RU73600U1

RU73600U1 - SPIROMETER

Info

Publication number: RU73600U1
Application number: RU2008100969/22U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Роман Александрович Петухов
Original assignee: Леонид Владимирович Илясов; Роман Александрович Петухов
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2008-05-27

Abstract

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к средствам исследования системы внешнего дыхания человека. Техническим результатом является создание высокоточного спирометра, обеспечивающего возможность исследования внешнего дыхания при вдохе и выдохе. Для этого трубки для отбора полного и статического давлений расположены по диаметру расходомерного канала в одной плоскости, проходящей через ось этого канала. Трубки для отбора выполнены в виде тонких цилиндрических трубчатых зондов одинакового сечения, снабженных по своей длине приемными отверстиями, ориентированными соответственно на прием полного и статического давлений при вдохе и выдохе, при этом одно из приемных отверстий зондов расположено по оси расходомерного канала, а два других - на расстояниях от оси канала, равных 0,7 и 0,9 радиуса этого канала. 1 з.п.ф.; 1 илл.The utility model relates to the field of medical technology, namely to means for studying the human respiratory system. The technical result is the creation of a high-precision spirometer, which makes it possible to study external respiration during inhalation and exhalation. For this, the tubes for sampling the total and static pressures are located along the diameter of the flow channel in one plane passing through the axis of this channel. The sampling tubes are made in the form of thin cylindrical tubular probes of the same cross section, equipped with receiving holes along their length, oriented respectively to receiving full and static pressures when inhaling and exhaling, while one of the receiving holes of the probes is located along the axis of the flow channel, and the other two at distances from the channel axis equal to 0.7 and 0.9 of the radius of this channel. 1 zpf; 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к средствам исследования системы внешнего дыхания человека.The utility model relates to the field of medical technology, namely to means for studying the human respiratory system.

Известен спирометр (Каталог компании Micro Medical "Оборудование для пульмонологии" 2007. с.3-5.), содержащий турбинку, размещенную в расходомерном канале, которая способна вращаться при воздействии на нее потока газа при вдохе и выдохе с частотой, пропорциональной расходу газового потока, которая используется вычислительными устройством для формирования результата измерений.Known spirometer (Micro Medical catalog "Equipment for pulmonology" 2007. p.3-5.), Containing a turbine located in the flow meter channel, which is able to rotate when exposed to a gas stream during inhalation and exhalation with a frequency proportional to the gas flow rate , which is used by a computing device to generate a measurement result.

Недостатком таких спирометров является инерционность турбинки, вызывающая заметную погрешность при малых значениях расхода, и необходимость использования индикатора вращения турбинки по сигналу которого осуществляется корректировка работы вычислительного устройства.The disadvantage of such spirometers is the inertia of the turbine, which causes a noticeable error at low flow rates, and the need to use the indicator of rotation of the turbine by the signal of which the computing device is corrected.

Наиболее близкий по технической сущности является спирометр (Медицинские приборы. Разработка и проектирование. - М.: Медицинская книга, 2004, с.403), содержащий цилиндрический расходомерный канал, в котором установлены трубки для отбора полного и статического давлений, дифференциальный манометр, подключенный своими штуцерами к трубкам и устройство для измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра.The closest in technical essence is a spirometer (Medical devices. Development and design. - M .: Medical book, 2004, p. 403), containing a cylindrical flow meter channel in which tubes for sampling the total and static pressures are installed, a differential pressure gauge connected by its own fittings to the tubes and a device for measuring and processing information connected to the output of the differential pressure gauge.

Данный спирометр в сущности представляет собой расходомер скоростного напора, с помощью которого по разности полного и статического давлений, измеряемой дифференциальным манометром, определяется скорость газового потока в точке, где расположено входное отверстие трубки для отбора полного давления для определения расхода This spirometer is essentially a flowmeter of a pressure head, with the help of which the difference in total and static pressure measured by a differential pressure gauge determines the gas flow rate at the point where the inlet of the tube is located to select the total pressure to determine the flow

газового потока, при этом необходимо иметь информацию о режимах течения газа в расходомерном канале.gas flow, it is necessary to have information about the gas flow regimes in the flow meter channel.

Недостатком известного спирометра является высокая погрешность измерений, связанная с тем, что в процессе выдоха режим течения может быть как турбулентный, так и ламинарный, а зависимости между местной скоростью и средними скоростями газового потока, используемыми для определения расхода при названных режимах, существенно различаются. Кроме этого, такой спирометр позволяет без изменения схемы подключения осуществлять исследования только при выдохе или только при вдохе.A disadvantage of the known spirometer is the high measurement error due to the fact that during the exhalation, the flow regime can be either turbulent or laminar, and the relationships between the local velocity and the average gas flow velocities used to determine the flow rate under the mentioned conditions differ significantly. In addition, such a spirometer allows, without changing the connection diagram, to carry out studies only when exhaling or only when inhaling.

