RU2208386C1 - Device for measurement of space velocity of air flow at breathing - Google Patents

Device for measurement of space velocity of air flow at breathing Download PDF

Info

Publication number
RU2208386C1
RU2208386C1 RU2002130807A RU2002130807A RU2208386C1 RU 2208386 C1 RU2208386 C1 RU 2208386C1 RU 2002130807 A RU2002130807 A RU 2002130807A RU 2002130807 A RU2002130807 A RU 2002130807A RU 2208386 C1 RU2208386 C1 RU 2208386C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plane
cylindrical tube
air flow
disk
holes
Prior art date
Application number
RU2002130807A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.В. Горбунов
Д.В. Давыдов
Д.А. Темиразов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Альтоника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Альтоника" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Альтоника"
Priority to RU2002130807A priority Critical patent/RU2208386C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2208386C1 publication Critical patent/RU2208386C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: procedure of diagnosis of space velocity of ventilation function by the method of spirometry. SUBSTANCE: the device has a cylindrical air conduit with inner and outer tubes adjoining one another. The first of them is made with through holes for air intake, and the other - with two connections for air discharge connected by hoses to the air flow sensor. The aerodynamic element in the form of a disk with slots is located inside the first tube. Two annular grooves are made on the outer surface of this tube, they are spaced at equal distances relative to the plane of disk arrangement. The through holes are positioned uniformly in each groove along the circumferences being in the planes equidistant from the plane of disk arrangement. The planes passing through the axes of symmetry of the connections perpendicularly to the axis of the tubes are located between the boundaries of the respective annular grooves at equal distances from the disk plane. The distance between each plane and the boundaries of the groove exceeds the inner radius of the connection. The air flow at its motion through the air conduit is not subjected to the actions resulting in appearance of turbulence and random variations of velocity. The detability of the construction makes it possible to easily clean the holes and other members of the air conduit. EFFECT: enhanced accuracy and reliability of measurement. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для проверки вентиляционной функции дыхания методом спирометрии. The invention relates to measuring equipment, and in particular to devices for checking the ventilation function of respiration by spirometry.

Известно устройство для определения параметров дыхания по патенту RU 2005411, А 61 В 5/08, 18.03.1992, содержащее измерительную головку, выполненную в виде сопрягаемых промежуточного цилиндрического канала и двух патрубков с площадью проходного сечения, увеличивающейся в стороны входа и выхода, и два чувствительных элемента, установленные в одной плоскости в полости канала, смещенные друг относительно друга в радиальном и осевом направлениях и подсоединенные к электронному блоку обработки сигналов, при этом полость каждого из патрубков спрофилирована в виде сопла Витошинского, а соотношение максимального диаметра проходного сечения патрубков и диаметра цилиндрического канала равно 3:1, каждый из чувствительных элементов подсоединен к блоку обработки сигналов посредством двух дифференциальных мембранных датчиков давления, подмембранные камеры которых пневматически сообщены соответственно между собой и полостью канала посредством дополнительного радиального отверстия, выполненного в его боковой стенке, ось которого перпендикулярна к плоскости расположения чувствительных элементов и равноудалена от них, причем каждый чувствительный элемент выполнен в виде трубки, свободный конец которой изогнут соосно с каналом и направлен в сторону соответствующего патрубка, а радиальное смещение каждого свободного конца относительно продольной оси канала равно половине диаметра трубки, при этом величины внутреннего диаметра трубки и диаметра отверстия находятся в интервале от 1,5 до 1,6 мм, а соотношение внутреннего диаметра трубки и диаметра отверстия в надмембранной камере датчика для подсоединения трубки равно 1÷1,5. A device for determining breathing parameters according to the patent RU 2005411, A 61 B 5/08, 03/18/1992, containing a measuring head made in the form of a mating intermediate cylindrical channel and two nozzles with a passage area increasing in the inlet and outlet, and two sensitive elements mounted in the same plane in the channel cavity, offset from each other in the radial and axial directions and connected to the electronic signal processing unit, while the cavity of each of the nozzles is profiled it is in the form of a Vitoshinsky nozzle, and the ratio of the maximum bore diameter of the nozzles to the diameter of the cylindrical channel is 3: 1, each of the sensitive elements is connected to the signal processing unit by means of two differential membrane pressure sensors, the submembrane chambers of which are pneumatically communicated respectively between themselves and the channel cavity by an additional radial hole made in its side wall, the axis of which is perpendicular to the plane of arrangement of sensitive elements and is equidistant from them, each sensitive element being made in the form of a tube, the free end of which is curved coaxially with the channel and directed towards the corresponding nozzle, and the radial displacement of each free end relative to the longitudinal axis of the channel is equal to half the diameter of the tube, while the inner diameter of the tube and the hole diameter is in the range from 1.5 to 1.6 mm, and the ratio of the inner diameter of the tube and the diameter of the hole in the transmembrane chamber of the sensor for connecting the tube is 1 ÷ 1.5.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и возможность засорения отверстия ближнего к потоку чувствительного элемента (трубки) продуктами выдыхаемого пациентом воздуха (микрофлорой, слюной, мокротой, конденсатом водяных паров), что влечет за собой изменение номинальной статической характеристики устройства в процессе обследования пациента и нарушение идентичности измерений в фазах вдоха и выдоха. The disadvantages of the known device are the complexity of the design and the possibility of clogging the holes near the flow of the sensing element (tube) with the products exhaled by the patient's air (microflora, saliva, sputum, condensate of water vapor), which entails a change in the nominal static characteristics of the device during the examination of the patient and violation of identity measurements in phases of inhalation and exhalation.

