CN1986012B - 一种医用流体恒温加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种医用流体恒温加热系统及其控制方法，尤其适用于对流动液体快速、恒温加热。其特征在于：其包括温度传感器、压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器，其中加热容器分为加热区和测温区；温度传感器连接温控电路，控制电磁加热电路的功率；压力传感器、加热区上方的温度传感器检测的信息分别用于判断截流和断流，控制停止加热。本发明利用电磁感应原理通过金属材料加热流体，热效率高，瞬间测温显示，智能变频控制功率，保证不同流量下流体的恒温输出，截流、断流自动停止加热，操作过程完全符合无菌原则，而且电流与人体绝对隔离。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用流体恒温加热系统及其控制方法，尤其适用于对流动液体快速、恒温加热，如前列腺电切、输尿管镜检、经皮肾镜、弹道碎石术中对冲洗液的加温。
背景技术
在医疗科研工作中，经常需要对液体进行加热。如输血时加热，全身热疗时加热输液，体外循环、血液透析、人工肝治疗时加热血液回输；泌尿外科微创手术的冲洗液加热等。由于无菌原则的要求，多将整瓶输液用热水浸泡后使用，存在温度难以控制的问题。
现有技术中，中国专利申请号为99252275.7，发明名称为一种输液加热恒温器。公开了一种使用PTC陶瓷元件的静脉输液加热器，PTC产生的热量经过输液管壁传导到液体。由于输液管壁为热的不良导体，这种方法对于高流量的液体加热效果不理想。
现有技术中，中国专利申请号为00123777.2，发明名称为一种静脉输液的加热系统。公开了一种在紧靠向患者输液前加热静脉输液的医疗用管。它包括一个内带，沿带长有一加热件来加热流经的流体。在管的出入口上的温度传感器传递加热和未加热的温度，提供有调节向流体供热的反馈控制电路。在带中的电流输送线散发热，加热带再加热管中流体。加热控制装置调节传到带中电路输送线的电流。所述带的厚度足以装加热件，并装有另外的温度信号，但是柔性的，使管可以通常方式使用。该发明在使用时，带中的电流输送线存在漏电的危险；使用热敏电阻为温度传感器，存在响应时间长的不足，且带的生产成本较高。
现有技术中，中国专利申请号为91103676.8，发明名称为流体加热设备。公开了一种电源频率电力流体加热器，包括一个无铁芯变压器和一个导电的套筒，准备加热的流体流过该套筒。无铁芯变压器包括：一个与套筒互相电绝缘，但至少部分地缠绕该套筒的一次绕组；一个与一次绕组有磁通链接的二次绕组，二次绕组与一次绕组互相电绝缘，但是与套筒有电连接，使套筒同时受电阻加热和受涡流加热。现有技术中，美国专利第4,471,191号，公开了一种流体加热器，包括有一个无铁芯变压器，一个一次线圈围绕着一个容器，容器的内部由数个金属圆筒体分割成几部分，形成若干通道，准备加热的流体就从这些通道中流过。金属环或螺旋形状的二次线圈位于容器的内部，与圆筒体相间隔开。在使用中，一次线圈在二次线圈或多个二次线圈内感应出一个电压，二次线圈被短路因而由感应电流在其中产生热。金属圆筒体也被感应加热，从二次线圈或多个二次线圈和从圆筒体来的热对流经容器的流体进行加热。由于一次线圈是在容器的外面，因而对流体的加热不起作用；且二次线圈与金属圆筒体同心，一次和二次线圈之间发生磁通量泄漏，所以工作效率不高。以上两种设计，存在流体的通道弯曲不便于消毒的不足。
发明内容
为了克服现有技术使用时，加热效率低、不便于消毒、耗能、存在漏电等的不足，本发明提供一种医用流体恒温加热系统，利用电磁感应原理通过金属材料加热流体，热效率高，瞬间测温显示，智能变频控制功率，保证不同流量下液体的恒温输出，截流、断流自动停止加热，操作过程完全符合无菌原则，而且电流与人体绝对隔离。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：其包括温度传感器、压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器，其中加热容器分为加热区和测温区；温度传感器连接温控电路，控制电磁加热电路的功率；压力传感器、加热区上方的温度传感器检测的信息分别用于判断截流和断流，控制停止加热。
本发明的控制方法，包括下列步骤：
(1)通电，加热系统初始化；
(2)控制器计算设定温度Ta与流出道实测温度的差ΔT0；
