呼吸機壓差式流量傳感器的維修

黃 驥，申開州（通訊作者）

（1云南省第一人民醫院國有資產管理處，云南昆明650032；2昆明醫科大學第二附屬醫院資產管理處，云南昆明650101）

呼吸機壓差式流量傳感器的維修

黃 驥1，申開州2（通訊作者）

（1云南省第一人民醫院國有資產管理處，云南昆明650032；2昆明醫科大學第二附屬醫院資產管理處，云南昆明650101）

流量傳感器是呼吸機氣路系統的重要部件，遠端式流量傳感器的保養與維修，一直是呼吸機維護與保養工作中的重點之一。本文簡要介紹了流量傳感器的作用、分類、結構原理、性價比、性能和損壞形式，詳細描述了遠端型壓差式流量傳感器中金屬測量膜片斷裂的創新性解決方法，具有一定的價值性和適用性，啟發性和推廣性。

呼吸機；流量傳感器；測量膜片；維修保養

呼吸機，由供氣裝置﹑氣路系統和電子控制系統等幾部分組成。流量傳感器是氣路系統的重要部件，其作用是將吸入和（或）呼出的氣體流量轉換成電信號，送給信號處理電路，完成對吸入和（或）呼出潮氣量﹑分鐘通氣量﹑流速的檢測和顯示。由于呼吸機功能和設計的不同，流量傳感器的檢測值不僅僅提供顯示，在功能比較齊全的呼吸機中，控制和報警部分也受其影響。因此，流量傳感器性能的好壞，直接影響到呼吸機參數的可靠性和準確性。

1 流量傳感器的分類

1.1 按安裝位置分類

流量傳感器可分為內置式和外置式兩種。

（1）內置式又分為兩種，一是接在吸氣流量閥（又可分為空氣流量閥和氧氣流量閥）輸出端，二是接在呼氣閥輸出端；

（2）外置式又分為遠端式和近端式兩種。遠端式接在呼氣閥的輸出端，近端式接在患者Y型三叉口。

1.2 按使用耐久程度分類

流量傳感器可分為一次性（一人次）使用型和耐用型兩種。

1.3 按工作原理分類

流量傳感器主要分為熱絲式﹑晶體熱膜式﹑超聲式﹑壓力感應式和壓差式等。

2 各種流量傳感器工作原理

對于熱絲式﹑晶體熱膜式﹑超聲式﹑壓力感應式等流量傳感器的結構原理，可參考有關文獻。而對于壓差式流量傳感器的工作原理，因本文要詳述其維修研究。

壓差式流量傳感器是通過測量膜片﹑篩網﹑兩個測壓孔﹑流量噴嘴和文丘里管（測量流體壓差的一種裝置，是意大利物理學家G. B.文丘里發明的）等裝置產生與流量有關的壓降，壓力傳感器檢測壓降，依據貝努利定律（流體所受的靜壓力與流速的關系）和質量守恒原理換算出流量，可得出流量的大小與兩個測壓孔之間測得的壓力差成正比。此類傳感器在很低的流量范圍，檢測曲線呈非線性，部分廠家根據檢測范圍需要配置軟件校正，從而將使用范圍提高。這是因為呼吸機送氣和患者呼吸流量范圍較低，尤其是嬰幼兒，所以在結構上，部分呼吸機在限流裝置上還安裝了限流片[1]。

使用壓差式流量傳感器的呼吸機有哈美頓﹑林志和熊牌等（圖1）。

圖1 壓差流量傳感器示意圖(a)林志呼吸機壓差式流量傳感器示意圖；(b) 熊牌1000呼吸機壓差式流量傳感器示意圖

如圖2所示，是熊牌1000型呼吸機使用的壓差式流量傳感器的工作原理示意圖和外形圖。

(a) 壓差式流量傳感器原理圖 (b) 壓差式流量傳感器實物圖圖2 熊牌1000型呼吸機壓差式流量傳感器

3 流量傳感器的性價比

3.1 價格對比

如前所述，流量傳感器按使用耐久程度可分為一次性（一人次）使用型和耐用型兩種，因此，其價格也千差萬別。一次性使用型（主要是熱絲式和壓差式）為耗材式，價格較便宜，一般為300～500元；耐用型價格較高，一般為7000～15 000元，其中又以超聲式﹑壓力感應式﹑晶體熱膜式價格較高，熱絲式次之，壓差式又次之。

3.2 靈敏度和精確度對比

在常見的幾種流量傳感器中，熱絲式和晶體熱膜式流量傳感器的靈敏度和精確度較高，一般用于嬰幼兒呼吸機和成人高檔呼吸機；超聲式的次之，壓力感應式和壓差式又次之，這三者都主要用于成人呼吸機。

3.3 損壞率及形式對比

（1）按一次性使用型和耐用型分類，一次性使用型流量傳感器較耐用型容易損壞，其中又以熱絲式最容易損壞，更有甚者，使用3～5 h即會損壞，其損壞形式是熱絲斷裂（被燒斷或被水液腐蝕斷）；對于一次性使用型壓差式流量傳感器（測量膜片是有機材料），也較容易損壞，損壞形式是有機材料測量膜片變形或嚴重損壞。