Более простыми и удобными для практического использования являются устройство для измерения скорости воздушного потока при спирометрии по патенту US 5443075, А 61 В 5/087, 22.08.1995 и устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании по патенту RU 2189778, А 61 В 5/08, 27.09.2002. More simple and convenient for practical use are the device for measuring the air flow rate during spirometry according to the patent US 5443075, A 61 V 5/087, 08/22/1995 and the device for measuring the air volumetric velocity during breathing according to the patent RU 2189778, A 61 V 5 / 08, 09.27.2002.

Первое из них содержит прямой цилиндрический воздуховод, ближнюю к источнику воздушного потока чувствительную трубу, имеющую полуцилиндрическое сопло, расположенное в воздуховоде и обращенное навстречу воздушному потоку в нем, дальнюю от источника воздушного потока чувствительную трубу, имеющую полуцилиндрическое сопло, расположенное в воздухопроводе и обращенное в направлении воздушного потока, а также сенсор воздушного потока, подсоединенный симметрично с помощью двух соединительных трубок соответственно к ближней и дальней от источника воздушного потока чувствительным трубам. The first of them contains a straight cylindrical air duct, a sensing pipe closest to the source of the air flow, having a semi-cylindrical nozzle located in the air duct and facing the air flow therein, and a sensing tube distant from the air flow source, having a semicylindrical nozzle located in the air duct and facing in the direction air flow, as well as an air flow sensor connected symmetrically using two connecting tubes respectively to the near and far from and air flow to sensitive pipes.

Второе вышеупомянутое устройство содержит прямой цилиндрический воздуховод и последовательно расположенные в нем ближнюю к источнику воздушного потока чувствительную трубу (ближнюю чувствительную трубу) и дальнюю от источника воздушного потока чувствительную трубу (дальнюю чувствительную трубу), а также сенсор воздушного потока, подсоединенный с помощью идентичных первой и второй соединительных трубок к нижним торцам соответственно ближней и дальней чувствительных труб, а также ближний и дальний аэродинамические элементы, формирующие и направляющие воздушный поток в прямом цилиндрическом воздуховоде, которые идентичны друг другу по форме и размерам, причем ближний аэродинамический элемент установлен перед ближней чувствительной трубой, дальний аэродинамический элемент - за дальней чувствительной трубой, каждая чувствительная труба в своей верхней части снабжена прорезью для отбора давления в воздушном потоке и выполнена в виде конструкции, идентичной по форме и внешним размерам конструкции аэродинамических элементов, а расстояние между ближним аэродинамическим элементом и ближней чувствительной трубой равно расстоянию между дальним аэродинамическим элементом и дальней аэродинамической трубой. The second aforementioned device comprises a straight cylindrical duct and sequentially located therein a sensing pipe (a nearby sensing pipe) closest to the airflow source and a sensing pipe distant from the airflow source (a distant sensing pipe), as well as an air flow sensor connected by means of identical first and the second connecting tubes to the lower ends of the near and far sensitive pipes, as well as the near and far aerodynamic elements, forming directing and directing the air flow in a straight cylindrical duct, which are identical in shape and size, with the nearest aerodynamic element installed in front of the nearest sensitive tube, the distant aerodynamic element behind the far sensitive tube, each sensitive tube in its upper part is equipped with a slot for pressure selection in the air flow and is made in the form of a structure identical in shape and external dimensions to the design of aerodynamic elements, and the distance between the near aerodynamic Kim sensitive element and the proximal tube equal to the distance between the distal member and the distal aerodynamic wind tunnel.

