CN105031766A - 一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法,包括以下步骤：步骤一、计算出各规格输液软瓶在满足茂菲氏管处滴速为40滴/min条件下排尽时的压力值；步骤二、测量各规格输液软瓶在达到步骤一排尽条件下的压力时输液软瓶中剩余药液的体积，然后补入与剩余药液体积相同的气体，取具有不同型号针头的各规格输液软瓶进行最佳气液比实验；步骤三、根据最佳气液比实验测得的各规格输液软瓶气液比实验数据进行数据建模，得到最佳气液比的数学模型。本发明从原理层面解释输液软瓶的排尽性能，给新输液软瓶的开发和研究提供理论依据。

Description

一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法

技术领域

本发明涉及输液瓶输液方法领域，具体的说涉及一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法。

背景技术

目前国内在该领域的研究仅限于定性解释或实验说明，缺少理论依据和定量分析。经过理论分析、实验验证、软件模拟几个环节，基本确定了输液软瓶最佳气液比的数学模型。为了能从原理上分析并解释输液软瓶最佳气液比模型，给新输液软瓶的开发和研究提供理论依据，必须要知道这种无泄漏输液软瓶中的药液在输液过程中的流动状况，为此实验采用流动分析软件，对输液过程进行数值分析，从而得到在满足一定滴速情况下(最低滴速为40滴/min)的合理气液比。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，克服了在该领域仅限于定性解释或实验说明，缺少理论依据和定量分析的难题。

为了实现上述目的，本发明提供一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法,其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算出各规格输液软瓶在满足茂菲氏管处滴速为40滴/min条件下排尽时的压力值；

步骤二、测量各规格输液软瓶在达到步骤一排尽条件下的压力时输液软瓶中剩余药液的体积，然后补入与剩余药液体积相同的气体，取具有不同型号针头的各规格输液软瓶进行最佳气液比实验；

步骤三、根据最佳气液比实验测得的各规格输液软瓶气液比实验数据进行数据建模，得到最佳气液比的数学模型。

所述步骤一计算为利用理论计算公式确定输液软瓶输液排尽条件的实验因素；根据确定的输液软瓶输液排尽条件的实验因素，对有不同型号针头的各规格输液软瓶进行排尽条件实验；根据排尽条件实验测得的实验数据进行数据拟合，得到输液软瓶规格与排尽时最低压力值的拟合曲线。所述理论计算公式为 ${\mathrm{\ΔE}}_2=\frac{V_2^2}{2g}+Z_2+\frac{P_2}{\mathrm{\ρg}}-(\frac{V_1^2}{2g}+Z_1+\frac{P_1}{\mathrm{\ρg}}),$ 其中V₁为初始状态时静脉注射小针头的流速，P₁为静脉血管仿真装置的压力，△E₂为输液软瓶输液过程总管路损失，V₂为末态时瓶内液体的流速，Z₂为末态时瓶内液体高度到静脉血管仿真装置的高度，Z₁为静脉仿真装置的高度，P₂为末态压力。

所述排尽条件实验测得的实验数据为至少取n₁组(v、p_j)实验数据，对n₁组实验数据值取平均值，挑出在滴速为40滴/min时输液软瓶内的压力数值，对所获得数据进行平均，得到输液软瓶在各种规格下排尽压力，其中j＝1～n₁，4<n₁<10；p_j为第j个输液软瓶滴速为40滴/min时的输液软瓶内的压力；滴速v＝40滴/min。

所述步骤三中实验数据为至少取n₁组(y_j、q_j)实验数据，对这n₁组实验数值取平均值，其中j＝0～n₁，1<n₁<10；y_j为第j组液体的体积；q为第j组气体的体积。

