一種提高流量測量精度的裝置及方法與流程

本發明涉及呼吸機和麻醉機領域，具體是一種提高流量測量精度的裝置及方法。

背景技術：

在呼吸機和麻醉機應用中，呼氣流量傳感器是不可或缺的組成部分。為了避免病人間的交叉感染，目前常用的呼氣流量傳感器為一次性元件，或者是可消毒重復使用元件。一次性呼氣流量傳感器，使呼吸機的使用成本較高。可消毒重復使用的呼氣流量傳感器可以使成本明顯降低。壓差式流量傳感器因節流機構沒有電氣元件，使其消毒變得簡單，另外其成本較低，故壓差流量傳感器在呼吸機、麻醉機中得到廣泛應用。業內普遍使用的是單個壓差傳感器的壓差流量傳感器，由于差壓式流量傳感器的流量-壓差特性，目前的壓差流量傳感器量程與精度無法得到很好的平衡。

目前的壓差流量傳感器均為使用單個壓差傳感器的壓差流量傳感器，分固定孔徑和變孔徑兩種。固定孔徑使用單個壓差傳感器的壓差流量傳感器，孔徑固定，只使用一個壓差傳感器測量壓差，通過流量-壓差標定實現流量的測量。變孔徑使用單個壓差傳感器的壓差流量傳感器，流量傳感器流道內增加了彈片，根據流速不同，彈片開度隨之變化。把流量-壓差曲線補償為近似線性，通過標定流量-壓差，實現流量測量。固定孔徑流量傳感器壓差P與流量Q的關系曲線如圖3所示。從圖中可以看出，壓差與流量為二次關系。因此在流量較小時，微小的壓差變化就對應較大的流量變化。因此要想提高小流量的精度，必須要高精度的壓差傳感器。在流量較大時，很大的壓差變化對應較小的流量變化，因此要獲得大的流量量程，就必須使用較大量程的壓差傳感器。然而，壓差傳感器的精度和量程是一對矛盾量。精度高，則量程小；量程大，則精度低。對于呼吸機、麻醉機來說，在全量程范圍內都需要較高的精度，并且呼吸機、麻醉機流量的范圍也很大。因此固定孔徑使用單個壓差傳感器的壓差流量傳感器很難滿足要求。

而對于變孔徑壓差流量傳感器，通過簧片，可以把流量與壓差的關系矯正成近似線性關系,如圖4所示。這種結構的流量傳感器一定程度上緩和了精度與量程的矛盾，但是使用簧片并不能矯正為完全的線性關系，因此測量精度受到影響。另外簧片的一致性較難控制，長期穩定性和可靠性也相對較低。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述問題和不足，提供一種通過多個不同量程的壓差傳感器，實現大量程、高精度的壓差流量傳感器的裝置及方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種提高流量測量精度的裝置，包括節流機構和處理模塊，所述節流機構包括通氣流道及設置在通氣流道內的節流孔，在節流孔前后兩端分別設有壓差上游采樣口和壓差下游采樣口，壓差上游采樣管與壓差上游采樣口連接使其與通氣流道上游連通，壓差下游采樣管與壓差下游采樣口連接使其與通氣流道下游連通，所述處理模塊包括采樣模塊、處理器和存儲器，采樣模塊包括兩個或兩個以上不同量程的壓差傳感器。

進一步的，采樣模塊包括小量程壓差傳感器I和大量程壓差傳感器II，壓差傳感器I和壓差傳感器II與壓差上游采樣管和壓差下游采樣管連接，測量通氣流道上下游兩端的壓差。

進一步的，節流孔是固定孔徑節流孔。節流孔還可以是變孔徑節流孔。

進一步的，采用上述裝置來提高流量測量精度的方法，包含以下步驟：

步驟一，往通氣流道由小到大通流量，同時采樣模塊采樣通氣流道在通過不同流量時節流孔兩端的壓差；

步驟二，使用處理器對步驟一中的流量及其對應的壓差做標定，并把標定系數存儲在存儲器；

步驟三，測量流量時，處理器使用采樣模塊采樣的壓差，通過存儲在存儲器的標定系數，計算出當前流過通氣流道的流量。

進一步的， 所述步驟二對流量和壓差做標定時，對應多個壓差傳感器覆蓋的范圍，使用最小有效量程的壓差傳感器采樣的壓差進行標定；

進一步的，所述步驟三使用壓差計算流量時，如果壓差落在多個壓差傳感器量程范圍內，使用最小有效量程的壓差傳感器所測壓差計算出測量流量。

本發明流量傳感器使用分段測量的方法，小流量段使用小量程壓差傳感器測量，大流量范圍使用大量程壓差傳感器測量，實現整個流量范圍的高精度測量，同時拓展了流量的測量范圍。使用多個壓差傳感器的方法，解決單個壓差傳感器流量傳感器精度與量程之間的矛盾，實現大量程高精度流量傳感器。