(3)如果步骤2检测到的ΔT0大于0，根据设定的功率，输出相应的控制值；
(4)控制器计算容器壁的实测压力与设定压力的差ΔP；
(5)如果步骤4检测到的ΔP大于或等于0，控制器控制停机，回步骤4；如果小于0，进入步骤6；
(6)控制器计算流出道实测温度Tan与设定温度Ta的差ΔTan；
(7)如果步骤6检测到的ΔTan大于设定值a，控制器控制停机，回步骤6；如果ΔTan小于0，回步骤3；如果ΔTan大于或等于0，控制器要求计算加热区金属材料的表面温度变化，进入步骤10；
(8)步骤7的同时，控制器计算实测加热区金属材料的表面温度Tbn与设定温度Tb的差ΔTbn；
(9)如果步骤8检测到的ΔTbn大于或等于设定值b，控制器控制停机，回步骤8；如果ΔTbn小于设定值b，进入步骤10；
(10)控制器计算加热区金属材料的表面温度变化率d；
(11)如果步骤10检测到的d大于1，减小功率，回步骤4；如果d小于1，增加功率，回步骤4。
本发明的有益效果是：自动恒温加热不同流量的流体，断流、截流自动停止加热，无漏电危险，符合无菌原则，而且操作简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明医用流体恒温加热系统实施例1的原理框图；
图2为本发明医用流体恒温加热系统实施例1控制方法的流程方框图；
图3为本发明医用流体恒温加热系统实施例2、4控制方法的流程方框图；
图4为本发明医用流体恒温加热系统实施例3、5控制方法的流程方框图；
图5为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例1轴测图；
图6为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例1A-A断面图；
图7为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例1B-B断面图；
图8为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例1轴测透视图；
图9为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例2轴测图；
图10为本发明医用流体恒温加热系统的加热容器实施例2A-A断面图；
图11为本发明医用流体恒温加热系统工作状态轴测图；
图12为本发明医用流体恒温加热系统实施例2的A-A断面图；
图13为本发明医用流体恒温加热系统实施例2的A-A断面轴测图；
图14为本发明医用流体恒温加热系统实施例3的A-A断面图；
图15为本发明医用流体恒温加热系统实施例3的A-A断面轴测图；
图16为本发明医用流体恒温加热系统实施例4的A-A断面图；
图17为本发明医用流体恒温加热系统实施例4的A-A断面轴测图；
图18为本发明医用流体恒温加热系统实施例5的A-A断面图；
图19为本发明医用流体恒温加热系统实施例5的A-A断面轴测图。
附图中：1.入液管，2.出液管，3.加热区，4.测温区，5.支架，6.金属材料，7.液晶显示屏，8.控制键，9.电源开关，10.顶盖，11.红外线传感器，12.电磁线圈，13.电路材料，14.散热孔，15.红外线传感器，16.压力传感器，17.连接管，18.耐高温底材料。
具体实施例
加热容器实施例1
图5、图6、图7、图8分别给出加热容器的轴测图、A-A断面图、B-B断面图、轴测透视图。
加热容器由金属材料6和容器组成，容器分为加热区3和测温区4，金属材料6位于加热区3内，加热区3连接入液管1，工作时位于压力传感器16下方；测温区4连接出液管2，工作时位于红外线传感器15下方，测温区除测温外，还具有缓冲液体温度变化的功能。容器的外壳为非PVC材料，具有一定的弹性；金属材料6与容器外壳之间有耐高温材料制成的支架5隔开，支架5有一圆孔位于红外线传感器11下方，供测温使用。工作时，金属材料完全被液体浸没，对液体的加热效率高；而且产生的热量被流动的液体带走，表面温度不高避免烫伤。
加热容器实施例2
图9、图10分别给出加热容器的轴测图、A-A断面图。
加热容器由加热区3、测温区4和连接管17组成，加热区3为金属外壳容器，连接入液管1，工作时位于红外线传感器11下方；测温区4为非金属外壳容器，连接出液管2，工作时位于红外线传感器15下方，其除测温外，还具有缓冲液体温度变化的功能。测温区4的外壳为非PVC材料，具有一定的弹性，压力传感器16检测其压力变化，判断是否有截流发生。