Этот класс устройств имеет более простую и удобную в обращении конструкцию, однако им, как и вышеупомянутому аналогу, присущи недостатки, связанные с возможностью засорения сопла ближней к источнику воздушного потока чувствительной трубы с соответствующей потерей точности измерений. This class of devices has a simpler and more convenient design, however, like the aforementioned analogue, they have disadvantages associated with the possibility of clogging the nozzle of the sensing pipe closest to the air flow source with a corresponding loss of measurement accuracy.

Более совершенным в этом плане является устройство для спирометрии по патенту US 6113549, А 61 В 5/00, 05.09.2000, выбранное в качестве прототипа предлагаемого изобретения. More perfect in this regard is the device for spirometry according to the patent US 6113549, A 61 5/00, 09/05/2000, selected as a prototype of the invention.

Указанное устройство содержит прямой цилиндрический воздуховод, состоящий из двух идентичных внутренних цилиндрических трубок, вложенных во внешнюю цилиндрическую трубку, внутренний диаметр, которой равен внешнему диаметру внутренних цилиндрических трубок, аэродинамический элемент, выполненный в виде диска с прорезями для пропускания воздуха, установленный в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического воздуховода между торцами внутренних цилиндрических трубок, внешние диаметры которых равны внешнему диаметру диска, а также два штуцера для забора воздуха из прямого цилиндрического воздуховода, расположенные перпендикулярно поверхности внешней цилиндрической трубки на равных расстояниях от плоскости диска и соединенные с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока. The specified device contains a straight cylindrical duct, consisting of two identical inner cylindrical tubes embedded in the outer cylindrical tube, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the inner cylindrical tubes, an aerodynamic element made in the form of a disk with slots for air passage, mounted in a plane perpendicular the axis of the cylindrical duct between the ends of the inner cylindrical tubes, the outer diameters of which are equal to the outer diameter of the disk, and also a nozzle for air intake of a straight cylindrical duct disposed perpendicularly to the outer cylindrical surface of the tube at equal distances from the plane of the disc and connected by flexible hoses to the first and second inputs of the air flow sensor.

