Устройство для измерения и регистрации скорости движения

 

О П И С А Н И Е 257684

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 19.Ч1.1968 (№ 1248412/31-16) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 20.XI.1969. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 12.Х.1970

Кл. 30а, 4/05

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете скинистров

СССР

МПК А 61в

УДК 615.471: 616.

24-073.96 (088.8) Авторы изобретения А. С. Перельмутр, И. Б. Криштул, Н. М. Бардиер и В. Н. Дмитриев

Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения и Институт автоматики и телемеханики (технической кибернетики) Заявители

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

И ОБЪЕМА ДЫХАТЕЛЬНОГО ВОЗДУХА

Устройства для непрерывного измерения и регистрации скорости движения и объема дыхательного газа, содержащие датчик скоростипневмотахометр и интегратор, известны. Однако при их использовании интегрирование скорости для получения объема и регистрации кривых скорости и объема производится электрическим интегратором и самописцем, тогда как исходным сигналом, соответствующим измеряемой скорости движения воздуха, является пневматический сигнал — перепад давлений, снимаемый с датчика скорости — пневмотахометра. Это приводит к необходимости иметь в схеме пневмоэлектрический преобразователь, что вносит дополнительную погрешность в измерения, понижает надежность, существенно усложняет схему и конструкцию устройства.

Предлагаемое устройство отличается тем, что интегратор выполнен в виде пневматического решающего усилителя, пневматического апериодического звена, охваченного положительной обратной связью, и нуль-органа, содержащего струйный элемент типа «память», ко входам которого подключены пневматические датчик давления и кнопка сброса, пневмоусилитель сигналов и клапаны. Такое устройство позволяет повысить точность измерения и более надежно в работе; кроме того, удается упростить его схему и конструкцию.

На фиг. 1 изображена блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2 — принципиальная схема интегратора.

Устройство состоит из интегратора 1 и пневмотахометра 2, содержащего датчик 8 скорости и самописец 4, имеющий несколько зеркальных манометров — по числу Каналов, по которым можно вести одновременную запись измерений.

10 Интегратор 1 содержит измерительный блок 5, нуль-орган 6 и систему 7 питания.

В измерительный блок 5 входят: пневматический решающий усилитель 8, представляющий собой две герметичные камеры 9 и 10 ма15 лого объема, ограниченные с одной стороны мембранами равной площади, жесткие центральные части которых (также равной площади) жестко связаны между собой скобой 11.

Одна из жестких центральных частей является

20 заслонкой сопла 12, которая служит выходным соплом инжектора 18, питаемого газом под давлением 500 л л вод. ст.

Для установки сопла 12 в нупевое положение, т. е. положение, в котором давление на

25 выходе интегратора 1 при отсутствии сигналов на входе равно нулю, служит рукоятка 14, имеющая на конце эксцентрик.

Подвод давления к камерам 9 и 10 решающего усилителя 8 осуществляется через лами30 нарные постоянные дроссели 15, 16, 17 и 18, 257684

3 выполненные, например, в виде стеклянных капиллярных трубок.

Интегратор 1 содержит также апериодическое звено с проточной пневмоемкостью, состоящее из жесткой камеры 19 и двух ламинарных постоянных дросселей 1б и 20, одич из которых (lб) является одновременно дросселем решающего усилителя и апериодического звена.

Нуль-орган б интегратора состоит из перек- 1О лючателя 21, пневмоусилителя 22 сигналов, клапанов 28 и 24. Переключатель 21 содержит струйный элемент 25, например, типа «память», работа которого основана на взаимодействии потоков газа, протекающих по каналам специ- 15 альной формы, выполненным печатным способом в пластмассовой пластинке, имеющий пять каналов: канал 2б питания, на который подается давление питания 100 †1 мм вод. ст., каналы 27 и 28 управления и два взаимо- 20 исключающих друг друга выходных канала

29 и 80.

Применение струйного элемента обеспечивает быстродействие порядка 1/1000 сек, высокую надежность в работе ввиду отсутствия .. 25 трущихся пар,,стабильность, строгую фиксацию положений включения и сброса.

