专利名称：一种气体混合配比设备和方法
一种气体混合配比设备和方法
技水领域
涉及气体混合技术，尤指 一种气体混合配比设备和方法。
背景技术：
在焊接、表面处理、医疗设备等等领域，常常需要将不同气体按一定比例 进行均匀混合之后再使用，气体混合配比设备也因此在众多领域中得到了广泛 的应用。
对于气体混合配比设备的性能的评价，主要集中在两个方面 一是气体混 合得均匀与否，二是对气体混合比例能否精确控制，控制精度如何。
目前市场上的气体混合配比设备，虽然能够满足一般用户的需求，但对于 一些对该设备的性能有更严格要求的用户来说，还远远不能满足需求。例如， 在医疗领域，试验室或临床评价机构需要对无创脉膊血氧仪和多参数监护仪的 有效性、准确度等进行评价，就需要使用能精确配比出一定含氧比率的均匀的 混合气体的设备。上述无创脉膊血氧仪和多参数监护仪均可用于测量人体的血 氧饱和度，对动脉血氧浓度进行实时监测。
这里先对血氧饱和度作一简介人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而 新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中 的血红蛋白(Hemoglobin,缩写Hb)，结合成氧合血红蛋白(恥02)，再输送到人 体各部分组织细胞中去。血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(Hb02) 的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是 呼吸循环的重要生理参数。对血氧饱和度进行监测，可以对肺的氧合和血红蛋 白携氧能力进行估计， 一般通过监测动脉血氧饱和度(Sa02， Arterial blood oxygen saturation)来实J见。
传统的血氧饱和度测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电 化学分析，测出血氧分压P02计算出血氧饱和度，这种方法比较麻烦，且不能 进行连续的监测。现在往往采用手指型无创脉膊血氧仪、多参数监护仪等无创 的实时的血氧饱和度监测设备。显然，有必要对无创型血氧饱和度监测设备的性能进行4全验、评价。 为了检验、评价无创脉膊血氧仪和多参数监护仪等无创血氧测量仪器，现 有的一种方法是采用血氧模拟仪，该仪器通过模拟输出人体血氧信号，供使用 者研究人体血氧曲线的特点。然而此方法的检验精度并不被认可，较可取的是 另一种方法，即通过诱导某一受试的正常人至不同的缺氧水平后，抽取动脉血
样并马上分析Sa02,进而与无创的脉搏血氧仪或监护仪的Sp02形成比(Pulse oxygen saturation,相当于Sa02,是血氧仪通过无创的血氧4笨头测量出来的血氧 饱和度，而Sa02是通过抽取动脉血样本在血氧仪上分析出来的血氧饱和度)对， 计算出ARMS(精度均方根，Accuracy Root Mean Square),以此来定义月7;M專血氧 仪和监护仪的血氧饱和度测量精度规格。
上述诱导某一受试的正常人至不同的缺氧水平的方法，是让受试者通过呼 吸面罩，吸入一定含氧比率的混合气体，通过控制含氧比率，达到控制缺氧水 平的目的。当前市场上有为病人提供氧气的氧气流量计，但此设备也仅是增加 空气中的氧气比例，并未有精密控制氧气比例的功能。同样，呼吸机也是增加 氧气(混合空气和氧气)，未有精密控制氧气比例的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种气体混合配比设备，以 使用户能够获得可精确控制比例的混合均匀的混合气体，特别是为检验、评价 无损伤血氧测量仪器的测试试验提供一种能够精密控制氧氮比例并保证氧氮混 合均匀的辅助设备。
为达到上述发明目的，本发明提供了一种气体混合配比设备，包括 用于根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度 和/或静脉血氧饱和度对气体流量进行智能控制的智能控制装置；两条以上的气 体输入支路，每条所述气体输入支路包括通过气体管道依次连接的用于储存待 混气体的气瓶、用于对从气瓶输出的气体气压进行调节的气压调节装置、用于 在所述智能控制装置控制下对各所述气体输入支路的气体流量进行控制的流量 控制装置；气体混合装置，所述气体混合装置同时与各所述气体输入支路中的 所述流量控制装置相连接，并用于将各所述气体输入支路中的所述流量控制装 置输出的气体进行混合。
6上述的气体混合配比设备，所述气体混合装置中包括至少一个混合器，所
述混合器为气体混合腔形状为凸脊状的凸脊气体混合器；或，气体混合腔形 状为螺旋状的螺旋气体混合器。
