加热管路的温度采集方法和装置与流程

本发明涉及治疗设备领域，具体地涉及一种加热管路的温度采集方法和装置。

背景技术：

传统的呼吸机用通气管路，不包含管路加热。这类型的管路在工作时通过一定湿度的空气时(此湿度是为了满足人体呼吸舒适所需要的，不能为干燥空气)，在环境温度降低的情况下，就会在通气管路上产生冷凝，影响呼吸质量，严重时会导致冷凝水通过通气管路流入用户的呼吸道，对用户健康存在危险。于是产生了带加热功能的通气管路，来平衡冷凝水的产生。但是如果直接给管路加热，会使得通气管路中的要吸入人体的空气温度过高，有造成呼吸道烫伤的风险。

为解决上述问题，现有技术一般通过在加热管路接入温度传感器，进行温度控制。但是这种方法需要在加热管路的制作过程中，加入独立的温度传感器，进行管路温度测量。存在的问题是：首先，温度传感器在作为附件与呼吸机连接时，除需要为加热电阻提供接口外，还需要为独立的温度传感器提供接口，设备通过独立温度传感器采集温度，再对加热电阻进行功率控制在产品的生产中会造成比较繁琐的流程，从而导致整体的成本开销过大；其次，操作繁琐，需要对所有的加热管路的内加热电阻的阻值以及温度等参数进行唯一性配对，增加了生产管理，并需要在出厂或更换管路时，手动输入加热管路参数。为了解决上述弊端，优化加热管路温度控制的方案尤显必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种加热管路的温度采集方法和装置，可以直接通过测量加热管路装置中加热电阻的阻值，实现对加热管路装置的温度的测量，并且可以避免使用额外温度传感器，从而减少接线或其他附件。

根据本发明的一个方面，本申请提供了一种加热管路的温度采集方法，包括：采集加热电阻在测量时段的电路信号；根据所述电路信号计算出加热电阻的当前阻值；根据所述当前阻值计算出加热管路的当前温度。

根据本发明的另一个方面，本申请提供了一种加热管路的温度采集装置，包括：电路信号采集模块，用于采集加热电阻的电路信号；电路信号处理模块，用于根据所述电路信号计算出加热电阻的当前阻值；阻值处理模块，用于根据所述当前阻值计算出加热管路的当前温度。

采用本发明提供的加热管路的温度采集方法和装置，可以优化解决传统加热管路温度测量需要额外加入独立温度传感器对加热管路进行温度监控的问题：通过测量加热管路装置的加热电阻阻值的变化，实现对加热管路温度的周期性测量，可以减少外接线和其他附件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的加热管路的温度采集方法的示意性流程图；

图2是本发明实施例二提供的加热管路的温度采集装置的方框图；

图3是本发明实施例一提供的加热管路的温度采集方法的加热时段和测量时段的工作时序的示意图；

图4是本发明实施例一提供的加热管路的温度采集方法的加热时段和测量时段的工作时序的流程图；

图5是本发明实施例一提供的包含有自动识别过程的加热管路的温度采集方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员，可以采用各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例一

本发明实施例提供了一种加热管路的温度采集方法，该方法应用于呼吸机，所述呼吸机包括：加热管路，用于为呼吸机通入的空气进行加热；以及用于存储相关参数的存储模块。参照图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S100，采集测量时段的加热电阻的电路信号；

参照图3所示，对于实际应用中的加热管路，其正常工作时是由电源输出驱动电流为加热管路实现加热的过程(加热时段H)，而本发明实施例提供的加热管路的温度采集方法，电源输出测量电流(测量时段M)，该过程嵌入在上述加热的过程中。加热时段与测量时段的工作时序为间隔进行。其中，输出驱动电流时电源采用较大的输出功率，输出测量电流时，电源采用较小的输出功率。

步骤S200，根据所述电路信号计算出加热电阻的当前阻值；

在这一步骤中，对于本发明实施例中，所述电源可以选用例如可编程调节恒流源，用于输出恒定电流，且输出功率可调节；所述可编程调节恒流源包括任意可以通过程序控制，使得恒定电流输出相应的电流的恒流源。针对不同的电源形式，信号采集模块例如可以包括电压采集装置或电流采集装置，所采集到的电路信号对应地可以为加热电阻流过的当前电流或者负载的当前电压。接着，电路信号处理模块利用电路信号采集模块采集到的电路信号(即当前电流或当前电压)，通过电流、电压与电阻的关系获得与所述电路信号对应的加热电阻的当前阻值R_c。

