CN103182119A

CN103182119A - 一种恒定低压力气源调节装置

Info

Publication number: CN103182119A
Application number: CN2011104558507A
Authority: CN
Inventors: 赵朝仪; 肖燕君
Original assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Current assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN103182119B

Abstract

本发明公开了一种恒定低压力气源调节装置，包括：MCU单元、运动装置、封闭箱、气源分流装置、阀门装置和气源输出端口等，位置传感器单元控制运动装置位置运动；运动装置控制与封闭箱配合改变密闭标准大气压下固定空气的体积，调节出期望的恒定压力气源；阀门装置控制封闭箱与标准大气压通断；气源分流单元分出三路压力相同的气体，供给调节反馈装置、气源输出端口、封闭箱输入输出端口；气源输出端口与封闭箱的气源压力相等，连接外部传感器时输出其内气体，与外界连通时输入外界空气。本发明运用在需要使用恒定低压气源，整个气路通道封闭的环境，不需要设备单独提供气源，减少生产人员简单重复的调试工作，可在受限制的工作环境中使用。

Description

一种恒定低压力气源调节装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种恒定低压力气源调节装置。

背景技术

在呼吸机、麻醉机等医疗设备生产调试过程中，经常需要进行调试压力传感器工作，比如压力标定、验证压力传感器好坏等，由于人工参与重复简单的调试工作比较多，而且人为不确定因素等，容易在生产过程中出现生产效率低下人力成本高，而且出现产品质量不稳定等问题。恒定压力气源调节装置就是为了满足该需求而出现。

现有技术动力装置是采用单一高压气源，比如高压气源装置、空气压缩机等，通过一个压力传感器与一个电磁阀构成一个闭环的控制系统，达到一个恒定低压气源。它的优点是可以调节到小于高压气源的任何一个压力，气路通道可以在不封闭的情况下任意调节。但是，该现有技术存在以下缺陷：第一，由于电磁阀本身特性，关断响应时间，系统采集反馈信号迟缓，关断电磁阀时造成低压气源压力不稳定；第二，由于其动力装置采用单一高压气源(高压气源装置、空气压缩机等)，其消耗成本比较昂贵；第三，其动力装置的体积比较大使用时比较麻烦，而且还有可能需要单独的提供气源，使用时受其他条件限制。

发明内容

本发明即为了克服现有技术的不足或缺陷，提供了一种恒定低压力气源调节装置，包括：位置传感器单元、MCU单元、运动装置、封闭箱、气源分流单元、阀门装置、调节反馈装置和气源输出端口，其中：

MCU单元，用于控制所述各装置单元执行相应的功能；

位置传感器单元，与MCU单元信号连接，用于传送信号给MCU单元，控制运动装置的位置运动(的零点或极限位置)；

运动装置，与MCU单元和密闭箱连接，通过MCU单元控制位置运动与封闭箱配合改变密闭标准大气压下固定空气的体积，调节出期望的恒定压力气源；

封闭箱，与运动装置和气源分流单元连接，用于与运动装置相配合，密闭固定标准大气压体积的空气；

阀门装置，与MCU单元和气源分流单元连接，用于控制封闭箱与标准大气压的通断；

气源分流单元，用于分出三路压力相同的气体，供给调节反馈装置、气源输出端口、封闭箱的空气输入输出端口；

气源输出端口，与封闭箱内部的气源压力相等，连接外部传感器时可以输出封闭箱内的气体，与外界连通时可以输入外界空气；

调节反馈装置，与气源分流单元连接，采集气源分流单元的信号经放大转换采集后，供MCU单元显示或者作为调节的依据参数。

进一步，所述运动装置包括：电机驱动单元、动力单元和运动单元；其中，电机驱动单元用于通过电机驱动动力单元，动力单元采用步进电机为运动单元提供动力源，运动单元通过机械动力转换，将电机做的圆周运动通过连轴和螺杆转换为直线运动，带动活塞前后运动，活塞与封闭箱配合改变密闭标准大气压下固定空气的体积，调节出期望的恒定压力气源。

