CN108714030A - 一种肺功能仪气体体积校准装置的生产校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医学和运动医学领域，尤其涉及一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法。由于在不同的温度、湿度和大气压力环境下，气体体积是不同的，因此在测试前必须使用肺功能仪的气体体积校准装置对心肺运动功能测试的测试装置进行校准，以证实在可控环境下的测试数据是准确的。目前对于肺功能仪气体体积校准装置的生产工艺和校准方法在国内未见报道和实施。
Description
技术领域
本发明涉及医学和运动医学领域，尤其涉及一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法。
背景技术
心肺运动功能测试试验分为静态肺功能测试和运动心肺功能测试，是一种通过采集人体在静息状态和运动状态下呼出的气体流速、气体成分，并结合心电、血压、血氧饱和度等其他生理性指标，给出定量化结果，并用于评估人体的呼吸系统状况和运动能力的一种前沿科技。
其中气体流速是一项关键参数，该参数通过与时间的积分换算可以得到容量体积，用于描绘VC（肺活量）、VT（潮气量）、IC（深吸气量）、TLC（肺总量）等很多与呼吸道有关的参数，从而为临床提供诊断的依据。
由于在不同的温度、湿度和大气压力环境下，气体体积是不同的，因此在测试前必须使用肺功能仪的气体体积校准装置对心肺运动功能测试的测试装置进行校准，以证实在可控环境下的测试数据是准确的。
肺功能仪的气体体积校准装置，也称为定标筒，其原理是通过拉动或推动肺功能仪体积校准装置（在给定已知的体积下，例如3L），进行排气和抽气，再通过时间的积分换算（无论速度的快与慢，速度快则时间短、速度慢则时间相对长）测定肺功能仪设备中流速仪的准确性，流速仪给出的结论也应是在标准误范围内的体积（例如 3L）。
肺功能仪气体体积校准装置整体呈圆柱形，通过一个活塞拉杆进行推拉，活塞将整个腔体隔离成两个空间，一端设有一个气孔用于拉出拉杆时进气和推出拉杆时排气，是定标时气体的主要通路；另一端设有多个排气孔，用于保证腔体内的气压动态均衡，使推拉自如。国际上，肺功能仪气体体积校准装置的精度范围是±15ml，用于验证校准肺功能仪气体体积校准目前对于肺功能仪气体体积校准装置的生产工艺和校准方法在国内未见报道和实施。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法用于实现气体体积校准装置在生产装配和校准时的高精度、低误差。
解决其技术问题所采用的技术方案是一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，包括如下步骤：
步骤一：通过温控设备控制实验室内温度和湿度，当在时间周期T内保持恒定后，进行记录；
步骤二：对测量精度在0.1g以上，测量范围在5kg以上的电子天平使用可追溯的质量块，在检定后的大理石平台上进行校准并记录，操作前保持电子天平水平；
步骤三：将肺功能仪气体体积校准装置中的拉杆把手安装在拉杆的一端，拉杆把手的另一端安装上活塞，并将活塞塞入主腔体中并在主腔体上安装后盖，再将拉杆把手拉至主腔体的尾端与后盖相抵；
步骤四：将肺功能仪气体体积校准装置固定在工装一上，并使拉杆把手与主腔体外边缘与工装内表面完全贴合。
步骤五：将安装好的肺功能仪气体体积校准装置与工装一一同摆放在位于大理石平台上的电子天平上称重并去皮；
步骤六：将蒸馏水注入到主腔体中，直至电子天平的示值达到目标值，记录；
步骤七：称重结束后，将肺功能仪气体体积校准装置的前盖安装在主腔体上，并且在前盖与主腔体的连接处贴上水分检测试纸；
步骤八：将工装一连同肺功能仪气体体积校准装置一起固定在工装二上，并静置1分钟以上；
