CN107530492B - 用于静脉输液的流量计 - Google Patents

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Abstract

一种用于静脉输液的流量计，包括垂直入口通道(2)、平行指示腔(9)、“U”形阻流液体通道(6)、以及出口腔(11)。待分配的液体通过入口(5)进入入口通道(2)并且沿着通道移动到与“U”形阻流通道(6)和指示腔通道的连接处。从连接处，液体将指示腔通道升高到与由外部流量计设定的流量成比例的高度，并且还通过阻流液体通道，其具有将液体输送到出口腔(11)的出口(8)，并且通过出口(12)从那里传递到患者。该仪表可以由两个注塑部件制成，由此降低制造成本。

Description

用于静脉输液的流量计
技术领域
本发明一般涉及流量指示装置，更具体地涉及用于静脉输液(intravenoussolutions)给药的改进的流量计(flow meters)。
背景技术
静脉内给药装置通常用于将各种类型的溶液注入患者体内。装置提供了一种控制生理液体(例如，盐水、葡萄糖溶液等)从刚性或柔性供给容器到患者体内的无菌通道的手段。传统的静脉给药装置具有管口(nozzle)的封闭腔，在液体流动时产生液滴。其目的是通过计算每单位时间的液滴数来计算液体瞬时流量(flow rate)。这可能是耗时且不准确的，因为液滴尺寸不恒定，并且液滴时间与液体瞬时流量的转换是困难的。
许多成熟的流量计设计已经适用于静脉输液给药。
转子流量计设计中的变体(例如，US3587313)使用一个适当比重(通常大于液体，但在一些设计中也可能是浮子)的小球，这些球位于锥形垂直管内。当液体流动时，球被推向指示管的较大横截面积；球的位置表示液体瞬时流量。尽管这些装置能够更精确地调节和调整瞬时流量，但由于所需的高公差以及部件的潜在复杂组装，制造成本高昂。
另一种类型的流量计装置(US2479786A)使用垂直布置的管，其中液体入口位于顶部，并且在短时间内自身弯曲。弯曲部的管壁上的一个小孔可以使液体向下流动。这种布置被封装在具有出口的较大的密封容器中，以进一步通向患者的管道。管中的液体流动与由孔引起的流动阻力相结合，导致较短部分中的液面升高到与瞬时流量成比例的水平面。该设计比转子流量计变体更简单，但在低瞬时流量(low flow rates)下不准确，并且难以制造具有一致几何形状的多个单元，进一步影响校准和精度。
另一种类型的流量计装置(US4136692A)使用类似的原理，在具有出口到病人的更大的密封管内用两个连接的管代替弯曲管。US2479786A中的小孔被最小厚度(0.001英寸)的高精度孔盘代替。这具有使温度和粘度的变化对精度的影响最小化的效果，但是该设计仍然是小部件的相对复杂的组装，导致制造成本高于标准液体给药装置。
因此，本发明的主要目的是提供一种流量计装置，该流量计装置比需要计数液滴的标准给药装置更容易、更快速、更精确地使用、并且在制造成本方面是可比的。
发明内容
该目的是通过本发明的流量计装置来实现，该装置包括一个垂直的液体入口通道(2)，其上端与液体容器相连通，下端与邻接的具有开口上端和阻流液体通道(6)的下端的垂直指示腔(9)相连通，入口通道、指示腔和阻流液体通道(flow-resistant liquidpassage)容纳在由顶部部件(1)和下部分具有出口(12)的基部部件(4)形成的外壳体内。
本发明的流量计的一个显著特点是提供形成“U”形弯曲部(7)的阻流液体通道，位于指示腔(9)的下端。
在液体入口通道中的流动的液体将由于阻流液体通道(6)而遇到阻力。指示腔与阻流通道的入口通道上游(优选地紧接在上游)相连接，并且因此液体将从入口通道流入相邻的指示腔(9)，并且指示腔中的液位将升高到与通过该装置的液体瞬时流量成比例的高度，通过外部流量控制装置(通常为手动辊夹)调节通过该装置的液体瞬时流速。指示腔(9)用校准刻度标记，以便清楚地读取液体瞬时流量。在高瞬时流量下，液位可能超过指示腔的高度，因此指示腔的敞开的上端(10)可以提供溢流口以允许液体自由地流过装置。在低瞬时流量(低于50ml/小时)的情况下，依赖于液压头(liquid head)与通过孔的流动成比例的相同原理的装置是不可靠的，和/或需要高的公差和昂贵的制造成本。
