CN115876287A - 用于热丝式流量传感器的检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于热丝式流量传感器的检测系统及检测方法。热丝式流量传感器包括可拆卸的热敏电阻丝单元，用于热丝式流量传感器的检测系统包括：热敏电阻丝测量模块，实时地测量所述热敏电阻丝单元的参数值；比较模块，将所述热敏电阻丝测量模块测量的所述热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知模块，接收所述比较模块生成的所述比较结果，并且当所述比较结果表明所述热敏电阻丝单元的参数值小于所述预设阈值时，所述通知模块生成更换所述热敏电阻丝单元的提示信息。

Description

用于热丝式流量传感器的检测系统及检测方法

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种流量传感器及具有该流量传感器的呼吸机及麻醉机。

背景技术

随着现代医学的发展，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于治疗睡眠呼吸暂停或其他呼吸紊乱。而流量传感器作为呼吸机气路结构中的一个非常重要的部件，其不仅对呼吸机的报警功能起着决定性作用，同时实时监测病人吸气及呼吸流速和压力，并反馈给呼吸机的控制系统，辅助对病人流速、压力、潮气量等参数进行更准确的控制。

流量传感器属于精密电子检测部件，是呼吸机使用过程中监测气体容量和流量的核心部件。目前，由于呼吸机的厂家不同，呼吸机的结构与原理也存在一定的差异，对应使用的流量传感器也不同。根据其工作原理，可大致分为以下几类：热丝式流量传感器、热膜式流量传感器、超声式流量传感器、测压式流量传感器等。

热丝式流量传感器的基本原理是将一根细的金属丝(在不同的温度下金属丝的电阻不同)放在被测气流中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，当被测气体流过热丝时，将带走热丝的一部分热量，使热丝温度下降，热丝在气体中的散热量与流速有关，散热量导致热丝温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号，经适当的信号变换和处理后测量出气体流量的大小。放置于测量通道中的热丝作为惠斯登电桥的一个桥臂，由运算放热丝式流量传感器的基本原理是将一根细的金属丝(在不同的温度下金属丝的电阻不同)放在被测气流中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，当被测气体流过热丝时，将带走热丝的一部分热量，使热丝温度下降，热丝在气体中的散热量与流速有关，散热量导致热丝温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号，经适当的信号变换和处理后测量出气体流量的大小。放置于测量通道中的热丝作为惠斯登电桥的一个桥臂，由运算放大器差分放大电桥输出的电压信号；运算放大器提供三极管工作所需要的偏置电压，并使运算放大器输出信号能够叠加在三极管的偏置电位上，并被三极管放大给电桥供电。由电桥电路，运算放大器和三极管构成的反馈回路，能够使热线工作于恒温状态下。在接通电源瞬间，热线电阻很快电流加热，并且，其阻值随即升高，使电桥很快达到平衡状态。当流体流过流量计时，由于热交换的原因，热丝的温度、阻抗将发生变化，使桥路失去平衡，根据输出的反馈电压信号即可以测量出流体的流量。单位截面积中，流速越大，电热丝降温越快，那么，电热丝就需要更大的电量维持稳定的温度(180℃)，使热丝保持在180℃所需的能量代表流过传感器并使热丝冷却的气流的流量。

热丝式流量传感器具有高精度的显著优点，因此，作为精密电子检测部件被普遍应用于呼吸机和麻醉机等医疗器械中。然而，由于热丝式流量传感器里的导丝非常细，如果病人的分泌物及冷凝水吸附在流量传感器的铂金丝上，特别是进行雾化治疗后残余的药液也会吸附在流量传感器上，从而造成流量传感器失灵无法正常工作，严重时还会造成铂金丝熔断，流量传感器损毁。

发明内容

鉴于上述情况，提出了用于热丝式流量传感器的检测系统及方法，其能够实时监测热丝式流量传感器的参数，从而通过基于热丝的阻值变化估算热丝寿命，并且在所估算的热丝寿命达到阈值时，生成更换热丝部件的通知。从而能够缓解或解决热丝式流量传感器的热丝易沾染异物，断开，烧毁等问题；并且降低因损坏而更换的成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于热丝式流量传感器的检测系统，所述热丝式流量传感器包括可拆卸的热敏电阻丝单元，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的检测系统包括：热敏电阻丝测量模块，实时地测量所述热敏电阻丝单元的参数值；比较模块，将所述热敏电阻丝测量模块测量的所述热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知模块，接收所述比较模块生成的所述比较结果，并且当所述比较结果表明所述热敏电阻丝单元的参数值小于所述预设阈值时，所述通知模块生成更换所述热敏电阻丝单元的提示信息。

