邁柯唯Servo 系列呼吸機(jī)壓力傳感器工作原理及故障維修四例

羅金強(qiáng)

東莞光華醫(yī)院 （廣東 東莞 523000）

在現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)中，作為一種能夠替代自主通氣功能的設(shè)備，呼吸機(jī)已被普遍用于各種原因所致的呼吸衰竭、大手術(shù)期間的麻醉呼吸管理、呼吸支持治療和急救復(fù)蘇中[1]。邁柯唯Servo 系列呼吸機(jī)操作簡(jiǎn)單，用戶界面直觀可調(diào)，在臨床中應(yīng)用十分廣泛。呼吸機(jī)開機(jī)后會(huì)提示操作人員進(jìn)行使用前檢查，對(duì)呼吸機(jī)的安全閥、流量傳感器、壓力傳感器、氧電池等硬件設(shè)備分別進(jìn)行檢測(cè)，以確保呼吸機(jī)正常工作及參數(shù)的準(zhǔn)確性[2]。我院2010 年引進(jìn)了6 臺(tái)邁柯唯Servo 系列呼吸機(jī)，主要在重癥監(jiān)護(hù)室使用，呼吸機(jī)使用超過6 年后，因?yàn)樵骷匣仍颍瑝毫鞲衅黝l繁出現(xiàn)故障。現(xiàn)介紹壓力傳感器的分布及其工作原理，并分享4 例故障維修實(shí)例，供同行參考。

1 Servo 系列呼吸機(jī)壓力傳感器的分布及工作原理

1.1 壓力傳感器的分布

邁柯唯Servo 系列呼吸機(jī)包括高檔型Servo-i 呼吸機(jī)和中檔型Servo-s 呼吸機(jī)，Servo-i 呼吸機(jī)的呼吸模式比Servo-s 多，模式控制也比Servo-s 復(fù)雜，價(jià)格較為昂貴，這兩款呼吸機(jī)壓力傳感器的型號(hào)可能不同，但其數(shù)量、位置分布和作用并無差異，都有5 個(gè)壓力傳感器，其中空氣模塊2 個(gè)，氧氣模塊2 個(gè)，PC1772C 板1 個(gè)。以Servo-i 呼吸機(jī)為例，其內(nèi)部壓力傳感器的具體型號(hào)為，空氣模塊SP1（MEAS1210-002D）、空氣模塊SP2（MEAS1210-100）、氧氣模塊SP1（ICS-1210-002D）、氧氣模塊SP2（SM6511-100D）、PC1772C 板SP1（SM5611-015）（見圖1）。SM1336-002D 集成在吸氣壓力檢測(cè)模塊上，MEAS1210-002D 集成在呼氣壓力檢測(cè)模塊上，吸氣壓力檢測(cè)模塊與呼氣壓力檢測(cè)模塊型號(hào)相同，同為PC1781，兩塊PC1781 小板安裝在PC1784 呼吸通道板上，見圖2。

