一种电控麻气蒸发罐及调控吸入麻醉药输出浓度的方法与流程

本发明属于医疗设备的技术领域，具体地说，涉及一种电控麻气蒸发罐及调控吸入麻醉药输出浓度的方法。

背景技术：

在医疗设备中，麻醉机作为手术麻醉必不可少的医疗仪器被广泛使用，麻醉机的功能是手术期间对病人进行吸入麻醉和机械通气。具体为：给手术病人吸入适量麻醉混合气体，同时供一定比例的氧气保证正常的呼吸，在实施全身麻醉的过程中，维持和监护术中病人的生命体征，保证手术安全、可靠的进行。

麻气蒸发罐，即麻醉气体蒸发器，是麻醉机的一个必不可少的重要部件。该麻气蒸发罐的作用是通过加热液态的吸入性麻醉剂，使之汽化后，再与氧气和空气混合，得到吸入麻醉药输出浓度，并将其输入至供患者吸入完成吸入麻醉过程。麻醉蒸发器的基本原理是利用周围环境的温度和热源的变化，把麻醉药物变成蒸发气体，通过一定量的载气，成为有一定浓度的麻醉蒸气的气流,直接进入麻醉回路。

目前，现有的麻气蒸发罐主要为机械式蒸发罐，但是，机械式蒸发罐由于受温度、压力、流量等因素的影响,只能粗略地控制吸入麻醉药输出浓度,特别是在低流量麻醉时，无法实现精确控制吸入麻醉药输出浓度。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种电控蒸发罐，其包括：控制器、档位调节组件、压力平衡组件和温度控制组件；

所述控制器分别与档位调节组件、压力平衡组件和温度控制组件电性相连；温度控制组件上连接麻醉气管道，且该麻醉气管道上同时还连接压力平衡组件和档位调节组件，压力平衡组件位于温度控制组件和档位调节组件之间，档位调节组件、压力平衡组件和温度控制组件均与麻醉气管道连通；压力平衡组件上还连接有新鲜气体管道，麻醉气管道的输出端与新鲜气体管道的输出端均接入气体混合管的入口端。

作为上述技术方案的改进之一，所述温度控制组件包括：蒸发室、压力传感器、温度传感器、加热棒和电子液位计；

蒸发室内放入麻醉剂，蒸发室的底部设置加热棒和电子液位计；蒸发室的顶部设置压力传感器和温度传感器；加热棒和电子液位计分别与控制器1电性相连，压力传感器和温度传感器分别与控制器电性相连；

所述加热棒，用于对麻醉剂进行加热，使其蒸发变成麻醉气；

所述电子液位计，用于实时监测放入蒸发室内的麻醉剂的液位，并将实时监测的液位值发送至控制器；

所述压力传感器，用于实时监测蒸发室内的压力值，并将其发送至控制器；

所述温度传感器，用于实时采集蒸发室内的温度值，并将其发送至控制器。

作为上述技术方案的改进之一，所述压力平衡组件包括：电磁通断阀、流量比例控制阀、第一压差传感器、第二压差传感器和固定气阻；

第一压差传感器的一端连接新鲜气体管道，其另一端连接麻醉气管道，分别采集新鲜气体管道和麻醉气管道之间的压力差；第二压差传感器的一端连接新鲜气体管道，其另一端连接麻醉气管道，分别再次采集新鲜气体管道和麻醉气管道之间的压力差；

其中，第一压差传感器和第二压差传感器的连接有新鲜气体管道的共同输入端处设置固定气阻，新鲜气体通过固定气阻流入气体混合管道的入口端；第一压差传感器和第二压差传感器的连接有麻醉气管道的共同输入端处设置流量比例控制阀；

电磁通断阀和流量比例控制阀均设置在麻醉气管道上，且电磁通断阀设置在流量比例控制阀之下，电磁通断阀设置在靠近温度控制组件处；

流量比例控制阀设置在电磁通断阀之上，根据第一压差传感器和第二压差传感器各自采集的压力差，采用pid控制方式，在电磁通断阀打开时，实时控制流经电磁通断阀的麻醉气的气体流速，直至第一压差传感器和第二压差传感器各自采集的压差均为0，并将当前流速的麻醉气输入至档位调整组件。

作为上述技术方案的改进之一，所述档位调节组件为可变气阻，该可变气阻与控制器电性相连，实时采集当前流速的麻醉气流经可变气阻处的开口位置信息，并将其输入至控制器；根据控制器发送的调节指令，调节可变气阻的开口位置，从而调节麻醉气的流量。

