CN111811592B - 一种基于电导测量式微小液体流量测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电导测量式微小液体流量测量装置及测量方法，包括桶状结构的装置本体，装置本体包括石墨电极构成的内桶和设置在内桶外的外桶；内桶包括均为圆弧状的正极和负极；正极和负极之间设置有绝缘块；装置本体下部设置有排液口，排液口对应位置设置有电磁阀；装置本体下方设置有进液口；装置本体下部设置有用于测量液体高度的第一红外发送管，上部设置有用于测量液体高度的第二红外发送管；本发明解决了市场现有输液泵/注射泵检测仪测量微小流量时间长、不稳定、制造成本高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及微流量检测技术，具体涉及一种基于电导测量式微小液体流量测量装置及测量方法。
背景技术
临床上微流量输液技术主要应用在医用输液泵、注射泵等治疗设备上，广泛应用在病人营养补给、输血、抗癌剂、抗凝固剂和麻醉剂等药液注入医疗行为上。微流量输液技术能够准确控制输液滴数和流量，保证药物能够匀速、准确、安全地进入病人体内发挥作用，实现高精度、平稳无脉动的液体方式，提高临床给药操作的效率和灵活性，降低护理工作量。医用输液泵、注射泵广泛应用于临床治疗上，设备风险主要来自于仪器本身性能质量风险，对泵体输出流量进行质量控制具有必要性。
现有输液泵/注射泵检测仪测量微小流量存在时间长、不稳定、制造成本高等问题。现有产品微小流量测量耗时太长，不利于医院开展日常输液泵、注射泵的流量质控工作；采用红外对管和微量采样技术测量微流量易受管壁挂水现象造成误测量，从而影响测量精度。采用红外对管和微量采样技术测量微流量精度普遍偏低，市场上存在的同类检测仪器一般大于或等于1％，采用此设计测量精度能达到0.5％。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种通过高精度电导测量方式测量医用注射泵、输液泵等设备输出微流量液体瞬时流量、累计流量的基于电导测量式微小液体流量测量装置及测量方法。
本发明采用的技术方案是：
一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，包括桶状结构的装置本体，装置本体包括石墨电极构成的内桶和设置在内桶外的外桶；内桶包括均为圆弧状的正极和负极；正极和负极之间设置有绝缘块；装置本体下部设置有排液口，排液口对应位置设置有电磁阀；装置本体下方设置有进液口；装置本体下部设置有用于测量液体高度的第一红外发送管，上部设置有用于测量液体高度的第二红外发送管；第一红外发送管对应位置设置有第一红外接收管，第二红外发送管对应位置设置有第二红外接收管；第一红外发送管、第二红外发送管、第一红外接收管、第二红外接收管、位移传感器和电磁阀连接微控制器。
进一步的，所述进液口对应位置设置有温度传感器。
进一步的，所述温度传感器为PT100。
一种基于电导测量式微小液体流量测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：在装置本体内注入电导率为ρ0的标准液体；在正极和负极之间施加交流信号，得到正极和负极之间的U0和I0；
步骤2：计算装置本体内桶横截面积A；
其中：L1为第一红外发送管和第一红外接收管检测到的液面高度；
步骤3：进液口连接被测仪器，第一红外发送管和第一红外接收管检测到液面到达，记录此时液面高度L1，测量此时溶液的电流I1；
步骤4：计算被测液体的电导率：
步骤5：根据公式(1)和公式(3)得到任意液体高度Lx；
其中：Ix为高度为Lx时通过溶液的电流；I1为高度为L1时通过溶液的电流；
步骤6：计算瞬时流量V：
其中：t为单位时间，Ix为高度为Lx时的电流；
步骤7：计算累计时间T内的累计流量V：
其中：I为累计时间内液体高度为L时通过溶液的电流。
进一步的，还包括以下步骤：
根据溶液的实时温度对电导率进行修正。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用高精度电导测量方式测量医用注射泵、输液泵等设备输出设备输出微流量液体瞬时流量、累计流量的方法；解决了市场现有输液泵/注射泵检测仪测量微小流量时间长、不稳定、制造成本高等问题；
(2)本发明提出利用电导物理量转化为流量物理量的测量方式，电导可采用国家标物进行溯源，解决微小流量测量值溯源难的问题；
(3)本发明采用定量液体电导率自动测量方式，同时加入电导率温度修正，对于任意的测量溶液自动准确测量出其电导率，再根据电导率和电导的关系计算微小流量值，无需采用已知电导率的溶液进行测量。
附图说明
图1为本发明装置俯视图。
图2为本发明图1的A-A面剖视图。
图中：1-第二红外接收管，2-第二红外发送管，3-第一红外发送管，4-第一红外接收管， 5-温度传感器，6-进液口，7-电磁阀，8-排液口，9-正极，10-负极，11-绝缘块，12-外桶。
具体实施例
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，包括桶状结构的装置本体，装置本体包括石墨电极构成的内桶和设置在内桶外的外桶12；内桶包括均为圆弧状的正极9和负极10；正极9和负极10之间设置有绝缘块11；装置本体下部设置有排液口8，排液口8对应位置设置有电磁阀7；装置本体下方设置有进液口6；装置本体下部设置有用于测量液体高度的第一红外发送管3，上部设置有用于测量液体高度的第二红外发送管2；第一红外发送管3对应位置设置有第一红外接收管4，第二红外发送管2对应位置设置有第二红外接收管1；第一红外发送管3、第二红外发送管2、第一红外接收管4、第二红外接收管1、位移传感器和电磁阀7连接微控制器。