所述步骤三采用最小二乘多项式拟合的方法求输液软瓶输液时气体体积随液体体积变化曲线的各项系数，进而得到最佳气液比的数学模型。

所述最佳气液比的数学模型的二次函数公式为：Q＝A₂Y²+A₁Y+A₀(Y≥100)，其中，Y为液体的体积；Q为瓶内气体的体积，通过最小二乘多项式拟合得到正规方程组 $\left(\begin{array}{ccc}5& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^3\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^3& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^4\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\\ a_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\&Sigma;}_{i=0}^4{q}_i\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i{q}_i\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2{q}_i\end{array}\right);$ 解上述正规方程即可得到输液软瓶输液过程中最佳气液比的二次函数模型的各项系数A_0、A₁、A₂。

所述最小二乘多项式拟合的方法包括如下步骤：

步骤一：由已知数据画出函数的图形，确定拟合多项式的次数n；

步骤二：列表计算和

步骤三：写出正规方程组

求出a_k(k＝0,1,2,···n)；

步骤四：写出拟合多项式

所述输液软瓶包括软瓶本体、输液管和用于测量输液软瓶瓶内压力的压力测试装置，输液管设有茂菲氏管。

所述压力测试装置包括针管、与针管连接的U型管，压力测试装置通过针管插入到软瓶本体，U形管一端连通大气，U型管内充有纯水，软瓶本体内药液通过针管进入U型管，U型管内药液与水之间设有空气隔离层，所述U型管上设有刻度尺,能够精确的读出刻度。所述刻度尺上设有两个0刻度线，在零刻度下方可以设置为负值，上方为正值，所述两个0刻度线分别位于U型管两个竖直管上，U型管装水时水平面与U型管两边刻度尺的0刻度线重合。当输液软瓶内液体不断下降后，U形管连通大气的一端由于大气压的作用将U型管内的纯水压向输液软瓶的方向，U形管连通大气的一端纯水向下下降h，相应的与针管连接的U型管另一端纯水也上升h，输液软瓶内的压力即可由液面差h的2倍计算得到。此处U型管内药液与水之间设有空气隔离层能够使药液与水隔离，当形成液面差时，纯水向输液软瓶移动后避免纯水进入输液软瓶，当然这里的隔离层要设置的合理，在达到输液软瓶排尽条件的压力时纯水不会压入到输液软瓶当中。

有益效果：本发明从原理层面解释输液软瓶的排尽性能，给新输液软瓶的开发和研究提供理论依据，并且对不同种规格的输液软瓶输液的实验模型进行分析测试，得到各输液软瓶规格与排尽最低压力的关系。并且通过最佳气液比实验测得的各规格输液软瓶气液比实验数据进行数据建模，得到最佳气液比的数学模型。

附图说明

图1为各输液软瓶规格与排尽条件压力的关系曲线图；

图2为本发明任意体积输液软瓶内的最佳气液比曲线图；

图3为本发明具体实施方式压力测试装置结构示意图；

其中1-输液软瓶，2-输液管，3-茂菲氏管，4-U型管；

图4为图3中U型管上的A区域刻度尺局部放大图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明的方法包括以下步骤：

通过对理论公式计算进行分析，可以得出输液软瓶在输液过程中的流动情况及其流动过程中的压力损失情况，从而倒推输液软瓶的排尽条件，确定输液软瓶排尽条件的实验因素。通过利用各种规格输液软瓶的排尽条件，对输液过程进行理论分析，再通过从输液软瓶中抽取液体，向输液软瓶里注入空气，在满足最低输液速度的前提下得到各输液软瓶的最佳气液比。排尽前，随着输液过程的进行，瓶内液面高度逐渐下降，压力不断变化，直到后来瓶内压力减小到不足以把药液压入茂菲氏管中，从而无法使输液软瓶内的药液完全排尽亦进行输液；为保证40滴/min最低流速(从茂菲氏管处观测)，输液软瓶必须具备一定的压力，此时的压力即为排尽最低压力；然后再进行最佳气液比实验，利用排尽条件实验测量出的满足一定滴速情况下的瓶内压力，此时即为最低流速时瓶内剩余药液的体积即为要补气的体积，然后在进行各规格输液软瓶的最佳气液比实验，通过从瓶中抽取液体，再向瓶里注入空气，在满足最低输液速度的前提下得到各输液软瓶的最佳气液。具体步骤如下：