本发明还提高了一种调控吸入麻醉药输出浓度的方法，该方法包括：

所述温度控制组件实时采集放入的麻醉剂的温度和压力，并将其输入至控制器；控制器根据温度控制组件实时采集的放入的麻醉剂的温度和压力，实时控制蒸发室内的温度和压力，将放入的麻醉剂变成麻醉气，并经麻醉气管道输出；

压力平衡组件分别实时采集每个气路中的新鲜气体和麻醉气的压力差，得到两个不同的压力差，并将其输入至控制器；控制器根据压力平衡组件发送的两个压力差，并判断每个压力差是否为0，根据判断结果，调节麻醉气的气体流速，直至两个压力差均为0，得到当前流速的麻醉气，并将其经麻醉气管道输入至档位调节组件；

档位调节组件将流经麻醉气管道的开口位置信息发送至控制器，控制器根据所需要的吸入麻醉药输出浓度，发送调节指令至档位调节组件，调节流经麻醉气管道的开口位置，对当前流速的麻醉气进行气体流量的调节，输出流量调节后的麻醉气，并将其输入至气体混合管的入口端；

压力平衡组件将新鲜气体通过固定气阻流入气体混合管道的入口端，将流量调节后的麻醉气和新鲜气体在气体混合管道的入口端进行混合，得到具有所需要的吸入麻醉药输出浓度的麻醉气，并将其经气体混合管道的出口端输出。

作为上述技术方案的改进之一，所述温度控制组件实时采集放入的麻醉剂的温度和压力，并将其输入至控制器；控制器根据温度控制组件实时采集的放入的麻醉剂的温度和压力，实时控制蒸发室内的温度和压力，将放入的麻醉剂变成麻醉气，并经麻醉气管道输出；具体过程为：

压力传感器实时监测蒸发室内的压力值，并将其发送至控制器；温度传感器实时采集蒸发室内的温度值，并将其发送至控制器；

控制器根据实时获得的压力值和温度值，判断是否达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境；

如果达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境，则控制器发送停止加热指令至加热棒，加热棒停止加热，放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气，经麻醉气管道输出；

如果未达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境，则控制器发送加热指令至加热棒，加热棒持续加热，实时控制蒸发室内的温度和压力，直至达到所需要的蒸发环境后，停止加热，并将放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气，经麻醉气管道输出；

所述蒸发环境为预先设定的温度阈值和压力阈值。

作为上述技术方案的改进之一，所述压力平衡组件分别实时采集每个气路中的新鲜气体和麻醉气的压力差，得到两个不同的压力差，并将其输入至控制器；控制器根据压力平衡组件发送的两个压力差，并判断每个压力差是否为0，根据判断结果，调节麻醉气的气体流速，直至两个压力差均为0，得到当前流速的麻醉气，并将其经麻醉气管道输入至档位调节组件；其具体过程为：

第一压差传感器实时采集新鲜气体和麻醉气的第一压力差，第二压差传感器实时采集新鲜气体和麻醉气的第二压力差，分别将第一压力差和第二压力差发送至控制器；

控制器根据第一压力差，采用pid控制方式，计算控制器所能识别的第k次第一压力差采样时刻的控制输入值uk；

其中，uk为控制器所能识别的第k次第一压力差采样时刻的控制输入值；ek为第k次第一压力差采样时刻的第一压力差值；ek-1为第k-1次第一压力差采样时刻的第一压力差值；kp为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数；u0为pid控制的初始值；ej为调控过程中的第j次的第一压力误差值；

控制器1根据第二压力差，采用pid控制方式，计算控制器所能识别的第k次第二压力差采样时刻的控制输入值uk*；

其中，uk*为控制器所能识别的第k次第二压力差采样时刻的控制输入值；ek*为第k次第二压力差采样时刻的第二压力差值；ek-1*为第k-1次第二压力差采样时刻的第二压力差值；kp为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数；u0为pid控制的初始值；ej*为调控过程中的第j次的第二压力误差值；

控制器根据计算得出的uk和uk*；并判断uk和uk*是否均为0；

如果uk和uk*均为0，则直接按照比例阀当前的位置，输出当前流速的麻醉气至档位调节组件，同时将当前流速的新鲜气体经过固定气阻输入至气体混合管的入口端；

如果uk不为0或uk*不为0，则发送调节指令至比例阀，通过调节比例阀，进而调节麻醉气的流速，直至uk和uk*均为0，并输出当前流速的麻醉气至档位调节组件，同时将当前流速的新鲜气体经过固定气阻输入至气体混合管的入口端。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的电控蒸发罐采用了两个压差传感器，每个压差传感器的两端分别接入新鲜气体和麻气两个不同的气路，将采集到的新鲜气体与麻醉气之间的压力差值发送至控制器，控制器通过调节比例阀，以达到使新鲜气体与麻醉气之间的压力差为零的目的，从而实现精确控制流量比例控制阀，进而能够精确控制电控蒸发罐所输出的吸入麻醉药输出浓度。