进液口6对应位置设置有温度传感器5。温度传感器5为PT100。
使用时，将输液泵或者注射泵的液体连接至进液口6，并开启被测仪器。
一种基于电导测量式微小液体流量测量装置的测量方法，包括以下步骤：
本发明中的正极9和负极和其中的溶液构成一个电导池，在电极两侧施加交流信号，并通过交流信号U和通过溶液的电流I进行测量。根据欧姆定律溶液的电阻计算公式为：
其中：ρ为电阻率，I为导体的长度，A为导体的横截面积，溶液中电导G为电阻的倒数。
又因为：
由于A为不规则形状所以难以计算其值，所以可以使用已知电导率的国家标准溶液进行校准所得。将已知电导率ρ0的标准溶液加入系统管路中。利用第一红外发送管3和第一红外接收管4组成的红外对管进行检测液体高度，液体到高度L1停止加液。通过对此时溶液中施加电压U0和产生的电流I0进行测量，从而得到以下公式(1)。
步骤1：在装置本体内注入电导率为ρ0的标准液体；在正极9和负极10之间施加交流信号，经过微控制器的信号处理得到正极9和负极10之间的U0和I0；
步骤2：计算装置本体内桶横截面积A；
其中：L1为第一红外发送管3和第一红外接收管4检测到的液面高度；
进行测量时，将输液泵或者注射泵的液体连接至进液口6并开启被测仪器，随着液体的增加并到达L1高度时，红外对管3、4检测到液面到达，并传送给微处理器。微处理器测量出此时通过溶液的电流I1，由于高度L1已知，可得到公式(3)。
步骤3：进液口6连接被测仪器，第一红外发送管3和第一红外接收管4检测到液面到达，记录此时液面高度L1，测量此时溶液的电流I1；
步骤4：计算被测液体的电导率：
对于任意高度，溶液的电导率是固定的，施加电压U是固定的，装置横截面积A也是固定的，可推出任意高度的计算方法(4)。
步骤5：根据公式(1)和公式(3)得到任意液体高度Lx；
其中：Ix为高度为Lx时通过溶液的电流；I1为高度为L1时通过溶液的电流；
流量监测仪装置微控制器将单位时间t内管路的液体的高度确定后，则可检测出被测仪器的瞬时流量v。
步骤6：计算瞬时流量V：
其中：t为单位时间，Ix为高度为Lx时的电流；
微控制器通过累计时间T内位移传感器检测到的管路的液体高度L，可计算该段时间内所测得的累计流量。
步骤7：计算累计时间T内的累计流量V：
其中：I为累计时间内液体高度为L时通过溶液的电流。
还包括以下步骤：根据溶液的实时温度对电导率进行修正。
微处理器通过红外对管1、2检测液面的最大高度并通过电磁阀7进行液体的排放。由于溶液电导率受温由于电导率具有很大温度系数(最高达到4％/℃)，因此，设备中集成了温度传感器5，用于对电导率的实时修正。
本发明解决了目前市场现有输液泵/注射泵检测仪测量微小流量时间长、不稳定、制造成本高等问题。利用电导物理量转化为流量物理量的测量方式，电导可采用国家标物进行溯源，解决微小流量测量量值溯源难的问题。采用定量液体电导率自动测量方式，同时加入电导率温度修正，对于任意的测量溶液自动准确测量出其电导率，再根据电导率和电导的关系计算微小流量值，无需采用已知电导率的溶液进行测量。
本发明方法在5mL流量的测量时，可在1秒钟获得瞬时流量值，5秒后测量值达到稳定。
Claims (4)
1.一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，其特征在于，包括桶状结构的装置本体，装置本体包括石墨电极构成的内桶和设置在内桶外的外桶(12)；内桶包括均为圆弧状的正极(9)和负极(10)；正极(9)和负极(10)之间设置有绝缘块(11)；装置本体下部设置有进液口(6)，排液口(8)对应位置设置有电磁阀(7)；装置本体下方设置有进液口(6)；装置本体下部设置有用于测量液体高度的第一红外发送管(3)，上部设置有用于测量液体高度的第二红外发送管(2)；第一红外发送管(3)对应位置设置有第一红外接收管(4)，第二红外发送管(2)对应位置设置有第二红外接收管(1)；第一红外发送管(3)、第二红外发送管(2)、第一红外接收管(4)、第二红外接收管(1)、位移传感器和电磁阀(7)连接微控制器；
微控制器采用的测量方法包括以下步骤：
步骤1：在装置本体内注入电导率为ρ0的标准液体；在正极(9)和负极(10)之间施加交流信号，得到正极(9)和负极(10)之间的U0和I0；
步骤2：计算装置本体内桶横截面积A；
其中：L1为第一红外发送管(3)和第一红外接收管(4)检测到的液面高度；
步骤3：进液口(6)连接被测仪器，第一红外发送管(3)和第一红外接收管(4)检测到液面到达，记录此时液面高度L1，测量此时溶液的电流I1；
步骤4：计算被测液体的电导率：
步骤5：根据公式(1)和公式(3)得到任意液体高度Lx；
其中：Ix为高度为Lx时通过溶液的电流；I1为高度为L1时通过溶液的电流；
步骤6：计算瞬时流量V：
其中：t为单位时间，Ix为高度为Lx时的电流；
步骤7：计算累计时间T内的累计流量V：
其中：I为累计时间内液体高度为L时通过溶液的电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，其特征在于，所述进液口(6)对应位置设置有温度传感器(5)。
3.根据权利要求2所述的一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，其特征在于，所述温度传感器(5)为PT100。
4.根据权利要求1所述的一种基于电导测量式微小液体流量测量装置，其特征在于，所述测量方法还包括以下步骤：
根据溶液的实时温度对电导率进行修正。
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