CN1340151A - 用于低流速的液滴计数器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用来测量超过0.05ml的液体流量的低流量计量器件,该器件包括:一个第一腔室(12),带有一个进口(14)、和一个与一个第二腔室(17)流体连通的出口(16),第一腔室(12)包含一个产生层流(24)的元件(22),并且第一腔室的出口(16)提供有一个液滴产生器(19),该液滴产生器引导到第二腔室(17),并且定尺寸以释放一系列液滴(18),液滴的每一个在其自己的重量下从液滴产生器小孔中的液体形成和分离;一根溢流导管(21),在第一腔室(12)的一个上部区域与第二腔室(17)的一个下部区域之间延伸,以便使两个腔室(12、17)之间的气体压力相等;电子装置(28),定位在液滴产生器(19)下面的第二腔室(17)中,用来计数从其出去的每个液滴(18)的通过;及一个信息处理单元(32),连接到电子装置(28)上,用来接收和记录从由总流量(36)、开始时间(38)、每单位时间的流量(34)、液体的导电率(42)、过去的时间(40)及其组合组成的组选择的信息。

Description

用于低流速的液滴计数器

本发明涉及液体计量。更具体地说，本发明提供一种能够记录非常低的流动的器件，该器件在实验室中和医疗用途中特别有用，包括静脉输液、血液流动控制和尿排出量测量。

用于液体的流量计具有多种重要用途，如供给在医疗用途、研究、工业及农业工作中的信息。已知类型的流量计包括圆盘容积式、凸轮转子式、孔流阻塞式、锥形管转子流量计、涡轮式、及磁型。在流量计发展中的技术状态，由当前的美国专利表示，其中No.5,571,964和No.5,581,026授予Sawada等，而No.5,698,793授予Carmichael。常规类型的流量计对于低速流动变得不可靠，并且对于可能间断的非常低速流动，得到无意义的结果。而在象例如测量某些危急住院病人的尿排出量之类的用途中，有对这样的测量的需要。

在许多医院中，通常通过让护士或服务人员检查放在病人床下的透明刻度收集袋按小时确定平均尿流。在特护部中，这样的人员可能由更紧急的任务分心，而忽略进行这样的测量。该方法由于可变通的收集袋是高成本的、不可靠的，也是不准确的。

已经提出了多种专用器件。在专利公开中的是用于降雨测量的器件、和或者打算用于尿流测量或能适用于该目的的量仪。

Dye等在美国专利No.3,859,854中公开了一种用来测量液体排出的设备，该设备包括一个包括一个壁的容器、一个杯形盘、及在盘下面的一个腔室。液体累积在一个舱室中，并且测量液体的高度。

Wurster在美国专利No.4,051,431中提出了一种用于尿流的电容式测量。把尿用作电导体和电介质，使用电容导出存在的尿容积。

Nehrbass在美国专利No.4,099,412中提出了使用转子流量计测量尿排出的瞬时流速。

在美国专利No.4,484,582中，Rottenberg公开了一种用来测量电解液的流动的系统，其中一对电极用圆柱形流动单元的表面冲洗。跨过电极施加一个单极脉冲系列，以实现与流速成反比的单元阻抗。

Jespersen在美国专利No.4,343,316中描述了光学传感器装置，以操作描述的一个下部和上部阀。测量容积的间断排出用来指示尿流速。

Parrish在美国专利No.4,448,207中公开了一种在他描述的测量系统中的超声波收发机。该收发机布置成周期地测量尿柱高度液位。

LeVeen在美国专利No.4,532,936中描述了一种基于光学传感器的仪器。一个蠕动泵用来以已知速率放空测量柱。

Carter等在美国专利No.4,554,687中公开了一种在描述的漏斗形器件中的压力传感器。一个压力换能器响应从尿累积生成的空气压力产生一个电气信号。他进一步在美国专利No.4,683,748中详细说明了使用密封空气柱的第二变化。

一个打算用于小液体体积流动测量的器件由Prestele公开在美国专利No.4,559,831中。他把经一个也向其中供给气泡的小直径管引导液体。通过测量气泡的前进，能推出流体流速。