医用流体恒温加热系统实施例1
图1、图2分别给出实施例1的原理框图和控制方法的流程方框图。
本发明医用流体恒温加热系统由温度传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。温度传感器用于检测流出液体的温度，温控电路用于控制电磁加热电路功率，保证流出液体的温度不大于设定值。
本发明医用流体恒温加热系统的控制方法是这样的，加热容器注入液体后，首先给加热系统通电，控制器对加热系统进行初始化，然后温度传感器开始测量流出道液体的温度并计算设定温度与实际测量得到的温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果大于，按照温差大小取出设定的控制值，以最大功率开始加热，流出道的温度传感器开始采样。
温度传感器测量流出液体的温度，并计算实际测量得到的温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于a，如果不大于，就继续以最大功率加热，回到对流出液体温度进行采样；如果大于，控制器控制停止加热并报警，回到对流出液体温度进行采样。
医用流体恒温加热系统实施例2
图3给出实施例2控制方法的流程方框图，图12、13分别给出实施例2的A-A断面图和A-A断面轴测图。
本发明医用流体恒温加热系统由温度传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。温度传感器用于检测流出液体的温度、金属材料的表面温度，温控电路控制电磁加热电路功率，保证不同流量下流体的恒温输出，断流、截流时停止加热。
本发明医用流体恒温加热系统的控制方法是这样的，加热容器注入液体后，首先给加热系统通电，控制器对加热系统进行初始化，然后温度传感器开始测量流出道液体的温度并计算设定温度与实际测量得到的温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果大于，按照温差大小取出设定的控制值，以最大功率开始加热，流出道和金属材料上方的温度传感器开始采样。
温度传感器测量流出液体的温度，并计算实际测量得到的温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于a，如果是，控制器控制停止加热并报警，回到对流出液体温度进行采样。如果不大于a就检测温差是否大于0℃，如果不是就继续加热，回到对流出液体温度进行采样；如果是就要求计算金属材料表面的温度变化趋势。
温度传感器测量金属材料表面的温度，计算金属材料实测温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果是，则提示加热区内液体减少(断流)或流速减慢(截流)，控制器控制停止加热并报警。如果小于0℃，并且控制器要求计算金属材料表面的温度变化趋势，控制器读取上一个温差计算水温变化斜率，检测斜率是否大于1，如果是，则提示液体温度升高，流速减慢，就减少输出功率；如果斜率小于1，则提示液体温度下降，流速加快，就加大输出功率。以相应的功率加热，并回到开始对流出道和金属材料表面的温度进行采样。
医用流体恒温加热系统实施例3
图4给出实施例3控制方法的流程方框图，图14、15分别给出实施例3的A-A断面图和A-A断面轴测图。
本发明医用流体恒温加热系统由温度传感器、压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。温度传感器用于检测流出液体的温度、金属材料的表面温度，温控电路控制电磁加热电路功率，保证不同流量下流体的恒温输出，断流时停止加热；压力传感器的信号用于控制电源，保证截流时停止加热。
优选实施例：本发明医用流体恒温加热系统由三个温度传感器、一个压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。一个温度传感器位于加热容器的金属材料上方，两个温度传感器位于出液管，压力传感器位于加热容器加热区外壳的上方。
本发明医用流体恒温加热系统的控制方法是这样的，加热容器注入液体后，首先给加热系统通电，控制器对加热系统进行初始化，然后温度传感器开始测量流出道液体的温度并计算设定温度与实际测量得到的温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果大于，按照温差大小取出设定的控制值，以最大功率开始加热，压力传感器开始采样。
