[实用新型]用于肺功能检测的流量传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于肺功能检测的压差式节流型呼吸流量传感器。

背景技术

随着环境的恶化，雾霾的增多，肺部疾病的患者越来越多，尤其是慢性阻塞性肺疾病（COPD）已经是全球范围内的公共卫生问题，其患病人数多、死亡率高、社会经济负担重。通过肺功能仪对人体肺功能进行有效检测是慢性阻塞性肺疾病早期识别、早期诊断的一种重要手段，以便早期介入治疗以获得较好的疗效。目前常用的肺功能仪有风箱式便携肺功能仪、涡轮式便携肺功能仪、超声流速传感型便携式肺功能仪、压差式便携肺功能仪，风箱式便携肺功能仪的检测原理是吹气者往风箱内吹气使风箱内气囊膨胀来推动标记笔。外观轻便，但是可测量的参数少。涡轮式便携肺功能仪：原理是依据转动部件(涡轮)的转动速度和流体速度成正比的特性而设计，气体通过时引起涡轮转动，通过光电效应来将涡轮转动信号转换成电信号输出，为目前产品普遍采用的技术原理。缺点是气流停止通过时叶轮仍可有惯性转动而产生误差，转动惯性与轴承摩擦力矩等因素也会影响传感器精度，而且使用时容易污染涡轮，造成交叉污染。超声流速传感型便携式肺功能仪：原理是根据声波在顺气流和逆气流上传递的时间差异跟气体流速的关系。传递时间差取决于气流速度，流速越快；时间差越大，流速根据时间差计算得出。但是一致性范围仍然较大，某些指标重复性差，产品成本高。压差式便携肺功能仪：目前这类产品普遍采用费氏(Fleisch)和改进型的Lilly型压差式流量计。其在流速传感器上有一筛状隔网，气流通过该网时受网的阻力而流速下降，结果使网眼另一端的压力轻微下降，网眼两端形成压降差，经过压差式传感器将由气体流速产生的压差信号转换成电信号，处理后以数字或图形形式输出。该技术的缺点是呼出的水蒸汽容易在筛状隔网上冷凝沉积而阻塞网眼，隔网清洁消毒较为困难，因而影响测试精度，而且容易造成交叉污染；另外，在高流量测量时误差偏大，测得的结果不能与标准仪器进行互相转换，清洗维护后需要定标等。

发明内容

为克服上述缺陷，本实用新型需要解决的技术问题是提供一种用于肺功能检测的流量传感器，将作为传感器吹气通道的贯通孔设置为两端直径大于中间直径的结构，并通过计算优化贯通孔前后直径变化，使得肺功能检测的流量传感器外观尺寸既可以适用于病患者口吹，又使得贯通孔在两个取压口附近不会出现紊流现象，确保肺功能检测的流量传感器应用于肺功能仪时测量灵敏度高、测量数值准确、可重复使用、无需定标、使用方便。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于肺功能检测的流量传感器，包括基体，基体上设有可以吹气的贯通孔以及高压取压口、低压取压口，高压取压口、低压取压口分别与贯通孔连通，所述贯通孔中间的直径小于两端的直径，贯通孔中间直径小的一段为喉口段，贯通孔两端空气吹入的一段为入口段，所述高压取压口与入口段相连通，所述低压取压口与喉口段相连通。圆形贯通孔结构从气体吹入端到吹出端依次为入口段、收缩段、喉口段、扩散段，入口段、喉口段呈圆柱状，入口段的直径大于喉口段的直径，收缩段与扩散段呈圆台形，收缩段与扩散段的直径小端均朝向喉口段。流量传感器与肺功能仪主机共同构成肺功能仪，根据流体动力学原理可以知道流道中空气流动横截面积大的位置处压力大于横截面积小的位置处压力，这样流量传感器位于入口段的高压取压口与位于喉口段的低压取压口之间存在压差，肺功能仪主机即可根据高、低压取压口之间的压差计算分析出病患者的肺部各种功能指标提供给医生或病患者，以便医生或病患者判断病情或确认疗效。由于贯通孔各段的直径是固定的，不存在影响检测结果的要素，所以检测时，相比现有技术具有较高的测量灵敏度、可重复使用、无需定标、使用方便。

作为优选，所述入口段的直径D为16至30mm，根据公式 QUOTE可以计算出喉口段的直径d为10至13mm，式中Q为流量，Δp为压差，ρ为流体的密度。为了符合人体工程学原理，尤其适合病患者放入口中呼气的实际用途，将入口段的直径定为16至30mm比较合适。根据流体动力学伯努利方程和质量守恒连续性原理，流量与压差的关系满足公式 QUOTE ，式中人体呼气的流量范围为50L/min～900L/min左右，肺功能仪主机对应压差测量范围为0～9kPa，计算出喉口段直径d为10至13mm。通过大量实验检测入口段直径D取值16至30mm，喉口段直径d取值10至13mm，入口段与喉口段在检测过程中均处于层流状态，可以获得相对稳定的压差，以便肺功能仪主机可以准确地计算分析出病患者的肺部各种功能指标，以便医生或病患者可以比较准确地判断病情和疗效确认。