渐进式泵作用力调节的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总的来说涉及隔膜泵领域。本发明尤其涉及病人监测、呼吸监测、麻醉监测 设备中，特别是监测病人呼吸气体成分的医学通气监测和气体分析仪中，当做采样泵使用 的隔膜泵。
【背景技术】
[0002] 隔膜泵具有结构简单、紧凑及密封性好的优点。因此，隔膜泵作为流体分析的采 样泵广泛应用于医疗设备和生化分析。在医学通气监测领域，气体测量模块分析隔膜泵从 病人呼吸回路中采集的气体，并实时监测病人呼吸回路中气体的组成成分以获取病人的状 态。目前，气体测量模块趋向于小型化并具有更好的稳定性及更低的能耗。因此，对有关膜 泵的尺寸、寿命和能量损失的设计提出了更高的要求。
[0003] 检测气体的气体监测设备，例如感应器，通常为精密元件，对降低测量准度的振动 干扰很敏感。在正常情况下，采样泵是监测模块主要振动来源，如此可能导致影响测量精度 的噪音产生。因此，采样泵需要提供更加稳定的采样样本。
[0004] 常规设计的隔膜泵具有平薄膜以及呈球形凹面或具有平底面的圆柱形状的泵腔 体。托马斯隔膜泵和『Xavitcch?泵均属于这类隔膜泵。此外，这类隔膜泵的薄膜通常是外 部边缘固定以形成泵区。这样的设计限制了薄膜的弹性形变能力，同时也限制了薄膜的冲 程长度。而泵区则限制了隔膜泵的最大泵压力（因为泵区与泵作用力会共同限制最大泵压 力）以及疲劳寿命。另一个问题是，当平薄膜匹配于腔体的凹面或平表面时，会产生噪声， 与此同时，冲程将立即停止产生机械振动。
[0005] 因此，有必要提供一种改进的隔膜泵。特别是提供一种比现有隔膜泵更小型的且 在提供更高压力的同时具有更小振动和更安静的隔膜泵。
【发明内容】
[0006] 相应地，优选地本发明实施例的目的在于减少或消除现有技术中的一个或多个不 足、缺点或问题，例如通过提供根据附属的渐进式泵作用力调节的权利要求形成的装置或 方法来减少或消除上述提出的单个问题或多个问题的任何结合，例如通过用于病人监测、 呼吸监测、麻醉监测的装置，尤其用于医学通气监测的装置，以及用于监测病人呼吸时的气 体成分的气体分析仪。
[0007] 这里所揭露的是提供渐进式泵作用力调节的装置、系统和方法。
[0008] 根据揭露的一方面，用于具有腔体的泵的隔膜元件被揭露。隔膜元件具有第一区 域及包括具有第二区域的中间部，中间部被外围部环绕。中间部比外围部厚，中间部的第二 区域小于所述腔体的开口端的一个区域，所述中间部设置于所述区域之上。
[0009] 进一步，根据揭露的一方面，一种包括隔膜元件及具有腔体的泵壳的泵被揭露，腔 体包括倾斜内壁。腔体包括具有第三区域的开口端。隔膜元件具有第一区域，以及包括具 有第二区域的中间部，中间部被外围部环绕。其中中间部比外围部厚。进一步，中间部的第 二区域小于腔体的开口端的第三区域，隔膜元件设置于泵壳之上以形成密封腔体，因此隔 膜元件的中间部设置于开口端之上，且中间部从远离腔体的方向凸出。
[0010] 这个结构的优点在于因为冲程是以渐进方式减速的，可以防止冲程碰撞腔体的底 部，以及使冲程无声停止，将机械振动降至最小。进一步，在接近冲程结束时，减速降低了隔 膜的有效泵区域。因为冲程作用力是不变的，在接近冲程结束时，泵变得更强。
[0011] 在某些例子中，中间部为环形。
