一种微量气体流速控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种微量气体流速控制装置及控制方法，属于测量仪器控制技术领域，所述装置包括进气室、出气室和流量控制电磁阀，进气室设置有进气口，出气室设置有出气口，进气室和出气室之间通过气体管路连通，流量控制电磁阀设置在所述气体管路上。本发明专利技术装置采用电压控制方式控制流量控制电磁阀的开合度，精确控制出气室内的压力，从而能够精确控制并量化从出气室流出的微量气体流速，能够实现对血红蛋白氧载体携氧‑释氧动力学过程研究。

A control device and control method for trace gas flow velocity

The invention provides a micro gas flow control device and method, which belongs to the measurement instrument control technology, the device comprises an air inlet chamber and an air chamber and a flow control valve, inlet chamber provided with an air inlet and the air outlet chamber is provided with an air outlet, between inlet chamber and an air outlet chamber through the gas pipeline, flow control solenoid valve set in the gas pipeline. The device of the invention adopts a voltage control flow control solenoid valve opening, precise control of air chamber pressure so as to be able to trace the gas flow rate, flow from the discharge chamber of the quantitative and accurate control, can be achieved on the hemoglobin oxygen carrying oxygen release dynamics process research.

【技术实现步骤摘要】
一种微量气体流速控制装置及控制方法
本专利技术属于测量仪器控制
，具体涉及一种能够准确控制量化微量气体流速的控制装置及控制方法。
技术介绍
携氧-释氧能力是红细胞及其代用品(血红蛋白氧载体)质量检测重要指标之一，目前通常使用半氧饱和度分压(P50)，即血红蛋白氧饱和度达到50％时对应的氧分压(PO2)来表征，影响P50的因素主要包括温度、pH值以及别构因子等。目前，人们通过对氧解离曲线的研究，对血红蛋白与氧的亲和力有了比较深入的了解，并通过P50来表征，在临床医学中已根据对氧解曲线的研究，开发出血气分析装置，在呼吸系统疾病的诊疗中发挥了巨大的作用，但仅通过氧解离曲线的研究还不能完全反映出血红蛋白的携氧-释氧动力学过程，主要是在氧解离曲线中不能体现出血红蛋白携氧过程中氧饱和度与时间的关系，原因在于，对该供氧过程进行检测要求装置必须具备精确的气体流量控制能力。目前，可使用的检测P50的分析设备中，通常利用针阀来限制气体流量，针对每秒低于2mL的气体流量控制，无法做到量化、准确控制，且市面上还没有适合的精确的微小气体流量计，由于气体的释放速度难以精确控制，不仅在氧合、脱氧过程的检测易产生误差，而且也无法针对样品携氧/释氧的时间参数进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种能够准确控制量化微量气体流速的控制装置，该装置可用于医疗领域中血红蛋白氧载体携氧-释氧动力学过程研究。本专利技术的上述目的是由以下技术方案来实现的：一种微量气体流速控制装置，包括进气室(1)、出气室(2)和流量控制电磁阀(41)，进气室(1)和出气室(2)之间通过气体管路连通，流量控制电磁阀(41)设置在所述气体管路上。上述微量气体流速控制装置中，所述进气室(1)和出气室(2)是由两块隔板(3)将一腔室分隔成的两个独立空间，两块隔板(3)之间设置有电路板(4)，穿过隔板(3)和电路板(4)设置有连通进气室(1)和出气室(2)的气体通道，位于电路板(4)上的流量控制电磁阀(41)设置在气体通道上以控制气体通道的开合度。上述微量气体流速控制装置还包括位于进气室(1)内的第一压力传感器(11)和位于出气室(2)内的第二压力传感器(21)，第一压力传感器(11)和第二压力传感器(21)均穿过隔板(3)电连接到电路板(4)。上述微量气体流速控制装置还包括位于出气室(2)内的温度传感器(23)，温度传感器(23)穿过隔板(3)电连接到电路板(4)。上述微量气体流速控制装置还包括一温度控制单元，所述温度控制单元包括设置在电路板(4)上的控制电路和设置在隔板(3)上的加热元件，温度传感器(23)连接到温度控制单元的控制电路。上述微量气体流速控制装置还包括一控制器(6)，电路板(4)连接至所述控制器(6)。上述微量气体流速控制装置中，进气室(1)的进气口(12)处设置有进气电磁阀(5)以控制进入进气室(1)内的气体量。上述微量气体流速控制装置中，所述进气电磁阀(5)连接至所述控制器(6)。本专利技术还提供一种微量气体流速控制方法，该方法采用上述装置进行操作，包括以下步骤：步骤一：根据设定的微量气体流量q3的范围，计算确定出气室2的出气口内外压力差P0；步骤二：根据步骤一中确定的出气口处的管径r和已知的外界大气压值P3，计算确定进气室中的气压值P1和出气室中的气压值P2，且满足(P1＞P2)，(P2＞P3)，压力差(P1-P2)保持在80mmHg～350mmHg之间；控制进气电磁阀和流量控制电磁阀的开合度，使得进气室中的气压值P1和出气室中的气压值P2保持稳定。上述微量气体流速控制方法中，所述步骤一包括以下步骤：已知出气口处的管径r值和设定的微量气体流量q3的范围，由由式(7)计算出气室的出气口内外压力差P0：其中，v3为出气口外侧气体流速，单位m/s；ρ为气体密度，单位kg/m3；q3为出气口处气体流量，单位为m3/s；t为时间，单位为s；P0为出气口内外压力差，单位mmHg。上述微量气体流速控制方法中，所述步骤二包括以下步骤：(1)确定出气室内的压力值P2＝P0+P3，确定进气室内的压力P1在P0+P3+80mmHg至P0+P3+350mmHg之间；(2)控制器6控制进气电磁阀5开启、流量控制电磁阀41关闭，进气室进气，控制器通过第一压力传感器读取进气室内的压力值P1，使得P1在P0+P3+80mmHg至P0+P3+350mmHg之间；(3)控制器6开启流量控制电磁阀41，并通过第二压力传感器21读取出气室内的压力值P2，通过调整进气电磁阀5和流量控制电磁阀41的开合度，使得(P1＞P2)，(P2＞P3)，压力差(P1-P2)保持在80mmHg～350mmHg之间。采用上述技术方案，本专利技术的技术效果是：本专利技术通过在相互独立的进气室和出气室之间设置流量控制电磁阀，并配合进气室内和出气室内设置的压力传感器，采用电压控制方法控制流量控制电磁阀的开合度，精确控制出气室内的压力，从而能够精确控制并量化从出气室流出的气体流速；同时，进气室的气体缓冲作用使得出气室内压力控制更平稳，能够实现对血红蛋白氧载体携氧-释氧动力学过程研究。附图说明图1是本专利技术装置的实施例的结构示意图。图中附图标记表示为：1：进气室，11：第一压力传感器，12：进气口；2：出气室，21：第二压力传感器，22：出气口，23：温度传感器；3：隔板；4：电路板，41：流量控制电磁阀；5：进气电磁阀；6：控制器。具体实施方式鉴于现有的用于检测P50的分析设备不能精确控制气体流量，本专利技术旨在提供一种能够准确控制量化微量气体流速的微量气体流速控制装置及控制方法，建立血红蛋白携氧-释氧的时间参数体系有利于更好的阐明血液向组织供氧的过程，从而用于医疗领域中氧载体携氧-释氧动力学过程研究。本专利技术微量气体流速控制装置可安装于检测P50的分析设备的流路单元中代替针阀来实现对进入流通池中的微量气体进行精确流速控制，包括进气室、出气室和流量控制电磁阀，进气室和出气室为密封性良好的腔室，两个腔室之间设置有气体通道(例如，气体管路)，流量控制电磁阀设置在该气体通道上，进气室设置有进气口，出气室设置有出气口，流量控制电磁阀可以根据电压大小自动调整气体通道的宽窄，通过在线调整流量控制电磁阀的工作电压精确控制进气室的气体进入出气室并保持出气室内气压稳定，从而使出气口处的微量气体流速平稳可控。本专利技术装置是基于以下原理进行控制的：在进气室和出气室容量和压力恒定的条件下，将出气口的管径r大小固定，根据克拉伯龙方程(理想气体状态方程)：PV＝nRT公式(1)其中，P为压强(Pa)，V为体积(m3)，n为物质的量(mol)，T为温度(K)，R＝8.31J/(mol·K)为气体的普适常数。由上述公式(1)可知，同一种气体，在同一温度T、相同气体量n条件下，压力P与体积V成反比；同一种气体，在温度T和体积V固定的情况下，压力P与气体量n成正比。因此通过对气体压力P进行量化控制，即将通过对流量控制电磁阀进行控制，使出气室内的压力P2保持恒定，则出气室内的气体量n也保持恒定，出气口的管径大小固定时，出气室内的排气速度(气体流速v3)基本保持恒定。基于上述原理，气体流速可根据伯努利方程式得出：其中，P2为出气室的出气口内侧压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微量气体流速控制装置，其特征在于，包括进气室(1)、出气室(2)和流量控制电磁阀(41)，进气室(1)和出气室(2)之间通过气体管路连通，流量控制电磁阀(41)设置在所述气体管路上。

