Спосіб вимірювання частоти дихання і витрати повітря при диханні

Реферат: Спосіб вимірювання частоти дихання, витрати повітря при диханні з використанням кисневої маски полягає у визначенні об'ємної витрати повітря в залежності від його тиску. Вимірювання тиску проводиться на вході в кисневу маску і на виході з клапана виходу кисневої маски. Вимірюється тривалість зміни тиску при вдиху і видиху. Частота дихання визначається числом сигналів, які відповідають вдихам і видихам за певний інтервал часу. Вимірювання тиску та тривалість зміни тиску проводиться з урахуванням значень температури, вимірювання якої виконується на вході в кисневу маску і на виході клапана видиху в протікаючому повітряному потоці. UA 73021 U (12) UA 73021 U UA 73021 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до медичного приладобудування, а саме до способів вимірювання частоти дихання і витрати повітря при диханні. Найбільш близькими до технічного рішення, що заявляється, є спосіб вимірювання витрати повітря і частоти дихання при використанні кисневої маски і пристрій для його здійснення [Патент на винахід РФ №2145484 МПК' А 61 В 05/087]. Цей спосіб вимірювання частоти дихання і витрати повітря при диханні з використанням кисневої маски, який полягає у визначенні об'ємної витрати повітря в залежності від його тиску, причому вимірювання тиску проводиться на вході в кисневу маску і на виході з клапана виходу кисневої маски, вимірюється тривалість зміни тиску при вдиху і видиху, частота дихання визначається числом сигналів, які відповідають вдихам і видихам за певний інтервал часу, і пристрій для його здійснення, який містить у своєму складі кисневу маску з клапаном видиху, причому на ній змонтовані електричні тензометричні датчики на вході в кисневу маску і на виході клапана видиху кисневої маски, чутливі елементи яких введені в потік повітря на вході в кисневу маску і на виході клапана виходу кисневої маски, а виходи датчиків з'єднані з пристроєм рішення та реєстрації. Недоліком цього способу є те, що він не забезпечує достатню точність вимірювання, оскільки при вимірюванні тиску та тривалості зміни тиску не враховуються значення температурних коливань тиску, а також об'єму вдихуваного і видихуваного повітря. Так при температурних змінах і інших незмінних умовах виміру в одного і того ж пацієнта значення тиску і тривалості зміни тиску можуть бути різними. В основу корисної моделі запропонованого способу покладено задачу забезпечення високої точності вимірювання частоти дихання та усунення впливу зовнішніх і апаратних перешкод. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в способі вимірювання частоти дихання і витрати повітря при диханні здійснюють вимірювання величини тиску повітря при вдиху і величини тиску повітря за клапаном видиху кисневої маски при видиху, інтервалу зміни тиску повітря при видиху, які залежать від витрати повітря при диханні і частоти дихання з урахуванням значень температур вдихуваного і видихуваного повітря в протікаючому повітряному потоці. Запропонований спосіб заснований на визначенні залежності об'ємної витрати повітря від його тиску, яка виражається формулою[1]: Q v  dS 30 35 40 2g , P  (1) 3 де Qv - об'єм повітря, який протікає в кисневій масці, м /с; d- коефіцієнт витрати повітря;  - коефіцієнт витікання повітря; 2 S - площа перерізу вхідного отвору кисневої маски, м ; g - прискорення вільного падіння, g=9,81 м/с;  - питома маса повітря, кг/м; P - тиск повітря, кг/м. При цьому тиск Р визначається за законом Менделєєва-Клапейрона: P=nkT, (2) де n - концентрація частинок кисню та вуглекислого газу; -23 k - стала Больцмана для повітряної суміші, k=1,310 Дж/К; T - абсолютна температура, K. Підставивши (2) в (1) маємо залежність об'ємної витрати повітря від температури: Q v  dS 2g nkT ,  (3) Таким чином, вимірюючи значення поточної температури (4) визначаємо поточне значення об'ємної витрати повітря: Tn  T  T , Q Vn  dS 2g nkTn .  (5) Різниця Q v визначається з виразів (5) і (3) і відповідає (6) Q v Q Vn Q v , Q v  dS 2g nk   T n   T . (7) 1 UA 73021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для реалізації даного способу проводиться вимірювання температури на вході в кисневу маску і на виході клапана видиху за допомогою температурних датчиків, які вводяться у повітряний потік, електричні сигнали яких відповідають температурі потоку повітря. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена структурна схема пристрою для вимірювання витрати повітря при диханні і частоти дихання, де 1 - електричний тензометричний датчик (ЕТД1); 2 - електричний тензометричний датчик(ЕТД2); 3 температурний датчик (ТД); 4 - пристрій рішення та реєстрації(ПРР); 5 - блок індикації (БІ). Пристрій для вимірювання витрати повітря при диханні і частоти дихання містить електричний датчик 1 тензометричний, чутливий елемент якого введений в трубопровід підводу повітря на вході в кисневу маску, а електричний вихід з'єднаний з першим входом пристрою 4 рішення і реєстрації, електричний датчик 2 тензометричний, чутливий елемент якого введений на виході клапана видиху кисневої маски, а електричний вихід з'єднаний з другим входом пристрою 4 рішення та реєстрації, температурний датчик 3, перший чутливий елемент якого введений в трубопровід підводу повітря на вході в кисневу маску, а електричний вихід з'єднаний з третім (температурним) входом пристрою 4 рішення та реєстрації, і другий чутливий елемент якого введений на виході клапана видиху кисневої маски, а електричний вихід з'єднаний з четвертим (температурним) входом пристрою4 рішення та реєстрації, який з'єднаний з входом блока 5 індикації. Пристрій працює наступним чином. При вдиху повітряний потік чинить тиск на чутливий елемент електричного тензометричного датчика 1, електричний сигнал U1 з виходу якого поступає на перший вхід пристрою 4 рішення та реєстрації, де формується сигнал з амплітудою А1 і тривалістю t1, який відповідає розрахованій витраті повітря при вдиху і тривалості вдиху, при цьому електричний сигнал U2 з електричного тензометричного датчика 2 рівний нулю, так як клапан видиху закритий і на чутливий елемент електричного тензометричного датчика 2 тиск повітря не діє. При видиху тиск на чутливий елемент електричного тензометричного датчика 1 різко падає і електричний сигнал U1 з його виходу прямує до нуля, а через клапан видиху кисневої маски, який відкривається, потік видихуваного повітря чинить тиск на чутливий елемент електричного тензометричного датчика 2, електричний сигнал U2, з якого поступить на другий вхід пристрою 4 визначати момент затримки дихання при виконанні дихальних захисних проти перенавантажених прийомів. Під час процесу дихання заміряється значення температур t1 °C температурним датчиком ТД на вході кисневої маски і значення температур t2 °C на виході кисневої маски. Ці сигнали поступають на пристрій 4 рішення та реєстрації, де формується складова сигналу, що усуває температурну складову похибки вимірів і сигнал, пропорційний істинному значенню витрат повітря при диханні, поступає на блок індикації 5, де і фіксуються дійсні значення об'ємів повітря при вдиханні і видиханні та частота дихання. Таким чином введення додаткових операцій вимірювання тиску та тривалості зміни тиску, що проводиться з урахуванням значень температури, вимірювання якої виконується на вході в кисневу маску і на виході клапана видиху в протікаючому повітряному потоці дозволили компенсувати температурну складову похибки виміру витрат повітря при зовнішньому диханні людини, що значно підвищило точність вимірювання. За рахунок введення додаткових операцій у їх взаємозв'язку в способі для вимірювання витрати повітря при диханні і частоти дихання значно підвищується ефективність, точність, надійність і достовірність виміру параметрів зовнішнього дихання завдяки врахуванню температурних змін в тканині. Суттєво розширюються функціональні можливості пристрою, підвищується точність, інформативність, вилучається температурна складова похибки вимірювання. Джерело інформації: 1. Пат. 2145484 Российская Федерация, МПК' А 61 В 05/087. Способ измерения расхода воздуха и частоты дыхания при использовании кислородной маски и устройство для его осуществления /Астахов Л.В., Герасин В.А., Климова О.Р. Долодяжная Т.А., Фортуна Ю.А.; опубл. 20.02.2000. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб вимірювання частоти дихання, витрати повітря при диханні з використанням кисневої маски, який полягає у визначенні об'ємної витрати повітря в залежності від його тиску, причому вимірювання тиску проводиться на вході в кисневу маску і на виході з клапана виходу кисневої маски, вимірюється тривалість зміни тиску при вдиху і видиху, частота дихання визначається 2 UA 73021 U числом сигналів, які відповідають вдихам і видихам за певний інтервал часу, який відрізняється тим, що вимірювання тиску та тривалість зміни тиску проводиться з урахуванням значень температури, вимірювання якої виконується на вході в кисневу маску і на виході клапана видиху в протікаючому повітряному потоці. 5 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3