高精确度热湿交换器水分损失测试仪的制作方法

本实用新型涉及热湿交换器性能测试
技术领域：
，具体地说是一种高精确度热湿交换器水分损失测试仪，适用于测试热湿交换器的保湿性。
背景技术：
：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。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。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。上述测试方法能较为准确的反应HME的保湿能力，然而，现有的HME水分损失测试仪存在精确度差的缺点，其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℃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。技术实现要素：为解决上述现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高精确度热湿交换器水分损失测试仪，提高热湿交换器水分损失测试结果的精确度。本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案为：高精确度热湿交换器水分损失测试仪，包括储水容器，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模拟人体肺部的气囊，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。储水容器内水的温度在37℃±0.5℃，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。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。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。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。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。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。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。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。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。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℃±0.5℃，测试用的气体需要经过储水容器的加热水浴后进入热湿交换器或者气囊。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。进一步的技术方案为：所述气囊位于储气容器的内部，所述储气容器上设有通气孔和气囊连接管伸出孔，所述通气孔连接双向气流发生器。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，可提高测试结果的临床参考性。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设有供热湿交换器接头和双向气流发生器连接管穿过的连接孔。设置绝热箱体，箱体内的温度控制在37℃±1℃，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。进一步的技术方案为：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。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。进一步的技术方案为：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。本实用新型的有益效果是：1、本实用新型的测试仪，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，提高测试结果的精确度。2、本实用新型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。3、本实用新型的测试仪，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。4、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℃±0.5℃，维持绝热箱体内的空气温度在37℃±1℃，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。5、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。6、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，可提高测试结果的临床参考性。7、自动补水装置的储水箱设置在绝热箱体的内部，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，也降低加热元件的工作频率，从而能耗。附图说明图1为本实用新型实施例的结构示意图；图2为本实用新型实施例自动补水装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例储水容器的主视图；图4为图3的左视图；图5为本实用新型实施例中储水容器的隔板的结构示意图；图6为本实用新型实施例中储气容器的结构示意图；图7为本实用新型实施例中储水容器的盖板的结构示意图。图中：1-气囊，2-绝热箱体，3-储气容器，4-第一温度传感器，5-热湿交换器接头，6-热湿交换器，7-热湿交换器连接管，8-第二温度传感器，9-盖板，10-加热元件，11-储水容器，12-热光源照明元件，13-浮子，14-限位罩，15-进水管，16-储水箱，17-呼气管路，18-吸气管路，19-气囊孔，20-气管插孔，21-隔板，22-阀室，23-呼气通孔，24-吸气通孔，25-通气孔，26-气囊连接管伸出孔，27-加热元件插孔，28-第一温度传感器插孔。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述：如图1所示，高精确度热湿交换器水分损失测试仪，包括储水容器11，储水容器11与其开口处的盖板9形成密封连接，所述储水容器11的内部设有呼气管路17和吸气管路18；所述呼气管路17一端连接模拟人体肺部的气囊1，呼气管路17另一端通入储水容器11的水中，所述吸气管路18一端用于连接热湿交换器6，吸气管路18另一端通入储水容器11的水中；储水容器11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6，所述吸气出口连通所述气囊1。如图3、图4所示，所述储水容器11的内部设有一纵向的隔板21，所述隔板21的侧边缘固定连接在储水容器11的内侧壁上，隔板21的上边缘与所述盖板9紧密贴合，隔板21的下边缘延伸至储水容器11的水面以下。隔板21的结构如图5所示，隔板21上设置有呼气通孔23和吸气通孔24，呼气通孔23和吸气通孔24均位于水面以下，所述呼气管路17连接至呼气通孔23处，所述吸气管路18连接至吸气通孔24处。隔板21起到固定呼气管路17和吸气管路18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21以后，呼气管路17的气体从呼气通孔23处冒出，经过储水容器11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6，模拟了人体呼气的过程。同样的，干燥空气经过热湿交换器6进入吸气管路，进而经过吸气通孔24和吸气出口进入气囊1，模拟人体吸气过程。储水容器11顶部对应所述隔板21的两侧分别设有阀室22，所述呼气管路17与气囊1的连通处和所述吸气出口位于一个阀室22内，所述吸气管路18与热湿交换器6的连通处和所述呼气出口位于另一个阀室22内；呼气管路17与气囊1的连通处设有限制气体由气囊1流向呼气管路17的第一单向阀，吸气出口处设有限制气体由储水容器11流向气囊1的第二单向阀，吸气管路18与热湿交换器6的连通处设有限制气体由热湿交换器6流向吸气管路18的第三单向阀，呼气出口处设有限制气体由储水容器11流向热湿交换器6的第四单向阀。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6与呼气出口及吸气管路18之间通过三通连接管进行连接，气囊1与吸气出口及呼气管路17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22内，以使设备的结构更加紧凑，且阀室22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。