对于本发明的一个优选实施例，为了减少测量电流输出过程对驱动电流输出过程的干扰，同时又能满足对温度的测量，尽可能减小测量时段时输出测量电流对加热时段的影响，例如可以通过设定两个参数来限定所述加热时段与测量时段的工作时序：第一个参数为测量频率，第二个为测量时长。具体地，电源按照测量频率间隔输出驱动电流与测量电流，同时，测量时长可以用于限定测量电流的输出时间的长短。测量电流的测量时长越短，对驱动电流输出过程的干扰就越小；而测量频率可以决定温度测量的实时性，测量频率越高，测得温度的实时性越高，但对驱动电流输出过程影响越大。因此，上述两个参数可以根据实际生产的要求，选择合适的数值。

步骤S300，根据所述当前阻值计算出加热管路的当前温度；

对于这一步骤，参照图4，例如，在加热时段H1中，电源输出较大的驱动电流为加热管路加热，随着时间的推移，加热电阻的温度逐渐升高，由于加热管路采用的加热电阻的阻值会随着温度的改变而改变，因此，加热电阻的阻值也随之改变，通常是随之增大。一段时间后，加热电阻的温度会稳定在一个数值不再继续升高，相应地，加热电阻的阻值也会稳定在该温度对应的数值不再变化。根据测量频率，当加热时段H1结束，进入测量时段M1时，电源输出周期性测量电流，由于测量时长很短，是瞬时进行的，突然通入的测量电流对加热管路的温度影响非常小，当电路信号采集模块采集到加热电阻的电路信号时，加热电阻的温度几乎还没来得及改变，加热电阻的温度的改变可以忽略不计。

因此，实际生产中可以近似认为加热电阻的阻值也没有发生改变。本发明实施例就将根据测量时段M1测得的电路信号计算得到的加热电阻的阻值，近似地作为加热时段H1中加热电阻的当前阻值R_c，并将由这个阻值计算得到的加热电阻的温度值近似地作为加热时段H1使得加热管路达到的当前温度T_c。具体地，当加热管路处于待机状态时，在测量完成后，立即停止输出测量电流，使加热管路恢复待机状态以确保使用安全。

上述三个步骤，是本发明实施例在加热管路加热的过程中，无需外接温度传感器的前提下，实现对加热管路进行温度采集的方法。

参照图5所示，在本发明的优选实施例中，步骤S100之前，所述方法还包括：

步骤S101查找并确定所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值；

参照图4所示，在这一步骤中，所述查找并确定所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值，是对加热管路的自动识别过程即在加热管路开始加热前，首先进入测量时段M0，控制电源输出测量电流通过加热管路的加热电阻，以确定加热管路的温度初始值T₀及电阻初始值R₀。其中，可编程调节恒流源可以通过程序控制，使得恒定电流源输出回路所需的相应的电流。具体地，在加热时段输出较大的加热电流，在测量时段输出较小的测量电流。

具体地，当温度初始值和电阻初始值得到确定后会存储在呼吸机的存储模块中，后续的正常使用过程中，呼吸机启动后可以直接从所述存储模块中获取并使用温度初始值和电阻初始值而不需要重复进行确定。

实际应用中通常当加热管路更换后，对于初次使用的新加热管路，此时便查找不到温度初始值和电阻初始值，因而需要对新加热管路进行自动识别以生成相应的新的温度初始值和电阻初始值并存储到存储模块中。

因此，可选地，未查找到所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值时，所述方法还包括：

步骤102，生成所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值；步骤S102包括以下子步骤：

步骤S102a，在加热管路开始加热前，控制电源输出测量电流；即呼吸机开机时，加热管路首先进入测量时段M0。

步骤S102b，获取环境温度以及通过测量电流时的加热电阻的阻值；

通过上述两个步骤即可确定获取的环境温度作为温度初始值，通过测量电流时的加热电阻的阻值作为电阻初始值。

优选地，为了进一步检验加热管路是否更换，或者加热管路是否配置好，在呼吸机开机时，会在确定加热管路的温度初始值以及加热电阻的电阻初始值之后，还包括检验步骤。检验步骤包括：

步骤S102c，获取通过测量电流时的加热电阻的检测温度。

在这一步骤中，采集测量时段加热电阻的电路信号；根据所述电路信号计算出加热电阻的检测阻值；进一步地，根据所述当前阻值通过下述公式计算出加热管路的检测温度T_检：

其中，T为电阻温度常数(铜线取值为235)，K为标定常数。

步骤S102d，获取所述检测温度与所述环境温度之间的差值；

步骤S102e，当所述差值在预设温度差值范围内时，将所述环境温度作为温度初始值，将所述通过测量电流时的加热电阻的检测阻值作为电阻初始值；

步骤S102f，当所述差值超出预设温度差值范围时，发出提示信息。

在上述步骤中，电源在加热管路开始加热前输出测量电流，利用处理模块获取环境温度，同时通过测量电流时的加热电阻的检测阻值，然后利用所述检测阻值计算出与所述检测阻值对应的所述加热电阻的检测温度，进一步地获取所述温度与所述环境温度之间的差值，当所述差值在预设温度差值范围内时，将所述环境温度设置为温度初始值T₀，将所述通过测量电流时的加热电阻的检测阻值设置为电阻初始值R₀；当所述差值超出预设温度差值范围时，发出提示信息，提示所述加热管路需要调整。其中所述预设温度差值范围例如可以采用最低预设温度报警值T_min到最高预设温度报警值T_max之间的范围。实际生产也可以选用其他可接受的温度范围。