Задачей полезной модели является совершенствование конструкции спирометра скоростного напора, направленное на увеличение его точности.The objective of the utility model is to improve the design of the high-speed pressure spirometer, aimed at increasing its accuracy.

Технический результат - создание высокоточного спирометра, обеспечивающего возможность исследования внешнего дыхания при вдохе и выдохе.The technical result is the creation of a high-precision spirometer, which provides the opportunity to study external respiration during inhalation and exhalation.

Технический результат достигается тем, что в спирометре, содержащим цилиндрический расходомерный канал, трубки для отбора полного и статического давлений, установленные в расходомерном канале, дифференциальный маноментр, подключенный своими штуцерами к трубкам, и устройство для измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра, согласно полезно модели, трубки для отбора полного и статического давлений расположены по диаметру канала в одной плоскости, проходящей через ось канала, и выполнены в виде тонких трубчатых зондов одинакового сечения, снабженных по своей длине приемными отверстиями, ориентированными соответственно на прием полного и статического давлений при вдохе и выдохе, причем одно из отверстий зондов расположено на оси расходомерного канала, а два других - на расстояниях от оси канала, The technical result is achieved by the fact that in a spirometer containing a cylindrical flow meter channel, tubes for sampling the total and static pressures installed in the flow meter channel, a differential pressure gauge connected by its fittings to the tubes, and a device for measuring and processing information connected to the output of the differential pressure gauge, according to a useful model, tubes for sampling the total and static pressures are located along the diameter of the channel in one plane passing through the axis of the channel and are made in the form of some tubular probes of the same cross section, equipped with receiving holes along their length, oriented respectively to receiving full and static pressure during inhalation and exhalation, one of the probe holes being located on the axis of the flow channel, and the other two at distances from the channel axis,

равных 0,7 и 0,9 радиуса этого канала.equal to 0.7 and 0.9 of the radius of this channel.

Такая конструкция спирометра обеспечивает возможность проведения исследований системы внешнего дыхания человека без изменений схемы подключения спирометра, а также увеличивает точность измерений расходов газовых потоков при вдохе и выдохе за счет того, что в трубчатых зондах, снабженных несколькими отверстиями, осуществляется усреднение полных местных давлений при любых режимах течения газа по сечению цилиндрического канала, что позволяет всегда получать информацию о средней скорости течения.This design of the spirometer makes it possible to conduct studies of the human external respiration system without changing the connection diagram of the spirometer, and also increases the accuracy of measuring gas flow rates during inhalation and exhalation due to the fact that in tube probes equipped with several openings, the averaging of the local pressure is carried out under any conditions gas flow over the cross section of a cylindrical channel, which allows you to always get information about the average flow velocity.

По сравнению с проточным, заявленная конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with flow, the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.

Полезная модель поясняется чертежом, где представлена схема спирометра.The utility model is illustrated in the drawing, which shows the scheme of the spirometer.

Спирометр содержит расходомерный канал 1, трубки 2 и 3 для отбора полного и статического давлений, установленные в расходомерном канале 1, дифференциальный манометр 4, подключенный своими штуцерами 5 и 6 к трубкам 2 и 3, и устройство 7 измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра 4. Трубки 2 и 3 расположенны по диаметру расходомерного канала 1 в одной плоскости, проходящей через ось 8 канала 1 и выполнены в виде тонких трубчатых зондов одинакового сечения, снабженных по длине приемными отверстиями 9, 10, и 11. Приемное отверстие 9 расположенно по оси 8 расходомерного канала 1, а отверстия 10 и 11 - на расстояниях от оси 8 канала 1, равных 0,7 и 0,9 радиуса этого канала 1. Такое расположение приемных отверстий 10 и 11 обеспечивает получение информации о среднем полном давлении, а следовательно и о средней скорости движения газа по расходомерному каналу 1.The spirometer contains a flow meter channel 1, tubes 2 and 3 for sampling the total and static pressures installed in the flow meter channel 1, a differential pressure gauge 4 connected with its fittings 5 and 6 to the tubes 2 and 3, and an information measuring and processing device 7 connected to the output differential pressure gauge 4. Tubes 2 and 3 are located along the diameter of the flow channel 1 in the same plane passing through the axis 8 of channel 1 and are made in the form of thin tubular probes of the same cross section, equipped with receiving holes 9, 10, and 11 along the length the aperture 9 is located along the axis 8 of the flow channel 1, and the holes 10 and 11 are located at distances from the axis 8 of the channel 1 equal to 0.7 and 0.9 of the radius of this channel 1. This arrangement of the receiving holes 10 and 11 provides information on the average full pressure, and hence the average gas velocity along the flow meter channel 1.

Работа спирометра осуществляется следующим образом.The operation of the spirometer is as follows.