Westphal等在美国专利No.5,769,087中建议一种在描述的设备中称重收集的尿的力换能器。

Nelson在美国专利4,520,667和4,827,766中提出通过电子液滴计数测量降雨的器件。后一专利公开了一种部分液体浸入的通气管。

大多数流动测量系统测量某一相关参数以推出流速。然而，当在测量参数与流速之间的关系不恒定时，引入误差。这样的关系常常由温度变化、和由流体密度和粘度的变化影响。没有几个先有技术的系统能够测量极低的流量，如每小时几滴的流量。

因此本发明的一个目的在于，消除先有技术流量计的缺点，并且提供一种能够记录每小时几滴的流量的设备。

本发明一个另外的目的在于，提供一种满足用来记录插入导管病人的尿排出量、和也用来测量输液速率的要求的流量计。

本发明通过提供一种用来测量超过0.05ml(毫升)的液体流量的低流量计量器件实现以上目的，该器件包括：

a)一个第一腔室，带有一个进口、和一个与一个第二腔室流体连通的出口，所述第一腔室包含一个产生层流的元件，并且所述第一腔室的所述出口提供有一个液滴产生器，该液滴产生器引导到所述第二腔室，并且定尺寸以释放一系列液滴，所述液滴的每一个在其自己的重量下从液滴产生器小孔中的液体形成和分离；

b)一根溢流导管，在所述第一腔室的一个上部区域与所述第二腔室的一个下部区域之间延伸，以便使所述两个腔室之间的气体压力相等；

c)电子装置，定位在所述液滴产生器下面的所述第二腔室中，用来计数从其出去的每个液滴的通过；及

d)一个信息处理单元，连接到所述电子装置上，用来接收和记录从由总流量、开始时间、每单位时间的流量、液体的导电率、过去的时间及其组合组成的组选择的信息。

在本发明的一个最佳实施例中，提供有一种低流量计量器件，其中所述电子装置包括以一个在一个上方的隔开关系定位在液滴发生器的小孔下面的一对电极。

在本发明的一个最佳实施例中，提供有一种低流量计量器件，其中产生层流的元件是一个模压塑料迷宫。

下文将描述本发明的另外实施例。

在美国专利No.4,827,766中，描述和申请了一种雨量计，其中液滴产生器包括一个非常小直径的过滤器。显然，该过滤器在成为堵塞并由此使器件完全失效之前仅起作用一个短时间。

与此不同，在某些实施例中的本发明使用没有尺寸限制的过滤器器件，而在其他实施例中流量由一个迷宫限制。把迷宫用于流量限制同时提供足够大以允许小颗粒通过的流道的技术已经在农业滴灌布管领域中被广泛证明。

而且，与美国专利No.4,827,766不同，在本发明中，在上部腔室中的液体的主要部分直接适用于液滴产生器，如有必要允许快速液滴产生。

将认识到，本发明的新颖器件不限于用于液滴检测的电极的使用。能使用诸如把光束指向一个光电池的光源之类的光学传感器，在测量的液体带色如血液的地方特别适用。在透明液体的情况下，光束从光电池反射开。要不然，每个液滴能由一个电容性接近传感器检测和记录。最近在减小光学和其他传感器的物理尺寸方面已经取得较大进步，使得其在小仪器中的使用成为可能。在最近几年已经改进了压电器件，并且降低了其成本，这样的器件能用来吸收降落液滴的影响，优点是输出电荷的高频响应。

要理解，本发明的新颖器件用来测量流量，即使当流体供给是间断的时也是如此。由于即使单个液滴也由电极或光学装置记录，并且没有对于在一个液滴和下一个之间的时间跨度的限制，所以能可靠地计量非常低的流速。用途包括输液、尿排出量、降雨测量、病人的血液输入或输出、病人喂养液体、及确定在农业中喷灌的结果。

本发明提供用来测量在连续液滴之间的时间间隔的装置，并且由其计算流速。认识到液滴尺寸相对于所述时间间隔可以能变化。提供用来处理液滴尺寸变化的装置，如参照图2a和2b看到的那样。

