CN113932865A - 一种智能流量测试装置及流量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能流量测试装置，包括：悬梁臂称重架，在所述悬梁臂称重架下方沿水平方向均匀间隔设有三个液罐；两个悬梁臂称重传感器，其加载端承托所述悬梁臂称重架。本发明还公开了采用上述智能流量测试装置的流量测试方法，根据力矩平衡原理，通过一个悬梁臂称重架附带3个测试液罐，再采用2个悬梁臂称重传感器支撑该悬梁臂称重架，形成稳定的结构，通过本发明提出的算法，可实时获得三个液罐中液体的流量变化值。该装置几何结构稳定，可以在节省一个悬梁臂称重传感器的情况下实现同时测试3种流体的流量，提高测试精度，整体成本低。

Description

一种智能流量测试装置及流量测试方法

技术领域

本发明涉及连续性体外血液净化过程中液体流量的测量装置，属于医疗器械领域，具体的是用于连续性体外血液循环过程中流量控制的一种智能流量测量装置及流量测量方法。

背景技术

在连续性体外血液净化设备中，废液、置换液、透析液三种液体的流量在治疗过程中一直在变化，因此流量的精确测量，可以及时发现实际流量的变动趋势，通过及时调整蠕动泵的运行参数实现实际流量的调整，以保证流量控制的精准性，提高脱水精度。但管路中的流量不能直接测量，只能用称重的方式间接测量。采用重量法，即将被测流体导入容器内，并对该容器进行实时称重，得出称重随时间变化的曲线，该曲线的斜率即为被测流体的流量值。

目前常用的流量测量方法有：(1)用三个秤分别测试三个流量，此方法能同时精确测量三个流量，但几何位置要求高，也会增加产品的成本；(2)用一个秤加一个扭力传感器，此方法看似简单，但造成了结构不稳定，带来较大的测量噪声，特别当三个液罐中液体的流量不一样，发生液罐架倾斜时，增加了称重传感器的随机误差，因此流量不能精确测量。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种流量测试装置及流量测试方法，旨在解决目前测量方法中，无法同时精确测量多种液体的流量问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能流量测试装置，包括：

悬梁臂称重架，在所述悬梁臂称重架下方沿水平方向均匀间隔设有第一液罐、第二液罐、第三液罐；

第一悬梁臂称重传感器，其加载端承托所述悬梁臂称重架，并设置于所述第一液罐和第二液罐的水平中点上；

第二悬梁臂称重传感器，其加载端承托所述悬梁臂称重架，并设置于所述第二液罐和第三液罐的水平中点上。

作为本发明的进一步改进，还包括固定底座，所述固定底座与所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器的固定端分别固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器实时采集称重信号并传递至计算机。

作为本发明的进一步改进，所述悬梁臂称重架为框架结构，其内部沿水平方向均匀设有三个凹陷部，所述第一液罐、第二液罐、第三液罐分别固定在所述三个凹陷部内。

本发明还提供了一种流量测试方法，采用上述智能流量测试装置实现，该方法包括以下步骤：

通过所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器测得液罐称重量P₁、P₂；

设所述第一液罐、第二液罐、第三液罐中对应实际液体的重量分别为Z₁、Z₂、Z₃；

获取所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器的加载端距离相邻液罐的水平距离为R；

设所述悬梁臂称重架的重心为P₀；

设重心P₀与所述第一悬梁臂称重传感器的加载端的距离为DP₀；

则

(DP₀+R)*Z₁＝(3R-DP₀)*Z₃+(R-DP₀)*Z₂； (2)

Z₁+Z₂+Z₃＝P₁+P₂； (3)

其中，L(t)为被测重量Z₂的理论设定值，δ(t)为测量噪声；

由公式(1)-(4)可得第一液罐、第二液罐、第三液罐的重量随时间变化的曲线Z₁(t)、Z₂(t)、Z₃(t)，通过求曲线的斜率即可获得相应液罐流体的流量。

作为本发明的进一步改进，所述测量噪声符合随机噪声正态分布。

与现有技术相比，本发明一种智能流量测试装置及流量测试方法的有益效果为：

根据力矩平衡原理，通过一个悬梁臂称重架附带3个测试液罐，再采用2个悬梁臂称重传感器支撑该悬梁臂称重架，形成稳定的结构，可以在节省一个悬梁臂称重传感器的情况下实现同时测试3种流体的流量，特别是当受环境噪声、设备晃动等干扰，流量信号波动时，提高测试精确性，整体成本低、实现方便。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的智能流量测试装置的结构示意图；

