可變通氣量的正弦供氣裝置及高仿真度hme水分損失測試儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種供氣裝置及高仿真度HME水分損失測試儀，屬于熱濕交換器性能測試技術領域，其結構包括曲柄、滑塊和氣缸，所述曲柄與驅動轉軸固定連接，曲柄上在驅動轉軸的一側設有長條形的滑道，所述滑塊安裝在滑道內，滑塊可沿滑道移動并可在滑道內定位；所述氣缸的一端伸出活塞桿，氣缸的另一端設有與氣缸內部連通的氣流輸送管；所述活塞桿的末端以可轉動的方式連接在所述滑塊上。該測試儀的下方設有支撐臺，所述支撐臺的一側安裝有上述供氣裝置。本發明的供氣裝置可產生標準的正弦波氣流，真實的模擬患者的呼吸情況，提高HME的仿真度。
【專利說明】
可變通氣量的正弦供氣裝置及高仿真度HME水分損失測試儀
技術領域
[0001] 本發明涉及熱濕交換器性能測試技術領域，具體地說是一種可變通氣量的正弦供 氣裝置及高仿真度HME水分損失測試儀。
【背景技術】
[0002] 熱濕交換器（簡稱HME)是一種對人的呼吸氣體進行加濕的裝置，一般的醫用氣體 缺少足夠的水分，難以適應于患者呼吸道生理需求，熱濕交換器用于提高輸送給呼吸道的 氣體的水分含量和溫度，它們主要預期獨立使用或作為呼吸系統的一部分。
[0003] 熱濕交換器的工作原理為保留患者呼氣中的部分水分和熱量，并在吸氣過程中將 其返回到呼吸道，因此，其保濕性能為一項非常重要的指標，在熱濕交換器投入使用前，必 須要經過保濕性能的測試，避免保濕性能不合格的產品投入臨床使用時導致嚴重后果。
[0004] 目前，進行HME的保濕性能測試所采用的方法及原理是：制作一個模擬的肺部，按 照臨床使用安裝HME，經過模擬呼吸一段時間后(通常是24小時或更長），稱量肺部水分損失 的重量，再除以進出肺部的氣體體積，用商值來表征HME保濕的能力。
[0005] 上述測試方法能較為準確的反應HME的保濕能力，然而，在實際實施的過程中，現 有的HME水分損失測試儀存在仿真度差的缺點。為了獲得一個可以相互比較且具有重復性 和復現性的結果，必須將模擬使用者呼吸的氣流特征固定，并且這個氣流應可以根據使用 者的潮氣量而改變。行業標準中要求使用雙向正弦氣流來模擬呼吸氣流，并且要求其模擬 的潮氣量可調節，但是如何實現這一目的卻未給出。因此設計一種帶有可變通氣量的雙向 正弦氣流發生器的高仿真HME水分損失測試儀是一項具有現實意義的發明。
[0006] 申請號為"201310047990.X"的中國發明專利公開了一種標準正弦波氣流發生器， 該氣流發生器通過曲柄搖桿機構與氣缸的活塞桿配合，產生標準正弦波氣流，但是，該專利 中的氣流發生器還存在以下不足：
[0007] 1、曲柄搖桿機構傳動過程中存在死點，導致其工作的可靠性差；
[0008] 2、上述專利中，曲柄搖桿機構的搖桿只能產生固定通氣量的氣流，通用性很差，需 要改變通氣量時，就需要更換不同的供氣裝置，使用非常不便。
[0009] 此外，還發現目前HME水分損失測試儀的測試結果與實際投入使用時的使用結果 之間存在較大的偏差，為了盡可能的縮小上述偏差，本領域的技術人員做了大量的研究改 良工作，使測試過程最大程度的模擬真實的患者呼吸的過程，比如，使模擬患者呼出和吸入 氣體的空氣經過加熱水浴，加熱水浴的溫度恒定在37°C左右，盡可能的模擬人體環境，但 是，上述偏差縮小至一定程度之后，便無法再進一步縮小。對此偏差，只能作為合理誤差來 處理，導致HME水分損失測試儀的精確度差，臨床參考性差。

【發明內容】

[0010] 為解決上述現有技術中的缺陷，本發明的目的在于提供一種可變通氣量的正弦供 氣裝置及高仿真度HME水分損失測試儀，該供氣裝置可產生標準雙向正弦波氣流并可調整 通氣量;該HME水分損失測試儀測試結果準確度高。
[0011]本發明解決其技術問題所采取的技術方案包括:可變通氣量的正弦供氣裝置，包 括曲柄、滑塊和氣缸，所述曲柄與驅動轉軸固定連接，曲柄上在驅動轉軸的一側設有長條形 的滑道，所述滑塊安裝在滑道內，滑塊可沿滑道移動并可在滑道內定位，通過滑塊移動控制 所述氣缸通氣量改變;所述氣缸的一端伸出活塞桿，氣缸的另一端設有與氣缸內部連通的 氣流輸送管;所述活塞桿的末端以可轉動的方式連接在所述滑塊上。
[0012] 與驅動轉軸相連接的電動機連接至變頻器，電動機和變頻器均由穩壓電源供電； 通過變頻器控制電動機轉動，電動機通過驅動轉軸帶動曲柄旋轉，曲柄旋轉過程中，滑塊隨 曲柄移動從而控制活塞在氣缸內往復運動。活塞的前半個沖程將氣缸內的氣體通過氣流輸 送管路排出，活塞的后半個沖程將氣體通過氣流輸送管路吸入，從而實現輸出標準雙向正 弦波氣流。
[0013] 所述的曲柄為長方形，驅動轉軸在曲柄上偏心安裝，滑道也為長方形位于驅動轉 軸的一側。通過曲柄和滑塊的配合，不僅消除了傳動死點，使得供氣裝置的工作穩定可靠， 而且通過使滑塊沿滑道移動，改變滑塊在滑道內的位置，可以改變氣缸活塞桿的行程，從而 改變通氣量，滑塊的位置調整合適后，應將滑塊在滑道內部定位。通過變頻器改變電機的轉 速，還可改變吸呼比。