而且，参照图7描述的本发明的一个实施例，能够识别引起溢流的非常快的流入并且报告这种状态，以及能够报告一个满收集袋，及如果需要致动警报。

参照如下说明图联系某些最佳实施例现在将描述本发明，从而可以更充分地理解它。

借助于现在对于附图的详细具体参考，强调所示的详细资料是仅通过举例和说明本发明最佳实施例的讨论，并且为了提供相信是本发明原理和概念方面的最有用的和最容易理解的描述而呈现。在这方面，没有试图比本发明的基本理解必需的更详细地表示本发明的结构细节，借助于附图所作的描述使得熟悉本专业的技术人员明白，如何在实际中实施本发明的几种形式。

在附图中：

图1是根据本发明的计量器件的一个最佳实施例的示意视图；

图2a是其部分可处理的实施例的示意视图；

图2b是在液滴尺寸与液滴之间的时间的关系的表示；

图3是包括一个流量调节器和一个迷宫液滴产生器的一个实施例的部分的示意视图；

图4是包括一个进给储罐的实施例的部分的示意视图；

图5是包括一个收集袋的实施例的部分的示意视图；

图6是包括一个中央监视器的系统的方块图；

图7是另外一个最佳实施例剖视图；及

图8是在图7中看到的液滴产生器的细节。

在图1中看到一个低流量计量器件10。能检测的流量范围典型地从每小时约0.05ml，即约一个液滴，到高达约6升。

一个第一腔室12带有一个进口14、和一个与一个第二腔室17处于流体连通的出口16。最好出口小孔16的直径小于进口14的直径。出口小孔16的直径便利地在约3与6mm之间，因为这样一种尺寸适用于当具有类似于水的粘度的液体20从中通过时形成液滴18。然而，出口16对于处理诸如油之类的较粘流体较大。

第一腔室12包含一个产生层流的元件，该元件在本实施例中包括一种由一个丝网元件22支撑的多孔物质24。适当地，多孔物质24是一个纤维垫。粒状颗粒26，例如沙子，可以单独地使用，或者结合所示的垫24使用。

第一腔室12的出口16起引导到一个下部第二腔室17的液滴产生器的作用。定出口16的尺寸，以释放一系列液滴18，每个液滴18在其自己的重量下从液滴产生器小孔19中的液体形成和分离。

一根溢流导管21在第一腔室12的上部区域与第二腔室17的下部分区域之间延伸。导管21的功能之一是使在两个腔室12、17之间气体压力相等。

导管21也防止在意外快进口流量的情况下上部区域的泛滥。

电极28在出口小孔16下面以一个在一个上的隔开关系定位在第二腔室17中。这种布置允许器件10的操作，即使稍微离开竖直轴线安装也是如此。电极28计数和计时通过和接触电极28的每个液滴18的通过。在本实施例中，一个电压施加在电极28之间，并且记录生成的电流。电流当没有液滴在电极28之间存在时实际上为零，但当一个液滴18接触和桥接电极28时流动。

如果感兴趣流体导电率，则记录电流值。如果这不需要，则只作为脉冲记录电流，该脉冲被电子地计数。液滴计数由一个电子连接到电极28上用来接收和记录信息的信息处理单元30进行。

表示在显示器32上的信息包括每单位时间的流量34。另外，显示器表示总流量36、开始时间38、及过去时间40。

在本实施例中，也表示在电极之间通过的流体导电率42。导电率是在液体20中存在的物质的指示，该指示例如对于尿可能医务人员有兴趣。

参照图的其余部分，类似的标号用来标识类似部分。

现在参照图2a，看到对于医疗目的特别有用的低流量计量器件44。

上部腔室42、下部腔室46和电极48是自包含可处理单元50的部分。电气连接装置，如插座52和插头54，提供对于信息处理单元56的连接。当前医院实践是越来越广泛地使用可处理物品，因为与消毒和重新使用有关的成本和危险较高，并且消毒过程主要用于高成本金属物品。

在本实施例44中，测量精度通过液滴尺寸校正机构58的添加而提高。液滴尺寸作为前个液滴分离之后的时间的非线性函数而变化。这种关系表明在图2b中，并且这种关系存储在包括在机构58中的一张电子查阅表中。信息处理单元56接收关于液滴释放的计时的信息，并且包括一个基于这种关系的校正机构，该机构电子调节报告的输出流量60和校正之后的体积62。