图2是根据本发明的第一实施例的智能流量测试装置的俯视图；

图3是根据本发明的第二实施例的流量测试方法的抽象力学图。

具体实施方式

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1、图2所示，本实施例智能流量测试装置，包括悬梁臂称重架1，在所述悬梁臂称重架1下方沿水平方向均匀间隔设有第一液罐21、第二液罐22、第三液罐23，为方便计算设定上述3个液罐的形状、质量等均相同。第一悬梁臂称重传感器31，其加载端承托所述悬梁臂称重架1，并设置于所述第一液罐21和第二液罐22的水平中点上；第二悬梁臂称重传感器32，其加载端承托所述悬梁臂称重架1，并设置于所述第二液罐22和第三液罐23的水平中点上。第一悬梁臂称重传感器31、第二悬梁臂称重传感器32的固定端分别固定连接在一个固定底座4上，或采用其他方式固定在某个特定固定装置上。悬梁臂称重传感器一端固定，一端加载，采用钢球传力，上下压头承载或双球头式结构，设有良好的密封结构。受力后自动调心好，安装容易，使用方便，互换性好。典型应用包括地秤，平台秤，料斗秤，吊车秤，飞机称重传统的杠杆系统规模的系统和转换，适用于固体、液体流动秤、人体秤、配料秤、案秤及精细化工配比秤。在本发明中，2个悬梁臂称重传感器共同支撑悬梁臂称重架1，形成稳定的结构，悬梁臂称重传感器的加载端与悬梁臂称重架1的接触位置保持固定。当第一液罐21导入的流体流量大于第三液罐23导入的流体流量时，悬梁臂称重架1向第一液罐21方向发生轻微幅度倾斜，导致整个装置的重心位置向第一液罐21方向移动，由此，第一悬梁臂称重传感器31的称重读数要大于第二悬梁臂称重传感器32，而2个悬梁臂称重传感器的称重读数之和(减去已知的悬梁臂称重架及液罐的质量后)等于3个液罐内液体的总质量。

作为优选方式，所述悬梁臂称重架1为框架结构，其内部沿水平方向均匀设有三个凹陷部，所述第一液罐21、第二液罐22、第三液罐23分别固定在所述三个凹陷部内，节约了整个装置的空间，并可以很好的固定3个待测液罐，使其不易晃动影响测试精度。

第一悬梁臂称重传感器31、第二悬梁臂称重传感器32实时采集称重信号并传递至计算机，并根据相应的算法进行计算，最后得出3个液罐内液体的实时重量，生成不同液罐重量随时间变化的曲线，曲线的斜率即为相应液罐内导入流体的实时流量。

实施例二

如图3所示，本发明还提出了采用上述装置进行流量测试的方法：

通过所述第一悬梁臂称重传感器31、第二悬梁臂称重传感器32测得液罐中液体重量P₁、P₂，即图3中D、E点分别对应第一悬梁臂称重传感器31、第二悬梁臂称重传感器32的加载端；

设所述第一液罐21、第二液罐22、第三液罐23中对应实际液体的重量分别为Z₁、Z₂、Z₃；

获取所述第一悬梁臂称重传感器31、第二悬梁臂称重传感器32的加载端距离相邻液罐的水平距离为R，则两个相邻液罐之间的水平距离为2R；

设所述悬梁臂称重架1的重心为P₀；

设重心P₀与所述第一悬梁臂称重传感器31的加载端的距离为DP₀；

则

上述公式(1)由

得出；

(DP₀+R)*Z₁＝(3R-DP₀)*Z₃+(R-DP₀)*Z₂； (2)

上述公式(2)为关于重心P₀的力矩平衡方程；

Z₁+Z₂+Z₃＝P₁+P₂； (3)

公式(3)即为2个悬梁臂称重传感器的称重读数之和(减去已知的悬梁臂称重架及液罐的质量后)等于3个液罐内液体的总质量。

公式(4)可以计算第二液罐22的重量变化。通常Z₂对应装废液的液罐的重量，L(t)为废液的实时流量，其设定方法如下：医生根据病人的实际需要预设废液的排水流量，除以治疗时间。考虑到受环境干扰、设备晃动等因素，公式(4)加上测量噪声δ(t)，δ(t)为随机噪声服从正态分布，可通过总重量测量噪声求得其噪声的概率分布。

由公式(1)-(4)可得第一液罐21、第二液罐22、第三液罐23的重量随时间变化的曲线Z₁(t)、Z₂(t)、Z₃(t)，通过求曲线的斜率即可获得相应液罐流体的流量。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能流量测试装置，其特征在于，包括：

悬梁臂称重架，在所述悬梁臂称重架下方沿水平方向均匀间隔设有第一液罐、第二液罐、第三液罐；

第一悬梁臂称重传感器，其加载端承托所述悬梁臂称重架，并设置于所述第一液罐和第二液罐的水平中点上；

第二悬梁臂称重传感器，其加载端承托所述悬梁臂称重架，并设置于所述第二液罐和第三液罐的水平中点上。

2.根据权利要求1所述的一种智能流量测试装置，其特征在于，还包括固定底座，所述固定底座与所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器的固定端分别固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能流量测试装置，其特征在于，所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器实时采集称重信号并传递至计算机。

4.根据权利要求1所述的一种智能流量测试装置，其特征在于，所述悬梁臂称重架为框架结构，其内部沿水平方向均匀设有三个凹陷部，所述第一液罐、第二液罐、第三液罐分别固定在所述三个凹陷部内。

5.一种流量测试方法，采用权利要求1-4任一项所述的智能流量测试装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器测得液罐称重量P₁、P₂；

设所述第一液罐、第二液罐、第三液罐中对应实际液体的重量分别为Z₁、Z₂、Z₃；

获取所述第一悬梁臂称重传感器、第二悬梁臂称重传感器的加载端距离相邻液罐的水平距离为R；

设所述悬梁臂称重架的重心为P₀；

设重心P₀与所述第一悬梁臂称重传感器的加载端的距离为DP₀；

则

(DP₀+R)*Z₁＝(3R-DP₀)*Z₃+(R-DP₀)*Z₂； (2)

Z₁+Z₂+Z₃＝P₁+P₂； (3)

其中，L(t)为被测重量Z₂的理论设定值，δ(t)为测量噪声；

由公式(1)-(4)可得第一液罐、第二液罐、第三液罐的重量随时间变化的曲线Z₁(t)、Z₂(t)、Z₃(t)，通过求曲线的斜率即可获得相应液罐流体的流量。

6.根据权利要求5所述的流量测试方法，其特征在于，所述测量噪声符合随机噪声正态分布。

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