步骤九：工装二上的电机得电，使得拉杆把手带动活塞匀速的推进主腔体，直至水分检测试纸变色，电机断电，记录；
步骤十：计算、验证后，将肺功能仪气体体积校准装置从工装一上取下，并在拉杆把手的贴合后盖处安装上定位锁紧装置。
作为优选，所述肺功能仪气体体积校准装置包括拉杆把手、定位锁紧装置、后盖、拉杆、活塞、主腔体和前盖，所述拉杆把手安装在活塞上，所述活塞设在主腔体内，所述主腔体的后端安装有后盖，所述主腔体的前端安装有前盖，所述后盖上设有后盖通孔，所述前盖上设有前盖通孔，所述拉杆上设有定位锁紧装置。
作为优选，所述工装一包括底座和主腔体固定板，所述主腔体固定板安装在底座上，还包括角钢加强筋，所述角钢加强筋分别与主腔体固定板和底座连接。
作为优选，所述工装二包括操作台，电机、顶杆、固定架和压杆，所述固定架安装在操作台上，所述固定架上设有压杆，所述顶杆与电机联动，所述顶杆穿过操作台且位于压杆的下方。
本发明的肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法具有以下优点：使肺功能仪气体体积校准装置国产化，填补国内校准方法的空白，实现国内即可进行校准的目的；采用这样的生产工艺和校准方法，理论上肺功能仪气体体积校准装置的精度可以保证至少在±1.5ml以内，远高于国外同类产品的精度；采用蒸馏水（即纯水）作为参考物，提升了校准精度，避免了累积误差；采用这样的生产工艺和校准方法，在设计之初就通过巧妙的构造消除了部分系统误差；只需控制作业环境，操作简单、易于实现；对作业人员的专业水平要求低；测试成本低。
附图说明
图1 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置的结构示意图。
图2 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置的主腔体的装配示意图。
图3 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置的拉杆的结构示意图。
图4 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置的前盖的结构示意图。
图5 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置的后盖的结构示意图。
图6 是本发明的工装一的结构示意图。
图7 是本发明的肺功能仪气体体积校准装置与工装一的装配示意图。
图8 是本发明的工装二的结构示意图。
图9 是本发明的工装一与工装二的装配示意图。
附图说明：1、拉杆把手，2、定位锁紧装置，3、后盖，31、后盖通孔，4、拉杆，5、活塞，6、主腔体，7、前盖，71、前盖通孔，8、底座，9、主腔体固定板，10、角钢加强筋，11、操作台，12、电机，13、顶杆，14、固定架，15、压杆。
具体实施方式
如图所示，一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，包括如下步骤：
步骤一：通过温控设备控制实验室内温度和湿度，当在时间周期T内保持恒定后，进行记录；
步骤二：对测量精度在0.1g以上，测量范围在5kg以上的电子天平使用可追溯的质量块，在检定后的大理石平台上进行校准并记录，操作前保持电子天平水平；
步骤三：将肺功能仪气体体积校准装置中的拉杆把手（1）安装在拉杆的一端，拉杆把手（1）的另一端安装上活塞（5），并将活塞（5）塞入主腔体中并在主腔体（6）上安装后盖（3），再将拉杆把手（1）拉至主腔体（6）的尾端与后盖（3）相抵；
步骤四：将肺功能仪气体体积校准装置固定在工装一上，并使拉杆把手（1）与主腔体（6）外边缘与工装内表面完全贴合。
步骤五：将安装好的肺功能仪气体体积校准装置与工装一一同摆放在位于大理石平台上的电子天平上称重并去皮；