图3表明类似于在图1中看到的一种低流量计量器件64的部分。

在本实施例中，产生层流的元件是一个模压塑料迷宫66，迷宫66减慢液体流动，同时保持阻止由在迷宫通道尺寸下的固体颗粒的堵塞。

在图4中看到的是，一个一般类似于在图1中看到的低流量计量器件68。

一个存储袋70定位在一个液体源72与液滴产生器16、24、26之间。袋70起在间断快速输入源72与经输出小孔16的缓慢连续排放之间的缓冲器的作用。对于尿监视，一个高达400ml的袋通常是适当的。

下面参照图5，描绘低流量计量器件74的一部分，器件74进一步包括一个定位成接收在其通过电极28之间之后的液滴的校准收集袋76。收集袋76带有刻度78，并因此提供对由在图1中看到的显示器32的电子记录的信息的有用检查。在本实施例中，袋76具有1.5升容量，带有一个透明前部80、和一个白色不透明的背部82，便于观察其中收集的液体20。

图6表示一个低流量计量器件84，器件84进一步包括用来从处理单元86向中央监视器88通信信息的装置。处理单元86是一个微处理器，它包括一个时钟和一个算术逻辑单元的，并且也可以包括参照图2a和2b描述的液滴尺寸校正机构58。电极28从一个电源90接收电压。进行来自一个电极28的电流测量，并且在接口92中转换成数字形式。信息由电缆94发送，如在本实施例中所示，或者由红外信号发送。中央监视器88在特护病房中具有特别的价值，其中一个护士负责多个病人的监护。中央监视器88连接到一个警报器96上，警报器96由需要护理人员的立即动作的数据读数触发。另外一个连接到微处理器86上的警报器97提供在其中进行流量测量的场合。

图7表示带有三个流动路径的低流量计量器件100的一个实施例。

一条第一路径在一个过滤器元件108的上表面处开始，从进口102接收超低流量。过滤器元件108带有多孔外壁110，其目的由第二流动路径的描述成为过滤器显然的。第三流动路径指高于设计范围的流动。

第一流动路径引导到过滤器元件下表面112，进入一个过滤器支撑杯114。流动路径继续通过在杯114的基座处的下部孔径117。流过该路径的液滴其次向下走过一根竖直管116的外表面，并且从此处进入液滴产生器104。管的外表面便利地提供有一个槽118，便于液滴的下降。

管116用作三个另外的目的：

a)它使在腔室上部120与下部122之间的气体压力相等，这有助于得到一致的读数；

b)它支撑过滤器杯114；及

c)它通过在器件经受不打算的快速流动的情况下用作溢流管防止上部腔室120的泛滥。

第二流动路径从上表面106引导到过滤器元件108，经过所述元件的一部分，及经过滤器元件多孔壁110出去。通过壁110的排出发生，因为故意使过滤器元件108具有有限的通流能力。第二流动路径继续进入上部腔室120，并且进入液滴发生器104。

第三流动路径是指过载状态。如果输入是如此之快，以致于上部腔室120几乎充满，则多余部分在管116内出下排出。然而引导多余流体通过电极28，电极28检测到异常长的液体接触，并且报告溢流和/或使一个警报器发声。

出口140能连接到一个收集袋76上，见图5。如果收集袋是满的，并且由于服务人员还没有用空袋替换满的袋，则腔室122下部的一部分将溢出。电极28记录流体连续供给的存在，并且致动一个警报器96，见图6。然而，由于空气捕获在进入壳体出口140的流体与液滴发生器104之间，所以防止液滴发生器104的泛滥。因此，在收集袋76换成空袋之后，将立即进行流量测量而没有显著误差。

腔室的上部120提供有一个通气口123。

在图8中详细看到的是包括三个叠置元件122、124、和126的液滴产生器104。

一个上部进口漏斗127从参照图7描述的一个或两个流动路径接收流体，并且把液体引向中间截面128进入迷宫进口124。迷宫130允许低流量正常地通过，但减慢太快不能直接转换成分开的液滴的流动。迷宫出口132布置成把流体通到下部截面126。一个滴下方向销状元件134从出口小孔136的中心向下延伸。形成在销134上液滴当其尺寸和重量足以克服流体的表面张力时落下。液滴138落下接触电极28，并且然后经腔室出口140排出。

