制气体由储水容器18流向热湿交换器24的第四单向阀。
[0079] 在各个管路上的气流进出口处设置单向阀，可靠的控制气流的流动方向，避免气 流扩散到其他部位，影响测试结果的准确性。热湿交换器24与呼气出口及吸气管路34之间 通过三通连接管进行连接，气囊26与吸气出口及呼气管路33之间也通过三通连接管进行连 接，三通管的分叉部位于阀室内，以使设备的结构更加紧凑，且阀室对单向阀形成保护，避 免单向阀受外界的影响，延长单向阀的使用寿命，便于后期的维护。
[0080] 储水容器18和盖板19之间设置有密封圈，两者形成密封连接，避免储水容器18内 的水受到蒸发等作用的影响，提高测试结果的准确性。盖板19的结构如图7所示，盖板19上 设有气囊孔37、气管插孔38、加热元件插孔39和第一温度传感器插孔40。气囊孔37供与气囊 26相连接的管路穿过，气管插孔38供与热湿交换器26相连接的管路穿过，加热元件插孔39 供加热元件27穿过，第一温度传感器插孔40供第一温度传感器22穿过。
[0081 ]所述气缸5与支撑台29连接处的正下方设有一托架28,所述托架28的上表面设有 一层缓冲垫。为增加稳定性，支撑台29的各条支撑腿之间连接有横向的加强杆，支撑腿的底 端设置地脚30,地脚30可伸缩，可以方便的调整支撑台29的平衡，地脚30采用耐磨材料支 撑，可起到缓冲和保护地面的作用。地脚30还可以采用避震脚，缓冲垫采用橡胶或者塑料材 料制作，耐用耐磨，且缓冲气缸5与托架28之间的接触。
[0082]将气缸5安装到支撑台29上时，需要人工托住气缸5,然后将气缸5底端与支撑台29 之间用连接转轴6连接起来，在气缸5的下方设置托架28后，气缸5在安装时，可以通过托架 28对气缸5进行支撑，减轻安装者的劳动强度，安装更加方便也更加牢固。
[0083] 为便于观察测试仪的工作情况，气囊26、储气容器21、储水容器18、呼气管路33、吸 气管路34、隔板32及限位罩14等部件均为透明材料制作。本实施例中，气囊26采用2L麻醉气 囊，储气容器21直径约为150mm，最大体积为7L，储水容器18采用2L的平底烧杯，热光源照明 元件31采用普通的15W~40W的家用照明灯，加热元件27的功率为50W~100W，各连接管路采 用PVC管，呼气管路33和吸气管路34采用TO-PVA波纹管，其内径22mm~25mm、除接头外长 250mm，其余的部件采用丙稀酸酯制造。
[0084]热湿交换器接头23为外圆锥接头。
[0085]使用本发明测试仪对热湿交换器的保湿性能进行测试时，测试条件为：
[0086] 1、从干燥空气源输送给热湿交换器6的空气应是温度为23°C ± 1°C，含水量不超过 lmg/L〇
[0087] 2、热湿交换器应在表1中规定的条件下进行测试。
[0089] 表1:测试条件
[0090] 如果潮气量大于1L，则在热湿交换器生产者推荐的最大潮气量下进行，并采用呼 吸频率为10次/min，吸呼比为1: 1。
[0091] 测试热湿交换器的保湿性能时，测试方法如下：
[0092]步骤1:将本发明的供气装置通过通气孔与储气容器21连通，将热湿交换器24的患 者端口（热湿交换器与患者呼吸道连接的端口）通过三通管件分别连接呼气出口和吸气管 路34。
[0093]步骤2:调节供气装置，在热湿交换器24的机器端口（热湿交换器与呼吸系统的患 者端口连接的端口）测量，以得到表1中规定的并在热湿交换器生产者规定的热湿交换器操 作范围内的测试条件。调节干燥空气源所输送的空气流量，使其大于1倍但小于1.5倍吸入 热湿交换器机器端的峰值吸入流量，将热湿交换器6的进气端口连接干燥空气源。
[0094]步骤3:用与供试热湿交换器同样类型的热湿交换器，在37°C±0.5°C的水浴温度 和绝热箱体2内37°C 土1°C的空气温度下操作测试仪至少lh，该测试过程中保持该温度。
[0095] 步骤4:确认热湿交换器的机器端口流出的空气的体积是表1所选测试条件所需 的。
[0096] 步骤5:记录储水容器、气囊及储气容器的总质量mo。
[0097] 步骤6:用一个供试热湿交换器更换前述热湿交换器，操作测试仪60min±5min。
[0098] 步骤7:记录储水容器、气囊及储气容器的总质量m。
[0099] 步骤8:持续操作测试仪至热湿交换器生产者推荐的最大时间。