[0014] 進一步的技術方案為:所述滑塊上固定連接有螺母套，螺母套內設有與其相嚙合 的絲杠，所述曲柄上固定設置有支撐所述絲杠的絲杠安裝支架，絲杠原位旋轉驅動螺母套 帶動滑塊沿所述滑道移動。螺紋配合具有自鎖的特性，通過螺母套和絲杠的配合，可方便的 實現滑塊的移動和定位。絲杠原位旋轉時，螺母套會沿絲杠做直線運動，從而帶動滑塊移 動，改變了氣缸活塞桿的行程，改變通氣量;絲杠停止后，螺母套停止移動，并鎖止在絲杠 上，從而滑塊的位置被固定，以使氣缸正常產生雙向正弦波氣流。氣缸活塞桿的行程變大 時，通氣量變大，氣缸活塞桿的行程變小時，通氣量變小。
[0015] 將曲柄設為長方形，絲杠、螺母套等結構安裝時會更加方便，供氣裝置與HME水分 損失測試儀之間的連接也更加方便，長方形的曲柄在實現其功能的前提下體積最小，結構 緊湊。
[0016] 為便于調節滑塊位置的操作，進一步的技術方案為:所述螺母套上設有多個螺孔， 每個螺孔內分別設有所述絲杠，曲柄的兩端分別安裝有所述絲杠安裝支架;其中一個絲杠 安裝支架的外側設有主動齒輪，所述主動齒輪與安裝在絲杠端部的從動齒輪相嚙合，所有 的從動齒輪規格一致。為便于操作，可在主動齒輪的外側安裝與主動齒輪固定連接的六角 螺栓頭，通過扳手與六角螺栓頭的配合，方便省力的擰懂主動齒輪。主動齒輪旋轉，會帶動 從動齒輪同步旋轉，從而通過從動齒輪帶動絲杜旋轉，驅動螺母套帶動滑塊移動。螺母套上 設置多個螺孔時，螺孔應均勻分布或者對稱分布，利于螺母套受力的均勻，便于其穩定的移 動;螺母套上也可僅在中部設置一個螺孔。
[0017] 本發明解決其技術問題所采取的技術方案還包括:一種高仿真度HME水分損失測 試儀，該測試儀的下方設有支撐臺，所述支撐臺的一側安裝有上述供氣裝置，所述驅動轉軸 以可轉動的方式安裝在連接件上，連接件固定連接在支撐臺上;所述氣缸的底端以可轉動 的方式連接在支撐臺上，所述氣流輸送管連接為測試儀提供正弦波氣流的通氣孔。
[0018] 供氣裝置為HME水分損失測試儀提供標準雙向正弦波氣流，真實的模擬人體呼吸 的氣流，大大提高HME水分損失測試儀的仿真度，為其測試結果的準確性提供保障。
[0019] 進一步的技術方案為:所述通氣孔設置在儲氣容器上，所述儲氣容器的內部設有 儲氣的氣囊，儲氣容器的下方設有儲水容器;所述儲水容器與其開口處的蓋板形成密封連 接，所述儲水容器的內部設有呼氣管路和吸氣管路;所述呼氣管路一端連接所述氣囊，呼氣 管路另一端通入儲水容器的水中，所述吸氣管路一端用于連接熱濕交換器，吸氣管路另一 端通入儲水容器的水中；儲水容器還分別與呼氣出口和吸氣出口相連通，所述呼氣出口連 通熱濕交換器，所述吸氣出口連通所述氣囊；
[0020] 所述儲水容器的內部設有自動補水裝置，所述自動補水裝置包括限位罩和浮子， 所述限位罩固定安裝在儲水容器內，限位罩為底端開口的罩體，浮子位于限位罩內部并在 限位罩內部的水面上自由移動，限位罩頂面上與浮子對應的位置設有進水孔，進水孔通過 進水管連接水源。
[0021 ]儲水容器內水的溫度在37 °C ± 0.5 °C，與人體體溫相似，氣體經過水浴之后，可模 擬人體呼出或者吸入的空氣。
[0022]經過對HME水分損失測試儀偏差的深入研究，發現產生偏差的原因在于，測試過程 中，開始時進入HME的氣流受到的阻力大，導致每次"呼吸"進出模擬肺的氣體量較小，而隨 著測試的進行，HME的進氣阻力會逐漸變小，導致每次"呼吸"進出的氣體變大。因此，在試驗 過程中，無法準確的控制進氣量的多少，從而無法準確評價HME的臨床保濕功能。而患者實 際使用時，其呼吸的壓力是穩定的，正是HME進氣壓力的不穩定導致了上述偏差的出現。 [0023]為氣體進行加熱水浴的儲水容器內的壓力會直接影響HME的進氣阻力，儲存溫水 的儲水容器是封閉的，當儲水容器內的水量較多，水位線較高時，儲水容器內容納氣體的空 間小，導致容器內的氣壓大，HME的進氣阻力較大；隨著試驗的進行，容器內的水被消耗，當 容器內的水位線下降時，儲水容器內容納氣體的空間變大，空氣進入容器之后，所受到的壓 力變小，HME的進氣阻力也變小。上述現象導致了 HME的進氣壓力很不穩定的情況。
[0024] 設置了自動補水裝置之后，當儲水容器內的水位下降時，浮子下降會自動打開進 水孔，自動補水至原始水位高度時，浮子將進水孔封閉，停止補水，因此可將水位高度維持 在穩定的高度，測試過程中，氣體進入儲水容器后，儲水容器內的氣壓維持在穩定的狀態， 從而維持熱濕交換器進氣壓力的穩定，符合患者呼吸時的情況，與臨床使用基本一致，提高 測試結果的精確度。
[0025] 此外，氣囊設置在儲氣容器內，同時，儲氣容器上的通氣孔連接供氣裝置，通過儲 氣容器內氣壓的改變，使氣囊收縮或者擴張，能夠更加真實的模擬人體肺部呼吸時的情況， 可提尚測試結果的臨床參考性。
[0026] 進一步的技術方案為:所述的儲水容器和儲氣容器均位于一絕熱箱體內，所述絕 熱箱體的一側設有門，絕熱箱體的其余側面封閉；所述絕熱箱體的側壁上分別設有供熱濕 交換器接頭和氣流輸送管穿過的通孔。設置絕熱箱體，箱體內的溫度控制在37Γ±1Γ，且 在絕熱箱體的作用下，可以維持溫度的恒定，使得測試儀進氣和出氣都能真實的模擬人體 環境，提高測試結果的準確性和臨床參考性。