压力传感器测量加热区外壳的压力，计算实际测量压力与设定压力的差，随后检测压力差是否大于0，如果是，则提示截流，控制器控制停止加热并报警，压力传感器重新开始采样。如果小于0，继续加热，流出道和金属材料上方的温度传感器开始采样。
温度传感器测量流出液体的温度，并计算实际测量得到的温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于a，如果是，控制器控制停止加热并报警，回到对流出液体温度进行采样。如果不大于a就检测温差是否大于0℃，如果不是就继续加热，回到对加热容器外壳的压力进行采样；如果是就要求计算金属材料表面的温度变化趋势。
温度传感器测量金属材料表面的温度，计算金属材料实测温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果是，则提示加热区内液体减少(断流)或流速减慢(截流)，控制器控制停止加热并报警。如果小于0℃，并且控制器要求计算金属材料表面的温度变化趋势，控制器读取上一个温差计算水温变化斜率，检测斜率是否大于1，如果是，则提示液体温度升高，流速减慢，就减少输出功率；如果斜率小于1，则提示液体温度下降，流速加快，就加大输出功率。以相应的功率加热，并回到对加热容器外壳的压力进行采样。
医用流体恒温加热系统实施例4
图3给出实施例4控制方法的流程方框图，图16、17分别给出实施例4的A-A断面图和A-A断面轴测图。
本发明医用流体恒温加热系统由温度传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。温度传感器用于检测流出液体的温度、加热区的表面温度，温控电路控制电磁加热电路功率，保证不同流量下流体的恒温输出，断流、截流时停止加热。
本发明医用流体恒温加热系统的控制方法是这样的，加热容器注入液体后，首先给加热系统通电，控制器对加热系统进行初始化，然后温度传感器开始测量流出道液体的温度并计算设定温度与实际测量得到的温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果大于，按照温差大小取出设定的控制值，以最大功率开始加热，流出道和加热区上方的温度传感器开始采样。
温度传感器测量流出液体的温度，并计算实际测量得到的温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于a，如果是，控制器控制停止加热并报警，回到对流出液体温度进行采样。如果不大于a就检测温差是否大于0℃，如果不是就继续加热，回到对流出液体温度进行采样；如果是就要求计算加热区表面的温度变化趋势。
温度传感器测量加热区的表面温度，计算金属材料实测温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果是，则提示加热区内液体减少(断流)或流速减慢(截流)，控制器控制停止加热并报警。如果小于0℃，并且控制器要求计算加热区表面的温度变化趋势，控制器读取上一个温差计算水温变化斜率，检测斜率是否大于1，如果是，则提示液体温度升高，流速减慢，就减少输出功率；如果斜率小于1，则提示液体温度下降，流速加快，就加大输出功率。以相应的功率加热，并回到开始对流出道和加热区表面的温度进行采样。
医用流体恒温加热系统实施例5
图4给出实施例5控制方法的流程方框图，图18、19分别给出实施例5的A-A断面图和A-A断面轴测图。
本发明医用流体恒温加热系统由温度传感器、压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。温度传感器用于检测流出液体的温度、加热区的表面温度，温控电路控制电磁加热电路功率，保证不同流量下流体的恒温输出，断流时停止加热；压力传感器的信号用于控制电源，保证截流时停止加热。
优选实施例：本发明医用流体恒温加热系统由三个温度传感器、一个压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成。一个温度传感器位于加热容器的加热区上方，两个温度传感器位于测温区上方，压力传感器位于加热容器的测温区上方。
本发明医用流体恒温加热系统的控制方法是这样的，加热容器注入液体后，首先给加热系统通电，控制器对加热系统进行初始化，然后温度传感器开始测量流出道液体的温度并计算设定温度与实际测量得到的温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果大于，按照温差大小取出设定的控制值，以最大功率开始加热，压力传感器开始采样。