优选地，所述热敏电阻丝单元的参数值包括所述热敏电阻丝的电阻直径。

优选地，所述热敏电阻丝测量模块包括电阻测量单元，所述电阻测量单元采用四线制实时地测量所述热敏电阻丝单元的电阻值。

优选地，从所述热敏电阻丝单元的一端引出第一引线和第二引线，从所述热敏电阻丝单元的另一端引出第三引线和第四引线，所述电阻测量单元包括恒流源、电压测量计，所述恒流源使恒定电流流过所述第一引线、所述热敏电阻丝单元、以及所述第四引线，所述电压测量计连接在所述第二引线与所述第三引线之间以测量所述热敏电阻丝单元上的电压值。

优选地，所述电阻测量单元将所述电压测量计测量的所述热敏电阻丝单元上的电压值除以所述恒定电流的电流值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻值。

优选地，所述热敏电阻丝测量模块基于所述热敏电阻丝单元的电阻值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

优选地，将未经使用的所述热敏电阻丝单元的电阻直径设置为初始电阻直径，并且将所述预设阈值设置为所述初始电阻直径的80％。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于热丝式流量传感器的检测方法，所述热丝式流量传感器包括可拆卸的热敏电阻丝单元，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的检测方法包括：热敏电阻丝测量步骤，实时地测量所述热敏电阻丝单元的参数值；比较步骤，将所述热敏电阻丝测量模块测量的所述热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知步骤，接收所述比较步骤生成的所述比较结果，并且当所述比较结果表明所述热敏电阻丝单元的参数值小于所述预设阈值时，生成更换所述热敏电阻丝单元的提示信息。

优选地，其特征在于，所述热敏电阻丝单元的参数值包括所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

优选地，所述热敏电阻丝测量步骤包括采用四线制实时地测量所述热敏电阻丝单元的电阻值。

优选地，从所述热敏电阻丝单元的一端引出第一引线和第二引线，从所述热敏电阻丝单元的另一端引出第三引线和第四引线，在所述电阻测量步骤中，使恒定电流流过所述第一引线、所述热敏电阻丝单元、以及所述第四引线，并且利用连接在所述第二引线与所述第三引线之间的电压测量计测量所述热敏电阻丝单元上的电压值。

优选地，在所述所述热敏电阻丝测量步骤中，将所述电压测量计测量的所述热敏电阻丝单元上的电压值除以所述恒定电流的电流值，以得到所述热敏电阻丝单元的电阻值。

优选地，在所述热敏电阻丝测量步骤中，基于所述热敏电阻丝单元的电阻值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

优选地，在所述比较步骤中，将未经使用的所述热敏电阻丝单元的电阻直径设置为初始电阻直径，并且将所述预设阈值设置为所述初始电阻直径的80％。

从上述方案中可以看出，通过基于热丝的阻值变化估算热丝寿命，并且在所估算的热丝寿命达到阈值时，生成更换热丝部件的通知。从而能够缓解或解决热丝式流量传感器的热丝易沾染异物，断开，烧毁等问题；并且降低因损坏而更换的成本。具体地，在热丝寿命的估算中，基于热丝阻值的变化估算热丝的寿命：热丝的任何微观尺寸变化都会引起阻值的变化，所以通过阻值变化可以反推剩余寿命，可以通过测试和计算建立一个阻值-寿命关系表，从而能够准确地预测热丝的剩余寿命。此外，新的热丝式流量传感器包括可拆卸式的传感器，将核心易损部分和其他结构体拆分，这样每次更换只需更换核心部分，降低因损坏而更换的成本。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的测量热丝式流量传感器的铂丝电阻的电路示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于热丝式流量传感器的检测系统的框图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于热丝式流量传感器的检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