Недостатком устройства-прототипа является нестабильность измерений, обусловленная турбулентностью воздушного потока на торцах штуцеров для забора воздуха из воздуховода. Эта нестабильность приводит к флуктуационной ошибке измерений. The disadvantage of the prototype device is the instability of the measurements due to the turbulence of the air flow at the ends of the fittings for air intake from the duct. This instability leads to a fluctuation measurement error.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка и, соответственно, задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерений объемной скорости воздушного потока. The proposed technical solution is aimed at eliminating this drawback and, accordingly, the objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measurements of the air velocity.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании, содержащем прямой цилиндрический воздуховод, состоящий из первой цилиндрической трубки со сквозными отверстиями для забора воздуха и второй цилиндрической трубки с двумя штуцерами для отвода воздуха, установленными перпендикулярно поверхности второй цилиндрической трубки и соединенными с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока, а также аэродинамический элемент в виде диска с прорезями для пропускания воздуха, расположенный внутри первой цилиндрической трубки в плоскости, перпендикулярной ее оси, при этом внешняя поверхность первой цилиндрической трубки прилегает к внутренней поверхности второй цилиндрической трубки, на внешней поверхности первой цилиндрической трубки проточены две кольцевые канавки, имеющие одинаковые геометрические размеры и разнесенные на равные расстояния относительно плоскости расположения диска, а сквозные отверстия расположены равномерно в каждой из канавок вдоль окружностей, находящихся в плоскостях, равноотстоящих от плоскости расположения диска, плоскости, проходящие через ось симметрии каждого штуцера и перпендикулярные оси трубок, должны располагаться между границами соответствующих кольцевых канавок на одинаковых расстояниях от плоскости диска, а расстояние между каждой плоскостью и границами соответствующей канавки должно быть больше внутреннего радиуса штуцера. To solve the problem in a known device for measuring the volumetric rate of air flow during breathing, containing a straight cylindrical duct consisting of a first cylindrical tube with through holes for air intake and a second cylindrical tube with two nozzles for air exhaust mounted perpendicular to the surface of the second cylindrical tube and connected by flexible hoses with the first and second inputs of the air flow sensor, as well as an aerodynamic element in the form of a disc with a gap openings for air passage, located inside the first cylindrical tube in a plane perpendicular to its axis, while the outer surface of the first cylindrical tube is adjacent to the inner surface of the second cylindrical tube, two annular grooves are cut on the outer surface of the first cylindrical tube, having the same geometric dimensions and spaced equal distances relative to the plane of the disk, and through holes are located evenly in each of the grooves along the circles, finding the planes passing through the symmetry axis of each nozzle and perpendicular to the axis of the tubes should be located between the boundaries of the respective annular grooves at equal distances from the plane of the disk, and the distance between each plane and the boundaries of the corresponding groove should be greater than the internal nozzle radius.

Суть предлагаемого технического решения поясняется чертежами на фиг.1 и 2. На фиг. 1 приведен общий случай конструктивного исполнения заявляемого устройства в виде изображения сечения, проходящего через общую центральную ось внутренней и внешней цилиндрических трубок и через центральные оси обоих штуцеров. На фиг.2 приведена аксонометрическая проекция того же сечения для одного из возможных конструктивных исполнений устройства (в которой не показаны гибкие шланги и сенсор воздушного потока, а аэродинамический элемент показан без проведения его сечения). The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawings in figures 1 and 2. In FIG. 1 shows the general case of the design of the claimed device in the form of an image of a section passing through the common central axis of the inner and outer cylindrical tubes and through the central axes of both fittings. Figure 2 shows a perspective view of the same section for one of the possible designs of the device (in which flexible hoses and an air flow sensor are not shown, and the aerodynamic element is shown without conducting its cross section).

Необходимо отметить, что плоскости, в которых расположены общая ось цилиндрических трубок и каждая из осей штуцеров, могут быть расположены относительно друг друга под любым возможным углом. Случай совпадения этих плоскостей, изображенный на фиг.1 и 2, выбран просто из соображений наглядности иллюстративного материала. It should be noted that the planes in which the common axis of the cylindrical tubes and each of the axes of the fittings are located can be located relative to each other at any possible angle. The case of coincidence of these planes, depicted in figures 1 and 2, is chosen simply for reasons of clarity of illustrative material.

На фиг.1 и 2 использованы следующие обозначения:
1 - внутренняя цилиндрическая трубка; 2 - внешняя цилиндрическая трубка; 3, 3' - сквозные отверстия; 4, 4' - канавки; 5, 5' - штуцеры; 6, 6' - гибкие шланги; 7 - сенсор воздушного потока; 8 - аэродинамический элемент.
In figures 1 and 2, the following notation is used:
1 - inner cylindrical tube; 2 - an external cylindrical tube; 3, 3 '- through holes; 4, 4 '- grooves; 5, 5 '- fittings; 6, 6 '- flexible hoses; 7 - air flow sensor; 8 - aerodynamic element.

Для изображенного на фиг.2 возможного конструктивного исполнения устройства дополнительно обозначены:
1' - внутренний отрезок внутренней цилиндрической трубки; 2' - гайка; 9 - радиальные лучи; 10 - симметричные прорези.
For depicted in figure 2 of the possible design of the device are additionally indicated:
1 'is the inner segment of the inner cylindrical tube; 2 '- nut; 9 - radial rays; 10 - symmetrical slots.