理论分析：

末态时，要使瓶内液体滴尽，末态的能量应克服管阻的损失。

${\mathrm{\&Delta;E}}_2=\frac{V_2^2}{2g}+Z_2+\frac{P_2}{\mathrm{\&rho;}g}-(\frac{V_1^2}{2g}+Z_1+\frac{P_1}{\mathrm{\&rho;}g})$

$h_1=\mathrm{\&gamma;}\frac{1}{d}\frac{v^2}{2g}$

$h_2=\&Sigma;\mathrm{\&zeta;}\frac{v^2}{2g}$

其中：

V₁—初始状态时静脉注射小针头的流速(m/min)

P₁—静脉血管仿真装置的压力(pa)

△E₂—输液软瓶输液过程总管路损失(m)

V₂—末态时瓶内液体的流速(m/min)

Z₂：末态时瓶内液体高度到静脉血管仿真装置的高度(m)

Z₁—静脉仿真装置的高度(m)

P₂—末态压力(pa)

h₁—输液管沿程损失(m)

h₂—输液管局部损失(m)

l—输液管长度(m)

d—输液管管径(m)

γ—沿程损失系数

ζ—局部损失系数

V—输液管滴速(m/min)

△E₂与沿程损失和局部损失系数有关，查相关手册可得到输液管路沿程损失和局部损失系数，将Z₁、Z₂、V₁、V₂、γ、ζ、V代入上式得出个规格输液软瓶在满足每分钟40滴要求的条件下滴尽时P₂的最小值。但是由于沿程压力和局部压力的压力损失系数ζ受多种因素的影响，很难确定合理的数值，从而使得理论计算的存在着较大误差。为了获得理想的数值，需要通过对理论计算公式进行分析，寻找出排尽条件的主要影响因素。研究发现，输液软瓶材料的力学性能，初始气液比，悬挂高度、针头内径的大小是影响输液软瓶在满足一定滴速条件下排尽的最重要四个因素。通过分析可以得到影响输液软瓶排尽条件的关键因素是输液软瓶的悬挂高度和针头内径的大小，而悬挂高度直接影响的是输液软瓶的瓶内压力，可转化为瓶内压力对排尽条件的影响；针头内径的大小直接影响到药液滴速的快慢，可转化为药液滴速对排尽条件的影响。

排尽条件实验：

通过运用输液软瓶输液过程中压力测试装置可以测得在满足一定滴速情况下(最低滴速为40滴/min)的压力值；进行n组实验，去除干扰因素影响较大的数值，对剩余的n₁组实验数值进行平均可以得到各种规格输液软瓶的排尽条件。

100ml规格的输液软瓶实验模型:至少取n₁组(v、p_j)实验数据，对这n₁组实验数值取平均值，挑出在滴速为40滴/min时输液软瓶内的压力数值，对所获得数据进行平均可得到输液软瓶在100ml规格下排尽压力。

其中：

J＝1～n₁，4<n₁<10；

p为第j个输液软瓶滴速为40滴/min时的输液软瓶内的压力；

滴速V＝40滴/min；

压力P＝[p₁,p₂,p₃,p₄,p₅,p₆]；

250ml规格的输液软瓶实验模型:至少取n₁组(v、p_j)实验数据，对这n₁组实验数值取平均值，挑出在滴速为40滴/min时输液软瓶内的压力数值，对所获得数据进行平均可得到输液软瓶在250ml规格下排尽压力。

其中：

J＝1～n₁，4<n₁<10；

p为第j个输液软瓶滴速为40滴/min时的输液软瓶内的压力；

滴速V＝40滴/min；

压力P＝[p₁,p₂,p₃,p₄]；

500ml规格的输液软瓶实验模型:至少取n₁组(v、p_j)实验数据，对这n₁组实验数值取平均值，挑出在滴速为40滴/min时输液软瓶内的压力数值，对所获得数据进行平均可得到输液软瓶在500ml规格下排尽压力。

其中：

J＝1～n₁，4<n₁<10；

p为第j个输液软瓶滴速为40滴/min时的输液软瓶内的压力；

滴速V＝40滴/min；

压力P＝[p₁,p₂,p₃,p_4,p₅]