所述气囊1位于储气容器3的内部，所述储气容器3的结构如图6所示，储气容器3上设有通气孔25和气囊连接管伸出孔26，所述通气孔25连接双向气流发生器，气囊连接管伸出孔26供气囊1与呼气管路17和吸气出口之间的连接管穿过。在气囊1的外部设置储气容器3，同时，储气容器3上的通气孔25连接双向气流发生器，通过储气容器3内气压的改变，使气囊1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。所述的储水容器11和储气容器3均位于一绝热箱体2内，所述绝热箱体2的一侧设有门，绝热箱体2的其余侧面封闭；所述绝热箱体2的侧壁上设有供热湿交换器接头5和双向气流发生器连接管穿过的连接孔。设置绝热箱体2，箱体内的温度控制在37℃±1℃，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。所述储水容器11的内部设有加热元件10和测量水温的第一温度传感器4，所述加热元件10延伸至水面以下，加热元件10的调节器与所述第一温度传感器4相连接。为了准确的模拟人体呼出和吸入的气体，储水容器11内的水温度应在37℃±0.5℃，测试用的气体需要经过储水容器11的加热水浴后进入热湿交换器6或者气囊1。设置第一温度传感器4和加热元件10，第一温度传感器4实时监测储水容器11内的水温，当水温下降时，第一温度传感器4向加热元件10的调节器发送信号，加热元件10的调节器可控制加热元件10进行工作，保持储水容器11内水温的合适和稳定。所述绝热箱体2设有热光源照明元件12和检测箱体内空气温度的第二温度传感器8，所述热光源照明元件12的调节器与所述第二温度传感器8相连接。设置第二温度传感器8和热光源照明元件12，第二温度传感器8实时监测绝热箱体2内的空气温度，当绝热箱体2内的空气温度下降时，第二温度传感器8向热光源照明元件12的调节器发送信号，热光源照明元件12的调节器可控制热光源照明元件12进行工作，保持绝热箱体2内的空气温度的合适和稳定。热光源照明元件12安装在绝热箱体2的底板上。储水容器11和盖板9之间设置有密封圈，两者形成密封连接，避免储水容器11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9的结构如图7所示，盖板9上设有气囊孔19、气管插孔20、加热元件插孔27和第一温度传感器插孔28。气囊孔19供与气囊1相连接的管路穿过，气管插孔20供与热湿交换器6相连接的管路穿过，加热元件插孔27供加热元件10穿过，第一温度传感器插孔28供第一温度传感器4穿过。所述储水容器11的内部设有自动补水装置，如图1及图2所示，所述自动补水装置包括限位罩14和浮子13，所述限位罩14固定安装在储水容器11内，限位罩14为底端开口的罩体，浮子13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。所述储水箱16设置在绝热箱体2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11的上方。将储水箱16设置在绝热箱体2内用于为储水容器11供水，便于缩小储水箱16内的水温与储水容器11内的水温的温差，从而减小储水箱16内的水进入储水容器11时对储水容器11的水温的影响，便于维持储水箱16及储水容器11内水温的恒定，提高测试结果的准确性，也降低能耗。为便于观察测试仪的工作情况，气囊1、储气容器3、储水容器11、呼气管路17、吸气管路18、隔板21及限位罩14等部件均为透明材料制作。本实施例中，气囊1采用2L麻醉气囊，储气容器3直径约为150mm，最大体积为7L，储水容器11采用2L的平底烧杯，热光源照明元件12采用普通的15W～40W的家用照明灯，加热元件10的功率为50W～100W，各连接管路采用PVC管，呼气管路17和吸气管路18采用PE-PVA波纹管，其内径22mm～25mm、除接头外长250mm，其余的部件采用丙烯酸酯制造。热湿交换器接头5为外圆锥接头。使用本实用新型测试仪对热湿交换器的保湿性能进行测试时，测试条件为：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℃±1℃，含水量不超过1mg/L。2、热湿交换器应在表1中规定的条件下进行测试。测试条件潮气量(ml)频率(min-1)通气(L/min)吸呼比峰值吸入流量(L/min)1100010101:131.427501291:128.33500157.51:123.642502051:115.7表1：测试条件如果潮气量大于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。测试热湿交换器的保湿性能时，测试方法如下：步骤1：将双向气流发生器通过通气孔27与储气容器3连通，将热湿交换器6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18，并将热湿交换器6通过热湿交换器连接管7连接干燥空气源和排气口。步骤2：调节双向气流发生器，在热湿交换器的机器端口(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。步骤3：用与供试热湿交换器同样类型的热湿交换器，在37℃±0.5℃的水浴温度和绝热箱体2内37℃±1℃的空气温度下操作测试仪至少1h，该测试过程中保持该温度。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。步骤5：记录储水容器、气囊及储气容器的总质量m0。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。步骤7：记录储水容器、气囊及储气容器的总质量m1。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。步骤9：记录储水容器、气囊及储气容器的总质量m2。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。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：M1＝(m0-m1)/V1式中：V1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。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：Mmax＝(m0-m2)/V2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。上述测试方法中，测试仪的工作过程为：步骤1：双向气流发生器产生正压气流，正压气流进入储气容器3，储气容器3内气压增大，压迫气囊1收缩模拟人体呼气过程，将气体压出，气囊1压出的气体经呼气管路17进入储水容器11的水中，呼气管路17内的气体从呼气通孔23处冒出，经过储水容器11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6，并最终经过热湿交换器6的出气端口排出，模拟了人体呼气的过程。步骤2：双向气流发生器产生负压气流，负压气流进入储气容器3，储气容器3内气压减小，所述气囊1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6，并经热湿交换器6进入吸气管路18，在吸气管路18的引导下，干燥空气进入储水容器11的水中，吸气管路18内的气体从吸气通孔24处冒出，经过储水容器11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1，模拟了人体吸气的过程。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。上述工作过程中，随着测试的进行，储水容器11内的水会被损耗，储水容器11内水位下降时，所述浮子13随水面高度下降，所述进水孔打开，储水箱16的水经进水管15和进水孔进入储水容器11，从而使储水容器11内水面高度上升；储水容器11内水面高度上升时带动浮子13上升，浮子13上升至与限位罩14顶面相接触的高度时，浮子13将进水孔堵塞，停止进水。浮子13、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11内水位线的稳定，测试过程中，气体进入储水容器11后，储水容器11内的气压维持在稳定的状态，从而维持热湿交换器6进气压力的稳定，提高测试结果的精确度。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。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不是本实用新型的全部实施例，不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。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，为了突出本实用新型的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。当前第1页1 2 3