压力传感器测量测温区容器壁的压力，计算实际测量压力与设定压力的差，随后检测压力差是否大于0，如果是，则提示截流，控制器控制停止加热并报警，压力传感器重新开始采样。如果小于0，继续加热，流出道和加热区上方的温度传感器开始采样。
温度传感器测量流出液体的温度，并计算实际测量得到的温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于a，如果是，控制器控制停止加热并报警，回到对流出液体温度进行采样。如果不大于a就检测温差是否大于0℃，如果不是就继续加热，回到对加热容器测温区外壳的压力进行采样；如果是就要求计算加热区的表面温度变化趋势。
温度传感器测量加热区的表面温度，计算金属材料实测温度与设定温度的差，随后检测温差是否大于0℃，如果是，则提示加热区内液体减少(断流)或流速减慢(截流)，控制器控制停止加热并报警。如果小于0℃，并且控制器要求计算加热区的表面温度变化趋势，控制器读取上一个温差计算水温变化斜率，检测斜率是否大于1，如果是，则提示液体温度升高，流速减慢，就减少输出功率；如果斜率小于1，则提示液体温度下降，流速加快，就加大输出功率。以相应的功率加热，并回到对加热容器测温区外壳的压力进行采样。
Claims (5)
1.一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：由温度传感器、压力传感器、温控电路、电磁加热电路、加热容器组成，加热容器外壳为非金属材料，分为加热区和测温区，加热区内有金属材料，其中根据压力传感器的信号控制电磁加热电路，温控电路控制电磁加热电路，通过检测并计算流出水温变化趋势，调控电磁加热电路的工作功率，达到恒温加热的目的，其包括下列步骤：
(1)计算流出道实测温度Tn与设定温度Ta的差ΔTn；
(2)计算温度变化率d＝ΔTn+1/ΔTn；
(3)控制器根据d值调控输出的功率，保证流出水温的相对恒定；
(4)如果ΔTn大于某一值，控制器控制停机。
2.根据权利要求1所述的一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：根据温度传感器检测加热区金属材料的表面温度变化，判断是否有断流或截流现象，并据此调控电磁加热电路的工作功率。
3.根据权利要求1所述的一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：通过检测并计算加热区金属材料的表面温度变化趋势，调控电磁加热电路的工作功率，达到快速、精确温控目的，其包括下列步骤：
(1)计算实测加热区金属材料的表面温度Tn与设定温度Tb的差ΔTn；
(2)计算温度变化率d＝ΔTn+1/ΔTn；
(3)控制器根据d值调控输出的功率，保证加热区金属材料表面温度的相对恒定；
(4)如果ΔTn大于某一值，控制器控制停机。
4.根据权利要求1所述的一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：压力传感器检测加热容器的非金属外壳的压力变化，判断是否有截流现象，并据此调控电磁加热电路的工作功率。
5.根据权利要求1所述的一种医用流体恒温加热系统，其特征在于：控制方法包括下列步骤：
(1)通电，加热系统初始化；
(2)控制器计算设定温度Ta与流出道实测温度的差ΔT0；
(3)如果步骤2检测到的ΔT0大于0，根据设定的功率，输出相应的控制值；
(4)控制器计算容器壁的实测压力与设定压力的差ΔP；
(5)如果步骤4检测到的ΔP大于或等于0，控制器控制停机，回步骤4；如果小于0，进入步骤6；
(6)控制器计算流出道实测温度Tan与设定温度Ta的差ΔTan；
(7)如果步骤6检测到的ΔTan大于设定值a，控制器控制停机，回步骤6；如果ΔTan小于0，回步骤3；如果ΔTan大于或等于0，控制器要求计算加热容器内金属材料的表面温度变化，进入步骤10；
(8)步骤7的同时，控制器计算实测金属材料的表面温度Tbn与设定温度Tb的差ΔTbn；
(9)如果步骤8检测到的ΔTbn大于或等于设定值b，控制器控制停机，回步骤8；如果ΔTbn小于设定值b，进入步骤10；
(10)控制器计算加热容器内金属材料的表面温度变化率d；
(11)如果步骤10检测到的d大于1，减小功率，回步骤4；如果d小于1，增加功率，回步骤4。
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