值得注意的是，非理想条件下，环境温度与计算所得加热管路的温度间应当会存在一个差值。但是，如果这个差值在预设的温度误差范围内，实际生产通常是可以接受的，这种情况下，就可以直接将该环境温度作为温度初始值T₀，并且将加热电阻的检测阻值作为电阻初始值R₀。否则，发出提示，提示加热管路可能处于异常状态。一般地，发出提示信息后，用户可根据实际情况决定是否调整加热管路或者对温度初始值以及电阻初始值进行初始化，一旦进行初始化，则重复步骤S102，以生成温度初始值及电阻初始值。

步骤S103，控制电源输出驱动电流通过加热电阻，以实现为加热管路加热；

通过步骤S101确定温度初始值T₀及电阻初始值R₀之后，电源输出驱动电流，通过加热电阻实现为加热管路加热，即进入加热时段H1。

步骤S104，控制所述电源从驱动电流切换为测量电流；

参照图4所述，加热时段H1结束，进入测量时段M1时，控制所述电源从驱动电流切换为测量电流，此时所述电路信号采集模块采集通过测量电流时所述加热电阻的电路信号，之后的过程参考步骤S100、步骤S200以及步骤S300，以计算出加热管路的当前温度。

其中，步骤S100以及步骤S200的内容上文已经进行了详细描述，此处不再赘述。

对于步骤S300，在步骤S200中获得了当前阻值R_c；并且通过上述识别过程获得了温度初始值T₀以及电阻初始值R₀之后，计算加热管路的当前温度T_c的过程可以通过下述公式实现：

其中，T为电阻温度常数(铜线取值为235)，K为标定常数。

在本发明的优选实施例中，参照图5，步骤S300之后所述方法还可以包括：

步骤S400，对比当前温度与所述预设温度，根据对比结果输出动态控制信号调整所述电源的输出功率。

具体地，测量时段M1结束后：

步骤S401，当所述当前温度T_c处于最高预设温度报警值T_max与最低预设温度报警值T_min之间时，所述温度处理模块输出第一动态控制信号，所述电源接收所述第一动态控制信号并维持当前输出功率，在加热时段H2中使加热管路的温度继续维持最高预设温度报警值T_max与最低预设温度报警值T_min之间；

步骤S402，所述当前温度T_c高于所述加热管路的预设温度，且当前温度T_c超出最高预设温度报警值T_max时，所述温度处理模块输出第二动态控制信号，在加热时段H2中，所述电源接收所述第二动态控制信号并降低输出功率，直到加热管路的温度降低至最高预设温度报警值T_max与最低预设温度报警值T_min之间；

步骤S403，所述当前温度T_c低于所述加热管路的预设温度，且当前温度T_c低于最低预设温度报警值T_min时，所述温度处理模块输出第三动态控制信号，在加热时段H2中，所述电源接收所述第三动态控制信号并提高输出功率，直到加热管路的温度升高至最高预设温度报警值T_max与最低预设温度报警值T_min之间。

上述步骤是利用加热管路的温度采集方法测得的温度，对电源输出功率进行动态监控。

对于本发明实施例，需要注意的是：电路信号处理模块可以选用例如比例-积分-微分控制器(PID控制器)。其中，对于所述加热管路，没有特殊说明，包括任意具有加热功能的通气管路，例如呼吸机的通气管路。所述加热管路的温度预设值为预先设定的温度值，可以是一个确定数值，也可以是一个数值范围，只需保证在该温度预设值范围内，加热管路达到的温度为实际应用需要的最优温度值；加热管路的加热模式可以包括手动加热方式以及自动加热方式。