[0027] 所述水源為設置在絕熱箱體側壁內表面上的儲水箱，儲水箱的頂部設有加水孔， 儲水箱位于所述儲水容器的上方。將儲水箱設置在絕熱箱體內用于為儲水容器供水，便于 縮小儲水箱內的水溫與儲水容器內的水溫的溫差，從而減小儲水箱內的水進入儲水容器時 對儲水容器的水溫的影響，便于維持儲水箱及儲水容器內水溫的恒定，提高測試結果的準 確性，也降低能耗。
[0028]進一步的技術方案為:所述儲水容器的內部設有加熱元件和測量水溫的第一溫度 傳感器，所述加熱元件延伸至水面以下，加熱元件的調節器與所述第一溫度傳感器相連接； 所述絕熱箱體設有熱光源照明元件和檢測箱體內空氣溫度的第二溫度傳感器，所述熱光源 照明元件的調節器與所述第二溫度傳感器相連接。
[0029]為了準確的模擬人體呼出和吸入的氣體，儲水容器內的水溫度應在37°C ±0.5°C， 絕熱箱體內的空氣溫度應在37 °C ± 1°C。設置第一溫度傳感器和加熱元件，第一溫度傳感器 實時監測儲水容器內的水溫，當水溫下降時，第一溫度傳感器向加熱元件的調節器發送信 號，加熱元件的調節器可控制加熱元件進行工作，保持儲水容器內水溫的合適和穩定。設置 第二溫度傳感器和熱光源照明元件，第二溫度傳感器實時監測絕熱箱體內的空氣溫度，當 絕熱箱體內的空氣溫度下降時，第二溫度傳感器向熱光源照明元件的調節器發送信號，熱 光源照明元件的調節器可控制熱光源照明元件進行工作，保持絕熱箱體內的空氣溫度的合 適和穩定。
[0030] 進一步的技術方案為:所述儲水容器的內部設有一縱向的隔板，所述隔板的側邊 緣固定連接在儲水容器的內側壁上，隔板的上邊緣與所述蓋板緊密貼合，隔板的下邊緣延 伸至儲水容器的水面以下；所述隔板上設置有呼氣通孔和吸氣通孔，呼氣通孔和吸氣通孔 均位于水面以下，所述呼氣管路連接至呼氣通孔處，所述吸氣管路連接至吸氣通孔處。
[0031] 隔板起到固定呼氣管路和吸氣管路以及將呼氣時的氣體和吸氣時的氣體隔開的 作用。設置隔板以后，呼氣管路的氣體從呼氣通孔處冒出，經過儲水容器內水的加溫加濕， 模擬出人體呼出的氣體的狀態，由于氣體的密度小，其會上升至水面，氣體上升至水面之后 導致該區域氣壓上升，所以氣體會從呼氣出口處流出，進入熱濕交換器，模擬了人體呼氣的 過程。同樣的，干燥空氣經過熱濕交換器進入吸氣管路，進而經過吸氣通孔和吸氣出口進入 氣囊，模擬人體吸氣過程。
[0032] 進一步的技術方案為:儲水容器頂部對應所述隔板的兩側分別設有閥室，所述呼 氣管路與氣囊的連通處和所述吸氣出口位于一個閥室內，所述吸氣管路與熱濕交換器的連 通處和所述呼氣出口位于另一個閥室內；呼氣管路與氣囊的連通處設有限制氣體由氣囊流 向呼氣管路的第一單向閥，吸氣出口處設有限制氣體由儲水容器流向氣囊的第二單向閥， 吸氣管路與熱濕交換器的連通處設有限制氣體由熱濕交換器流向吸氣管路的第三單向閥， 呼氣出口處設有限制氣體由儲水容器流向熱濕交換器的第四單向閥。
[0033] 在各個管路上的氣流進出口處設置單向閥，可靠的控制氣流的流動方向，避免氣 流擴散到其他部位，影響測試結果的準確性。熱濕交換器與呼氣出口及吸氣管路之間可通 過三通連接管進行連接，氣囊與吸氣出口及呼氣管路之間也可通過三通連接管進行連接， 三通管的分叉部位于閥室內，以使設備的結構更加緊湊，且閥室對單向閥形成保護，避免單 向閥受外界的影響，延長單向閥的使用壽命，便于后期的維護。
[0034]進一步的技術方案為:所述氣缸與支撐臺連接處的正下方設有一托架，所述托架 的上表面設有一層緩沖墊。
[0035]將氣缸安裝到支撐臺上時，需要人工托住氣缸，然后將氣缸底端與支撐臺之間用 轉軸、鉸鏈等可轉動連接件連接起來，在氣缸的下方設置托架后，氣缸在安裝時，可以通過 托架對氣缸進行支撐，減輕安裝者的勞動強度，安裝更加方便也更加牢固。
[0036]本發明的有益效果是：
[0037] 1、本發明的供氣裝置可產生標準雙向正弦波氣流，通過曲柄和滑塊的配合，比起 曲柄搖桿機構減少了一個鉸接點，不僅消除了傳動死點，使得供氣裝置的工作穩定可靠，而 且通過使滑塊沿滑道移動，改變滑塊在滑道內的位置，可以改變氣缸活塞桿的行程，從而改 變通氣量，通過使用變頻電機改變電機的轉速，可以改變吸呼比，通用性強，而且可以保證 測試的連續進彳丁，提尚效率。
[0038] 2、本發明的供氣裝置，通過絲杠、螺母套和齒輪傳動機構相配合來調整滑塊在滑 道內的位置，非常方便省力。
[0039] 3、本發明的測試儀，包含有本發明的供氣裝置，測試過程中可真實的模擬人體呼 吸的氣流，大大提高HME水分損失測試儀的仿真度，為其測試結果的準確性提供保障;此外， 因為本發明的供氣裝置可以方便的調節通氣量，可以使測試儀實現同一產品多種通氣量之 下的測試，一般來說HME需要在51^/111；[11、7.517111；[11、917111；[11以及1017111；[11的通氣量分別進行性 能測試，采用本發明的測試儀可方便的實現上述不同通氣量條件下的測試，提高測試效率 和測試結果的可靠性。