（2）按安裝位置分類，近端式較遠端式容易損壞；外置式較內置式容易損壞。

（3）對于耐用型流量傳感器，按結構原理分類，其損壞機率的高低順序為：熱絲式﹑晶體熱膜式﹑超聲式﹑壓力感應式和壓差式，其損壞形式分別為：熱絲式，熱絲斷裂（被燒斷或被水液腐蝕斷）；熱膜式，熱膜斷路（被燒斷或被水液腐蝕斷）；超聲式，超聲模塊損壞；壓力感應式，金屬測量膜片變形或嚴重損壞；壓差式，測量膜片變形或嚴重損壞。

4 流量傳感器的維護保養

4.1 熱絲式

從應用和設計上來分，熱絲式流量傳感器有外置近端和遠端及內置遠端三種形式。外置型采用有機材料制作，有一次性設計和耐用設計兩種。安裝檢測位置在靠近患者插管或氣管切管套管處，分泌物較多時容易受影響。內置型是通過呼氣管道進入呼吸機內部安裝到呼氣回路的末端，可以配置過濾器保護，制造上一般為耐用型的有機材料。無論外置近端和內置遠端熱絲式流量傳感器都可以進行雙向測量，損壞情況都是熱絲斷裂。具不完全統計，使用頻率高者，相對損壞率較低；使用頻率低者，相對損壞率較高，其損壞原因大都是患者呼出分泌物黏附在熱絲上腐蝕損壞熱絲。因此，保持熱絲式流量傳感器的清潔，是其維護保養重點。

4.2 熱膜式

熱膜式流量傳感器的工作原理與結構，與熱絲式流量傳感器類似，其維護保養工作也是保持流量傳感器的清潔。

4.3 超聲式

超聲式流量傳感器檢測顯示響應速度較快，大/小氣流和脈沖氣流都能適用，耐用程度相對較高，但衰減校正需要一定的程序，呼吸氣體的霧化藥物等特殊介質會有一定影響，雙向的聲時差流量傳感器受此影響較少。在應用和設計上也有外置（但外置沒有近端式）和內置兩種形式，使用時在呼吸管道上不易受分泌物的影響，因此，相對維護保養工作較少，但是還需注意清潔。

4.4 壓力感應式

如前所述，壓力感應式流量傳感器由電阻應變片﹑彈性體（彈性元件，敏感梁）和檢測電路等組成。根據其結構和工作原理，一般只有內置式和外置遠端式，維護保養的重點也是保持清潔。

4.5 壓差式

從應用和制造上來分，壓差式流量傳感器也分為內置型和外置型。內置型主要是吸入式，外置型主要是呼出式，其中又有近端型和遠端型兩種形式。近端型一般采用有機材料制作，多為一人次使用，工藝簡單，或采用沒有感應片的設計。安裝檢測位置在靠近患者插管或氣管切管套管處，患者分泌物較多時容易受到影響。遠端型壓差式流量傳感器安裝在呼氣管道回路末端，可以配置過濾器保護，一般由耐用型鋁合金或有機材料制成。無論是近端型，還是遠端型壓差式流量傳感器，其維護保養工作都是保持流量傳感器的清潔。

綜上所述，不管何種流量傳感器，其維護保養的重點都是保持其清潔。

5 壓差式流量傳感器的維修研究

對于如上所述的幾種流量傳感器，熱絲式﹑晶體熱膜式和超聲式的流量傳感器損壞后，都是無法維修的，只能更換新品；壓力感應式的流量傳感器，結構比較復雜，電阻應變片﹑彈性體（彈性元件，敏感梁）一旦損壞后，也不易維修，需要更換新品；而對于近端型壓差式流量傳感器，因為是一次性（一人次）使用耗材，也沒有維修的價值。但對于遠端耐用型的壓差式流量傳感器，通常采用耐用型鋁合金或有機材料制成，雖然不易損壞，一旦損壞后，卻很有維修價值。因為此種流量傳感器價值較高，值得研究[2-4]。

如圖2所示，是美國熊牌1000型呼吸機所用的外置遠端壓差式流量傳感器的原理示意圖和外形圖。在這種傳感器中，插頭內設計得有一個如圖3所示的電路，其實就是2個二極管和1個電阻，用于呼吸機流量傳感器電路板檢測識別流量傳感器。在呼出氣體通道（文丘里管）內安裝有一片如圖4所示的金屬膜片。