附图说明

图1是本发明的一种电控蒸发罐的气路结构示意图。

附图标记：

1、控制器2、档位调节组件

3、压力平衡组件4、温度控制组件

5、气体混合管6、新鲜气体管道

7、麻醉气管道

21、可变气阻

31、电磁通断阀32、流量比例控制阀

33、第一压差传感器34、第二压差传感器

35、固定气阻

41、蒸发室42、压力传感器

43、温度传感器44、加热棒

45、电子液位计46、麻醉剂

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种电控蒸发罐，其包括：控制器1、档位调节组件2、压力平衡组件3和温度控制组件4；

所述控制器1分别与档位调节组件2、压力平衡组件3和温度控制组件4电性相连；温度控制组件4上连接麻醉气管道7，且该麻醉气管道7上同时还连接压力平衡组件3和档位调节组件2，压力平衡组件3位于温度控制组件4和档位调节组件2之间，档位调节组件2、压力平衡组件3和温度控制组件4均与麻醉气管道7连通；压力平衡组件3上还连接有新鲜气体管道6，麻醉气管道7的输出端与新鲜气体管道6的输出端均接入气体混合管5的入口端，且彼此连通。

其中，在本实施例中，所述控制器1为单片机。

所述温度控制组件4包括：蒸发室41、压力传感器42、温度传感器43、加热棒44和电子液位计45；

蒸发室41内放入麻醉剂46，蒸发室41的底部设置加热棒44和电子液位计45；蒸发室41的顶部设置压力传感器42和温度传感器43；加热棒44和电子液位计45分别与控制器1电性相连，压力传感器42和温度传感器43分别与控制器1电性相连；

所述加热棒44，用于对麻醉剂46进行加热，使其蒸发变成麻醉气；

所述电子液位计45，用于实时监测放入蒸发室41内的麻醉剂的液位，并将实时监测的液位值发送至控制器1；控制器1根据实时获取的液位值，判断实时获取的液位值是否超过预先设定的液位阈值；

如果实时获取的液位值大于或等于预先设定的液位阈值，则蒸发室41内的麻醉剂可以继续蒸发变成麻醉气，即麻醉剂46的量充足，不需要添加麻醉剂46；

如果实时获取的液位值小于预先设定的液位阈值，则蒸发室41内的麻醉剂剩余的量不足以蒸发变成麻醉气，需要向蒸发室41内添加麻醉剂46，直至所获取的液位值大于或等于预先设定的液位阈值，并继续将麻醉剂蒸发变成麻醉气；

所述压力传感器42，用于实时监测蒸发室41内的压力值，并将其发送至控制器1；

所述温度传感器43，用于实时采集蒸发室41内的温度值，并将其发送至控制器1。

其中，所述麻醉剂46为可挥发的麻醉液体。

其中，所述压力平衡组件3包括：电磁通断阀31、流量比例控制阀32、第一压差传感器33、第二压差传感器34和固定气阻35；

第一压差传感器33的一端连接新鲜气体管道6，其另一端连接麻醉气管道7，分别采集新鲜气体管道6的压力值和麻醉气管道7之间的压力差；第二压差传感器34的一端连接新鲜气体管道6，其另一端连接麻醉气管道7，分别再次采集新鲜气体管道6的压力值和麻醉气管道7之间的压力差；

其中，第一压差传感器33和第二压差传感器34的连接有新鲜气体管道6的共同输入端处设置固定气阻35，新鲜气体通过固定气阻35流入气体混合管道5的入口端；第一压差传感器33和第二压差传感器34的连接有麻醉气管道5的共同输入端处设置流量比例控制阀32；

电磁通断阀31和流量比例控制阀32均设置在麻醉气管道5上，且电磁通断阀31设置在流量比例控制阀32之下，电磁通断阀31设置在靠近温度控制组件4处，能够控制从温度控制组件4输出的麻醉气的通断；