圖1 氣壓計(jì)壓力傳感器的位置

圖2 吸氣、呼氣壓力傳感器的位置

1.2 壓力傳感器的工作原理

邁柯唯Servo 系列呼吸機(jī)的5 個(gè)壓力傳感器均為硅壓阻式壓力傳感器。硅壓阻式壓力傳感器的原理為，采用周邊固定的圓形應(yīng)力杯硅薄膜內(nèi)壁，直接將4 個(gè)高精密半導(dǎo)體應(yīng)變片刻制在其表面應(yīng)力最大處，組成惠斯頓電橋，其作為力—電變換測(cè)量電路，可將壓力直接變換為電量[3-4]。按照在呼吸機(jī)中的作用不同，呼吸機(jī)壓力傳感器一般分為氣源壓力傳感器、氣道壓力傳感器和氣壓計(jì)壓力傳感器3 種。空氣模塊SP2（MEAS1210-100）為空氣氣源壓力傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)來源空氣的壓力。空氣模塊內(nèi)的SP1（MEAS1210-002D）同屬氣源壓力傳感器，其與模塊內(nèi)的金屬網(wǎng)氣阻同時(shí)工作組成空氣流量傳感器，具體工作原理為，當(dāng)氣流通過金屬網(wǎng)后壓力會(huì)減小，SP1（MEAS1210-002D）負(fù)責(zé)檢測(cè)金屬網(wǎng)兩邊氣體的壓力，然后根據(jù)壓力值變化計(jì)算出空氣氣體流量（空氣模塊輸出的具體流量），為控制系統(tǒng)提供必要的流速信號(hào)，從而控制潮氣量和氧濃度等[5]。空氣模塊結(jié)構(gòu)原理見圖3，空氣模塊內(nèi)部壓力傳感器實(shí)物圖見圖4。同理，氧氣模塊內(nèi)的SP2（SM6511-100D）為氧氣氣源壓力傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)來源氧氣的壓力，SP1（ICS-1210-002D）與氧氣模塊內(nèi)的金屬網(wǎng)氣阻組成氧氣流量傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)氧氣模塊輸出的具體流量，結(jié)構(gòu)與空氣模塊相同。SM1336-002D（吸氣壓力傳感器）屬氣道壓力傳感器（按照應(yīng)用分類屬于壓差式傳感器），負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)吸氣管道中供給患者的氣流壓力，其工作原理為，兩個(gè)測(cè)量端的一端通大氣，另一端接入呼吸機(jī)的氣道，將測(cè)得的氣道壓力與大氣壓比較，得出氣道中的相對(duì)壓力。同理，MEAS1210-002D（呼氣壓力傳感器）負(fù)責(zé)檢測(cè)呼氣端氣道壓力，兩者分別集成在PC1781 板上，兩塊PC1781 板可以互換使用[6]。SM5611-015 屬于氣壓計(jì)壓力傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)呼吸機(jī)所在地的大氣壓，為呼吸機(jī)的其他壓力傳感器提供標(biāo)準(zhǔn)參考值，若氣壓計(jì)壓力傳感器的測(cè)量值出現(xiàn)偏差，則會(huì)嚴(yán)重影響氣源壓力傳感器和氣道壓力傳感器的測(cè)定值。

圖3 空氣模塊結(jié)構(gòu)原理[7]

圖4 空氣模塊內(nèi)部壓力傳感器

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

Servo-i 呼吸機(jī)使用前自檢時(shí)報(bào)“壓力傳感器偏差＞5 cmH2O”，內(nèi)部泄露測(cè)試、壓力傳感器測(cè)試及安全閥測(cè)試均失敗。

2.1.2 故障分析

報(bào)錯(cuò)“壓力傳感器偏差＞5 cmH2O”是指吸氣壓力傳感器與呼氣壓力傳感器測(cè)量值存在偏差，自檢時(shí)吸氣端通過測(cè)試管（藍(lán)管）直接與呼氣端連通，因此，吸氣端與呼氣端壓力應(yīng)相等，而兩個(gè)數(shù)值偏差＞5 cmH2O，表明吸氣壓力傳感器與呼氣壓力傳感器至少有一個(gè)損壞，測(cè)量數(shù)值已不準(zhǔn)，需要更換。而氣道壓力測(cè)量有誤導(dǎo)致呼吸機(jī)自檢內(nèi)部泄露測(cè)試及安全閥測(cè)試失敗。

2.1.3 檢修過程

在功能完好的Servo-i 呼吸機(jī)上拆下一塊吸氣壓力檢測(cè)模塊（PC1781 板），替換故障呼吸機(jī)吸氣壓力檢測(cè)模塊，開機(jī)測(cè)試，故障依舊，替換故障呼吸機(jī)呼氣壓力檢測(cè)模塊，自檢通過，表明故障呼吸機(jī)呼氣壓力傳感器（MEAS1210-002D）損壞，焊下MEAS1210-002D 傳感器，并焊接上新的傳感器，需注意的是，在焊接壓力傳感器時(shí)，烙鐵頭的溫度應(yīng)盡量低，否則會(huì)燒壞傳感器[7]，硅壓阻式壓力傳感器的焊接溫度不能超過250 ℃，更換完新的MEAS1210-002D 傳感器后呼吸機(jī)自檢正常，完成質(zhì)控檢測(cè)后呼吸機(jī)恢復(fù)正常使用。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