圖3 熊牌1000呼吸機壓差式流量傳感器插頭內電路

圖4 熊牌1000呼吸機壓差式流量傳感器氣體通道內金屬膜片

對于這種鋁合金結構的壓差式流量傳感器，其故障率是比較低的。通常只是患者呼出分泌物黏附在金屬膜片（測量膜片）上，致使金屬膜片關閉不嚴，造成監測呼出潮氣量偏低。對于這種問題，只需用99%的無水乙醇對該流量傳感器進行較長時間浸泡，用手將流量傳感器放在乙醇中，順著氣體通道的橫截面方向左右輕輕搖晃（不可順著氣體通道的縱截面方向前后強力搖晃，以免使金屬膜片嚴重變形），清除患者分泌物即可。如若不能，需對該流量傳感器拆卸，拆出金屬膜片，進行清洗維護。在清洗該金屬膜片時，千萬要非常小心，不可使金屬膜片變形。否則，將導致金屬膜片毀壞性的損壞。

而有時，金屬膜片的活動體部分，因使用時間較長，也會出現毀壞性的損壞。例如，會在如圖4所示標注的“容易斷裂處”斷裂。當出現此種故障時，金屬膜片活動體部份的彈力減小，監測出的呼出潮氣量嚴重偏低。如設置500 ml吸氣潮氣量時，監測顯示的呼出潮氣量只有200 ml左右。對于這種故障，我們試圖把斷裂處用焊錫焊接起來，當焊接后，監測出的呼出潮氣量卻嚴重偏高，如設置500 ml吸氣潮氣量時，監測顯示的呼出潮氣量卻有600 ml左右，這是因為金屬膜片活動體部分的彈力增大所致。

因此，對于這種鋁合金結構的壓差式流量傳感器，當金屬膜片損壞后，必須更換這一金屬膜片，才能修復。否則，這個流量傳感器就只能報廢，且不可惜。

但是，向原廠商購買一塊原裝的小小的金屬膜片十分困難。為此，我們就對這個問題進行研究，因為對于這種鋁合金壓差式流量傳感器的結構和價值來說，太值得研究了。

在研究的過程中，受林志呼吸機近端式壓差流量傳感器的啟示，這種傳感器是一次性（一人次）使用，所用的材料是有機材料，其呼出氣體通道（文丘里管）內的測量膜片是塑料膜片。因此，我們就采用X線膠片﹑相片過塑膜等多種塑料膜片作為原材料，利用19和15 mm的皮帶沖（維修工具）稍加改造一下作為制作工具，制作出一塊如圖5所示的塑料膜片，經過反復實驗，最后獲得成功。下面為研究資料技術參數。

5.1 選用材料

厚度為0.07 mm（7絲）的像片過塑膜。

5.2 機械尺寸

如圖5所示。

5.3 監測情況

圖5 熊牌1000呼吸機壓差式流量傳感器氣體通道內代用塑料膜片

分別設置500，400，300，200 ml潮氣量進行較長時間監測實驗，得到比較滿意的結果，誤差均在原機要求的-15% ～ -5%（不能正誤差）。例如，設置500 ml潮氣量時，可以監測顯示在460 ml左右，而原機的潮氣量監測標準也是設置500 ml潮氣量時顯示460 ml左右，正常范圍為420～480 ml。

5.4 注意事項

參數修正尺寸（11 mm）：可首先做大一點（如13 mm），之后再根據監測顯示潮氣量參數慢慢修正減小至合適為止。

塑料膜片厚度選擇：超過0.07 mm者（如X線膠片），彈性偏大，監測顯示潮氣量偏高，正向誤差偏大；低于0.07 mm者（如小尺寸相片過塑膜），彈性偏小，監測顯示潮氣量偏低，負向誤差偏大。

6 總結

此項研究所選材料（相片過塑膜）不如原裝材料（金屬膜）經久耐用，但避免了所壞流量傳感器的報廢，而且所需費用低廉，一塊相片過塑膜不值1元錢，并且可以隨時更換。

雖然本文描述的是熊牌1000型呼吸機流量傳感器的維修研究（方法），但我們所要闡述的卻是一個理念和方法，旨在強調這一理念和方法的推廣。在醫療設備的維修工作或其他工作，乃至生活及人生中，我們的工作模式﹑生活模式，都要不斷具有創新性﹑經濟性﹑價值性及啟發性等，我們的工作﹑生活—即人生，才會不斷創造出奇跡[5]。

［1］ 王義輝，何金環.呼吸機流量傳感器的原理和應用[J].醫療衛生裝備，2010，31（6）: 98-99， 102.

［2］ 楊東，劉妙芳.醫用流量傳感器的技術特點以及在呼吸機中的應用[J].中國醫學裝備，2004（1）:42-43.

［3］ 夏松， 黃舉. Maquet呼吸機流量傳感器等故障分析及處理[J]. 中國醫療設備， 2011， 26（2）：121，127.

［4］ 陳榮， 黃煥煒.呼吸機流量傳感器的測量原理與維護保養[J].醫療裝備， 2013， 26（4）:85-87.

［5］ 蔣浪平.呼吸機流量傳感器種類﹑特點及未來發展[J].醫療裝備，2010， 23（6）:22-23.

TH777

C

1002-2376（2015）12-0051-03

2015-10-16