[0040] 4、本發明的測試儀，設有自動補水裝置，當儲水容器內的水位下降時，浮子下降會 自動打開進水孔，自動補水至原始水位高度時，浮子將進水孔封閉，停止補水，因此可將水 位高度維持在穩定的高度，測試過程中，氣體進入儲水容器后，儲水容器內的氣壓維持在穩 定的狀態，從而維持熱濕交換器單位時間進出氣體體積的穩定，并準確控制進氣量的多少， 提高測試結果的精確度。
[0041] 5、本發明的自動補水裝置結構非常簡單，沒有設置各種閥門，易于操作和實施，且 基本無需維護，使用壽命長。
[0042] 6、本發明的測試儀，在儲水容器內設有引導氣體流向的呼氣管路和吸氣管路，氣 體經過儲水容器的加熱水浴之后，進入熱濕交換器或者氣囊，可以真實的模擬人體呼氣和 吸氣的溫度及濕度，提高測試結果的準確性和臨床的參考性。
[0043] 7、在儲水容器內設有第一溫度傳感器和加熱元件，在絕熱箱體內設有第二溫度傳 感器和熱光源照明元件，能夠維持儲水容器的水溫在37°C ±0.5°C，維持絕熱箱體內的空氣 溫度在37°C ±1°C，真實模擬人體環境，提高測試結果的準確性和臨床的參考性。
[0044] 8、儲水容器內設有隔板，在各個管路上的氣流進出口處設置單向閥，可靠的控制 氣流的流動方向，避免氣流擴散到其他部位導致影響測試結果的準確性。
[0045] 9、在氣囊的外部設置儲氣容器，同時，儲氣容器上的通氣孔連接雙向氣流發生器， 通過儲氣容器內氣壓的改變，使氣囊收縮或者擴張，能夠更加真實的模擬人體肺部呼吸時 的情況，可提尚測試結果的臨床參考性。
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發明供氣裝置的結構示意圖；
[0047] 圖2為本發明供氣裝置的曲柄及滑塊部分的結構示意圖；
[0048] 圖3為本發明供氣裝置曲柄及滑塊部分的后視圖；
[0049] 圖4為本發明測試儀自動補水裝置的結構示意圖；
[0050]圖5為本發明測試儀的整體結構示意圖；
[0051 ]圖6為本發明測試儀儲水容器的結構示意圖；
[0052]圖7為本發明測試儀中儲水容器的蓋板的結構示意圖；
[0053]圖8為本發明供氣裝置產生標準正弦波氣流的原理圖。
[0054] 圖中：1-曲柄，2-滑塊，3-驅動轉軸，4-活塞桿，5-氣缸，6-連接轉軸，7-氣流輸送 管，8-滑道，9-主動齒輪，10-第一從動齒輪，11-第二從動齒輪，12-絲杠，13-螺母套，14-限 位罩，15-進水管，16-儲水箱，17-浮子，18-儲水容器，19-蓋板，20-絕熱箱體，21-儲氣容器， 22-第一溫度傳感器，23-熱濕交換器接頭，24-熱濕交換器，25-第二溫度傳感器，26-氣囊， 27-加熱元件，28-托架，29-支撐臺，30-地腳，31-熱光源照明元件，32-隔板，33-呼氣管路， 34-吸氣管路，35-呼氣通孔，36-吸氣通孔，37-氣囊孔，38-氣管插孔，39-加熱元件插孔，40-第一溫度傳感器插孔。
【具體實施方式】
[0055] 下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步的描述：
[0056] 如圖1所示，可變通氣量的正弦供氣裝置，包括曲柄1、滑塊2和氣缸5，所述曲柄1與 驅動轉軸3固定連接，曲柄1上在驅動轉軸3的一側設有長條形的滑道8,所述滑塊2安裝在滑 道8內，滑塊2可沿滑道8移動并可在滑道8內定位;所述氣缸5的一端伸出活塞桿4，氣缸5的 另一端設有與氣缸5內部連通的氣流輸送管7;所述活塞桿4的末端以可轉動的方式連接在 所述滑塊2上。
[0057] 與驅動轉軸3相連接的電動機連接至變頻器，電動機和變頻器均由穩壓電源供電； 通過變頻器控制電動機轉動，電動機通過驅動轉軸3帶動曲柄1旋轉，曲柄1旋轉過程中，滑 塊2隨曲柄移動從而通過活塞桿4控制活塞在氣缸5內往復運動。活塞的前半個沖程將氣缸5 內的氣體通過氣流輸送管7排出，活塞的后半個沖程將氣體通過氣流輸送管7吸入，從而實 現輸出標準雙向正弦波氣流。
[0058]如圖8所示，供氣裝置氣缸活塞的行程為dL，
[0059；
[0060；
[00611從上述氣缸工作原理可知，氣缸5產生的氣流正好為標準的正弦波氣流，精確度 高，通過改變氣缸活塞的行程，可改變正弦波的峰值，采用變頻電機改變電機的轉速，可改 變吸呼比，使不同參數的測試可以連續進行，提高測試效率和測試的準確度。
[0062]所述的曲柄1為長方形，驅動轉軸3在曲柄1上偏心安裝，滑道也為長方形位于驅動 轉軸3的一側。通過曲柄1和滑塊2的配合，不僅消除了傳動死點，使得供氣裝置的工作穩定 可靠，而且通過使滑塊2沿滑道8移動，改變滑塊2在滑道8內的位置，可以改變氣缸活塞桿4 的行程，從而改變通氣量，滑塊2的位置調整合適后，應將滑塊2在滑道8內部定位。