本发明的一个显著特点是提供形成“U”形的阻流液体通道，其可以具有后述的倒角入口和出口(chamfered inlet and outlet)。这使得即使在低瞬时流量下也能提高指示的流量的精度和一致性，并且可以在标准注塑公差(±0.05mm)之内制造。具有倒角入口和出口的“U”形还提供，当操作者停止流量时，阻流液体通道不会变干并保持湿润。这样可以防止如果液体蒸发沉积在阻流液体通道内的固体的堵塞，这可能会影响阻流液体通道的横截面面积，从而影响对流动的阻力，并引起指示腔内的液体瞬时流量读数的误差。
本发明的阻流液体通道提供对了对液体流动的阻力和相关联的压降，如通过管道的液体流动的Hagen-Poiseuille方程所描述的：
ΔP＝8μLQ/πr4
其中，ΔP为压力损失
L为管子的长度
μ为动态粘度
Q为体积瞬时流量
r为半径
π为数值常数Pi
压降取决于管道长度和半径(在其他因素之中)，或取决于非循环管道的横截面积。现有技术中描述的流量计中使用的小孔的等效阻力可以通过具有足够长度和横截面的阻流液体通道(6)提供在本发明的装置中。横截面通常很小，因此在制造中更容易发生公差问题；增加通道的长度可以减轻这个问题的影响，通过适当地设定通道长度，使得流动阻力通道具有更大的横截面。
通过简单地一个装配到另一个组装两个部件((1)和(4))可以实现入口通道(2)、指示腔(9)、阻流液体通道(6)以及出口腔(11)的设置。每个部件可以是简单的两件式模具。在一个实施例中，阻流液体通道可以通过提供具有孔的一部分而形成，而另一部分具有可插入到孔中的插入件以限制其流动横截面，这使得与制造完整的阻流通道的一部分更容易实现的所需的一致的公差。在一个实施例中，插入件形成隔开孔的屏障，以便形成U形阻流液体通道，液体首先向下流过屏障的一侧上的孔，然后通过屏障的底部，该底部不到达孔的底部且在屏障的另一侧的孔的上方。如果孔是圆形的，则所得到的阻流液体通道的横截面为半圆形。尽管管横截面积和长度的许多组合可以获得可接受长度的可读刻度所需的正确压降(实际尺度可以跨越60mm-130mm，但优选地为大约80mm)，本发明的一个表现是使用0.5mm半径的半圆形横截面，46mm的通道长度。从Hagen-Poiseille方程可以看出，横截面的增加将需要通道长度的非常大的增加；同样的横截面的降低将大大减少必需的通道长度。所述尺寸的选择是允许相对宽的通道横截面减小制造中的公差的影响的折中，但保持仍然实用的通道长度(例如<60mm)。尺寸的组合必须使用上述等式定义。
这种几何结构允许以与现有的液体给药装置相同的方式制造本发明，并且尽管提供了这种增加的功能性，但它们的价格可以相当。
附图说明
为了对本发明的更完整的说明及其技术优点，现在参考以下描述和附图，其中：
图1示出了本发明的两个部件的组装过程，与标准静脉输液给药装置的组装相似；
图2示出了完整组装的液体流量计；
图3示出了具有横截面线的液体流量计的平面图；
图4为显示指示腔的溢流的剖视图(沿图3的A-A线)；
图5为示出了由基部部件形成的入口通道、指示腔、阻流液体通道和出口腔的剖视图(沿图3的B-B线)；
图6为图5中也示出的阻流液体通道的放大截面。
具体实施方式
参考附图，本发明的优选实施例在图1和图2中示出。该装置通过插入(见图1中的箭头X)顶部(1)组装产品，顶部(1)具有可以在其下出口处装配有过滤器(未示出)的入口通道(2)、以及进入基座(4)的分隔板(3)，该基座由透明材料制成(优选为医用硬质塑料)，并具有相应的凹槽以容纳分隔板。完成的组装可以通过热封、超声波焊接或溶剂胶结粘合。图2示出了用于将液体从供给容器(未示出)流入患者(未示出)的循环系统的组装流量计。液体容器为柔性袋或具有开孔的刚性容器。
具有液体入口(5)的渗透剂(penetrant)被插入供给容器(未示出)中，以在重力作用下确定用于从供给容器的液体流动(参见箭头Y)的入口通道(2)，并由外部流量控制装置控制(通常是一个手动“辊夹”，位于该装置的下游)。该通道可以在其下出口处装有过滤器(未示出)，以便防止液体中的颗粒沉积在阻流液体通道(图6中的(6))中，影响设备的可靠性。
入口通道(2)的下部与指示腔(9)和阻流液体通道(6)相连通。阻流液体通道(6)对液体流动提供足够的阻力，使得液体在指示腔(9)中升高到与瞬时流量成比例的高度。校准指数的刻度可以放置在指示腔(9)的旁边。指示腔的最小宽度足够宽(＞1mm，优选宽度为1.5mm)，以减少毛细管作用的影响，但足够窄，以确保液柱的响应快速地遵循操作者通过使用外部流量控制装置引起的流动变化。通过顶部部件(1)和基部部件(4)之间的牢固的紧配合(interference fit)可靠地保持该宽度。