[0100] 步骤9:记录储水容器、气囊及储气容器的总质量m2。
[0101] 步骤10:确认供试热湿交换器的机器端口流出的空气的体积是表1所选测试条件 所需的。
[0102] 步骤11:用下式计算第一个小时的供试热湿交换器水分损失M1:
[0103]
[0104] 式中:化为第一小时测试过程中从供试热湿交换器机器端口流出空气的总体积。
[0105] 步骤12:用下式计算整个测试过程中的供试热湿交换器水分损失Mmax:
[0106]
[0107] 式中:V2为整个测试过程中从供试热湿交换器机器端口流出空气的总体积。
[0108] 上述测试方法中，测试仪的工作过程为：
[0109] 步骤1:供气装置活塞的前半个冲程，气缸5产生正压气流，正压气流进入储气容器 21，储气容器21内气压增大，压迫气囊26收缩模拟人体呼气过程，将气体压出，气囊26压出 的气体经呼气管路33进入储水容器18的水中，呼气管路33内的气体从呼气通孔35处冒出， 经过储水容器18内水的加温加湿，模拟出人体呼出的气体的状态，由于气体的密度小，其会 上升至水面，气体上升至水面之后导致该区域气压上升，所以气体会从呼气出口处流出，进 入热湿交换器24,并最终经过热湿交换器24的出气端口排出，模拟了人体呼气的过程。
[0110] 步骤2:供气装置活塞的后半个冲程，气缸5产生负压气流，负压气流进入储气容器 21，储气容器21内气压减小，所述气囊26扩张模拟人体吸气过程，在气压的作用下，干燥空 气源提供的干燥空气进入热湿交换器24,并经热湿交换器24进入吸气管路34,在吸气管路 34的引导下，干燥空气进入储水容器18的水中，吸气管路34内的气体从吸气通孔36处冒出， 经过储水容器18内水的加温加湿，模拟出人体吸入的气体的状态，由于气体的密度小，其会 上升至水面，气体上升至水面之后导致该区域气压上升，所以气体会从吸气出口处流出，进 入气囊26，模拟了人体吸气的过程。
[0111] 该工作过程的步骤1和步骤2交替重复进行，直至测试完毕。
[0112] 上述工作过程中，随着测试的进行，储水容器18内的水会被损耗，储水容器18内水 位下降时，所述浮子17随水面高度下降，所述进水孔打开，储水箱16的水在重力作用下经进 水管15和进水孔进入储水容器18,从而使储水容器18内水面高度上升;储水容器18内水面 高度上升时带动浮子17上升，浮子17上升至与限位罩14顶面相接触的高度时，浮子17将进 水孔堵塞，停止进水。
[0113] 浮子17、限位罩14、进水管15和储水箱16配合形成了自动补水装置，可维持储水容 器18内水位线的稳定，测试过程中，气体进入储水容器18后，储水容器18内的气压维持在稳 定的状态，从而维持热湿交换器24进气压力的稳定，从而维持热湿交换器24单位时间进出 气体体积的稳定，并准确控制进气量的多少，提高测试结果的精确度。
[0114] 本发明中，螺母套13上螺孔的数量不限于实施例所述的情况，还可以增多或者减 少，螺母套18上设置多个螺孔时，螺孔应均匀分布或者对称分布，利于螺母套18受力的均 匀，便于其稳定的移动;螺母套18上也可仅在中部设置一个螺孔。
[0115] 通过测试前和测试后湿气发生器质量的减少量，可以反映出储水容器11内水的损 耗量，表明被测热湿交换器的保湿性能越好。
[0116] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限 制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
[0117] 除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突 出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。
【主权项】
