[发明专利]一种气体流量计量/输出控制与自动补偿模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体流量计量/输出控制与自动补偿模块，属于氧气吸入器、制氧机、空氧混合机与呼吸机等医疗产品中的医用气体流量计量与控制核心部件。

背景技术

气体流量计量/输出控制模块是氧气吸入器、呼吸机等产品中用于控制与计量医用气体的核心组成部件。目前国内医院普遍使用的浮标式氧气吸入器结构简单、成本低，但普遍存在流量调节不方便（人工调节旋钮、浮标漂移不稳定）、计量误差大（供气压力变化引起）、数据无法存储等缺憾。近几年气体的电子计量与控制技术发展很快，但由于电子流量控制阀、流量传感器价格昂贵，仅一个医用的电子流量传感器部件的价格就高达上千元，医院普及应用投入巨大，影响了电子类气体流量控制器的推广使用。本发明人提出了201510291730.6技术方案，解决了这一缺憾医用气体电子流量计量与控制的生产成本高的问题，但该技术方案并没有进一步明确阀门开度的自动监测方式以及流量补偿方案。

发明内容

本发明提出一种气体流量计量/输出控制与自动补偿模块，主要由控制单元、步进电机、阀座、阀芯、传动件、压力/温度传感器、霍尔传感器、永久磁体组成，其主要特征是：阀芯的尾部设有永久磁体，永久磁体的正对面设有霍尔传感器，控制单元发出流量调节指令后，步进电机驱动阀芯在阀座内直线位移进行气体输出流量控制；阀芯直线位移时，阀芯尾部的永久磁体与霍尔传感器的间距不断变化，霍尔传感器监测到的霍尔电压值也随之变化，霍尔电压值与输出流量值呈线性对应关系；输出气体流量处于0值（阀门闭合状态）时永久磁体与霍尔传感器的间距最大、监测到的霍尔电压值最小，输出气体流量处于最大值（阀门开度最大）时永久磁体与霍尔传感器的间距最小、监测到的霍尔电压值最大；控制单元设有霍尔电压值与气体输出流量值线性对应关系的数据模型，实现气体流量的准确计量与控制，数据模型中设有压力、温度、霍尔电压值的补偿系数。

所述的控制单元是以单片机为核心建立的电子控制模块，控制单元包括但不限于单片机、存储模块、时钟芯片以及PCB电路等。

所述的步进电机与控制单元联通工作，步进电机与阀芯之间设有传动件，步进电机能直接或间接驱动阀芯直线位移；阀芯直线位移的方式可以采用旋转式（阀芯转轴位移）、平推式（阀芯推拉位移）等。优选的方案是采用平推式位移方式，避免阀芯旋转式位移时加快进气通路密封位置磨损，引起阀门漏气。

所述的阀芯的外部形状不限，常用的是采用子弹式外形结构，前段子弹头部分为阀芯的密封体，后段子弹壳体部分为阀芯的固定转动轴；阀芯的尾部设有永久磁体,永久磁体材料包括但不限于钕铁硼永磁铁，铁氧体永磁铁，钕镍钴永磁铁，橡胶永磁铁，一般可选用直径2-3mm、高1-2mm的小圆柱体；阀芯的外周还设有密封圈，密封圈一般可以是四氟乙烯、硅胶、乳胶等材料制成的O型圈。

所述的阀座与阀芯构建一个相对密闭的气体流量控制阀，阀座上设有进气通道与气体输出通道；阀芯与阀座上的进气通道形成一定的节流面积，当阀芯被步进电机驱动反向直线位移时，阀门开度越来越大，相对节流面积可以在F0～Fmax之间调节（相对节流面积是指调节阀某一开度下的节流面积与全开时的节流面积之比，用f=F/Fmax来表示），输出气体流量对应由大到小变化；当阀芯被步进电机驱动正向直线位移时，阀门开度越来越小，相对节流面积可以在Fmax～F0之间调节，输出气体流量由小到大变化。

所述的霍尔传感器设置在永久磁体的正对面，而且霍尔传感器与永久磁体的设置间距应大于阀芯直线位移的最大行程；举例说明，如果阀芯直线位移行程为3mm，那么霍尔传感器与永久磁体保持最近0.1-0.5mm、最远3.5-4.5mm的位移间距。霍尔传感器与控制单元联通工作，在步进电机驱动阀芯直线位移时，霍尔传感器与永久磁体的距离随之发生变化。当阀门进行开启或调高流量操作时，步进电机驱动阀芯开始反向直线位移，霍尔传感器与永久磁体的间距随之变小，霍尔传感器监测到的霍尔电压值则随之变大，对应的气体输出流量也越来越大；而当阀门进行降低流量或关闭操作时，步进电机驱动阀芯开始正向直线位移，霍尔传感器与永久磁体的间距随之变大，霍尔传感器监测到的霍尔电压值则随之变小，对应的气体输出流量也越来越小，直至完全关闭；当阀门完全闭合、相对节流面积在F0（即输出流量0值）时，霍尔传感器与永久磁体的间距最大，霍尔传感器监测到的霍尔电压值最小。