上述的气体混合配比设备，所述智能控制装置包括与所述气体输入支路 数目相等的流量显示装置，所述流量显示装置与所述流量控制装置连接，用于 显示所述流量控制装置输出的气体的实际流量；用于对气体流量进行设置控制 的控制器，所述控制器通过各所述流量显示装置与各所述流量控制装置连接， 用于控制所述流量控制装置输出的气体的流量。
上述的气体混合配比设备，各所述气瓶储存的待混气体为纯净的单一气体。 上述的气体混合配比设备，所述气压调节装置包括用于显示从各所述气 瓶输出的气体气压的气压计；用于控制所述气体输入支路开闭的旋钮开关，所 述旋钮开关置于所述气压计之后；用于显示受所述旋转开关控制后的气体流量 的流量显示表，所述流量显示表置于所述旋钮开关之后；用于排出过量气体的 泄压阀，所述泄压阀置于所述流量显示表之后。
上述的气体混合配比设备，所述流量控制装置为气体质量流量控制器。 相应地，本发明还提供了一种气体混合装置，包括至少一个混合器，所述 混合器为
气体混合腔形状为凸脊状的凸脊气体混合器；或，气体混合腔形状为螺旋
状的螺旋气体混合器。
相应地，本发明还提供了一种气体混合配比方法，包括
调节各气体气压；根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉
血氧饱和度对各气体流量进行智能控制；将经过流量控制的各气体导入气体混
合装置进行混合。
上述的气体混合配比方法，所述根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱 和度和/或动脉血氧饱和度对各气体流量进行智能控制包括
确定混合气体总流量，并匹配出其含氧比率与所述血氧饱和度和/或动月永血 氧饱和度之间的对应关系模型；根据用户设置的血氧饱和度和/或动脉血氧饱和 度，利用所述对应关系模型自动计算对应的氧气比率；根据计算出的所述氧气 比率和所述混合气体总流量，确定氧气和氮气各自的流量并对各气体流量进行 智能控制。实施本发明，通过智能控制器的精确控制，气体在经气体混合器混合之后， 可以保证输出具有精确可控的混合气体比例的、均匀的混合气体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点 一是保证了混合气体中各气体比
例的准确与稳定，二是保证了气体混合均匀，三是可以使受试者达到某一稳定
的缺氧水平，vMv而保证测试的准确性。
图1所示为本发明一种气体混合配比设备的第一实施例的结构示意图； 图2所示为本发明一种气体混合配比设备的第二实施例的结构示意图； 图3所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例的结构示意图； 图4所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中，氧气/氮气混合
控制器的内部结构示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3中的氧气/氮气混合
控制器15;
图5所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中，氧气/氮气混合 控制器的外观示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3中的氧气/氮气混合控制 器15;
图6所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中，氧气/氮气混合
控制器的背面功能接口示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3中的氧气/氮气
混合控制器15;
图7所示为本发明一种气体混合装置实施例的结构示意显而易见地，上面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于相关领
域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
具体实施例方式
下面结合附图及优选实施例对本发明的特征及技术内容进行进一步说明。 附图仅用于解释本发明而非限制。
参见图1，所示为本发明一种气体混合配比设备的第一实施例的结构示意 图。该装置包括两条气体输入支路即第一气体输入支路和第二气体输入支路， 以及一个气体混合装置40、 一个智能控制装置30。气瓶211、气压调节装置212、流量控制装置213依次相连构成第一气体输入支路，气瓶221、气压调节装置 222、流量控制装置223依次相连构成第二气体输入支路，流量控制装置213与 流量控制装置223均管道连接于气体混合装置40,同时，流量控制装置213与 流量控制装置223均电连接于智能控制装置30。