利用排尽条件得到各规格输液软瓶在满足一定滴速下输液软瓶排尽时的瓶内压力。E、F两种型号针头下100ml、250ml、500ml规格输液软瓶的排尽条件见下表：

各类输液软瓶的排尽条件

100ml输液软瓶	E针头	P≥A(pa)
			250ml输液软瓶	E针头	P≥B(pa)
500ml输液软瓶	F针头	P≥C(pa)

其中p为排尽时输液软瓶内压力值

对获得数据进行拟合得到各规格输液软瓶与排尽条件压力(即排尽时最低压力)的关系曲线图1。

最佳气液比实验：

通过测量各规格输液软瓶在达到排尽条件下的压力时输液软瓶中剩余药液的体积，此时输液软瓶中药液的体积即为最佳气液比实验要补入的气体体积。通过各规格输液软瓶的最佳气液比实验，可以得到在E、F两种不同型号的针头条件下的各规格输液软瓶的最佳气液比，任意体积输液软瓶内的最佳气液比曲线图2和任意体积输液软瓶最佳气液比二次函数的模型。

两种输液软瓶的最佳气液比(E针头)

	气体体积	液体体积	气液比例
				100ml输液软瓶	V1±S	V2±S	1.35：1
250ml输液软瓶	V3±S	V4±S	1.05：1

三种输液软瓶的最佳气液比(F针头)

	气体体积	液体体积	气液比例
				100ml输液软瓶	V5±S	V6±S	1.03:1
250ml输液软瓶	V7±S	V8±S	0.45:1
				500ml输液软瓶	V9±S	V10±S	0.31:1

最佳气液比数学模型的建立

通过实验可以得到各规格的输液软瓶实验模型的实验数据:至少取n₁组(y_i、q_i)实验数据，对这n组实验数值取平均值，其中：

i＝0～n₁，1<n₁<10；

y_i为第i组液体的体积；

q_i为第i组气体的体积；

液体体积：y＝[y_0,y₁,y₂,y₃,y₄]；

气体体积q＝[q_0,q₁,q₂,q₃,q₄]；

用最小二乘多项式拟合的方法来求输液软瓶输液时气体体积随液体体积变化曲线的各项系数，进而可以得到输液软瓶在输液过程中压力随液面下降高度之间的三次或四次数学模型。

最小二乘多项式拟合的一般方法可归纳为以下步骤：

(1)由已知数据画出函数粗略的图形，确定拟合多项式的次数n；

(2)列表计算和

(3)写出正规方程组，求出a_k(k＝0,1,2,···n)；

(4)写出拟合多项式

最小二乘多项式拟合法的正规方程组为：

任意体积输液软瓶最佳气液比二次函数的公式为：

f(x)＝p₁×x²+p₂×x+p₃(x≥100)，即Q＝A₂Y²+A₁Y+A₀(Y≥100)

其中：

Y为液体的体积；

Q为瓶内气体的体积。

通过最小二乘多项式拟合得到正规方程组为：

$\left(\begin{array}{ccc}5& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^3\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^3& {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^4\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\\ a_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\&Sigma;}_{i=0}^4{q}_i\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i{q}_i\\ {\&Sigma;}_{i=0}^4{y}_i^2{q}_i\end{array}\right);$

解上述正规方程即可得到输液软瓶输液过程中最佳气液比的三次函数模型的各项系数A₀、A₁、A₂。从而可以得到输液软瓶输液过程中最佳气液比的数学模型。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法,其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算出各规格输液软瓶在满足茂菲氏管处滴速为40滴/min条件下排尽时的压力值；

步骤二、测量各规格输液软瓶在达到步骤一排尽条件下的压力时输液软瓶中剩余药液的体积，然后补入与剩余药液体积相同的气体，取具有不同型号针头的各规格输液软瓶进行最佳气液比实验；