邁柯唯Servo-s 呼吸機(jī)屏幕上方出現(xiàn)4 個(gè)技術(shù)性錯(cuò)誤（3、10001、29、39），隨后出現(xiàn)“重新啟動(dòng)呼吸機(jī)！”報(bào)錯(cuò)，呼吸機(jī)自動(dòng)重啟，啟動(dòng)后繼續(xù)報(bào)錯(cuò)、重啟。

（1）鼓勵(lì)課堂上的良好習(xí)慣。利用正面的支持和強(qiáng)化來相對(duì)弱化課堂上的不和諧因素，使學(xué)生在正面力量的感染下，積極向良好的行為習(xí)慣靠攏。

2.2.2 故障分析

由于呼吸機(jī)不停自動(dòng)重啟，無法執(zhí)行呼吸機(jī)“使用前檢查”，根據(jù)報(bào)錯(cuò)代碼查看用戶手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)性錯(cuò)誤3、10001、29 均指向內(nèi)部電源錯(cuò)誤，技術(shù)性錯(cuò)誤39 提示氣壓計(jì)錯(cuò)誤，懷疑故障有兩種可能性：（1）呼吸機(jī)內(nèi)部電源或電池供電出現(xiàn)問題；（2）氣壓計(jì)壓力傳感器出現(xiàn)故障。

2.2.3 檢修過程

拆開呼吸機(jī)右側(cè)蓋，通電狀態(tài)下檢測(cè)電源供電板輸出為12.5 V，正常，拆下兩塊備用電池，測(cè)量電池正、負(fù)極電壓，分別為12.8、13.1 V，比電池標(biāo)稱電壓12 V 偏高，表明電池電量正常，電池充電正常，由此可見，呼吸機(jī)內(nèi)部電源沒問題。因?yàn)镻C1772C 板裝有監(jiān)控程序，不僅可監(jiān)測(cè)整個(gè)呼吸機(jī)的工作狀態(tài)，還可控制報(bào)警功能[8]，所以懷疑故障由PC1772C 板引起，且技術(shù)性錯(cuò)誤39 提示氣壓計(jì)錯(cuò)誤，氣壓計(jì)壓力傳感器恰好集成在PC1772C板上，所以懷疑PC1772C 板存在故障的可能性較大，點(diǎn)擊呼吸機(jī)“狀態(tài)”欄，再點(diǎn)擊“概要”，顯示氣壓計(jì)壓力傳感器測(cè)量值為1 hPa，空氣氣源壓力為0，氧氣氣源壓力為0，上文已提及，氣壓計(jì)壓力傳感器測(cè)量值是呼吸機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)參考值，其測(cè)量值出現(xiàn)偏差會(huì)嚴(yán)重影響氣源壓力傳感器測(cè)定值，所以推斷是氣壓計(jì)壓力傳感損壞導(dǎo)致空氣、氧氣供氣壓力測(cè)量值為0，焊下氣壓計(jì)壓力傳感器，更換后呼吸機(jī)恢復(fù)正常，質(zhì)控檢測(cè)通過后恢復(fù)使用。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

邁柯唯Servo-i呼吸機(jī)出現(xiàn)“技術(shù)性錯(cuò)誤4、38”，執(zhí)行使用前自檢，內(nèi)部測(cè)試、氣壓計(jì)測(cè)試及內(nèi)部泄露測(cè)試均失敗，氣體供應(yīng)測(cè)試正常。

2.3.2 故障分析

2.3.3 檢修過程

拆下呼吸機(jī)PC1772C 板，焊下氣壓計(jì)壓力傳感器SM5611-015，更換后開機(jī)測(cè)試，自檢通過，呼吸機(jī)質(zhì)控檢測(cè)通過后恢復(fù)正常使用。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