从上述技术方案可以看出，本发明包括以下优点：

通过本发明实施例公开的加热管路，可以直接通过测量加热管路中加热电阻的阻值，实现对加热管路的温度的测量，避免使用额外温度传感器，减少接线或其他附件。

具体来说，首先，由于每一个加热电阻在出厂时都无法做到阻值相等，存在一定的差异性。以呼吸机通用的通气管路加热电阻2阻值约40Ω为例，精度为±5％，即偏差为±2Ω，折算对应的温度偏差为±12℃。在呼吸机通气管路需求控制标准为小于43℃，如果按照±12℃的偏差，是无法满足应用需求的。而如果建立加热电阻的阻值和温度的唯一标注，在物流仓库以及生产上又会存在较大的工作量。本实施例提供的加热管路可以在加热过程开始前确定加热管路的温度初始值T₀及电阻初始值R₀。具体地，本发明所使用的参考温度源，为放置在呼吸机上的环境温度传感器。与传统的加热管路，其参考温度源放在加热管路上相比，此温度传感器只有在上电识别管路时，做参考比对使用，在实际呼吸机运行时，不再使用此温度传感器，而是直接使用加热电阻本身的电阻变化测量温度。如此一来，无论对于在出厂配置加热管路还是使用后期更换的加热管路，都可以在加热开始前自动识别加热管路，即获取到加热管路的温度初始值T₀和电阻初始值R₀，实现设备组件的低耦合。

其次，考虑到驱动电流采用的输出功率较大，驱动电流通过加热管路的加热电阻，实现加热，该大功率的驱动电流会影响加热管路的温度测量的范围，从而会降低测量精度，本发明实施例的可编程调节恒流源还可以在加热的过程中按照一定频率在一定时长内输出测量电流，精确的测量加热管路的实时温度从而避免测量时直接采用驱动电流可能引起的较大误差。

第三，本实施例的电源采用可编程调节恒流源提供输出功率可调节的恒定电流，可以很容易根据该恒定电流以及采集到的电压值通过电流、电压和电阻之间的关系获得当前加热管路的加热电阻的阻值，再根据温度计算公式，计算得到加热管路的当前温度T_c，并根据当前温度T_c比对加热管路的温度预设值，动态输出控制信号给可编程调节恒流源以实现对加热过程的动态调节。

实施例二

本发明实施例提供了一种加热管路的温度采集装置。参照图2所示，所述装置包括以下模块：

电路信号采集模块100，用于采集加热电阻的电路信号；

电路信号处理模块200，用于根据所述电路信号计算出加热电阻的当前阻值；

阻值处理模块300，用于根据所述当前阻值计算出加热管路的当前温度。

优选地，所述装置还包括：

查找模块，用于查找并获取所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值。

优选地，所述装置还包括：初始值生成模块，用于生成所述加热管路的温度初始值以及所述加热电阻的电阻初始值。

优选地，所述初始值生成模块包括：第一测量模块，在加热管路开始加热前，控制电源输出测量电流；环境温度及加热电阻的阻值获取模块，用于获取环境温度以及通过测量电流时的加热电阻的阻值。

优选地，所述获取环境温度以及通过测量电流时的加热电阻的阻值的步骤之后，所述装置还包括：计算模块，利用所述阻值计算出与所述阻值对应的所述加热电阻的温度值；差值模块，获取所述温度值与所述环境温度之间的差值；初始值生成子模块，当所述差值在预设温度差值范围内时，将所述环境温度作为温度初始值，将所述通过测量电流时的加热电阻的阻值作为电阻初始值；提示模块，当所述差值超出预设温度差值范围时，发出提示信息，提示所述加热管路需要调整。

优选地，所述装置还包括：第二加热模块，用于控制电源输出驱动电流通过加热电阻，以实现为加热管路加热；第二测量模块，用于控制所述电源从驱动电流切换为测量电流。

优选地，所述阻值处理模块包括下述公式：

其中，T_c为当前温度，R_c为当前阻值，T₀为温度初始值，R₀为电阻初始值，T为电阻温度常数，K为标定常数，用于计算加热电阻的当前温度。

优选地，所述装置还包括：对比模块，用于对比当前温度与所述预设温度，根据对比结果输出动态控制信号调整所述电源的输出功率。

优选地，所述动态控制信号包括：

第一动态控制信号，用于所述当前温度处于最高预设温度报警值与最低预设温度报警值之间时，控制所述电源维持当前输出功率，使加热管路的温度继续维持在最高预设温度报警值与最低预设温度报警值之间；

第二动态控制信号，用于所述当前温度高于所述加热管路的预设温度，且当前温度超出最高预设温度报警值时，控制所述电源降低输出功率，直到加热管路的温度降低至最高预设温度报警值与最低预设温度报警值之间；

第三动态控制信号，用于所述当前温度低于所述加热管路的预设温度，且当前温度低于最低预设温度报警值时，控制所述电源提高输出功率，直到加热管路的温度升高至最高预设温度报警值与最低预设温度报警值之间。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，术语“第一”、“第二”以及“第三”等指示的顺序、方位或者位置关系为人为定义的顺序或基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或使描述更加清晰有条理，而不是指示或者暗示所指的结构或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。