在上述第一实施例中，待混气体(各待混气体可为任何气体，优选纯净的 单一气体比如纯氧、纯氮)从气瓶211与气瓶221输出后，经气压调节装置212 与气压调节装置222调节气压，然后由流量控制装置213与流量控制装置223 对其进^f亍流量控制，流量控制过程中，智能控制装置30会经由流量控制装置213 与流量控制装置223采样、提取出所需的信息比如实时流量值，以控制各气体 的流量的稳定及各气体流量之间比例的稳定，这里，用户可以在智能控制装置 30上设置各气体流量或各气体流量比例，智能控制装置30根据用户的设置进行 智能流量控制。
参见图2,所示为本发明一种气体混合配比设备的第二实施例的结构示意 图。第二实施例是对第一实施例的细化，相对于第一实施例，第二实施例在流 量控制装置213 、流量控制装置223与气体混合器40之间增加了管道连接件101， 在气体混合器40之后增加了气体输出装置50。气压计4、旋钮开关6、流量显 示表5、泄压阀7的组合(可根据需要增减元件或适当调整连接顺序)相当于第 一实施例中的气压调节装置212,气压计10、旋钮开关12、流量显示表ll、泄 压阀13的组合(可才艮据需要增减元件或适当调整连接顺序)相当于第一实施例 中的气压调节装置222,凸脊气体混合器102、螺旋气体混合器103的组合相当 于第一实施例中的气体混合装置40，流量控制装置213、流量控制装置223通 过管道连接件101与凸脊气体混合器102连接，螺旋气体混合器103后接气体 输出装置50,智能控制装置由控制器16、流量显示装置302、流量显示装置303 组成。
在上述第二实施例中,待混气体(各待混气体可为任何气体，优选纯净的 单一气体比如纯氧、纯氮)从气瓶211与气瓶221输出后，气压计4与气压计 10显示气瓶211与气瓶221输出的气体气压，旋钮开关6与旋钮开关12可进一 步控制气体气压，流量显示表5与流量显示表11将经过控制的气体流量进行直 观显示，以使用户可根据需要，调整旋钮开关开闭度，从而调整气体流量，为 了避免流量过大对设备造成影响甚至损坏，流量指的是气体流出的速度，它的单位是升/分钟，流量显示表在这里只作为调节输出的参考值。在流量显示表5
与流量显示表11后分别加装泄压阀7和泄压阀13，待混气体流经泄压阀7和泄 压阀13后，由流量控制装置213与流量控制装置223对其进^f亍流量控制，同时， 流量显示装置302与流量显示装置303显示实时的各待混气体流量，用户可以 直观监视气体的流量，并通过控制器16进行实时调控。待混气体经流量控制装 置213与流量控制装置223控制后，然后再流入管道连接件101，随即进入凸脊 气体混合器102和螺旋气体混合器103进行混合，最后通过气体输出装置50将 气体输出。优选的，气体输出装置可以根据用户需要对混合后的气体进行一些 处理，比如干燥化、湿化、杀菌等等。
结合图3至图6，图3所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例的 结构示意图；图4所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中，氧气/ 氮气混合控制器的内部结构示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3中的氧气/ 氮气混合控制器15;图5所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中， 氧气/氮气混合控制器的外观示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3中的氧气 /氮气混合控制器15;图6所示为本发明一种气体混合配比设备的第三实施例中， 氧气/氮气混合控制器的背面功能接口示意图，所述氧气/氮气混合控制器即图3 中的氧气/氮气混合控制器15。
上述第三实施例是对第二实施例的进一步细化，第三实施例可直接应用于 医疗领域，比如，作为一个辅助设备起到精密控制氧氮比例并保证氧氮混合均 匀的作用，以用于辅助检验、评价无损伤血氧测量仪器的测试试验。相对于第 二实施例，第三实施例在第一气体输入支路和第二气体输入支路均设有湿化瓶， 以使测试试验时，受试者能更舒适地呼吸氧气。相对于第二实施例，第三实施 例还将流量控制装置213、流量控制装置223、流量显示装置302、流量显示装 置303、管道连接件101、凸脊气体混合器102、螺旋气体混合器103集成在氧 ^/氮气混合控制器15中，其中，流量控制装置213与流量控制装置223采用现 有市场上可见的气体质量流量控制器，流量显示装置302与流量显示装置303 采用现有市场上可见的气体质量流量显示/积算仪，管道连接件101采用三通。 自带有氧气瓶开关3的医用级氧气瓶1相当于气瓶211,自带有氮气瓶开关9的 医用级氮气瓶2相当于气瓶221，集水杯17、硅胶气嚢18、细菌过滤器19、呼 气阀20、呼吸管路固定支架21、 一次性细菌过滤器22、呼吸面罩23的组合(可