流量比例控制阀32设置在电磁通断阀31之上，能够根据第一压差传感器33和第二压差传感器34各自采集的压力差，采用pid控制方式，在电磁通断阀31打开时，实时控制流经电磁通断阀31的麻醉气的气体流速，直至第一压差传感器33和第二压差传感器34各自采集的压差均为0，并将当前流速的麻醉气输入至档位调整组件2。

其中，所述档位调节组2件为可变气阻21，该可变气阻21与控制器1电性相连，能够实时采集当前流速的麻醉气流经可变气阻处的开口位置信息，并将其输入至控制器；根据控制器发送的调节指令，调节可变气阻的开口位置，从而调节麻醉气的流量，进而获得所需要的吸入麻醉药输出浓度。

其中，在本实施例中，所述可变气阻21为步进电机。

本发明还提供了一种调控吸入麻醉药输出浓度的方法，该方法包括：

所述温度控制组件实时采集放入的麻醉剂的温度和压力，并将其输入至控制器；控制器根据温度控制组件实时采集的放入的麻醉剂的温度和压力，实时控制蒸发室内的温度和压力，将放入的麻醉剂变成麻醉气，并经麻醉气管道输出；

具体地，压力传感器实时监测蒸发室内的压力值，并将其发送至控制器；温度传感器实时采集蒸发室内的温度值，并将其发送至控制器；

控制器根据实时获得的压力值和温度值，判断是否达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境；

如果达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境，则控制器发送停止加热指令至加热棒，加热棒停止加热，放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气，经麻醉气管道输出；

如果未达到放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气所需要的蒸发环境，则控制器发送加热指令至加热棒，加热棒持续加热，实时控制蒸发室内的温度和压力，直至达到所需要的蒸发环境后，停止加热，并将放入蒸发室内的麻醉剂蒸发变成麻醉气，经麻醉气管道输出；

所述蒸发环境为预先设定的温度阈值和压力阈值。

压力平衡组件分别实时采集每个气路中的新鲜气体和麻醉气的压力差，得到两个不同的压力差，并将其输入至控制器；控制器根据压力平衡组件发送的两个压力差，并判断每个压力差是否为0，根据判断结果，调节麻醉气的气体流速，直至两个压力差均为0，得到当前流速的麻醉气，并将其经麻醉气管道输入至档位调节组件；

具体地，第一压差传感器实时采集新鲜气体和麻醉气的第一压力差，第二压差传感器实时采集新鲜气体和麻醉气的第二压力差，分别将第一压力差和第二压力差发送至控制器；

控制器根据第一压力差，采用pid控制方式，计算控制器所能识别的第k次第一压力差采样时刻的控制输入值uk；

其中，uk为控制器所能识别的第k次第一压力差采样时刻的控制输入值；ek为第k次第一压力差采样时刻的第一压力差值；ek-1为第k-1次第一压力差采样时刻的第一压力差值；kp为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数；u0为pid控制的初始值；ej为调控过程中的第j次的第一压力误差值；

控制器1根据第二压力差，采用pid控制方式，计算控制器所能识别的第k次第二压力差采样时刻的控制输入值uk*；

其中，uk*为控制器所能识别的第k次第二压力差采样时刻的控制输入值；ek*为第k次第二压力差采样时刻的第二压力差值；ek-1*为第k-1次第二压力差采样时刻的第二压力差值；kp为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数；u0为pid控制的初始值；ej*为调控过程中的第j次的第二压力误差值；

控制器根据计算得出的uk和uk*；并判断uk和uk*是否均为0；

如果uk和uk*均为0，则直接按照比例阀当前的位置，输出当前流速的麻醉气至档位调节组件，同时将当前流速的新鲜气体经过固定气阻输入至气体混合管的入口端；

如果uk不为0或uk*不为0，则发送调节指令至比例阀，通过调节比例阀，进而调节麻醉气的流速，直至uk和uk*均为0，并输出当前流速的麻醉气至档位调节组件，同时将当前流速的新鲜气体经过固定气阻输入至气体混合管的入口端。

档位调节组件将流经麻醉气管道的开口位置信息发送至控制器，控制器根据所需要的吸入麻醉药输出浓度，发送调节指令至档位调节组件，调节流经麻醉气管道的开口位置，对当前流速的麻醉气进行气体流量的调节，输出流量调节后的麻醉气，并将其输入至气体混合管的入口端；

压力平衡组件将新鲜气体通过固定气阻流入气体混合管道的入口端，将流量调节后的麻醉气和新鲜气体在气体混合管道的入口端进行混合，得到具有所需要的吸入麻醉药输出浓度的麻醉气，并将其经气体混合管道的出口端输出。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。