Прямой цилиндрический воздуховод выполнен в виде двух трубок: внутренней цилиндрической трубки 1 и внешней цилиндрической трубки 2. При этом для возможного конструктивного исполнения, показанного на фиг.2, внутренняя цилиндрическая трубка 1 снабжена внутренним отрезком 1' внутренней цилиндрической трубки, а внешняя цилиндрическая трубка 2 снабжена гайкой 2'. Внутренняя цилиндрическая трубка 1 имеет два ряда сквозных отверстий 3 и 3'. Отверстия 3 (3') имеют цилиндрическую форму и расположены в каждом ряду равномерно по окружности, являющейся линией сечения внутренней цилиндрической трубки 1 плоскостью, перпендикулярной оси этой трубки 1. Каждое из указанных сквозных отверстий 3 (3') находится в пределах кольцевой канавки 4 (4'), опоясывающей внутреннюю цилиндрическую трубку 1. Во внешней цилиндрической трубке 2 над канавками 4 и 4' расположены два сквозных отверстия, к внутренней поверхности которых плотно прилегают штуцеры 5 и 5'. При установке в рабочее положение внутренней 1 и внешней 2 цилиндрических трубок внутреннее отверстие каждого из штуцеров 5 и 5' находится строго между границами соответствующих канавок 4 и 4'. A straight cylindrical duct is made in the form of two tubes: an inner cylindrical tube 1 and an outer cylindrical tube 2. Moreover, for the possible design shown in FIG. 2, the inner cylindrical tube 1 is provided with an inner length 1 'of the inner cylindrical tube, and the outer cylindrical tube 2 equipped with a 2 'nut. The inner cylindrical tube 1 has two rows of through holes 3 and 3 '. Holes 3 (3 ') have a cylindrical shape and are arranged in each row evenly around a circle, which is the section line of the inner cylindrical tube 1 by a plane perpendicular to the axis of this tube 1. Each of these through holes 3 (3') is located within the annular groove 4 ( 4 '), encircling the inner cylindrical tube 1. In the outer cylindrical tube 2 above the grooves 4 and 4' there are two through holes, on the inner surface of which the fittings 5 and 5 'fit snugly. When installed in the working position of the inner 1 and outer 2 cylindrical tubes, the inner hole of each of the fittings 5 and 5 'is strictly between the boundaries of the corresponding grooves 4 and 4'.

Во внутренней цилиндрической трубке 1 перпендикулярно ее поверхности установлен аэродинамический элемент 8 в виде диска с симметричными прорезями для пропускания воздушного потока. Для частного случая конструктивного исполнения устройства, приведенного на фиг.2, установка диска 8 внутри внутренней цилиндрической трубки 1 осуществляется при запрессовке внутреннего отрезка 1' внутренней цилиндрической трубки непосредственно во внутреннюю цилиндрическую трубку 1. По окончании запрессовки элементы 1, 1' и 8 образуют жесткое, неразъемное соединение. In the inner cylindrical tube 1, an aerodynamic element 8 is mounted perpendicular to its surface in the form of a disk with symmetrical slots for transmitting air flow. For a special case of the design of the device shown in figure 2, the installation of the disk 8 inside the inner cylindrical tube 1 is carried out by pressing the inner segment 1 'of the inner cylindrical tube directly into the inner cylindrical tube 1. At the end of the pressing, the elements 1, 1' and 8 form a rigid one-piece connection.

Оси штуцеров 5 и 5' расположены на одинаковых расстояниях от плоскости диска 8 и, таким образом, смещены на расстояние Δ относительно плоскостей, в которых находятся оси сквозных отверстий 3 и 3'. На верхние торцы штуцеров 5 и 5' надеты гибкие шланги 6 и 6' соответственно, подключенные ко входам сенсора 7 воздушного потока. The axis of the nozzles 5 and 5 'are located at equal distances from the plane of the disk 8 and, thus, are offset by a distance Δ relative to the planes in which the axes of the through holes 3 and 3' are located. Flexible hoses 6 and 6 'are put on the upper ends of the fittings 5 and 5', respectively, connected to the inputs of the airflow sensor 7.