[0063]如圖2、圖3所示，所述滑塊2上固定連接有螺母套13，螺母套13內設有與其相嚙合 的絲杠12,所述曲柄1上固定設置有支撐所述絲杠12的絲杠安裝支架，絲杠12原位旋轉驅動 螺母套13帶動滑塊2沿所述滑道8移動。螺紋配合具有自鎖的特性，通過螺母套13和絲杠12 的配合，可方便的實現滑塊2的移動和定位。絲杠12原位旋轉時，螺母套13會沿絲杠12做直 線運動，從而帶動滑塊2移動，改變了氣缸活塞桿4的行程，改變通氣量;絲杠12停止后，螺母 套13停止移動，并鎖止在絲杠12上，從而滑塊2的位置被固定，以使氣缸5正常產生雙向正弦 波氣流。氣缸活塞桿4的行程變大時，通氣量變大，氣缸活塞桿4的行程變小時，通氣量變小。
[0064] 將曲柄1設為長方形，絲杠12、螺母套13等結構安裝時會更加方便，供氣裝置與HME 水分損失測試儀之間的連接也更加方便，長方形的曲柄1在實現其功能的前提下體積最小， 結構緊湊。
[0065] 為便于調節滑塊位置的操作，所述螺母套13對稱的設置兩個螺孔，每個螺孔內分 別設有所述絲杠12,曲柄1的兩端分別安裝有所述絲杠安裝支架;其中一個絲杠安裝支架的 外側設有主動齒輪9, 一根絲杠的端部安裝有第一從動齒輪10,另一根絲杠的端部安裝有第 二從動齒輪11，主動齒輪9同時與第一從動齒輪10和第二從動齒輪11想嚙合，第一從動齒輪 10和第二從動齒輪11規格相同，大小和各項參數均一致。在主動齒輪9的外側安裝與主動齒 輪9固定連接的六角螺栓頭，通過扳手與六角螺栓頭的配合，方便省力的擰懂主動齒輪9。主 動齒輪9旋轉，會帶動第一從動齒輪10和第二從動齒輪11同步旋轉，從而帶動絲杠12旋轉， 驅動螺母套13帶動滑塊2移動。
[0066] 如圖5所示，本實施例的高仿真度HME水分損失測試儀，該測試儀的下方設有支撐 臺29，所述支撐臺29的一側安裝有上述供氣裝置（圖5中未示出），所述驅動轉軸3以可轉動 的方式安裝在連接件上，連接件固定連接在支撐臺29上;所述氣缸5的底端通過連接轉軸6 以可轉動的方式連接在支撐臺29上，所述氣流輸送管7連接為測試儀提供正弦波氣流的通 氣孔。
[0067] 供氣裝置為HME水分損失測試儀提供標準雙向正弦波氣流，真實的模擬人體呼吸 的氣流，大大提高HME水分損失測試儀的仿真度，為其測試結果的準確性提供保障。
[0068]所述通氣孔設置在儲氣容器21上，所述儲氣容器21的內部設有儲氣的氣囊26,儲 氣容器21的下方設有儲水容器18;所述儲水容器18與其開口處的蓋板19形成密封連接，所 述儲水容器18的內部設有呼氣管路33和吸氣管路34;所述呼氣管路33-端連接所述氣囊 26,呼氣管路33另一端通入儲水容器18的水中，所述吸氣管路34-端用于連接熱濕交換器 24,吸氣管路34另一端通入儲水容器18的水中；儲水容器18還分別與呼氣出口和吸氣出口 相連通，所述呼氣出口連通熱濕交換器24，所述吸氣出口連通所述氣囊26。
[0069]所述的儲水容器18和儲氣容器21均位于一絕熱箱體20內，所述絕熱箱體20的一側 設有門，絕熱箱體20的其余側面封閉；所述絕熱箱體20的側壁上分別設有供熱濕交換器接 頭23和氣流輸送管穿過的通孔。設置絕熱箱體20,箱體內的溫度控制在37°C± TC，且在絕 熱箱體20的作用下，可以維持溫度的恒定，使得測試儀進氣和出氣都能真實的模擬人體環 境，提高測試結果的準確性和臨床參考性。
[0070] 所述儲水容器18的內部設有自動補水裝置，自動補水裝置的結構如圖4所示，自動 補水裝置包括限位罩14和浮子17,所述限位罩14固定安裝在儲水容器18內，限位罩14為底 端開口的罩體，浮子17位于限位罩14內部并在限位罩14內部的水面上自由移動，限位罩14 頂面上與浮子13對應的位置設有進水孔，進水孔通過進水管15連接儲水箱16。
[0071] 所述儲水箱16設置在絕熱箱體20側壁內表面上，儲水箱16的頂部設有加水孔，儲 水箱16位于所述儲水容器18的上方。將儲水箱16設置在絕熱箱體20內用于為儲水容器18供 水，便于縮小儲水箱16內的水溫與儲水容器18內的水溫的溫差，從而減小儲水箱16內的水 進入儲水容器18時對儲水容器18的水溫的影響，便于維持儲水箱16及儲水容器18內水溫的 恒定，提高測試結果的準確性，也降低能耗。
[0072]設置了自動補水裝置之后，當儲水容器18內的水位下降時，浮子17下降會自動打 開進水孔，儲水箱16內的水在重力作用下沿進水管15進入儲水容器18內，自動補水至原始 水位高度時，浮子17將進水孔封閉，停止補水，因此可將水位高度維持在穩定的高度，測試 過程中，氣體進入儲水容器18后，儲水容器18內的氣壓維持在穩定的狀態，從而維持熱濕交 換器24進氣壓力的穩定，符合患者呼吸時的情況，與臨床使用基本一致，提高測試結果的精 確度。
[0073]此外，氣囊26設置在儲氣容器21內，同時，儲氣容器21上的通氣孔連接供氣裝置， 通過儲氣容器21內氣壓的改變，使氣囊26收縮或者擴張，能夠更加真實的模擬人體肺部呼 吸時的情況，可提高測試結果的臨床參考性。
[0074]所述儲水容器18的內部設有加熱元件27和測量水溫的第一溫度傳感器22,所述加 熱元件27延伸至水面以下，加熱元件27的調節器與所述第一溫度傳感器22相連接;所述絕 熱箱體20設有熱光源照明元件31和檢測箱體內空氣溫度的第二溫度傳感器25,所述熱光源 照明元件31的調節器與所述第二溫度傳感器25相連接。