进一步，动力单元采用步进电机与螺杆推动装置，步进电机的驱动器单元采用1--128细分可选，螺杆螺距采用小螺距使其活塞运行平稳。

进一步，所述阀门装置包括：阀门驱动单元和阀门单元；其中，阀门驱动单元选择控制开关阀门单元，使封闭箱与标准大气压连通；主控芯片控制其阀门开关实现封闭箱内部空间与外界通断。

进一步，所述调节反馈装置包括：调节反馈传感器单元、调节反馈信号放大单元和调节反馈信号采集单元；其中，调节反馈传感器单元与气源分流单元连接并产生信号；调节反馈信号放大单元将调节反馈传感器单元输出的信号放大，供后级电路进行采集；调节反馈信号采集单元通过ADC模块进行模数转换采集，供MCU单元显示或者作为调节的依据参数。

进一步，所述装置还包括电源单元，该单元采用外接交流适配器，为整个系统提供电源，或者采用电路板上DCDC模块隔离降压和稳压芯片稳压，为各个芯片和传感器电路提供相应的电源。

进一步，该装置还包括：显示单元用于显示该装置与操作人员的交互信息和/或按键和指示灯面膜单元，用于按键设置该装置的工作参数人机接口，指示灯指示该装置当前的各工作状态。

进一步，该装置还包括：气源输出端口与校验仪表连接用以完成该装置压力传感器的标定工作，与被测试传感器端口连接实现校验被测试的传感器。

进一步，所述阀门单元采用电磁阀。

本发明所述恒定低压力气源调节装置可以运用在需要使用恒定低压气源，其使用过程中整个气路通道是封闭的环境，调节小压力传感器电路输出电压，验证小压力传感器的特性或好坏等等生产调试过程中，减少生产人员的简单重复的调试工作。且不需要设备单独提供气源，其安装位置减少许多，所以可以将该装置的体积控制在很小的范围内，可以在受限制的工作环境中使用。

附图说明

图1为本发明恒定低压力气源调节装置电路结构模块框图；

图2为本发明恒定低压力气源调节装置机械结构框图。

其中，1、动力单元2、连轴3、螺杆4、活塞5、磁豆6、活塞7、位置传感器单元8、封闭箱9、气路管道10、气源分流单元11、调节反馈传感器单元12、气源输出端口13、电磁阀单元

具体实施方式

本发明恒定低压力气源调节装置不需要设备单独提供气源，该装置在调节开始前段时间内采取与标准大气压相通，即该装置使用的介质为在标准大气压下面固定体积的空气，调节准备期结束后采取封闭该体积的空气，减少了现有技术需要提供气源及其消耗成本，减少生产过程中一些人为不确定因素，增加生产合格率，增加生产效率等。

本发明技术采用的基本原理是：气体的压强、体积和温度之间的关系，若用P表示气体的压强，V表示气体的体积，T表示气体的温度(热力学温度T＝t+273)，则质量一定的气体在三个参量都变化时所遵守的规律为：PV/T＝C(恒量)。根据其气体公式推理，假定温度不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大.反之，气体的压强就减小。本装置原理为在假定条件成立的情况下，采用气体的压强与体积的定性关系，一定量气体的体积增大，压强减小；体积减小，压强增大。

下面结合附图1和2详细说明本发明的技术方案及实施方式，附图1为本发明技术电路原理框图，图2为本发明恒定低压力气源调节装置机械结构框图。本发明恒定低压力气源调节装置包括以下各模块，各个模块单元具体功能说明及使用的具体技术手段如下：

电源单元：本装置电源单元分为两个方面：第一，外接交流适配器供电，为整个系统提供电源；第二，电路板上采用DCDC模块，隔离降压和稳压芯片稳压，为各个芯片和传感器电路提供相应的电源，例如，所述DCDC模块是一个直流24V变直流5V的一个电源降压隔离模块。

MCU单元：主要功能是该装置的主要控制单元。

位置传感器单元：主要功能是利用磁豆与霍尔传感器配合产生的信号，供MCU单元读取，控制运动单元的零点或极限位置的位置。

电机驱动单元：主要是动力单元电机的驱动电路或者驱动模块，可以选择或者设置电机的运动方向，运动速度，运动电机步数的细分等等，其实现的作用是使电机的运动更加平稳和控制电机轴转动角度很小，更容易实现控制该装置的技术指标。