Переключатель 21 содержит также датчик 31 давления, сопло 82, пневматические кнопки 88 и 84 и регулируемые вентили 85. 30

Датчик 81 давления представляет собой герметичную мембранную коробку, ограниченную с одной стороны мембраной большого диаметра с жестким центром большой площади, а с другой — мембраной малого диаметра с 35 жестким центром малой площади. Мембраны жестко связаны между собою осью.

Сопло 82 в паре с жестким центром датчика 81 давления составляет элемент типа сопло-заслонка. В этом элементе формируется 40 сигнал управления, поступающий на канал 27 струйного элемента. Элемент типа сопло-заслонка дает возможность получить релейный сигнал. Перемещением сопла 32 относительно жесткого центра датчика 81 давления на- 45 страивается нуль-орган б интегратора 1 на заданную величину срабатывания.

Кнопка 88 при нажатии на нее формирует сигнал управления, поступающий на канал 28 струйного элемента и тем самым сбрасывает 50 нуль-орган б в нулевое состояние. Кнопка 84 при нажатии на нее соединяет камеру 19 с атмосферой, осуществляя сброс измерительного блока 5 интегратора 1 в нулевое состояние.

Регулируемые вентили 85 обеспечивают необходимую по расходу и давлению характеристику потока в соответствующих каналах.

Пневмоусилитель 22 сигналов служит для усиления выходных сигналов струйного элемента по давлению и расходу. Он выполнен в виде 6О герметичного корпуса 8б, разделенного большой эластичной мембраной 87 с жестким центром большой площади на две камеры 88 и 89, соединенные с выходными каналами 29 и 80 струйного элемента 25, отделенные от 65

4 атмосферы малыми мембранами, жесткие центры 40 которых (соответственно меньшей площади) взаимодействуют с выходными соплами инжекторов 41 и 42, образуя элементы типа сопло-заслонка, благодаря чему достигается одновременное получение сигналов разного знака в обоих выходных каналах пневм оусил ител я 22.

Система питания обеспечивает давление

500 лм вод. ст. В начальный момент времени на входах интегратора 1 сигналы отсутствуют, и сопло 12 установлено рукояткой 14 в нулевое положение. На выходе, в камере 19, давление равно нулю. Если на входы подать давление Р, и P (Pi)Pq) „то под действием перепада давлений мембраны решающего усилителя 8 переместятся по направлению к соплу инжектора 18. Благодаря этому сопротивление дросселя сопло-заслонка, образованного соплом 12 и жесткой центральной частью мембраны камеры 9, возрастет, и в камере инжектора 13 увеличится давление. Это давление, попадая в камеру 10 решающего усилителя 8, обеспечивает равновесие сил, действующих на его мембраны. Одновременно давление в камере инжектора 18 становится выше, чем давление в камере 19, возникает перепад давлений на дроссель 20 апериодического звена. Перепад давлений на дросселе lб при этом меньше, чем на дросселе 20, поэтому расход газа в камеру 19 больше, чем из камеры. Камера 19 начинает наполняться, и выходное давление возрастает.

Так как для равновесия сил на мембранах решающего усилителя 8 необходимо, чтобы давления в камерах 9 и 10 решающего усилителя были равны, то пока давления Pi u P приложены ко входам, мембраны будут двигаться, прикрывая сопло 12. Камера 19 апериодического звена будет наполняться, и выходное давление будет равномерно увеличиваться. Давление на выходе будет пропорционально интегралу от перепада (Р— Р.) по времени. Если уменьшить Р до величины

Р (т. е. P> — P — — О), то давление в камере 9 решающего усилителя 8 уменьшится, что вызовет перемещение мембраны в сторону от сопла. Сопротивление дросселя сопло-заслонка, образованного соплом 12 и мембраной камеры 9, уменьшится, давление в камере инжектора 18 упадет до величины, соответствующей установлению равновесия сил на мембранах. Одновременно перепад давления на входном дросселе 20 апериодического звена уменьшится и станет равным перепаду давлений на выходном дросселе lб. Прекратится наполнение камеры 19. Давление в камере 19 — выходное давление интегратора 1 стабилизируется (интеграл от P — P> — — 0 но времени равен нулю). Если же подать на входы перепад давлений обратного знака (Р (Р ), то процесс пойдет в обратном направлении и благодаря инжектору 18, в камере которого создастся разрежение, выходное давление инжектора-интегратора 1 будет рав257684 номерно уменьшаться (интегрируется отрицательная величина P — P (0). Если же перепад давлений на входе (PI — Р ) является периодически изменяющейся величиной, что имеет место в случае интегрирования скорости движения дыхательного воздуха, то процесс изменения выходного давления в камере 19 также будет иметь периодический характер.