10根据需要增减元件或适当调整连接顺序)相当于气体输出装置50。优选的，氧
气气体质量流量控制器311对氧气流量设置有一上限，以避免人吸入过高浓度
的氧气引起中毒等不良后果。
在上述第三实施例中，控制器16采用的是可方便携带的个人计算机，用户
可以在上面设置想要的氧氮比例值或血氧饱和度或动脉血氧饱和度或静脉血氧 饱和度，计算机会根据用户的设置自动控制各气体流量，以达到用户的需要。 另外，气体流量积算仪是对气体质量流量控制器输出端输出的流量进行测量， 并通过这个反馈来纠正气体质量流量控制器输出的流量的。需要说明的是，气 体质量流量显示/积算仪本身也具有控制和显示的功能，在本实施例中，将其用 通信电缆与个人计算机连接后，个人计算机也具有这些功能，当然，个人计算
机多了智能控制的功能。
参见图7,所示为本发明一种气体混合装置的实施例结构示意图。该气体混 合装置包括凸脊气体混合器102和螺旋气体混合器103,优选的，在凸脊气体混 合器102前面设一个管道连接件101 (本发明实施例采用三通)，集成在该气体 混合装置中。管道连接件IOI、凸脊气体混合器102、螺旋气体混合器103之间 采用TPU管连接。
以上所描述的设备、装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明 的元器件可以是或者也可以不是物理上分开的，可以根据实际的需要选择其中 的部分或者全部元器件来实现本实施例方案的目的。相关领域普通技术人员在 不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
下面具体说明本发明 一种气体混合配比方法的实施例流程示意图。这里仅 以该设备在医疗领域的应用为例，即从"为检验、评价无损伤血氧测量仪器的 测试试验提供一种能够精密控制氧氮比例的辅助设备，，的角度进行解释说明
在试验前，先测量受试者的肺活量、呼吸次数，进而计算出氮气氧气总流 量=肺活量x呼吸次数；
在试验前，任取三个Sa02值，这里我们取三个分别介于90%至100%之间、 80%至90%之间、70%至80%之间的Sa02值，然后用无创脉搏血氧仪测量此三 个值对应的氧气和氮气流量，进而匹配出最佳的线性控制模型，此线性控制模 型有对应的Sa02值对应的02流量和N2流量，因此，只需要提供Sa02值，即可 马上得到对应的02流量和N2流量，以实现智能控制。因为每个受试者都有其个体的差异，有时我们输入期望的Sa02与实际动脉 血的Sa02有所差异，此时可以通过操作界面，微调氮气的流量，使得到的Sa02 值与期望值更接近。
为了得到更佳的数据，此软件可以储存某次试验的实际值Sa02与实际的 02所需的的流量和N2所需的流量的对应关系，并作为一项特定的线性控制模型， 如果下次试验时，遇到同样的受试者，可以调出此线性控制模型来实现智能控 制的目的。
实验开始时，按以下步骤进行
1、 参照图2将各器件组立成型；
2、 打开混合控制器和计算机预热15分钟；
3、 调整流量控制器，使之处于"关闭状态"；
4、 打开氧气瓶的旋转开关，确认氧气输入支路上的气压计4显示值大于 2000kpa,其中，要保证气压大于一定值是因为若气压太小，可能会导致在期望 达到低血氧饱和度时，由于氧气气压不足，无法输出足够的流量；
5、 打开氮气瓶的旋转开关，确认氮气输入支路上的气压计10显示值大于 5000kpa,其中，要保证气压大于一定值是因为若气压太小，可能会导致在期望 达到高血氧饱和度时，由于氮气气压不足，无法输出足够的流量；
6、 在计算机上输入受试者肺活量，确定氨气流量初始值，并选定线性控制 模型；
7、 在计算机上输入期望达到的Sa02值；计算机将请求确认氧气和氮气流 量值；
8、 点击确认，氧气和氮气流量控制器收到指令后，马上输出对应的氧气和 氮气流量；
9、 将呼吸面罩放在受试者口鼻处，并用松紧带固定好面罩，确保空气不会 从面罩周围进入口腔和鼻腔。并确保松紧带没有过紧使受试者不舒适。
10、 三分钟后，控制用脉搏血氧仪将显示出稳定的Sp02值，此时可以抽取 受试者的动脉血样，并送到相关分析仪器上分析出Sa02值。
11、 如果脉搏血氧仪上显示的Sp02值或相关分析仪器分析出的Sa02值与 在计算机输入的Sa02期望值偏差超过士20/。，则认为所设定的氮气过高或过低， 或者线性控制模型不合适，应根据相关分析仪器的Sa02值重新选择线性控制模型，或对氮气流量进行微调。
12、如果气瓶输出的气压过大，而智能控制装置输出的流量小，泄压阀将 会泄压，泄出较大的流量时，将会发出鸣叫，这是正常现象，如果想要消除鸣 叫声，应调整湿化瓶前面的旋转开关，使流量显示表指示的流量，与气体质量 流量控制器输出的值相近。
优选的，上述步骤7至8中，用户也可以直接输入氮/氧比例，进行控制。 优选的，上述气体混合配比方法中，用户也可以通过输入期望达到的Sp02