将具有分隔板(3)的顶部部件(1)插入基部(4)中形成阻流液体通道(6)，其具有倒角入口、“U”形弯曲部(7)和倒角出口(8)。分隔板(3)上的微小锥度改善了形成足够密封所必需的紧配合、以及用作脱模角(draft angle)以帮助注塑过程。通过该紧配合可靠地保持阻流液体通道的尺寸；所述分隔板(3)提供与所述基部部件(4)中相应的凹槽的密封，所述阻流液体通道被模制到所述凹槽中。当从该出口(8)出来时，液体进入由基部部件(4)和顶部部件(1)形成的出口腔(11)，并通过主出口(12)(见图2中的箭头Z)流出，其容纳标准过滤器(如果将其安装到入口通道上，则不需要)到连接设备到插入患者体内的静脉插管的管道中。
在更高的瞬时流量下(例如，大于250ml/hr)，指示腔(9)中的液位可以升高到溢流口(图4中的(10))上，因此液体可能流入由基部部件(4)和顶部部件(1)形成的出口腔(11)，然后穿过主出口(12)。以这种方式，可以在指示腔(9)上提供0-250ml/hr的可读刻度，但是也可以通过该装置实现3000ml/hr或更高(在复苏尝试期间所需的)的瞬时流量；在这样高的瞬时流量下刻度为非必需的。在本发明的另一个实施例中，溢流口(10)可以被成形为当液体流入出口腔(11)时产生液滴。因此，如果需要以大于指示腔中可测量的瞬时流量的流量的控制，可以根据当前测量瞬时流量的方法进行计数。
当液体瞬时流量使得液位超过指示腔(9)的高度时，然后操作者停止该流量，容纳在完整指示腔(9)中的液体流过阻流液体通道(6)进入由基部部件(4)和顶部部件(1)形成的出口腔(11)中。由于主液体出口被操作者有效地阻止(例如通过关闭辊夹以停止流动)，出口腔(11)开始填充流出指示腔(9)的剩余液体。阻流液体通道(8)的出口定位在主出口(12)上方足够大(大于20mm)的高度，使得当出口腔(11)填充来自指示腔(9)的剩余液体时，液体高度未到达此出口。当操作者停止液体流动时，该特征防止任何液体流回阻流液体通道(6)；否则当流动停止、引入虚假液位和“零”误差时，这将导致液体在指示腔(9)中处于平衡状态。
本发明的设计规定，当液体流过液体入口通道(2)、阻流液体通道(6)和指示腔(9)时，不会形成液滴。这避免了不规则的液滴尺寸影响指示腔中的液体的高度的问题以及由于需要以低瞬时流量破坏液滴的表面张力引起的任何问题。
在本发明的另一个实施例中，指示腔(9)中的小浮子随着液位上升和下降，便于读取瞬时流量。浮子可以提供更大的视觉对比度(例如，明亮的颜色)。在该实施例中，指示腔(9)顶部的溢流出口(10)必须足够宽以允许液体通过，但足够窄以防止指示浮子在高瞬时流量时离开指示腔(9)。
在常规的静脉输液给药或滴注装置中，操作者手动挤压滴注室以迫使空气进入供给容器，并且在释放时，启动液体流动并使得填充滴注室。已经描述了本发明的特征，应当指出的是，不需要挤压本发明的设计，因为装置简单地通过增加瞬时流量来“填充”以排出空气，直到指示腔(9)已经被充满溢出。因此，该装置由刚性材料模制。
尽管本文所描述的装置本身在通常的输注装置中被使用，但也可以与其它流动装置例如电动泵一起使用以监视或设定瞬时流量。
虽然已经示出和描述了优选实施例，但是应当理解，不意图通过这样的公开来限制本发明，而是旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改和替代结构，如本文所定义的所附权利要求。

Claims (17)

1.一种流量计装置，包括：
液体入口（5）；
液体出口（12）；
入口通道（2），其具有上端和下端并且在其上端与所述的液体入口（5）相连通；
指示腔（9），其具有与所述的入口通道（2）的下端相连通的下端，所述的腔从其下端向上延伸到敞开的上端，其中所述的指示腔的至少一部分为半透明或透明的，以显示所述的腔内液体的高度；
出口腔（11），其与所述的液体出口（12）相连通；以及
阻流液体通道（6），其在所述的入口通道和所述的出口腔之间延伸并与所述的指示腔相连通；
其中所述的阻流液体通道（6）比所述的入口通道（2）和指示腔（9）提供对液体流动更大的阻力，由此液体从所述的液体入口（5）流过所述的入口通道（2）并流过所述的阻流液体通道（6）流入所述的出口腔（11）并从那里流到所述的液体出口，并且也从所述的入口通道（2）流入所述的指示腔（9），其中其达到与通过所述的入口通道的液体流量一致的高度；
其特征在于：
所述的装置包括两部件，第一部件包括所述的液体出口（12）和所述的出口腔（11），且第二部件包括所述的液体入口（5）和所述的入口通道（2），并且其中所述的阻流液体通道（6）和所述的指示腔（9）设置在所述的第一部件和所述的第二部件之间；以及
