CN109771757A - 呼吸机输出气体浓度控制及配比算法 - Google Patents

Abstract

一种呼吸机输出气体浓度控制及配比算法，在呼吸机的输入端，分别设置空气和氧气可控流量比例阀，以及空气和氧气流量传感器；预先设定呼吸机输出端需要输出的空氧混合气的总流量，及其中的氧气含量；计算出呼吸机输入端需要输入的空气流量和氧气流量；分别调整呼吸机输入端的空气和氧气可控流量比例阀，使其达到计算出的空气流量和氧气流量；然后在供气过程中，利用空气和氧气流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，反馈调节并控制可控流量比例阀的开合度，使其始终保持通过需要的空气和氧气流量。

Description

呼吸机输出气体浓度控制及配比算法

技术领域

本发明属于医疗设备中的呼吸机制造技术领域，涉及一种用于呼吸机中空气氧气混合后，输出的空氧混合气体中氧气浓度的控制方法。

背景技术

呼吸机控制中，需要对病人端吸入的空氧混合气体中氧气的浓度进行精确控制，即在呼吸机输入端对空气和氧气的体积进行合理配比，根据不同病人需提供特定氧浓度，以达到呼吸治疗效果。目前大都凭经验对呼吸机输入端的空气流量和氧气流量进行调节控制，难以达到精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种呼吸机输出气体浓度控制及配比算法，在呼吸机向病人供气时，能精确控制供气中的氧浓度。

本发明的技术方案如下：

一种呼吸机输出气体浓度控制及配比算法，其特征在于：

步骤1：在呼吸机的空气输入端，设置可控流量比例阀，以及空气流量传感器；在呼吸机的氧气输入端，设置可控流量比例阀，以及氧气流量传感器；

步骤2：根据病人的需要，预先设定呼吸机输出端需要输出的空氧混合气的总流量，及其中的氧气含量；根据空氧混合气的总流量及其中的氧气含量，计算出呼吸机输入端需要输入的空气流量和氧气流量；

步骤3：分别调整呼吸机空气输入端和氧气输入端的可控流量比例阀，使其达到输入端需要输入的空气流量和氧气流量；利用氧气输入端的氧流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过氧气流量传感器测得的氧气流量，反馈调节并控制氧气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其保持需要的氧气流量；

步骤4：用空气输入端的空气流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过空气流量传感器测得的空气流量，反馈调节并控制空气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其保持需要的空气流量。

本发明提供的控制方法简单快捷而且精确，只要预先设置病人需要的供气流量和氧浓度，即可快速计算出需要呼吸机输入端需要控制的空气和氧气的流量，调节输入端空气和氧气可控流量比例阀达到所需流量，再通过目前已经很成熟的闭环PID算法控制可控流量比例阀保持所需流量即可，控制精度较高，按本方法进行空氧配比控制，氧浓度的精度可达到1％。

具体实施方式

在呼吸机供气前，首先在呼吸机的空气输入端，设置可控流量比例阀，以及空气流量传感器；在呼吸机的氧气输入端，设置可控流量比例阀，以及氧气流量传感器。

根据不同病人的具体需要，预先设定呼吸机输出端需要向病人输出的空氧混合气的总流量d，及其中的氧气含量c。根据c和d的值，可以计算出呼吸机输入端需要输入的空气流量a和氧气流量b。计算方法如下：

空气流量a＝[(100-c)*d]/79；

氧气流量b＝[(c-21)*d]/79；

上述计算方法是本申请人通过反复实验得出的。实验过程如下：

在呼吸机的输入端，用两只可控流量比例阀分别对空气和氧气的流量进行控制，并用两只流量传感器分别对空气和氧气的流量进行测量；在呼吸机的空氧混合输出端，设置氧气浓度传感器，以测量空氧混合后的氧浓度。然后调节两只可控流量比例阀，使空气流量和氧气流量为允许范围内的任意值，并记录下每一组空气流量值和氧气流量值所对应的氧浓度传感器的测量值。

通过多次实验，并对实验结果进行分析，本申请人发现如下公式：

如果空气流量为a，氧气的流量为b，那么混合后的空氧混合气体中的氧浓度为(a*1+b*0.21)/(a+b)。

根据上述公式反推可以得出：如果输出的氧气浓度为c，输出的空氧混合气体的流量为d，那么呼吸机输入端氧气的流量应为[(c-21)*d]/79，空气的流量应为[(100-c)*d]/79。

以上即是本发明在输出端总气体流量和氧气浓度确定后，输入端空气流量和氧气流量的计算依据。

通过计算将输入端空气流量和氧气流量确定后，分别调整呼吸机空气输入端和氧气输入端的可控流量比例阀，使其达到步骤所确定的空气流量a和氧气流量b。

供气开始后，可控流量比例阀在供气过程中会因为多种因素，产生微小偏差。本发明再通过目前已经公知且很成熟的闭环PID算法，利用氧气输入端的氧流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过氧气流量传感器测得的氧气流量，反馈调节并控制氧气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其始终保持通过需要的氧气流量b；利用空气输入端的空气流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过空气流量传感器测得的空气流量，反馈调节并控制空气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其始终保持通过需要的空气流量a。

Claims (1)

1.一种呼吸机输出气体浓度控制及配比算法，其特征在于：

步骤1：在呼吸机的空气输入端，设置可控流量比例阀，以及空气流量传感器；在呼吸机的氧气输入端，设置可控流量比例阀，以及氧气流量传感器；

步骤2：根据病人的需要，预先设定呼吸机输出端需要输出的空氧混合气的总流量，及其中的氧气含量；根据空氧混合气的总流量及其中的氧气含量，计算出呼吸机输入端需要输入的空气流量和氧气流量；

步骤3：分别调整呼吸机空气输入端和氧气输入端的可控流量比例阀，使其达到输入端需要输入的空气流量和氧气流量；利用氧气输入端的氧流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过氧气流量传感器测得的氧气流量，反馈调节并控制氧气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其保持需要的氧气流量；

步骤4：用空气输入端的空气流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制***，通过空气流量传感器测得的空气流量，反馈调节并控制空气输入端的可控流量比例阀的开合度，使其保持需要的空气流量。