Емкостный датчик объема жидкости для урофлоуметра
Владельцы патента RU 2256884:
Открытое акционерное общество " Московский научно-исследовательский институт "Агат" (RU)
Изобретение может быть использовано в медицинской технике для измерения объема мочи в процессе мочеиспускания. Емкостный датчик объема содержит металлическую кружку с дном из диэлектрика и две обкладки конденсатора с электрическим выводом каждая. Одной из обкладок является боковая стенка кружки, а второй обкладкой конденсатора служит поверхность измеряемой жидкости, с которой контактирует электрический вывод обкладки. Между электрическими выводами обеих обкладок указанного конденсатора установлен конденсатор постоянной электрической емкости. Изобретение обеспечивает улучшение условий эксплуатации и гигиеничность процесса измерения. 1 ил.
Предлагаемый емкостный датчик объема жидкости для урофлоуметра предназначен для использования в измерительной технике при измерении объема ионопроводящей жидкости, в частности в медицинской технике в урофлоуметрии, когда требуется в процессе мочеиспускания измерять изменяющийся во времени объем мочи.
Известен весовой датчик объема жидкости для урофлоуметрии, преобразующий массу жидкости в объем [1]. Однако такой датчик не может быть использован для измерения объема ионопроводящей жидкости, так как не учитывает то, что все ионопроводящие жидкости являются растворами различных химических соединений и их плотности существенно отличаются от единицы (на 20-30% и более). В 100 мл воды можно, например, растворить до 35,7 г поваренной соли, при этом плотность такого раствора равна 1,18. Поэтому при измерении объема ионопроводящей жидкости такие датчики дают большую ошибку измерения.
Известен емкостный датчик объема ионопроводящей жидкости, преобразующий объем жидкости в электрическую емкость с последующим преобразованием электрической емкости в объем в цифровой форме [2]. Такой емкостный датчик преобразует объем поступившей в него ионопроводящей жидкости в электрическую емкость, величина которой прямо пропорциональна объему жидкости, а не ее массе, и поэтому не чувствителен к плотности ионопроводящей жидкости. Он содержит кружку из диэлектрика с опущенной в нее двусторонней платой из фольгированного стеклотекстолита с электрическими выводами от обоих слоев фольги, имеющих диэлектрическое покрытие, соприкасающееся с поступающей в кружку ионопроводящей жидкостью, причем два слоя фольги являются двумя обкладками конденсатора электрической емкости, образующегося при поступлении ионопроводящей жидкости в кружку. При увеличении уровня жидкости в кружке площадь фольги на плате из фольгированного стеклотекстолита, покрытая ионопроводящей жидкостью, увеличивается, поэтому электрическая емкость такого датчика также пропорционально увеличивается. Этот емкостный датчик по своей физической сущности является наиболее близким предлагаемому.
Однако такой емкостный датчик объема ионопроводящей жидкости не очень удобен в эксплуатации по следующим причинам:
- не имеет индикации надежности подключения его электрических выводов к схеме индикации объема жидкости;
- требует перед началом измерения предварительного налива в кружку 75-100 мл водопроводной воды для того, чтобы нижний конец платы из фольгированного стеклотекстолита оказался погруженным в ионопроводящую жидкость;
- требует после окончания процесса измерения объема жидкости перед выливанием жидкости из кружки предварительного вынимания из нее платы из фольгированного стеклотекстолита, при этом с платы капают остатки мочи, что неудобно и негигиенично при эксплуатации.
Целью настоящего изобретения является улучшение условий эксплуатации емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном емкостном датчике объема жидкости для урофлоумера, содержащем кружку с дном из диэлектрика, две обкладки конденсатора электрической емкости, с электрическим выводом каждая, причем одна из обкладок - металлическая и имеет диэлектрическое покрытие, соприкасающееся с жидкостью, поступающей в кружку в процессе измерения, металлической обкладкой конденсатора электрической емкости является боковая стенка кружки, а поверхность измеряемой жидкости является второй обкладкой конденсатора электрической емкости, электрический вывод которой контактирует с измеряемой жидкостью, при этом между электрическими выводами конденсатора электрической емкости емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра установлен конденсатор постоянной электрической емкости.