所述的阻流液体通道为U形，并且其中所述的第一部件包括封闭的孔，所述的第二部件包括位于孔中的屏障，以将所述的孔分成隔开的通道，所述的隔开的通道一起形成U形阻流液体通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的指示腔（9）包括校准刻度，以提供所述的指示腔中的液体的高度的量度，从而测量通过所述的入口通道（2）的液体流量。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的入口通道（2）的长度及其与所述指示腔以及与所述阻流液体通道的连通使得当液体流过液体入口通道（2）、阻流液体通道（6）和指示腔（9）时不形成液滴。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的阻流液体通道的出口端（8）位于所述的液体出口（12）的水平面上方并且
其中所述的指示腔的体积小于所述的阻流液体通道的出口端下方的出口腔的体积，由此如果容纳在完整指示腔中的液体的体积流入所述的出口腔，则所述的出口腔中的所得液面低于在所述的出口腔中的阻流液体通道的出口端的高度，使得当停止液体流过所述的液体入口并且液面达到平衡时，液体不能流回所述的阻流液体通道。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的U形阻流液体通道（6）具有处于大致相同的高度的出口端和入口端，使得当没有液体流过该装置时液体保留在通道中，从而使防止所述的阻流液体通道变干。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的阻流液体通道的入口端和出口端被倒角，使得当所述的装置静止而没有液体流过所述的装置时，液体保持在其中。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的指示腔的横截面面积足够窄以确保由操作者设定的瞬时流量变化引起液体高度的快速相应变化，但足够宽以减轻毛细管作用的影响。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当通过所述的装置的瞬时流量为0～250ml/小时，所述的阻流液体通道的横截面面积和长度提供足够的流动阻力以引起所述的指示腔中液压头的可辨别变化。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述的装置垂直取向时，所述的入口通道（2）、所述指示腔（9）以及所述的阻流液体通道（6）实质上全部沿垂直方向延伸。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的入口通道（2）、所述的指示腔（9）、以及所述的阻流液体通道（6）允许液体流动而不会在流动期间形成液滴。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当液体流入所述的出口腔（11）中时，所述的指示腔（9）的溢流口（10）成形为能够形成为液滴，以使得使用当前的液滴计数方法进行测量高于所述的指示腔中测量的瞬时流量。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置具有外壁，所述的外壁为所述的第一部件的一部分，并且其中所述的指示腔形成在所述的第二部件和所述的外壁之间。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的外壁由半透明或透明材料制成。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的指示腔包含可视浮子，以便于读取所述的指示腔中的液位并因此读取液体瞬时流量。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的入口通道（2）在其下出口处装配有过滤器和/或出口（12）容纳过滤器。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的第一部件（4）插入到所述的第二部件（1）中。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，每个部件为两件式成型件。
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