Чтобы обеспечить заданные перепады давлений, дроссели интегратора 1 должны быть подобраны определенным образом. Подбор дросселей производится посредством решения системы уравнений, описывающих работу интегратора. Решение уравнений относительно выходного давления Р„„интегратора 1 дает следующие собтношения проводимостей дросселей: к= --З; 1 = ; = Р.

Здесь a, ), y, о и р — проводимости дросселей соответственно 15, 1б, 17, 18 и 20.

При таком подборе проводимостей дросселей интегратор 1 осуществляет математическую операцию

P x — + О (Р— Р2)Й1+ Ь, и о где b — постоянная интегрирования, которая рукояткой 14 подбирается равной нулю; t— время; ҄— постоянная времени интегратора, равная

Т„= Ч/2 К6 (> + ч ), где V объем жесткой камеры 19; (1 — температура в К, Л вЂ” газовая постоянная.

Нуль-орган б интегратора предназначен для того, чтобы начало интегрирования максимально совпадало по фазе с началом выдоха. Это необходимо для правильного совместнопо прочтения пневмотахопраммы (кривой скоростей) и кривой объемов.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени струя находится в прямом канале 29 струйного элемента 25. Мембрана пневмоусилителя 22 сигналов сдвинута вниз. Выходное сопло инжектора 41 перекрыто. В управляющей линии инжектора 41 имеется давление, которое закрывает клапаны 23. В управляющей линии инжектора 42 имеется разрежение, которое держит открытым клапан 24. Пациент подключается посредством загубника к датчику 3 скорости во время вдоха и создает в камере датчика 81 некоторое разрежение. Сопло 32 открыто, на входном канале 27 давление равно О; нуль-орган б интегратора 1 настроен на срабатывание при P> — — 1,5 л л вод. ст. В момент начала выдоха, когда давление Р— — 1,5 я.ч вод. ст., мембрана датчика 3 давления перекрывает сопло 32, и на входной канал 27 струйного элемента 25 поступает управляющий сигнал, который сбрасывает струю в наклонный канал 30, где она удерживается обратной связью. Наполняется камера 39 пневмоусилителя 22 сигналов, мембрана его сдвигается вверх, перекрывая сопло инжектора 42 и открывая сопло инжектора 41.

В управляющей линии инжектора 42 появляется давление, а в управляющей линии инжек15 тора 41 — разрежение.

Клапаны 23 открывают входы измерительного блока 5 интегратора 1. Клапан 24 перекрывает вход в нуль-орган б. Перепад давле20 ний (P> — Р ) с датчика 3 скорости пневмотахометра 2 попадает на вход измерительного блока 5 и интегрируется. Выходной сигнал интегратора 1 заводится на один из выходов самописца 4 пневмотахометра 2. Одновременно на другой его вход заводится перепад давлений (Р— Р ) с датчика 3 скорости.

Происходит одновременная регистрация кривой скорости и кривой объемов. По окончании интегрирования нажимается кнопка 33 сброса, которая соединяет входной канал 28 струйного элемента 25, до этого открытый в атмосферу, с источником давления. На входном канале 28 появляется сигнал управления, который сбрасывает струю в прямой канал 29, приводя нуль-орган б в исходное нулевое положение. Одновременно кнопкой 34 камера 19 измерительного блока 5 соединяется с атмосферой и происходит сброс выходного давления до О.

Предмет изобретения

Устройство для измерения и регистрации скорости движения и объема дыхательного

4.„воздуха, содержащее пневмотахограф и интегратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности устройства, интегратор выполнен в виде пневматического решающего усилителя, пневматического апериодического звена, охваченного положительной обратной связью, и нуль-органа, содержащего струйный элемент типа «память», ко входам которого подключены пневматические датчик давления и кнопка сброся, 55 пневмоусилитель сигналов и клапаны.

257684

Фиг.1

Б 2З.тБ 22 41

Тираж 480

Подписное

37 21 25

Фиг 2

ЦНИИПИ. Заказ 246-1845

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент», !

-1 ! ! !