动力单元：本装置采用步进电机为运动单元提供动力源，发明将根据比如调节的压力范围或精度等不同的技术指标，选择各种不同类型的步进电机或者伺服电机等作为本装置的动力源。

运动单元：主要功能是机械动力转换，将电机做的圆周运动通过连轴和螺杆转换为直线运动(即改变运动轴向)，带动活塞前后运动，活塞与封闭箱配合改变密闭标准大气压下固定空气的体积，根据气体公式定性原理PV/T＝C(常量)调节出期望的恒定压力气源，运动单元与下面介绍的封闭箱是本发明技术中实现其基本原理的主要单元，也是本发明技术最主要的单元。

封闭箱：主要功能是与运动单元的活塞等一起配合，密闭固定标准大气压体积的空气。

阀门驱动单元：主要功能是选择控制开关阀门单元，使封闭箱与标准大气压连通，可以减少操作人员“在调节开始前必须将气源输出端口与标准大气压连通”的工作，同时也避免操作人员误操作对工装的损害，使用起来更方便简单，阀门单元驱动、同下面介绍的阀门单元和与大气压连接单元在本发明技术中占很重要的组成成份，是在现有技术基础上增加的装置，该工装的主控芯片控制其阀门开关实现封闭箱内部空间与外界通断。

阀门单元：主要功能是控制封闭箱与标准大气压的通断，优选采用电磁阀实现。

气源分流单元：主要功能是分出三路压力相同的气体，主要供给调节反馈传感器、气源输出端口、封闭箱空气输入输出端口。

气源输出端口：主要功能是与封闭箱内部的气源压力相等，连接外部传感器时可以输出封闭箱内的气体，与外界连通时可以输入外界空气，其在该工装的实际意义是：与校验仪表连接可以完成该工装压力传感器的标定工作，与被测试传感器端口连接可以实现校验被测试的传感器。

调节反馈传感器单元：主要功能是与封闭箱连接并产生信号。

调节反馈信号放大单元：主要功能是将调节反馈传感器单元输出的小信号放大，供后级电路进行采集。

调节反馈信号采集单元：主要功能是通过ADC模块进行模数转换采集，供控制单元显示或者作为调节的依据参数。

显示单元：主要功能是显示该装置与操作人员的交互信息，可以更直观。

按键和指示灯即面膜单元：主要功能是按键设置该装置的工作参数人机接口，指示灯指示该工装当前的各个工作状态，比如电源、模式、完成状态等。

本发明的动力装置采用步进电机与螺杆推动装置，步进电机的驱动器单元采用1--128细分可选(1-128细分主要针对MCU给定的脉冲数与步进电机运动步数的一个比值，比如说1细分表示MCU给一个脉冲电机转动1.8°，128细分表示MCU给128个脉冲电机转动1.8°.主要目的是为了提高恒定的压力精度)可以让电机运行得更平稳使气源很稳定，而且在螺杆螺距方面，本发明也采用小螺距使其活塞运行平稳。在系统反馈信号时间方面本发明采取最优的运动配合达到好的效果。

本发明的其他优选实施方式：

本发明的实施方案还可以按照“假定体积不变的条件成立的情况下，采用气体的压强与温度的定性关系：一定量气体的温度升高，压强增大；温度降低，压强减小”的原理，通过控制固定气体的温度实现。

本发明可以运用在通过控制压力控制不同的阀门或开关时过压保护等领域。

本发明可以考虑在检测传感器精度方面或者采集传感器信号使用更高更准确方面入手，去提高该装置的技术指标。

本发明可以选用更大的动力源，实现控制恒定高压气源装置。

本发明与现有技术的关键区别点在于以下几方面：

a)采用的基本原理不一样：前面也提及过“本装置采用的基本原理是在假定温度不变的条件成立的情况下，采用气体的压强与体积的定性关系，一定量气体的体积增大，压强减小；体积减小，压强增大”(因为该装置的技术指标压力范围小，而且主要应用于实验室内，所以气体温度不变的条件是成立的)。与现有技术相比，该装置采用定量气体和气路密封。而现有技术是采用高压气源通过降压达到一个恒定低压，可以使用在气路不封闭。