1. 可变通气量的正弦供气装置，其特征是，包括曲柄、滑块和气缸，所述曲柄与驱动转 轴固定连接，曲柄上在驱动转轴的一侧设有长条形的滑道，所述滑块安装在滑道内，滑块可 沿滑道移动并可在滑道内定位，通过滑块移动控制所述气缸通气量改变;所述气缸的一端 伸出活塞杆，气缸的另一端设有与气缸内部连通的气流输送管;所述活塞杆的末端以可转 动的方式连接在所述滑块上。2. 根据权利要求1所述的可变通气量的正弦供气装置，其特征是，所述滑块上固定连接 有螺母套，螺母套内设有与其相啮合的丝杠，所述曲柄上固定设置有支撑所述丝杠的丝杠 安装支架，丝杠原位旋转驱动螺母套带动滑块沿所述滑道移动。3. 根据权利要求2所述的可变通气量的正弦供气装置，其特征是，所述螺母套上设有多 个螺孔，每个螺孔内分别设有所述丝杠，曲柄的两端分别安装有所述丝杠安装支架;其中一 个丝杠安装支架的外侧设有主动齿轮，所述主动齿轮与安装在丝杠端部的从动齿轮相啮 合，所有的从动齿轮规格一致。4. 一种高仿真度HME水分损失测试仪，其特征是，该测试仪的下方设有支撑台，所述支 撑台的一侧安装有权利要求1~3中任意一项所述的可变通气量的正弦供气装置，所述驱动 转轴以可转动的方式安装在连接件上，连接件固定连接在支撑台上;所述气缸的底端以可 转动的方式连接在支撑台上，所述气流输送管连接为测试仪提供正弦波气流的通气孔。5. 根据权利要求4所述的高仿真度HME水分损失测试仪，其特征是，所述通气孔设置在 储气容器上，所述储气容器的内部设有储气的气囊，储气容器的下方设有储水容器;所述储 水容器与其开口处的盖板形成密封连接，所述储水容器的内部设有呼气管路和吸气管路； 所述呼气管路一端连接所述气囊，呼气管路另一端通入储水容器的水中，所述吸气管路一 端用于连接热湿交换器，吸气管路另一端通入储水容器的水中；储水容器还分别与呼气出 口和吸气出口相连通，所述呼气出口连通热湿交换器，所述吸气出口连通所述气囊； 所述储水容器的内部设有自动补水装置，所述自动补水装置包括限位罩和浮子，所述 限位罩固定安装在储水容器内，限位罩为底端开口的罩体，浮子位于限位罩内部并在限位 罩内部的水面上自由移动，限位罩顶面上与浮子对应的位置设有进水孔，进水孔通过进水 管连接水源。6. 根据权利要求5所述的高仿真度HME水分损失测试仪，其特征是，所述的储水容器和 储气容器均位于一绝热箱体内，所述绝热箱体的一侧设有门，绝热箱体的其余侧面封闭;所 述绝热箱体的侧壁上分别设有供热湿交换器接头和气流输送管穿过的通孔。7. 根据权利要求6所述的高仿真度HME水分损失测试仪，其特征是，所述储水容器的内 部设有加热元件和测量水温的第一温度传感器，所述加热元件延伸至水面以下，加热元件 的调节器与所述第一温度传感器相连接;所述绝热箱体设有热光源照明元件和检测箱体内 空气温度的第二温度传感器，所述热光源照明元件的调节器与所述第二温度传感器相连 接。8. 根据权利要求5所述的高仿真度HME水分损失测试仪，其特征是，所述储水容器的内 部设有一纵向的隔板，所述隔板的侧边缘固定连接在储水容器的内侧壁上，隔板的上边缘 与所述盖板紧密贴合，隔板的下边缘延伸至储水容器的水面以下；所述隔板上设置有呼气 通孔和吸气通孔，呼气通孔和吸气通孔均位于水面以下，所述呼气管路连接至呼气通孔处， 所述吸气管路连接至吸气通孔处。9. 根据权利要求8所述的高精确度热湿交换器水分损失测试仪，其特征是，储水容器顶 部对应所述隔板的两侧分别设有阀室，所述呼气管路与气囊的连通处和所述吸气出口位于 一个阀室内，所述吸气管路与热湿交换器的连通处和所述呼气出口位于另一个阀室内；呼 气管路与气囊的连通处设有限制气体由气囊流向呼气管路的第一单向阀，吸气出口处设有 限制气体由储水容器流向气囊的第二单向阀，吸气管路与热湿交换器的连通处设有限制气 体由热湿交换器流向吸气管路的第三单向阀，呼气出口处设有限制气体由储水容器流向热 湿交换器的第四单向阀。10. 根据权利要求4所述的高精确度热湿交换器水分损失测试仪，其特征是，所述气缸 与支撑台连接处的正下方设有一托架，所述托架的上表面设有一层缓冲垫。
【文档编号】A61M16/20GK106075684SQ201610647415
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月9日 公开号201610647415.7, CN 106075684 A, CN 106075684A, CN 201610647415, CN-A-106075684, CN106075684 A, CN106075684A, CN201610647415, CN201610647415.7
【发明人】万敏, 张博, 张庆
【申请人】山东省医疗器械产品质量检验中心