[0075]為了準確的模擬人體呼出和吸入的氣體，儲水容器18內的水溫度應在37°C ±0.5 。(：，絕熱箱體20內的空氣溫度應在37 °C ± 1°C。設置第一溫度傳感器22和加熱元件27,第一 溫度傳感器22實時監測儲水容器18內的水溫，當水溫下降時，第一溫度傳感器22向加熱元 件27的調節器發送信號，加熱元件27的調節器可控制加熱元件27進行工作，保持儲水容器 18內水溫的合適和穩定。設置第二溫度傳感器25和熱光源照明元件31，第二溫度傳感器25 實時監測絕熱箱體20內的空氣溫度，當絕熱箱體20內的空氣溫度下降時，第二溫度傳感器 25向熱光源照明元件31的調節器發送信號，熱光源照明元件31的調節器可控制熱光源照明 元件31進行工作，保持絕熱箱體20內的空氣溫度的合適和穩定。
[0076]如圖6所示，儲水容器18的內部設有一縱向的隔板32,所述隔板32的側邊緣固定連 接在儲水容器18的內側壁上，隔板32的上邊緣與所述蓋板19緊密貼合，隔板32的下邊緣延 伸至儲水容器18的水面以下；所述隔板32上設置有呼氣通孔35和吸氣通孔36,呼氣通孔35 和吸氣通孔36均位于水面以下，所述呼氣管路33連接至呼氣通孔35處，所述吸氣管路34連 接至吸氣通孔36處。
[0077]隔板32起到固定呼氣管路33和吸氣管路34以及將呼氣時的氣體和吸氣時的氣體 隔開的作用。設置隔板32以后，呼氣管路33的氣體從呼氣通孔35處冒出，經過儲水容器18內 水的加溫加濕，模擬出人體呼出的氣體的狀態，由于氣體的密度小，其會上升至水面，氣體 上升至水面之后導致該區域氣壓上升，所以氣體會從呼氣出口處流出，進入熱濕交換器24， 模擬了人體呼氣的過程。同樣的，干燥空氣經過熱濕交換器24進入吸氣管路34,進而經過吸 氣通孔36和吸氣出口進入氣囊26，模擬人體吸氣過程。
[0078]儲水容器18頂部對應所述隔板32的兩側分別設有閥室，所述呼氣管路33與氣囊26 的連通處和所述吸氣出口位于一個閥室內，所述吸氣管路34與熱濕交換器24的連通處和所 述呼氣出口位于另一個閥室內；呼氣管路33與氣囊26的連通處設有限制氣體由氣囊26流向 呼氣管路33的第一單向閥，吸氣出口處設有限制氣體由儲水容器18流向氣囊26的第二單向 閥，吸氣管路34與熱濕交換器24的連通處設有限制氣體由熱濕交換器24流向吸氣管路34的 第三單向閥，呼氣出口處設有限制氣體由儲水容器18流向熱濕交換器24的第四單向閥。
[0079] 在各個管路上的氣流進出口處設置單向閥，可靠的控制氣流的流動方向，避免氣 流擴散到其他部位，影響測試結果的準確性。熱濕交換器24與呼氣出口及吸氣管路34之間 通過三通連接管進行連接，氣囊26與吸氣出口及呼氣管路33之間也通過三通連接管進行連 接，三通管的分叉部位于閥室內，以使設備的結構更加緊湊，且閥室對單向閥形成保護，避 免單向閥受外界的影響，延長單向閥的使用壽命，便于后期的維護。
[0080] 儲水容器18和蓋板19之間設置有密封圈，兩者形成密封連接，避免儲水容器18內 的水受到蒸發等作用的影響，提高測試結果的準確性。蓋板19的結構如圖7所示，蓋板19上 設有氣囊孔37、氣管插孔38、加熱元件插孔39和第一溫度傳感器插孔40。氣囊孔37供與氣囊 26相連接的管路穿過，氣管插孔38供與熱濕交換器26相連接的管路穿過，加熱元件插孔39 供加熱元件27穿過，第一溫度傳感器插孔40供第一溫度傳感器22穿過。
[0081 ]所述氣缸5與支撐臺29連接處的正下方設有一托架28,所述托架28的上表面設有 一層緩沖墊。為增加穩定性，支撐臺29的各條支撐腿之間連接有橫向的加強桿，支撐腿的底 端設置地腳30,地腳30可伸縮，可以方便的調整支撐臺29的平衡，地腳30采用耐磨材料支 撐，可起到緩沖和保護地面的作用。地腳30還可以采用避震腳，緩沖墊采用橡膠或者塑料材 料制作，耐用耐磨，且緩沖氣缸5與托架28之間的接觸。
[0082]將氣缸5安裝到支撐臺29上時，需要人工托住氣缸5,然后將氣缸5底端與支撐臺29 之間用連接轉軸6連接起來，在氣缸5的下方設置托架28后，氣缸5在安裝時，可以通過托架 28對氣缸5進行支撐，減輕安裝者的勞動強度，安裝更加方便也更加牢固。
[0083] 為便于觀察測試儀的工作情況，氣囊26、儲氣容器21、儲水容器18、呼氣管路33、吸 氣管路34、隔板32及限位罩14等部件均為透明材料制作。本實施例中，氣囊26采用2L麻醉氣 囊，儲氣容器21直徑約為150mm，最大體積為7L，儲水容器18采用2L的平底燒杯，熱光源照明 元件31采用普通的15W~40W的家用照明燈，加熱元件27的功率為50W~100W，各連接管路采 用PVC管，呼氣管路33和吸氣管路34采用TO-PVA波紋管，其內徑22mm~25mm、除接頭外長 250mm，其余的部件采用丙稀酸酯制造。
[0084]熱濕交換器接頭23為外圓錐接頭。
[0085]使用本發明測試儀對熱濕交換器的保濕性能進行測試時，測試條件為：
[0086] 1、從干燥空氣源輸送給熱濕交換器6的空氣應是溫度為23°C ± 1°C，含水量不超過 lmg/L〇