[0012] 隔膜元件由弹性材料制作而成，例如橡胶及/或为下列材料的一种：氯丁二烯、三 元乙丙橡胶、氟橡胶、硅、热塑性弹性体或腈。
[0013] 在某些例子中，中间部与外围部的厚度比例范围为2-15。
[0014] 在某些例子中，第一部包括凸出边缘。如同0型圈，凸出边缘用于增强密封效果。
[0015] 在某些例子中，较厚的中间部具有倾斜外壁，例如截头圆锥体，倾斜外壁具有大于 顶部的基部。
[0016] 揭露的某些例子中，中间部和腔体都为环形。
[0017] 揭露的某些例子中，倾斜内壁为直的，或凸起的，或凹陷的，或具有两个或多个半 径，或为正弦波形形状，或为高阶多项式波形形状。
[0018] 在某些例子中，隔膜元件包括有效泵区域，有效泵区域包括几乎与腔体的开口端 的第三区域相同的区域。
[0019] 在某些例子中，泵壳包括环绕腔体的开口端的延展表面，延展表面具有至少与隔 膜元件的尺寸相同的区域。
[0020] 揭露的某些例子中，隔膜元件夹持于泵壳的延展表面与泵壳的第二元件之间。
[0021] 这个结构的优点在于保持隔膜元件滑动地固定在比实际工作区域的直径大的区 域，因此隔膜可自由地做径向移动及伸展。因此可实现较长的冲程（例如每次冲程输出的 量大）。并且，由于径向运动，在扩张较小的情况下可保持相同的泵输出量，由于较低的疲劳 应力等级，隔膜的寿命增加，以及可用泵作用力可被更有效率地利用。
[0022] 延展表面包括凹槽，以安装隔膜元件的凸出边缘。
[0023] 根据揭露的另一方面，一种用于渐进式泵作用力调节的方法被揭露。该方法包括 提供这里所描述的泵，以及向隔膜元件的中间部施加往复式冲程运动，冲程运动在一个位 置受限于腔体的倾斜内壁，在该位置隔膜元件的中间部变得较厚。
[0024] 需要强调的是本说明书中使用的单词"包括"是用于详述特征、整数、步骤或元件 的存在，而不是排除一个或多个其他特征、整数、步骤、元件或组合的存在或增加。
【附图说明】
[0025] 揭露的例子中的这些和其他方面、特征以及优点是明显的，并由以下对本发明揭 露的实施例的描述以及对附图的参考进行阐述，其中：
[0026] 图1为一个例子中泵壳以及隔膜的剖视图。
[0027] 图2为一个例子中泵壳以及隔膜的剖视图。
[0028] 图3为隔膜泵的剖视图。
【具体实施方式】
[0029] 结合附图对揭露的具体实施例进行描述。然而，揭露的内容可有多种不同的表现 方式，并不限于这里所揭露的表现形式。当然地，提供的这些实施例可使得揭露的内容是全 面的、完整的，以及将本发明的保护范围完全地传达至本领域的技术人员。附图解释的实施 例的详细描述中的专用名词并不用于对揭露的内容进行限制。在图示中，同样的标号指代 同样的元件。
[0030] 下面的描述致力于描述本发明揭露的实施例中的隔膜元件及隔膜泵。隔膜泵作为 装置的采样泵，这些装置用于病人监测、呼吸监测、麻醉监测，尤其是医学通气监测以及为 用于监测病人呼吸时的气体成分的气体分析仪。然而，可以理解地本发明并不限制于这些 应用，而是可以应用于需要流体泵的许多其他系统。
[0031] 图1揭露的隔膜泵100,在一个例子中包括泵壳1及隔膜元件6。泵壳包括具有开 口端的腔体21，开口端包括第一区域。隔膜元件6设置于腔体21的开口端之上以密封腔体 21〇