Servo-i 呼吸機(jī)使用過程中突然出現(xiàn)黃色報(bào)錯(cuò)“內(nèi)部溫度高”，除此之外未出現(xiàn)其他報(bào)錯(cuò)代碼。執(zhí)行使用前自檢，氣體供應(yīng)測(cè)試、氧傳感器測(cè)試、流量傳感器測(cè)試均失敗。查看呼吸機(jī)“狀態(tài)”，氣壓計(jì)壓力值為1 017 hPa，屬于正常，但空氣壓力、氧氣壓力為0。

2.4.2 故障分析

懷疑是呼吸機(jī)內(nèi)部溫度過高引起電路板報(bào)錯(cuò)，尤其是呼吸機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控板PC1772C。

2.4.3 檢修過程

拆開呼吸機(jī)前蓋，檢查呼吸機(jī)內(nèi)部各電路板，并未發(fā)現(xiàn)溫度過高的情況，而且散熱風(fēng)扇工作正常，風(fēng)扇過濾器干凈，用手觸摸呼吸機(jī)顯示屏后背（呼吸機(jī)CPU 主板所在位置），溫度也不高，排除溫度過高問題。檢查后發(fā)現(xiàn)氧氣、空氣氣源供應(yīng)壓力正常，因呼吸機(jī)自檢氣體供應(yīng)測(cè)試失敗，判斷可能為空氣模塊、氧氣模塊出現(xiàn)故障，但空氣、氧氣模塊為兩個(gè)單獨(dú)的模塊，同時(shí)出現(xiàn)故障的概率較小，為進(jìn)一步明確判斷，從另一臺(tái)完好的Servo-s 呼吸機(jī)上拆下空氣模塊、氧氣模塊兩個(gè)模塊（注：邁柯唯Servo-s與Servo-i呼吸機(jī)空氣模塊、氧氣模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同），安裝到故障呼吸機(jī)上，開機(jī)測(cè)試無報(bào)錯(cuò)，且使用前自檢順利通過，故判斷問題鎖定在空氣模塊、氧氣模塊，即空氣模塊、氧氣模塊檢測(cè)氣源壓力的傳感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致空氣壓力、氧氣壓力為0；拆開空氣模塊和氧氣模塊，焊下空氣模塊SP2（MEAS1210-100）傳感器和氧氣模塊SP2（SM6511-100D）傳感器，更換后呼吸機(jī)自檢通過，質(zhì)控檢測(cè)通過后恢復(fù)正常使用。

3 小結(jié)

壓力傳感器發(fā)生故障除可能導(dǎo)致呼吸機(jī)氣體供應(yīng)、氧傳感器、流量傳感器、內(nèi)部泄露等測(cè)試失敗外，還可能間接引起呼吸機(jī)內(nèi)部電源錯(cuò)誤、內(nèi)部溫度高、自動(dòng)重啟等其他報(bào)錯(cuò)，遇到以上情況，可根據(jù)由簡(jiǎn)至繁的原則，優(yōu)先考慮壓力傳感器問題，不宜直接進(jìn)行電路板的維修和更換。

壓力傳感器為敏感元件，溫度過高、過壓、潮濕、電壓尖峰、電磁輻射、沖擊和振動(dòng)都可能造成損壞，從而導(dǎo)致呼吸機(jī)發(fā)生故障[9]。為了更好地保護(hù)壓力傳感器，在臨床使用過程中，應(yīng)注意保持空氣、氧氣氣源的清潔與干燥，呼吸機(jī)空氧模塊外接壓縮氣源，若壓縮機(jī)或其他壓縮設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致壓縮氣體中含有較多的水分，水分會(huì)不斷在模塊中積聚，最終進(jìn)入模塊內(nèi)部，造成模塊主板上元器件損壞從而發(fā)生故障[10]。患者呼出的氣體，可以先經(jīng)過過濾器再連接到呼氣盒，如此可有效保護(hù)呼氣壓力傳感器和呼氣盒內(nèi)的流量傳感器，從而降低機(jī)器故障率[11]。了解壓力傳感器的分布與工作原理，并結(jié)合實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，有助于快速判斷呼吸機(jī)故障點(diǎn)，解決故障問題，既能幫助臨床科室快速恢復(fù)呼吸機(jī)的使用，又能為醫(yī)院節(jié)約維修費(fèi)用。