[0087] 2、熱濕交換器應在表1中規定的條件下進行測試。
[0089] 表1:測試條件
[0090] 如果潮氣量大于1L，則在熱濕交換器生產者推薦的最大潮氣量下進行，并采用呼 吸頻率為10次/min，吸呼比為1: 1。
[0091] 測試熱濕交換器的保濕性能時，測試方法如下：
[0092]步驟1:將本發明的供氣裝置通過通氣孔與儲氣容器21連通，將熱濕交換器24的患 者端口（熱濕交換器與患者呼吸道連接的端口）通過三通管件分別連接呼氣出口和吸氣管 路34。
[0093]步驟2:調節供氣裝置，在熱濕交換器24的機器端口（熱濕交換器與呼吸系統的患 者端口連接的端口）測量，以得到表1中規定的并在熱濕交換器生產者規定的熱濕交換器操 作范圍內的測試條件。調節干燥空氣源所輸送的空氣流量，使其大于1倍但小于1.5倍吸入 熱濕交換器機器端的峰值吸入流量，將熱濕交換器6的進氣端口連接干燥空氣源。
[0094]步驟3:用與供試熱濕交換器同樣類型的熱濕交換器，在37°C±0.5°C的水浴溫度 和絕熱箱體2內37°C 土1°C的空氣溫度下操作測試儀至少lh，該測試過程中保持該溫度。
[0095] 步驟4:確認熱濕交換器的機器端口流出的空氣的體積是表1所選測試條件所需 的。
[0096] 步驟5:記錄儲水容器、氣囊及儲氣容器的總質量mo。
[0097] 步驟6:用一個供試熱濕交換器更換前述熱濕交換器，操作測試儀60min±5min。
[0098] 步驟7:記錄儲水容器、氣囊及儲氣容器的總質量m。
[0099] 步驟8:持續操作測試儀至熱濕交換器生產者推薦的最大時間。
[0100] 步驟9:記錄儲水容器、氣囊及儲氣容器的總質量m2。
[0101] 步驟10:確認供試熱濕交換器的機器端口流出的空氣的體積是表1所選測試條件 所需的。
[0102] 步驟11:用下式計算第一個小時的供試熱濕交換器水分損失M1:
[0103]
[0104] 式中:化為第一小時測試過程中從供試熱濕交換器機器端口流出空氣的總體積。
[0105] 步驟12:用下式計算整個測試過程中的供試熱濕交換器水分損失Mmax:
[0106]
[0107] 式中:V2為整個測試過程中從供試熱濕交換器機器端口流出空氣的總體積。
[0108] 上述測試方法中，測試儀的工作過程為：
[0109] 步驟1:供氣裝置活塞的前半個沖程，氣缸5產生正壓氣流，正壓氣流進入儲氣容器 21，儲氣容器21內氣壓增大，壓迫氣囊26收縮模擬人體呼氣過程，將氣體壓出，氣囊26壓出 的氣體經呼氣管路33進入儲水容器18的水中，呼氣管路33內的氣體從呼氣通孔35處冒出， 經過儲水容器18內水的加溫加濕，模擬出人體呼出的氣體的狀態，由于氣體的密度小，其會 上升至水面，氣體上升至水面之后導致該區域氣壓上升，所以氣體會從呼氣出口處流出，進 入熱濕交換器24,并最終經過熱濕交換器24的出氣端口排出，模擬了人體呼氣的過程。
[0110] 步驟2:供氣裝置活塞的后半個沖程，氣缸5產生負壓氣流，負壓氣流進入儲氣容器 21，儲氣容器21內氣壓減小，所述氣囊26擴張模擬人體吸氣過程，在氣壓的作用下，干燥空 氣源提供的干燥空氣進入熱濕交換器24,并經熱濕交換器24進入吸氣管路34,在吸氣管路 34的引導下，干燥空氣進入儲水容器18的水中，吸氣管路34內的氣體從吸氣通孔36處冒出， 經過儲水容器18內水的加溫加濕，模擬出人體吸入的氣體的狀態，由于氣體的密度小，其會 上升至水面，氣體上升至水面之后導致該區域氣壓上升，所以氣體會從吸氣出口處流出，進 入氣囊26，模擬了人體吸氣的過程。
[0111] 該工作過程的步驟1和步驟2交替重復進行，直至測試完畢。
[0112] 上述工作過程中，隨著測試的進行，儲水容器18內的水會被損耗，儲水容器18內水 位下降時，所述浮子17隨水面高度下降，所述進水孔打開，儲水箱16的水在重力作用下經進 水管15和進水孔進入儲水容器18,從而使儲水容器18內水面高度上升;儲水容器18內水面 高度上升時帶動浮子17上升，浮子17上升至與限位罩14頂面相接觸的高度時，浮子17將進 水孔堵塞，停止進水。
[0113] 浮子17、限位罩14、進水管15和儲水箱16配合形成了自動補水裝置，可維持儲水容 器18內水位線的穩定，測試過程中，氣體進入儲水容器18后，儲水容器18內的氣壓維持在穩 定的狀態，從而維持熱濕交換器24進氣壓力的穩定，從而維持熱濕交換器24單位時間進出 氣體體積的穩定，并準確控制進氣量的多少，提高測試結果的精確度。
[0114] 本發明中，螺母套13上螺孔的數量不限于實施例所述的情況，還可以增多或者減 少，螺母套18上設置多個螺孔時，螺孔應均勻分布或者對稱分布，利于螺母套18受力的均 勻，便于其穩定的移動;螺母套18上也可僅在中部設置一個螺孔。
[0115] 通過測試前和測試后濕氣發生器質量的減少量，可以反映出儲水容器11內水的損 耗量，表明被測熱濕交換器的保濕性能越好。