为使需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的结构示意图。如图1的上部示图所示，当气体沿着箭头方向掠过热敏电阻铂丝102表面时，会带走热量。热丝控制装置里的温度传感器不断的测量热丝温度，然后加热热丝，将其保持在某一固定温度所需的能量，通过测量加热所需的电量，来测量气体的流量。热敏电阻铂丝102的阻值随着气体流速的变化，使电路失去原有的平衡而产生一个不平衡的电流信号，该信号的大小与气体流速有一定的对应关系，从而可以根据气体的导热系数测出气体流速的大小。如图1的下部示图所示，热敏电阻铂丝102包括测量线102-2和温度线102-4，在日常使用中，测量线102-2因经常加热更易于损坏，从而造成流量传感器失灵无法正常工作，严重时还会造成铂金丝熔断，流量传感器损毁。在本申请中，为了降低因损坏而更换的成本，将104所示的核心部分制作为可拆卸的部分，从而将核心易损部分和其他结构体拆分，这样每次更换只需更换核心部分，降低因损坏而更换的成本。

图2示出了根据本发明的一个实施例的测量热丝式流量传感器的铂丝电阻的电路示意图。在本发明中，采用四线制来测量热敏电阻铂丝102的电阻。当然，也可以采用二线制、三线制来测量热敏电阻铂丝102的电阻。然而，由于四线制不仅可以消除引出线电阻的影响，而且还可以消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响，所以优选采用四线制来实现更高精度的测量。如图2中所示，在接线时，电路回路和电压测量回路独立分开接线。具体地，从热敏电阻铂丝102的一端引出第一引线(第一引线的电阻值为RL1)和第二引线(第二引线的电阻值为RL2)，从热敏电阻铂丝102的另一端引出第三引线(第三引线的电阻值为RL3)和第四引线(第四引线的电阻值为RL4)，用于热丝式流量传感器的检测系统的电阻测量单元包括恒流源(未示出)、电压测量计202，恒流源使恒定电流I流过第一引线、热敏电阻铂丝102、以及第四引线，电压测量计202连接在第二引线与第三引线之间以测量热敏电阻铂丝102上的电压值。

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于热丝式流量传感器的检测系统的框图。如图3中所示，用于热丝式流量传感器的检测系统30包括：电压测量单元302，实时地测量热敏电阻丝的电压值；模数转换单元304，将电压测量单元302测量的热敏电阻丝的电压值转换为数字形式；微控制器单元306，接收模数转换单元304提供的数字形式的热敏电阻丝的电压值，并且将该电压值除以给定的恒定电流I，从而得到热敏电阻丝的电阻值，并且因为电阻长度和密度都是不变的，所以可以通过公式R＝ρL/пr²获取热敏电阻丝的电阻直径，计算未经使用的热丝式流量传感器的热敏电阻丝的电阻直径；存储器308，保存微控制器单元306计算出的未经使用的热丝式流量传感器的热敏电阻丝的电阻直径作为初始直径；中央处理器310，在热丝式流量传感器投入使用后，接收微控制器单元306实时计算出的处于使用状态的热丝式流量传感器的热敏电阻丝的电阻直径，并且将该电阻直径与保存在存储器308中的初始直径进行比较，以判定该电阻直径与初始直径之差是否超过预定阈值(例如，计算出的处于使用状态的热丝式流量传感器的热敏电阻丝的电阻直径比初始直径减少了20％)，如果判定该电阻直径与初始直径之差超过预定阈值，则生成更换通知；显示单元312，基于中央处理器310生成的更换通知，以图形界面的方式提醒用户更换流量传感器的核心部件。此外，关于预定阈值，具体为寿命阈值，其可以通过回收坏的流量传感器，用数据统计方式得出。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于热丝式流量传感器的检测方法的流程图。如图4所示，用于热丝式流量传感器的检测方法包括：热敏电阻丝测量步骤402，实时地测量热敏电阻丝单元的参数值；比较步骤404，将热敏电阻丝测量步骤402测量的热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知步骤406，接收比较步骤404生成的比较结果，并且当比较结果表明热敏电阻丝单元的参数值小于预设阈值时，生成更换热敏电阻丝单元的提示信息。