步骤六：将蒸馏水注入到主腔体中，直至电子天平的示值达到目标值，记录；
步骤七：称重结束后，将肺功能仪气体体积校准装置的前盖（7）安装在主腔体（6）上，并且在前盖（7）与主腔体（6）的连接处贴上水分检测试纸；
步骤八：将工装一连同肺功能仪气体体积校准装置一起固定在工装二上，并静置1分钟以上；
步骤九：工装二上的电机得电，使得拉杆把手（1）带动活塞（5）匀速的推进主腔体（6），直至水分检测试纸变色，电机断电，记录；
步骤十：计算、验证后，将肺功能仪气体体积校准装置从工装一上取下，并在拉杆把手（1）的贴合后盖（3）处安装上定位锁紧装置（2）。
所述肺功能仪气体体积校准装置包括拉杆把手1、定位锁紧装置2、后盖3、拉杆4、活塞5、主腔体6和前盖7，所述拉杆把手1安装在活塞5上，所述活塞5设在主腔体6内，所述主腔体6的后端安装有后盖3，所述主腔体6的前端安装有前盖7，所述后盖3上设有后盖通孔31，所述前盖7上设有前盖通孔71，所述拉杆4上设有定位锁紧装置2。
所述工装一包括底座8和主腔体固定板9，所述主腔体固定板9安装在底座8上，还包括角钢加强筋10，所述角钢加强筋10分别与主腔体固定板9和底座8连接。
所述工装二包括操作台11，电机12、顶杆13、固定架14和压杆15，所述固定架14安装在操作台11上，所述固定架14上设有压杆15，所述顶杆13与电机12联动，所述顶杆13穿过操作台11且位于压杆15的下方。
在具体实施时，其生产和校准误差设为δ，其包含系统误差f（x）和随机误差f（y），即δ=f（x）+ f（y）
系统误差设为f（x），主要考虑电子天平的固有误差C（在一个检定周期内，C是一个常量）、推进过程的水抖动、大理石平台的平整度和工装1的倾斜角度。推进过程的水抖动可以通过慢速电机和变速齿轮控制为最低（且水表面在腔体内部时呈凹型），因此可以忽略不计；大理石平台的平整度和工装1的倾斜角度，只要知道它的倾斜方向（测量后），将水分检测试纸放置于相对于水平角度的较高端即可忽略其误差，因为水面（倾斜角度和表面张力的共同作用）将在填满其他区域后的最后时间接触到水分检测试纸。因此f（x）=C
随机误差设为f（y），主要考虑延迟时间，延迟时间导致被排出更多的蒸馏水使精度达不到要求，设被多排出的体积为V1。V1由人体反应的延迟时间t1、试纸反应延迟时间t2、拉杆行进速度v和前盖通孔的横截面积S构成，具体公式为V1=S×v×（t1+t2）。因此f（y）= V1。
所以其生产和校准误差δ=f（x）+f（y）=C/ρ+ V1（ρ为特定的大气压力、温湿度环境下的蒸馏水密度）。
在理论上，电子天平的固有误差C≤0.1g（现在的科技水平达到0.1g的测量误差是很容易实现的，实际应用中采用测量误差为1g的电子天平相对于国外给定的误差范围来说也是可行的。）；蒸馏水密度ρ在0℃~100℃的环境下（一般情况下实验室温度会控制在20℃左右，），密度（单位：kg/m3）区间在[958.345，999.972]内；C/ρ（单位：ml）的区间在[0.10003,0.104347]内，取最大值，C/ρ≤0.104347ml；人体反应的延迟时间t1一般为0.2~0.4s，向上取整t1≤1s；试纸反应延迟时间t2≤1s（正常情况）；前盖通孔的横截面积S≤12.56637cm2（必须的，前盖通孔直径R＜2cm）；当拉杆行进速度v足够小时，一般达到0.05cm/s的速度是可行的，甚至可以达到更低的速度；多排出的体积V1= S×v×（t1+t2）≤1.256637ml；
所以其生产和校准误差δ=f（x）+f（y）=C/ρ+ V1=1.360984ml，向上取整δ≤1.5ml。
同时各部件若满足以下技术要求，则精度会更好：
