Пристрій для визначення електричних параметрів видихуваного повітря

Реферат: UA 97917 U UA 97917 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до пристроїв, які застосовуються для дослідження функції дихання. Результати численних досліджень свідчать про те, що між організмом людини і зовнішнім середовищем постійно відбуваються процеси обміну електричними зарядами. У цьому зв'язку наявність аероіонів в атмосферному повітрі є життєво необхідною. Дихання є одним з найважливіших фізіологічних процесів, які підтримують необхідний рівень такого електрообміну. Доведено, що корисними для живих організмів аероіонами є тільки легкі негативні іони, які містяться у вдихуваному повітрі. Встановлено, що у видихуваному повітрі, навпаки, міститься багато позитивних іонів. Проте механізми проникнення в організм і фізіологічні ефекти дії аероіонів різної полярності залишаються недостатньо з'ясованими. Значною мірою це обумовлено відсутністю об'єктивних методів контролю за процесами обміну електричними зарядами. У зв'язку з цим дослідження індивідуальних параметрів такого обміну у людини є надзвичайно актуальною проблемою, а розробка та створення нової апаратури для електродіагностики стану функції дихання має безсумнівній науковий і практичний інтерес. Найбільш близьким до корисної моделі і прийнятим за прототип є "Устройство для регистрации аэроионов в выдыхаемом воздухе" (патент України № 10678 А). Пристрій складається з системи подачі повітря, що видихається, чутливого елемента і блока керування і відображення інформації. Система подачі повітря виконана у вигляді волюметричного блока, що складається з послідовно з'єднаних по газовому каналу мундштука пацієнта, клапанів вдиху і видиху, спірометра, який підключений до волюметричного блока через дефлектор і вентилятор. Електрометр містить в собі чутливий металевий стрижень, в верхній частині якого змонтовано відкритий виносний коллектор, а в нижній два пелюсткових електроди, один з яких є нерухомим, а другий - рухомим, крім того електрометр забезпечений оптикоелектронним перетворювачем кута переміщення рухомого електрода в електричний сигнал, вихід перетворювача підключений до входу блока керування і відображення інформації, який містить блок живлення та реєстратор. Суттєвими ознаками аналога, що є спільними з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є: система подачі видихуваного повітря, що містить у собі спірометр і вентилятор з впускним клапаном, чутливий елемент, блок керування та відображення інформації, що містить блок живлення і реєстратор. Основними недоліками пристрою-прототипу є те, що він має обмежені технічні можливості, а саме: • низьку точність і швидкість вимірювання електричних величин внаслідок, використання як чутливого елемента відкритого виносного колектора і електрометра пелюсткового типу; • неможливість створення стандартних умов вимірювань, у зв'язку з відсутністю пристрою термостабілізації і можливості конденсації парів повітря, що видихається на чутливому елементі; • наявність витоків заряду електрометра при роботі в приміщеннях з різною температурою і вологістю; • використання дефлектора у системі волюметричного контролю об'єму повітря, яке було видихнуте. Ці недоліки не дають можливості провести комплексне вимірювання електричних параметрів видихуваного повітря людини і отримати точні та відтворювані результати досліджень. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу по створенню пристрою для дослідження функції зовнішнього дихання за визначенням електричних параметрів видихуваного повітря. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є можливість більш точно і швидкодійно проводити комплексну оцінку електричних властивостей видихуваного повітря людини з діагностичною метою. Поставлена задача вирішується тим, що корисна модель має розширені технічні можливості, які забезпечуються уведенням до складу пристрою термостабілізованої ємності для порції видихуваного повітря, що аналізується; використанням чутливого елемента ємнісного типу з різною площиною електродів, причому менший електрод заземлений, а більший електрод підключений до неінвертуючого входу підсилювача, підключенням вентилятора до патрубку входу, а спірометра до патрубку виходу. Корисна модель пояснюється функціональною схемою пристрою (креслення). Пристрій містить у собі блок для подачі газової суміші, який складається з корпусу (1), що виконаний з діелектричного матеріалу у вигляді порожнього двостінного циліндра, між стінками якого циркулює термостатуюча рідина (2), яка надходить з термостату (3), патрубків входу (4) і 1 UA 97917 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 виходу (5), спірометра (6), приєднаного до патрубку виходу, і вентилятора (7) з впускним клапаном (8), приєднаного до патрубка входу. Чутливий елемент, розташований у центрі корпусу, представляє собою плаский конденсатор, що має певну ємність (С) і складається з двох металевих електродів (9, 10), розділених пластиною (11), яка виконана з діелектричного матеріалу. При цьому електрод (9) покритий ізоляційним матеріалом (12) і заземлений, а електрод (10) має розвинену поверхню за рахунок використання сітчастого струмопровідного матеріалу (13), що заповнює внутрішній простір корпусу. Значно збільшена площина електрода (10) відносно електрода (9) забезпечує підвищення точності і чутливості роботі пристрою. Електронний блок пристрою складається з послідовно з'єднаних вимірювального підсилювача (14), неінвертуючий вхід якого пов'язаний з електродом (10), блока живлення (15) і реєстратора (16). Пристрій працює таким чином. Повітря, яке видихнув випробовуваний, надходить через патрубок входу (4) у корпус (1) пристрою і проходить через електрод (10), який електрично з'єднаний з неінвертуючим входом вимірювального підсилювача (14), інвертуючий вхід якого заземлений. Сітчаста частина (13) електрода (10) забезпечує велику площу контакту з максимальним об'ємом видихнутого повітря. Аероіони, що містяться у видихуваному повітрі проходять через сітчасту частину (13) електрода (10) і передають йому електричний заряд. Так як електрод (9) ізольований від повітря і заземлений, то між електродами (9) і (10) виникає різниця потенціалів (U), яка посилюється вимірювальним підсилювачем (14) і фіксується реєструючим пристроєм (16). Протягом усього процесу вимірювань термостат (3) підтримує температуру всередині корпусу на рівні 37-39 °C, що виключає конденсацію парів повітря, що видихається, на стінках корпусу і електродах чутливого елемента. Повітря, яке пройшло скрізь сітчасту частину (13) електрода (10) надходить у патрубок виходу (5) на спірограф (6), який вимірює об'єм видихнути повітря (V). По завершенні процесу вимірювання вмикається вентилятор (7) і через впускний клапан (8) і патрубок входу (4) атмосферне повітря надходить у корпус (1) пристрою. При повному заміщенні досліджуваної порції видихуваного повітря на атмосферне відбувається розрядка чутливого елемента. Показання регістратора при пропусканні атмосферного повітря приймають за умовний ноль і апарат може бути використаний для наступного вимірювання. Величини ємності, яка притаманна чутливому елементу (С), а також різниці потенціалу між електродами чутливого елемента (U), і об'єм видихнутого повітря (V), що були виміряні, використовують для розрахунку величини заряду в одиниці об'єму (Кл/мл) видихнутого повітря за формулами: 1. Q=C×U, дe • Q - величина заряду, (Кл). • С - ємність датчика, (Ф). • U - різниця потенціалів, (В). 2. N=Q/(q×V), де • N - кількість одиничних зарядів в 1 мл видихуваного повітря (штук). -19 • q - величина одиничного заряду (1,6×10 Кл). • V - об'єм видихнутого повітря, (мл). Пристрій, описаний вище, дозволяє: - підвищити точність вимірювань; - підвищити швидкодію; - розширити надійність у різних режимах роботи; - визначати стан функції дихання за електричними параметрами видихуваного повітря; - забезпечити відтворюваність результатів досліджень; Таким чином, корисна модель дає можливість проводити комплексну оцінку електричних властивостей видихуваного повітря людини з діагностичною метою. 50 2 UA 97917 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Пристрій для визначення електричних параметрів видихуваного повітря, що містить у собі послідовно з'єднані систему подачі видихуваного повітря із спірометром і вентилятором, чутливий елемент, блок управління і відображення інформації із блоком живлення та реєстратором, який відрізняється тим, що система подачі газової суміші представляє собою корпус у вигляді порожнього двостінного циліндра, який виконаний з діелектричного матеріалу, між стінками корпусу циркулює термостатуюча рідина, що надходить з термостату, чутливий елемент, розташований у центрі корпусу, складається з двох металевих електродів, розділених пластиною з діелектричного матеріалу, при цьому менший з електродів покритий ізоляційним матеріалом і заземлений, а більший електрод має розвинену поверхню за рахунок використання сітчастого струмопровідного матеріалу, електронний блок пристрою містить вимірювальний підсилювач, неінвертуючий вхід якого пов'язаний з більшим електродом, а інвертуючий вхід заземлений, також пристрій містить патрубки входу і виходу, при цьому патрубок виходу з'єднаний із спірометром, а патрубок входу з'єднаний із вентилятором з впускним клапаном. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3