При выдохе газовый поток движется слева направо (на фиг.1), а при вдохе - в обратном направлении. В первом случае полное усредненное давление возникает в трубке 2, так как в ее приемные отверстия 9, 10 и 11 происходит торможение потока, а статическое давление формируется в трубке 3.When exhaling, the gas flow moves from left to right (Fig. 1), and when inhaling, it moves in the opposite direction. In the first case, the total averaged pressure arises in the tube 2, since flow inhibition occurs in its receiving holes 9, 10, and 11, and static pressure is formed in the tube 3.

При вдохе в трубке 3 формируется полное усредненное давление, а в трубке 2 -статическое давление.When inhaling, the total averaged pressure is formed in the tube 3, and the static pressure in the tube 2.

Как при вдохе, так и при выдохе полное усредненное давлениеBoth during inhalation and exhalation, the total average pressure

и статическое давление поступают в дифференциальный манометр 4, нулевое значение выходного сигнала которого соответствует середине диапазона измерений этого сигнала. and static pressure enter the differential pressure gauge 4, the zero value of the output signal of which corresponds to the middle of the measuring range of this signal.

В зависимости от знака разности давлений на выходе дифференциального манометра 4 формируется положительный или отрицательный по знаку сигнал, что позволяет получать информацию о расходе газового потока, как при выдохе, так и при вдохе. Сигнал с выхода дифференциального манометра 4 поступает в измерительное устройство 7, где осуществляется его обработка, а результат отображается на индикаторном устройстве в виде кривой "поток-объем" (Ройтберг Г.Е., Струтынский А.В. Лабораторная инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. М.: ЗАО "Издательство_БИНОМ", 1999 - с.194-201). При этом текущий объемный расход Q газа определяется по формуле:Depending on the sign of the pressure difference at the output of the differential pressure gauge 4 a signal is generated that is positive or negative in sign, which allows obtaining information about the gas flow rate, both during exhalation and during inhalation. The signal from the output of the differential pressure gauge 4 enters the measuring device 7, where it is processed, and the result is displayed on the indicator device in the form of a flow-volume curve (Roitberg G.E., Strutynsky A.V. Laboratory instrumental diagnostics of diseases of internal organs. M .: CJSC "Publishing House_BINOM", 1999 - p.194-201). In this case, the current volumetric flow rate Q of gas is determined by the formula:

,где: ,Where:

-средняя скорость движения потока газа по расходомерному каналу; -the average speed of gas flow along the flow channel;

k-постоянный коэффициент, определяемый при калибровке спирометра; k-constant coefficient determined during calibration of the spirometer;

F-площадь поперечного сечения расходомерного канала;F-cross-sectional area of the flow channel;

P-плотность газовой средыP-density of the gaseous medium

Предложенный спирометр обеспечивает измерение средней скорости газового потока, необходимой для точного определения объемного расхода, при любых режимах течения в процессе выдоха или вдоха, что не позволяет сделать ни один из современных спирометров.The proposed spirometer provides a measurement of the average gas flow rate necessary to accurately determine the volumetric flow rate under any flow conditions during exhalation or inhalation, which does not allow to make any of the modern spirometer.

Экспериментальные исследования макета предложенного спирометра позволили установить, что он позволяет осуществлять измерение объемного расхода газового потока при любых режимах течения с относительной погрешностью ±2%, что в два раза меньше, чем погрешность известных современных спирометров. Преимуществом предложенного технического решения является простота конструкции и эксплуатации и высокая точность.Experimental studies of the layout of the proposed spirometer made it possible to establish that it allows the measurement of the volumetric flow rate of the gas stream under any flow conditions with a relative error of ± 2%, which is two times less than the error of the known modern spirometer. The advantage of the proposed technical solution is the simplicity of design and operation and high accuracy.

Предложенный спирометр может быть создан на базе пьезорезистивных датчиков разности давлений и ссредств микропроцессорной техники.The proposed spirometer can be created on the basis of piezoresistive pressure difference sensors and microprocessor technology.

Спирометр может быть использован для исследований систем внешнего дыхания в различных медицинских учреждениях.The spirometer can be used to study external respiration systems in various medical institutions.

Claims

1. A spirometer containing a cylindrical flow meter channel in which tubes for sampling the total and static pressures are installed, a differential pressure gauge connected to the tubes by its fittings, and an information measuring and processing device connected to the output of the differential pressure gauge, characterized in that the sampling tubes full and static pressures are located along the diameter of the flow channel in one plane passing through the axis of this channel, and are made in the form of thin cylindrical tubular probes of one cross-section, equipped along its length with receiving holes, oriented accordingly to receiving full and static pressures when inhaling and exhaling.

2. The spirometer according to claim 1, characterized in that one of the receiving holes of the probes is located along the axis of the flow channel, and the other two are located at distances from the channel axis equal to 0.7 and 0.9 of the radius of this channel.