主腔体：内壁光滑，平行、圆柱形；表面硬度高的材料；两头采用外螺纹；前盖：有通孔，采用内螺纹，能与主腔体连接；表面硬度高的材料；后盖：有通孔（若干个），采用内螺纹，能与主腔体连接；表面硬度高的材料；其中拉杆通孔外表面采用高硬度材料，通孔内部采用耐磨材料（目的：防止碰撞损坏、防止形变引起的误差、易于推拉、无噪音）；拉杆把手：利于操作，无特殊要求；定位锁紧装置：采用高硬度材料（目的：防止碰撞损坏、防止形变引起的误差）；拉杆：无特殊要求；考虑高分子合成材料；活塞：主体采用高硬度材料，另加橡胶圈起到减少摩擦、噪音和密封的作用；工装：方案1，两个直立的挡板带有经计量的刻度，采用等腰直角三角形的方法定位垂直；两个直立挡板可以左右移动，用于调节、安装和固定设备；底端外表面与内表面平整（必要时检定）；底部面积足够大。
以上所述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，其特征在于，一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法；
所述一种肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法包括：
步骤一，通过温控设备控制实验室内温度和湿度，当在时间周期T内保持恒定后，进行记录；
步骤二，对测量精度在0.1g以上，测量范围在5kg以上的电子天平使用可追溯的质量块，在检定后的大理石平台上进行校准并记录，操作前保持电子天平水平；
步骤三，将肺功能仪气体体积校准装置中的拉杆把手安装在拉杆的一端，拉杆把手的另一端安装上活塞，并将活塞塞入主腔体中并在主腔体上安装后盖，再将拉杆把手拉至主腔体的尾端与后盖相抵；
步骤四，将肺功能仪气体体积校准装置固定在工装一上，并使拉杆把手与主腔体外边缘与工装内表面完全贴合。
步骤五，将安装好的肺功能仪气体体积校准装置与工装一一同摆放在位于大理石平台上的电子天平上称重并去皮；
步骤六，将蒸馏水注入到主腔体中，直至电子天平的示值达到目标值，记录；
步骤七，称重结束后，将肺功能仪气体体积校准装置的前盖安装在主腔体上，并且在前盖与主腔体的连接处贴上水分检测试纸；
步骤八，将工装一连同肺功能仪气体体积校准装置一起固定在工装二上，并静置1分钟以上；
步骤九，工装二上的电机得电，使得拉杆把手带动活塞匀速的推进主腔体，直至水分检测试纸变色，电机断电，记录；
步骤十，计算、验证后，将肺功能仪气体体积校准装置从工装一上取下，并在拉杆把手的贴合后盖处安装上定位锁紧装置。
2.根据权利要求1所述的肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，其特征在于：所述肺功能仪气体体积校准装置包括拉杆把手(1)、定位锁紧装置(2)、后盖(3)、拉杆(4)、活塞(5)、主腔体(6)和前盖(7)，所述拉杆把手(1)安装在活塞(5)上，所述活塞(5)设在主腔体(6)内，所述主腔体(6)的后端安装有后盖(3)，所述主腔体(6)的前端安装有前盖(7)，所述后盖(3)上设有后盖通孔(31)，所述前盖(7)上设有前盖通孔(71)，所述拉杆(4)上设有定位锁紧装置(2)。
3.根据权利要求1所述的肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，其特征在于：所述工装一包括底座(8)和主腔体固定板(9)，所述主腔体固定板(9)安装在底座(8)上，还包括角钢加强筋(10)，所述角钢加强筋(10)分别与主腔体固定板(9)和底座(8)连接。
4.根据权利要求1所述的肺功能仪气体体积校准装置的生产和校准方法，其特征在于：所述工装二包括操作台(11)，电机(12)、顶杆(13)、固定架(14)和压杆(15)，所述固定架(14)安装在操作台(11)上，所述固定架(14)上设有压杆(15)，所述顶杆(13)与电机(12)联动，所述顶杆(13)穿过操作台(11)且位于压杆(15)的下方。
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