值，进行控制。
优选的，上述气体混合配比方法中，用户也可以通过输入期望达到的血氧 饱和度值，进行控制。
通过实施本发明实施例，用户可以精确控制氧/氮混合比例，从而为4全-险、 评价无损伤血氧测量仪器的测试试验提供一种能够精密控制氧氮比例的辅助设
备和方法。
以上所揭露的仅为本发明实施例中的较佳实施例，不能以此来限定权利范 围，依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1、一种气体混合配比设备，其特征在于，包括用于根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度和/或静脉血氧饱和度对气体流量进行智能控制的智能控制装置；两条以上的气体输入支路，每条所述气体输入支路包括通过气体管道依次连接的用于储存待混气体的气瓶、用于对从气瓶输出的气体气压进行调节的气压调节装置、用于在所述智能控制装置控制下对各所述气体输入支路的气体流量进行控制的流量控制装置；气体混合装置，所述气体混合装置同时与各所述气体输入支路中的所述流量控制装置相连接，并用于将各所述气体输入支路中的所述流量控制装置输出的气体进行混合。
2、 如权利要求1所述的气体混合配比设备，其特征在于，所述气体混合装 置中包括至少一个混合器，所述混合器为气体混合腔形状为凸脊状的凸脊气体混合器；或，气体混合腔形状为螺旋状的螺旋气体混合器。
3、 如权利要求1所述的气体混合配比设备，其特征在于，所述智能控制装 置包括与所述气体输入支路数目相等的流量显示装置，所述流量显示装置与所述 流量控制装置连接，用于显示所述流量控制装置输出的气体的实际流量；用于对气体流量进行控制的控制器，所述控制器通过各所述流量显示装置 与各所述流量控制装置连接，用于控制所述流量控制装置输出的气体的流量。
4、 如权利要求3所述的气体混合配比设备，其特征在于，所述智能控制装 置中，所述流量显示装置为气体质量流量显示/积算仪。
5、 如权利要求1所述的气体混合配比设备，其特征在于，各所述气瓶储存 的待混气体为纯净的单一气体。
6、 如权利要求1所述的气体混合配比设备，其特征在于，所述气压调节装置包括用于显示从各所述气瓶输出的气体气压的气压计；用于控制所述气体输入支路开闭的旋钮开关，所述旋钮开关置于所述气压 计之后；用于显示受所述旋转开关控制后的气体流量的流量显示表，所述流量显示 表置于所述旋钮开关之后；用于排出过量气体的泄压阀，所述泄压阀置于所述流量显示表之后。
7、 如权利要求1所述的气体混合配比设备，其特征在于，所述流量控制装 置为气体质量流量控制器。
8、 一种气体混合装置，其特征在于，包括至少一个混合器，所述混合器为 气体混合腔形状为凸脊状的凸脊气体混合器；或，气体混合腔形状为螺旋状的螺旋气体混合器。
9、 一种气体混合配比方法，其特征在于，包括 调节各气体气压；根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度对各 气体流量进行智能控制；将经过流量控制的各气体导入气体混合装置进行混合。
10、 如权利要求9所述的气体混合配比方法，其特征在于，所述根据用户 设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度对各气体流量进行 智能控制包括确定混合气体总流量，并匹配出其含氧比率与所述血氧饱和度和/或动脉血 氧饱和度之间的对应关系模型；根据用户设置的血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度，利用所述对应关系模型 自动计算对应的氧气比率；根据计算出的所述氧气比率和所述混合气体总流量，确定氧气和氮气各自 的流量并对各气体流量进行智能控制。
全文摘要
本发明涉及气体混合技术，尤指一种气体混合配比设备，包括用于根据用户设置的混合气体比例和/或血氧饱和度和/或动脉血氧饱和度对气体流量进行智能控制的智能控制装置；两条以上的气体输入支路，每条所述气体输入支路包括通过气体管道依次连接的用于储存待混气体的气瓶、用于对从气瓶输出的气体气压进行调节的气压调节装置、用于在所述智能控制装置控制下对各所述气体输入支路的气体流量进行控制的流量控制装置，各所述流量控制装置均与所述智能控制装置电连接；气体混合装置，所述气体混合装置同时与各所述气体输入支路中的所述流量控制装置相连接。相应地，本发明还揭示了一种气体混合装置及气体混合配比方法。通过实施本发明，能够使气体混合均匀并精密控制气体混合比例。
文档编号B01F3/02GK101579605SQ20081014179
公开日2009年11月18日 申请日期2008年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者叶茂林 申请人:深圳市美的连电子科技有限公司