步骤三、根据最佳气液比实验测得的各规格输液软瓶气液比实验数据进行数据建模，得到最佳气液比的数学模型。

2.根据权利要求1所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述步骤一计算为利用理论计算公式确定输液软瓶输液排尽条件的实验因素；根据确定的输液软瓶输液排尽条件的实验因素，对有不同型号针头的各规格输液软瓶进行排尽条件实验；根据排尽条件实验测得的实验数据进行数据拟合，得到输液软瓶规格与排尽时最低压力值的拟合曲线。

3.根据权利要求2所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述理论计算公式为 ${\mathrm{\&Delta;E}}_2=\frac{V_2^2}{2g}+Z_2+\frac{P_2}{\mathrm{\&rho;}g}-(\frac{V_1^2}{2g}+Z_1+\frac{P_1}{\mathrm{\&rho;}g}),$ 其中V₁为初始状态时静脉注射小针头的流速，P₁为静脉血管仿真装置的压力，△E₂为输液软瓶输液过程总管路损失，V₂为末态时瓶内液体的流速，Z₂为末态时瓶内液体高度到静脉血管仿真装置的高度，Z₁为静脉仿真装置的高度，P₂为末态压力。

4.根据权利要求2所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述排尽条件实验测得的实验数据为至少取n₁组(v、p_j)实验数据，对n₁组实验数据值取平均值，挑出在滴速为40滴/min时输液软瓶内的压力数值，对所获得数据进行平均，得到输液软瓶在各种规格下排尽压力，其中j＝1～n₁，4<n₁<10；p_j为第j个输液软瓶滴速为40滴/min时的输液软瓶内的压力；滴速v＝40滴/min。

5.根据权利要求1所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述步骤三中实验数据为至少取n₁组(y_j、q_j)实验数据，对这n₁组实验数值取平均值，其中j＝0～n₁，1<n₁<10；y_j为第j组液体的体积；q为第j组气体的体积。

6.根据权利要求1或5所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述步骤三采用最小二乘多项式拟合的方法求输液软瓶输液时气体体积随液体体积变化曲线的各项系数，进而得到最佳气液比的数学模型。

7.根据权利要求6所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述最佳气液比的数学模型的二次函数公式为：Q＝A₂Y²+A₁Y+A₀(Y≥100)，其中，Y为液体的体积；Q为瓶内气体的体积，通过最小二乘多项式拟合得到正规方程组 $\left(\begin{array}{ccc}5& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^2\\ {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^2& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^3\\ {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^2& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^3& {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^4\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\\ a_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{q}_i\\ {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i{q}_i\\ {\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^4{y}_i^2{q}_i\end{array}\right);$ 解上述正规方程即可得到输液软瓶输液过程中最佳气液比的二次函数模型的各项系数A₀、A₁、A₂。

8.根据权利要求7所述的无泄漏输液软瓶最佳气液比建立方法，其特征在于：所述最小二乘多项式拟合的方法包括如下步骤：

步骤一：由已知数据画出函数的图形，确定拟合多项式的次数n；

步骤二：列表计算 ${\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^m{x_i}^j(j=0,1,2,...2n)$ 和 ${\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^m{x_i}^j{y}_i(j=0,1,2,...n);$

步骤三：写出正规方程组

求出a_k(k＝0,1,2,···n)；

步骤四：写出拟合多项式

9.根据权利要求1所述的无泄漏输液软瓶输液排尽条件的建立方法，其特征在于：所述输液软瓶包括软瓶本体、输液管和用于测量输液软瓶瓶内压力的压力测试装置，输液管设有茂菲氏管。

10.根据权利要求9所述的无泄漏输液软瓶输液排尽条件的建立方法，其特征在于：所述压力测试装置包括针管、与针管连接的U型管，压力测试装置通过针管插入到软瓶本体，U形管一端连通大气，U型管内充有纯水，软瓶本体内药液通过针管进入U型管，U型管内药液与水之间设有空气隔离层，所述U型管上设有刻度尺,所述刻度尺上设有两个0刻度线，所述两个0刻度线分别位于U型管两个竖直管上，U型管装水时水平面与U型管两边刻度尺的0刻度线重合。