最好出口小孔136的下部截面126的外壁142由诸如氟化乙烯丙烯共聚物之类的疏水材料制成。这防止液滴138回溯外壁142。

然而出口小孔136的下部截面126的内衬层144和迷宫的内部部分最好由亲水材料制成，例如由聚醚砜制成。由此使流体流动容易，释放捕获的气泡，及销134以有序方式接收流体。

尽管没有表示，根据本发明的多液滴产生器，能并行地布置成监视大流量。

尽管在图中没有表示，如果需要，则也能为腔室的一个或多个提供通风装置。

对于熟悉本专业的技术人员显然，本发明不限于以上说明性实施例的细节，并且本发明可以以其他特定方式实施而不脱离其精神或基本属性。当前实施例因此在所有方面要认为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由附属权利要求书指示，而不是由以上描述指示，并且进入权利要求书等效意义和范围内的所有变化因此打算包括在其中。

Claims (16)

1.一种用来测量超过0.05ml的液体流量的低流量计量器件，包括：

a)一个第一腔室，带有一个进口、和一个与一个第二腔室流体连通的出口，所述第一腔室包含一个产生层流的元件，并且所述第一腔室的所述出口提供有一个液滴产生器，该液滴产生器引导到所述第二腔室，并且定尺寸以释放一系列液滴，所述液滴的每一个在其自己的重量下从液滴产生器小孔中的液体形成和分离；

b)一根溢流导管，在所述第一腔室的一个上部区域与所述第二腔室的一个下部区域之间延伸，以便使所述两个腔室之间的气体压力相等；

c)电子装置，定位在所述液滴产生器下面的所述第二腔室中，用来计数从其出去的每个液滴的通过；及

d)一个信息处理单元，连接到所述电子装置上，用来接收和记录从由总流量、开始时间、每单位时间的流量、液体的导电率、过去的时间及其组合组成的组选择的信息。

2.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中所述液滴产生器小孔的内径在约3与6mm之间。

3.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中所述电子装置包括以一个在一个上方的隔开关系定位在所述液滴发生器的所述小孔下面的一对电极。

4.根据权利要求3所述的低流量计量器件，其中所述第一腔室、所述第二腔室、所述液滴发生器和所述电极是一个带有用来连接到所述信息处理单元上的电气连接装置的自包含可处理单元的部分。

5.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中所述液滴产生器提供有一个从其出口小孔中心向下延伸的滴下方向销形元件。

6.根据权利要求5所述的低流量计量器件，其中所述液滴产生器包括一个进口漏斗、一个中间迷宫截面，其中一个迷宫进口能从所述漏斗接收液体，并且一个迷宫出口布置成把所述液体引向从所述出口小孔向下延伸的所述销形元件。

7.根据权利要求5所述的低流量计量器件，其中所述出口小孔的外表面由一种疏水材料制成。

8.根据权利要求7所述的低流量计量器件，其中所述材料是氟化乙烯丙烯共聚物。

9.根据权利要求5所述的低流量计量器件，其中所述迷宫的内部部分和所述出口小孔的内表面衬有一种亲水材料。

10.根据权利要求9所述的低流量计量器件，其中所述材料是聚醚砜。

11.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中产生层流的所述元件是一种由一个丝网元件支撑的多孔物质。

12.根据权利要求11所述的低流量计量器件，其中所述多孔物质从由纤维垫、粒状材料和其组合组成的组选择。

13.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中产生层流的所述元件是一个模压塑料迷宫。

14.根据权利要求1所述的低流量计量器件，其中一条用于液体的第一路径从所述第一腔室进口至所述液滴产生器为超低流量提供，而一个第二路径为正常流量提供；

所述第一路径在提供有多孔外壁的过滤器元件的上表面处开始，引导到过滤器元件下表面，进入一个过滤器支撑杯，经在所述杯的底部处的一个孔径，向下通过所述溢流导管的外表面，及进入液滴产生器；及

所述第二路径在所述过滤器元件的所述上表面处开始，穿过所述多孔外壁，经所述第一腔室，及进入所述液滴产生器。

15.根据权利要求1所述的低流量计量器件，进一步包括定位成接收在通过定位在所述第二腔室中的所述电子装置之后的所述液滴的校准收集袋。

16.根据权利要求1所述的低流量计量器件，进一步包括用来从所述信息处理单元至一个中央监视器通信信息的装置。

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