[0032] 腔体21包括倾斜的或斜切壁20。倾斜的或斜切壁20可以是直的，如图1揭露的 截头圆锥体的形状。在某些例子中，倾斜的或斜切壁20可以是凸起的或凹陷的。在其他例 子中，壁20具有多个半径。在其他结构中壁20可以为正弦波形形状、波浪形形状、多项式 波形形状或齿条形状。优选地腔体21为环形，但是也可以为其他任何形状，例如正方形、长 方形、多边形或椭圆形。
[0033] 此外及/或可替换地，在某些例子中，腔体21的底部区域包括小于开口端的区域 25的区域26。
[0034] 隔膜元件6包括第二区域27及具有第三区域28的第一中间部（见图2)。第一中 间部为隔膜元件6的中心部分。因此第三区域小于第二区域27。
[0035] 优选地隔膜元件为环形，但也可为其他任何形状，例如正方形、长方形、多边形或 椭圆形。此外，优选地第一中间部为环形，但也可为其他任何形状，例如正方形、长方形、多 边形或椭圆形。
[0036] 隔膜元件和第一中间部的形状不必相同，例如，隔膜元件可为正方形，而第一中间 部为环形。优选地，第一中间部的形状与腔体的开口端的形状相同。
[0037] 优选地隔膜元件由可形变或弹性材料制作而成，例如橡胶。在一些例子中使用的 材料可以为氯丁二烯、三元乙丙橡胶、氟橡胶、硅、热塑性弹性体或腈。但是本领域的技术人 员可以使用具有类似特性的其他材料。
[0038] 此外及/或可替换地，隔膜元件可包括具有第四区域24的第二中间部。第二中间 部的厚度23大于隔膜元件的其他部分的厚度22。隔膜的其他部分上设置有环绕第二中间 部的外围部。优选地，第二中间部的厚度23与隔膜元件的其他部分的厚度22的比例范围 为 2-15。
[0039] 优选地，较厚的第二中间部从腔体的开口端的相反方向凸出。凸出部的壁为倾斜 的或斜切的，例如为截头圆锥体，或为凸起的，或为凹陷的。可替换地，在某些例子中，凸出 部可以为一个圆的一部分或半圆的一部分。
[0040] 此外，在某些例子中，优选地，隔膜元件的较厚的第二中间部可包括比开口小的区 域。并且隔膜元件的较厚的第二中间部可设置于腔体21的开口端的中心位置之上。
[0041] 第二中间部最厚的部分在一个位置作为隔膜元件6的较硬的中心部分，来自致动 器的往复式冲程运动施加于该位置，致动器可为音圈马达、小型马达、活塞、凸轮或其他任 何可以使隔膜元件6受到作用力的机械设备。当冲程远动将隔膜元件按压至腔体21时，较 厚的第二中间部的向下运动在一个位置受限于腔体21的倾斜内壁20,在该位置处隔膜元 件6的第二中间部变得较厚。如此会使得冲程逐渐减速。如此不仅会使得冲程无声停止， 还可以将机械振动降至最低。
[0042] 另外一个优点在于当冲程深入腔体时，实际的泵区域，例如有效的泵区域变小，但 是冲程作用力是相同的。因此泵100变得更强，例如可以产生较大的压力。可以用以下等 式表示：
[0043] P = F/A (1)
[0044] 其中，P为泵压力，F为冲程作用力，以及A为有效泵区域。
[0045]进一步，这种结构会防止冲程碰撞腔体的底部。
[0046] 根据需求的泵特性，较厚部分的形状和厚度23是可变化的。同样的，腔体的内壁 的形状也是可变化的。
[0047]此外，在某些例子中，隔膜元件6可包括凸出边缘30。凸出边缘30可设置于隔膜 元件6的外围边缘上。进一步，泵壳1可包括环绕腔体21的开口端的延展表面。延展表面 可包括凹槽31，以安装隔膜元件6的凸出边缘30。如此如同0型圈一样，可增强密封效果。
[0048] 此外，在某些例子中，延展表