【技术特征摘要】
1.一种微量气体流速控制装置，其特征在于，包括进气室(1)、出气室(2)和流量控制电磁阀(41)，进气室(1)和出气室(2)之间通过气体管路连通，流量控制电磁阀(41)设置在所述气体管路上。2.根据权利要求1所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，所述进气室(1)和出气室(2)是由两块隔板(3)将一腔室分隔成的两个独立空间，两块隔板(3)之间设置有电路板(4)，穿过隔板(3)和电路板(4)设置有连通进气室(1)和出气室(2)的气体通道，位于电路板(4)上的流量控制电磁阀(41)设置在气体通道上以控制气体通道的开合度。3.根据权利要求2所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，还包括位于进气室(1)内的第一压力传感器(11)和位于出气室(2)内的第二压力传感器(21)，第一压力传感器(11)和第二压力传感器(21)均穿过隔板(3)电连接到电路板(4)。4.根据权利要求2或3所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，还包括位于出气室(2)内的温度传感器(23)，温度传感器(23)穿过隔板(3)电连接到电路板(4)。5.根据权利要求4所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，还包括一温度控制单元，所述温度控制单元包括设置在电路板(4)上的控制电路和设置在隔板(3)上的加热元件，温度传感器(23)连接到温度控制单元的控制电路。6.根据权利要求2至5任一项所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，还包括一控制器(6)，电路板(4)连接至所述控制器(6)。7.根据权利要求1至6任一项所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，进气室(1)的进气口(12)处设置有进气电磁阀(5)以控制进入进气室(1)内的气体量。8.根据权利要求7所述的微量气体流速控制装置，其特征在于，所述进气电磁阀(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莲，周虹，王瑛，周榕，尤国兴，张莉，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院野战输血研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11