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

附圖說明

圖1是本發明多壓差傳感器流量傳感器；

圖2是本發明小量程、大量程壓差傳感器測量的固定孔徑流量-壓差曲線；

圖3是固定孔徑流量傳感器流量-壓差曲線；

圖4是變孔徑流量傳感器流量-壓差曲線。

具體實施方式

如圖1所示，本發明為一種提高流量測量精度的裝置，包括節流機構1和處理模塊13，所述節流機構1包括通氣流道2，通氣流道2內設有節流孔5，節流孔5采用固定孔徑的節流孔，在節流孔5前后兩端分別設有壓差上游采樣口3和壓差下游采樣口4，壓差上游采樣管6與壓差上游采樣口3連接使其與通氣流道2上游連通，壓差下游采樣管7與壓差下游采樣口4連接使其與通氣流道2下游連通，所述處理模塊13包括采樣模塊8、處理器11和存儲器12，采樣模塊8包括兩個或兩個以上不同量程的壓差傳感器，本發明一種實施例采用小量程的壓差傳感器I9和大量程的壓差傳感器II10，壓差傳感器I9和壓差傳感器II10與壓差上游采樣管6和壓差下游采樣管7連接，測量通氣流道2上下游兩端的壓差。

本發明使用分段測量的方法，使用兩個或兩個以上不同量程的壓差傳感器，在小流量范圍，使用小量程壓差流量傳感器，根據所測量的壓差計算出流量，因為小量程壓差傳感器具有較高的精度和分辨率，因此雖然小流量范圍流量變化產生的壓差變化較小，也可以精確測量。

在大流量范圍，使用大量程壓差傳感器，根據所測量的壓差計算出流量。雖然大量程壓差傳感器相對小量程壓差傳感器精度和分辨率較低，但是根據固定孔徑流量-壓差關系，在大流量范圍，流量變化對應的壓差變化也比較大，因此仍可以獲得較高的精度。

測量前，先對經過節流機構通氣流道的流量和壓差傳感器測量到的對應節流孔兩端的壓差進行標定。參照圖1，按通氣流道2內箭頭所示方向由小到大通流量，例如，從0-200L/min逐步提高流量，與此同時，采樣模塊8的大小量程壓差傳感器同時采樣對應不同流量時節流孔5兩端的壓差。對于小流量范圍，使用小量程壓差傳感器I9所測量的壓差進行標定，大流量范圍使用大量程壓差傳感器II10所測量的壓差進行標定。如圖2，小量程壓差傳感器I9的最大有效測量值為P1對應流量為Q1，大量程壓差傳感器II10的最大有效測量值為P2，對應流量為Q2。因此在0-Q1（0-P1）范圍使用小量程壓差傳感器所測壓差進行標定，在Q1-Q2(P1-P2)范圍使用大量程壓差傳感器所測壓差進行標定。處理器11分別把不同范圍的標定系數存儲在存儲器12，用于測量時根據壓差計算出通過通氣流道2的流量。

測量時，當有流量從通氣流道2通過，會在節流孔5兩端產生壓差，大小量程壓差傳感器同時采樣所述壓差。判斷壓差落在哪個范圍，如果落在小量程壓差傳感器I9量程范圍內（0-P1），處理器11使用小量程壓差流量傳感器I9所測量的壓差通過存儲器12中相應的標定系數計算出通過通氣流道2的流量，如果落在小量程壓差傳感器I9量程范圍外，但在大量程壓差傳感器II10量程范圍內（P1-P2），處理器11使用大量程壓差流量傳感器II10所測量的壓差通過存儲器12中相應的標定系數計算出通過通氣流道2的流量。

本發明另一種實施例節流孔5還可以采用變孔徑節流孔。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。