[0116] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不是本發明的全部實施例，不用以限 制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在 本發明的保護范圍之內。
[0117] 除說明書所述技術特征外，其余技術特征均為本領域技術人員已知技術，為了突 出本發明的創新特點，上述技術特征在此不再贅述。
【主權項】
1. 可變通氣量的正弦供氣裝置，其特征是，包括曲柄、滑塊和氣缸，所述曲柄與驅動轉 軸固定連接，曲柄上在驅動轉軸的一側設有長條形的滑道，所述滑塊安裝在滑道內，滑塊可 沿滑道移動并可在滑道內定位，通過滑塊移動控制所述氣缸通氣量改變;所述氣缸的一端 伸出活塞桿，氣缸的另一端設有與氣缸內部連通的氣流輸送管;所述活塞桿的末端以可轉 動的方式連接在所述滑塊上。2. 根據權利要求1所述的可變通氣量的正弦供氣裝置，其特征是，所述滑塊上固定連接 有螺母套，螺母套內設有與其相嚙合的絲杠，所述曲柄上固定設置有支撐所述絲杠的絲杠 安裝支架，絲杠原位旋轉驅動螺母套帶動滑塊沿所述滑道移動。3. 根據權利要求2所述的可變通氣量的正弦供氣裝置，其特征是，所述螺母套上設有多 個螺孔，每個螺孔內分別設有所述絲杠，曲柄的兩端分別安裝有所述絲杠安裝支架;其中一 個絲杠安裝支架的外側設有主動齒輪，所述主動齒輪與安裝在絲杠端部的從動齒輪相嚙 合，所有的從動齒輪規格一致。4. 一種高仿真度HME水分損失測試儀，其特征是，該測試儀的下方設有支撐臺，所述支 撐臺的一側安裝有權利要求1~3中任意一項所述的可變通氣量的正弦供氣裝置，所述驅動 轉軸以可轉動的方式安裝在連接件上，連接件固定連接在支撐臺上;所述氣缸的底端以可 轉動的方式連接在支撐臺上，所述氣流輸送管連接為測試儀提供正弦波氣流的通氣孔。5. 根據權利要求4所述的高仿真度HME水分損失測試儀，其特征是，所述通氣孔設置在 儲氣容器上，所述儲氣容器的內部設有儲氣的氣囊，儲氣容器的下方設有儲水容器;所述儲 水容器與其開口處的蓋板形成密封連接，所述儲水容器的內部設有呼氣管路和吸氣管路； 所述呼氣管路一端連接所述氣囊，呼氣管路另一端通入儲水容器的水中，所述吸氣管路一 端用于連接熱濕交換器，吸氣管路另一端通入儲水容器的水中；儲水容器還分別與呼氣出 口和吸氣出口相連通，所述呼氣出口連通熱濕交換器，所述吸氣出口連通所述氣囊； 所述儲水容器的內部設有自動補水裝置，所述自動補水裝置包括限位罩和浮子，所述 限位罩固定安裝在儲水容器內，限位罩為底端開口的罩體，浮子位于限位罩內部并在限位 罩內部的水面上自由移動，限位罩頂面上與浮子對應的位置設有進水孔，進水孔通過進水 管連接水源。6. 根據權利要求5所述的高仿真度HME水分損失測試儀，其特征是，所述的儲水容器和 儲氣容器均位于一絕熱箱體內，所述絕熱箱體的一側設有門，絕熱箱體的其余側面封閉;所 述絕熱箱體的側壁上分別設有供熱濕交換器接頭和氣流輸送管穿過的通孔。7. 根據權利要求6所述的高仿真度HME水分損失測試儀，其特征是，所述儲水容器的內 部設有加熱元件和測量水溫的第一溫度傳感器，所述加熱元件延伸至水面以下，加熱元件 的調節器與所述第一溫度傳感器相連接;所述絕熱箱體設有熱光源照明元件和檢測箱體內 空氣溫度的第二溫度傳感器，所述熱光源照明元件的調節器與所述第二溫度傳感器相連 接。8. 根據權利要求5所述的高仿真度HME水分損失測試儀，其特征是，所述儲水容器的內 部設有一縱向的隔板，所述隔板的側邊緣固定連接在儲水容器的內側壁上，隔板的上邊緣 與所述蓋板緊密貼合，隔板的下邊緣延伸至儲水容器的水面以下；所述隔板上設置有呼氣 通孔和吸氣通孔，呼氣通孔和吸氣通孔均位于水面以下，所述呼氣管路連接至呼氣通孔處， 所述吸氣管路連接至吸氣通孔處。9. 根據權利要求8所述的高精確度熱濕交換器水分損失測試儀，其特征是，儲水容器頂 部對應所述隔板的兩側分別設有閥室，所述呼氣管路與氣囊的連通處和所述吸氣出口位于 一個閥室內，所述吸氣管路與熱濕交換器的連通處和所述呼氣出口位于另一個閥室內；呼 氣管路與氣囊的連通處設有限制氣體由氣囊流向呼氣管路的第一單向閥，吸氣出口處設有 限制氣體由儲水容器流向氣囊的第二單向閥，吸氣管路與熱濕交換器的連通處設有限制氣 體由熱濕交換器流向吸氣管路的第三單向閥，呼氣出口處設有限制氣體由儲水容器流向熱 濕交換器的第四單向閥。10. 根據權利要求4所述的高精確度熱濕交換器水分損失測試儀，其特征是，所述氣缸 與支撐臺連接處的正下方設有一托架，所述托架的上表面設有一層緩沖墊。
【文檔編號】A61M16/20GK106075684SQ201610647415
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月9日 公開號201610647415.7, CN 106075684 A, CN 106075684A, CN 201610647415, CN-A-106075684, CN106075684 A, CN106075684A, CN201610647415, CN201610647415.7
【發明人】萬敏, 張博, 張慶
【申請人】山東省醫療器械產品質量檢驗中心