На чертеже представлена возможная конструкция предлагаемого емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра, когда боковая стенка кружки 1 выполнена из металла и имеет нанесенное на всю ее внутреннюю поверхность диэлектрическое покрытие 2. В кружку вставлено дно из диэлектрика 4. В дно кружки из диэлектрика 4 вставлен контакт из нержавеющей стали 6 таким образом, что один конец контакта 6 находится внутри кружки и имеет электрический контакт с ионопроводящей жидкостью, поступающей в кружку, а другой конец контакта 6 выходит из дна кружки наружу так, что кружка может быть установлена на контактной площадке. Нижний край кружки 3 является электрическим выводом металлической обкладки конденсатора электрической емкости емкостного датчика объема жидкости, а конец контакта 6, выходящий наружу из дна кружки, является электрическим выводом второй обкладки конденсатора электрической емкости, образованного поверхностью ионопроводящей жидкости 5, соприкасающейся с диэлектрическим покрытием 2 внутренней поверхности боковой стенки кружки 1. Между боковой стенкой кружки 1 и контактом 4 установлен конденсатор постоянной электрической емкости 7, обеспечивающий возможность индикации надежности контакта емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра со схемой индикации объема жидкости, подключенной к емкостному датчику. В качестве простейшей схемы индикации объема жидкости может быть использован стандартный измеритель электрической емкости, шкала которого проградуирована в единицах объема.
Работа предлагаемого емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра на примере конструкции, представленной на чертеже, происходит следующим образом. Когда ионопроводящая жидкость 5 поступает в кружку 1, в ней образуется конденсатор электрической емкости, причем обкладками конденсатора являются боковая стенка кружки 1 с диэлектрическим покрытием 2 и поверхность ионопроводящей жидкости 5, поступившей в кружку 1 и соприкасающейся с диэлектрическм покрытием 2.
Электрическая емкость такого конденсатора в пФ определяется известной формулой плоского конденсатора:
где ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, нанесенного на поверхность металлической обкладки конденсатора, в пФ/СМ;
π=3,14;
S - площадь поверхности ионопроводящей жидкости, соприкасающейся с диэлектрическим покрытием, нанесенным на металлическую обкладку конденсатора электрической емкости, в см;
d - толщина диэлектрика, нанесенного на металлическую обкладку конденсатора, в см.
Учитывая, что диаметр кружки 1 в сотни раз больше толщины диэлектрического покрытия 2, нанесенного на ее внутреннюю поверхность, можно для расчета электрической емкости предлагаемого емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра использовать формулу (1). Площадь внутренней поверхности кружки 1, покрытая жидкостью 5, определяется следующим образом:
где D - внутренний диаметр кружки 1, в см;
h - высота уровня жидкости 5, поступившей в кружку, в см.
Подставляя S из формулы (2) в формулу (1), получаем:
Из описания работы емкостного датчика объема жидкости урофлоуметра и формулы (3) следует, что электрическая емкость конденсатора, образованного поступившей в кружку ионопроводящей жидкостью, при постоянном диаметре кружки D и постоянной толщине диэлектрического покрытия d, нанесенного на внутреннюю боковую поверхность кружки, линейно зависит только от высоты уровня жидкости h, то есть от объема налитой в кружку ионопроводящей жидкости.
Для последующих измерений кружка снимается с контактной площадки, а жидкость выливается, при этом обеспечивается удобство эксплуатации емкостного датчика объема жидкости для урофлоуметра медперсоналом с точки зрения санитарии и гигиены за счет отсутствия вынимаемых или вставляемых в кружку элементов.
Из изложенного выше следует, что предлагаемый емкостный датчик объема жидкости для урофлоуметра существенно улучшает удобство и санитарно-гигиенические условия эксплуатации урофлоуметра как медицинского прибора.
Источники информации
1. Проспект “Urocap Uroflowmeter Laborie Urodynamic Systems. Laborie Medical Technologies Corp., 1960.
2. Single Channel Uroflow Service /User Information Manual/, Lectromed UK Lim., Unit 23, 1991.
Емкостный датчик объема жидкости для урофлоуметра, содержащий кружку с дном из диэлектрика, две обкладки конденсатора электрической емкости с электрическим выводом каждая, причем одна из обкладок - металлическая и имеет диэлектрическое покрытие, соприкасающееся с жидкостью, поступающей в кружку в процессе измерения, отличающийся тем, что металлической обкладкой конденсатора электрической емкости является боковая стенка кружки, а поверхность измеряемой жидкости является второй обкладкой конденсатора электрической емкости, электрический вывод которой контактирует с измеряемой жидкостью, при этом между электрическими выводами конденсатора электрической емкости установлен конденсатор постоянной электрической емкости.