b)动力源不一样：由于采用的原理不一样，所以使用的动力源不一样，与现有技术相比，该装置采用电机作为动力源。而现有技术采用高压气源作为动力源。

c)本发明装置增加的部分有：阀门单元驱动、阀门单元和与大气压连接单元。其作用是可以减少操作人员“在调节开始前必须将气源输出端口与标准大气压连通”的工作，同时也避免操作人员误操作对本装置的损害，使用起来更方便简单。

d)与现有技术相比，本装置采用闭环控制，在该气路只能是小范围漏气(具体的范围与设置的控制参数有关系)的前提下，可以调节出一个恒定压力的气源。

e)本装置人机界面采用液晶和面膜单元组成，可以实时显示当前工作状态，和设置不同的技术指标工作模式等。而现有技术大多是采用机械方式工作。

本发明所述恒定低压力气源调节装置可以运用在需要使用恒定低压气源，其使用过程中整个气路通道是封闭的环境，调节小压力传感器电路输出电压，验证小压力传感器的特性或好坏等等生产调试过程中，减少生产人员的简单重复的调试工作。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种恒定低压力气源调节装置，包括：位置传感器单元、MCU单元、运动装置、封闭箱、气源分流单元、阀门装置、调节反馈装置以及气源输出端口，其中：

MCU单元，用于控制所述各装置单元执行相应的功能；

位置传感器单元，采集位置信号传送给MCU单元，并通过MCU单元控制运动装置的位置运动；

运动装置，与封闭箱配合，通过MCU单元控制改变密闭标准大气压下固定空气的体积，调节出期望的恒定压力气源；

封闭箱，与运动装置和气源分流装置连接，其与运动装置相配合，密闭固定标准大气压体积的空气；

阀门装置，与气源分流单元连接，通过MCU单元控制封闭箱与标准大气压的通断；

调节反馈装置，用于采集气源分流单元的信号，并经放大转换采集后，供MCU单元显示或者作为调节的依据参数。

2.如权利要求1所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：所述运动装置包括：电机驱动单元、动力单元和运动单元；其中，电机驱动单元用于通过电机驱动动力单元，动力单元采用步进电机为运动单元提供动力源，运动单元通过机械动力转换，将电机做的圆周运动通过连轴和螺杆转换为直线运动，带动活塞前后运动，活塞与封闭箱配合改变密闭标准大气压下固定空气的体积，调节出期望的恒定压力气源。

3.如权利要求2所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：动力单元采用步进电机与螺杆推动装置，步进电机的驱动器单元采用1--128细分可选，螺杆螺距采用小螺距使其活塞运行平稳。

4.如权利要求1所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：所述阀门装置包括：阀门驱动单元和阀门单元；其中，阀门驱动单元选择控制开关阀门单元，使封闭箱与标准大气压连通；主控芯片控制其阀门开关实现封闭箱内部空间与外界通断。

5.如权利要求1所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：所述调节反馈装置包括：调节反馈传感器单元、调节反馈信号放大单元和调节反馈信号采集单元；其中，调节反馈传感器单元与气源分流单元连接并产生信号；调节反馈信号放大单元将调节反馈传感器单元输出的信号放大，供后级电路进行采集；调节反馈信号采集单元通过ADC模块进行模数转换采集，供MCU单元显示或者作为调节的依据参数。

6.如权利要求1至5之一所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：所述装置还包括电源单元，该单元采用外接交流适配器，为整个系统提供电源，或者采用电路板上DCDC模块隔离降压和稳压芯片稳压，为各个芯片和传感器电路提供相应的电源。

7.如权利要求6所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：该装置还包括：显示单元用于显示该装置与操作人员的交互信息和/或按键和指示灯面膜单元，用于按键设置该装置的工作参数人机接口，指示灯指示该装置当前的各工作状态。

8.如权利要求6所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：该装置还包括：气源输出端口与校验仪表连接用以完成该装置压力传感器的标定工作，与被测试传感器端口连接实现校验被测试的传感器。

9.如权利要求6所述的恒定低压力气源调节装置，其特征在于：所述阀门单元采用电磁阀。