从上述方案中可以看出，根据本发明提出的用于热丝式流量传感器的检测系统和用于热丝式流量传感器的检测方法，通过基于热丝的阻值变化估算热丝寿命，并且在所估算的热丝寿命达到阈值时，生成更换热丝部件的通知。从而能够缓解或解决热丝式流量传感器的热丝易沾染异物，断开，烧毁等问题；并且降低因损坏而更换的成本。具体地，在热丝寿命的估算中，基于热丝阻值的变化估算热丝的寿命：热丝的任何微观尺寸变化都会引起阻值的变化，所以通过阻值变化可以反推剩余寿命，可以通过测试和计算建立一个阻值-寿命关系表，从而能够准确地预测热丝的剩余寿命。此外，新的热丝式流量传感器包括可拆卸式的传感器，将核心易损部分和其他结构体拆分，这样每次更换只需更换核心部分，降低因损坏而更换的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种用于热丝式流量传感器的检测系统，所述热丝式流量传感器包括可拆卸的热敏电阻丝单元，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的检测系统包括：

热敏电阻丝测量模块，实时地测量所述热敏电阻丝单元的参数值；

比较模块，将所述热敏电阻丝测量模块测量的所述热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及

通知模块，接收所述比较模块生成的所述比较结果，并且当所述比较结果表明所述热敏电阻丝单元的参数值小于所述预设阈值时，所述通知模块生成更换所述热敏电阻丝单元的提示信息。

2.根据权利要求1所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，所述热敏电阻丝单元的参数值包括所述热敏电阻丝的电阻直径。

3.根据权利要求1所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，所述热敏电阻丝测量模块包括电阻测量单元，所述电阻测量单元采用四线制实时地测量所述热敏电阻丝单元的电阻值。

4.根据权利要求3所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，从所述热敏电阻丝单元的一端引出第一引线和第二引线，从所述热敏电阻丝单元的另一端引出第三引线和第四引线，所述电阻测量单元包括恒流源、电压测量计，所述恒流源使恒定电流流过所述第一引线、所述热敏电阻丝单元、以及所述第四引线，所述电压测量计连接在所述第二引线与所述第三引线之间以测量所述热敏电阻丝单元上的电压值。

5.根据权利要求4所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，所述电阻测量单元将所述电压测量计测量的所述热敏电阻丝单元上的电压值除以所述恒定电流的电流值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻值。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，所述热敏电阻丝测量模块基于所述热敏电阻丝单元的电阻值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

7.根据权利要求6所述的用于热丝式流量传感器的检测系统，其特征在于，将未经使用的所述热敏电阻丝单元的电阻直径设置为初始电阻直径，并且将所述预设阈值设置为所述初始电阻直径的80％。

8.一种用于热丝式流量传感器的检测方法，所述热丝式流量传感器包括可拆卸的热敏电阻丝单元，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的检测方法包括：

热敏电阻丝测量步骤，实时地测量所述热敏电阻丝单元的参数值；

比较步骤，将所述热敏电阻丝测量模块测量的所述热敏电阻丝单元的参数值与预设阈值进行比较，并生成比较结果；以及

通知步骤，接收所述比较步骤生成的所述比较结果，并且当所述比较结果表明所述热敏电阻丝单元的参数值小于所述预设阈值时，生成更换所述热敏电阻丝单元的提示信息。

9.根据权利要求8所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，所述热敏电阻丝单元的参数值包括所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

10.根据权利要求8所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，所述热敏电阻丝测量步骤包括采用四线制实时地测量所述热敏电阻丝单元的电阻值。

11.根据权利要求9所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，从所述热敏电阻丝单元的一端引出第一引线和第二引线，从所述热敏电阻丝单元的另一端引出第三引线和第四引线，在所述电阻测量步骤中，使恒定电流流过所述第一引线、所述热敏电阻丝单元、以及所述第四引线，并且利用连接在所述第二引线与所述第三引线之间的电压测量计测量所述热敏电阻丝单元上的电压值。

12.根据权利要求11所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，在所述所述热敏电阻丝测量步骤中，将所述电压测量计测量的所述热敏电阻丝单元上的电压值除以所述恒定电流的电流值，以得到所述热敏电阻丝单元的电阻值。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，在所述热敏电阻丝测量步骤中，基于所述热敏电阻丝单元的电阻值，计算所述热敏电阻丝单元的电阻直径。

14.根据权利要求13所述的用于热丝式流量传感器的检测方法，其特征在于，在所述比较步骤中，将未经使用的所述热敏电阻丝单元的电阻直径设置为初始电阻直径，并且将所述预设阈值设置为所述初始电阻直径的80％。

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