В конструкции фиг.2, использовавшейся в экспериментах, диск 8 был выполнен в виде радиальных лучей 9 и симметричных прорезей 10. В принципе, возможны и другие варианты выполнения диска 8. Важно лишь то, что в любом варианте должна быть обеспечена симметрия прорезей 10 в диске относительно оси внутренней цилиндрической трубки 1, а плоскость диска 8 должна быть расположена симметрично по отношению к правому и левому рядам отверстий 3 и 3', канавкам 4 и 4' и штуцерам 5 и 5' соответственно. При этом желательно, чтобы расстояния Δ между плоскостями, в которых расположены оси отверстий 3 и 3', и осями соответствующих штуцеров 5 и 5' были бы максимально возможными (с учетом того, что при всех возможных допусках внутреннее отверстие штуцера 5 или 5' не должно даже частично выходить за границы соответствующей канавки 4 или 4'). In the design of FIG. 2 used in the experiments, the disk 8 was made in the form of radial rays 9 and symmetrical slots 10. In principle, other variants of the disk 8 are possible. The only important thing is that in any case the symmetry of the slots 10 in disk relative to the axis of the inner cylindrical tube 1, and the plane of the disk 8 should be located symmetrically with respect to the right and left rows of holes 3 and 3 ', grooves 4 and 4' and fittings 5 and 5 ', respectively. In this case, it is desirable that the distances Δ between the planes in which the axes of the holes 3 and 3 'are located and the axes of the corresponding fittings 5 and 5' would be the maximum possible (taking into account that, for all possible tolerances, the internal hole of the fitting 5 or 5 'is not should even partially extend beyond the boundaries of the corresponding groove 4 or 4 ').

Предлагаемое устройство для измерения объемной скорости воздушного потока работает следующим образом. The proposed device for measuring the space velocity of the air flow is as follows.

При выдохе пациента воздушный поток движется по воздуховоду вдоль внутренней цилиндрической трубки 1, вложенной во внешнюю цилиндрическую трубку 2 в направлении, отмеченном на фиг.1 и 2 стрелкой "Выдох". Upon exhalation of the patient, the air flow moves through the duct along the inner cylindrical tube 1, nested in the outer cylindrical tube 2 in the direction indicated by the exhale arrow in FIGS. 1 and 2.

В рабочем положении внешняя цилиндрическая трубка 2 неподвижно закреплена относительно внутренней цилиндрической трубки 1. In the working position, the outer cylindrical tube 2 is fixedly fixed relative to the inner cylindrical tube 1.

Методы такого закрепления могут быть любыми (и не относятся к сущности заявляемого технического решения). Например, на фиг.2 закрепление осуществляется с помощью гайки 2', устанавливаемой на винтовой резьбе, нанесенной на внешнюю поверхность внутренней цилиндрической трубки 1. Гайка 2' плотно прижимает торец внешней цилиндрической трубки 2 к кольцевому выступу внутренней цилиндрической трубки 1. Methods of such consolidation can be any (and do not relate to the essence of the claimed technical solution). For example, in FIG. 2, fixing is carried out using a nut 2 ′ mounted on a screw thread applied to the outer surface of the inner cylindrical tube 1. The nut 2 ′ tightly presses the end face of the outer cylindrical tube 2 against the annular protrusion of the inner cylindrical tube 1.

Воздушный поток при выдохе, проходя мимо ряда сквозных отверстий 3 внутренней цилиндрической трубки 1, эжектирует в отверстия 3 часть своего объема. Этот объем попадает в канавку 4, проточенную на внешней поверхности внутренней цилиндрической трубки 1 и имеющую кольцевую форму. Поскольку внешняя цилиндрическая трубка 2 тесно прилегает к внутренней цилиндрической трубке 1, канавка 4 и внутренняя поверхность внешней цилиндрической трубки 2 образуют герметичный первый дополнительный кольцевой воздуховод, двигаясь по которому воздух при выдохе попадает в штуцер 5, а по нему через гибкий шланг 6 - на первый вход сенсора 7 воздушного потока. Поскольку отверстия 3 расположены на равных расстояниях друг от друга, а поверхность первого дополнительного кольцевого воздуховода не содержит выступающих частей, движение воздушного потока внутри этого воздуховода близко к ламинарному. Поэтому на первом входе сенсора 7 воздушного потока давление P1 воздуха достаточно устойчиво и равно разности статического давления РCT и давления эжекции

Figure 00000002

где ρ - плотность воздушного потока;
v1 - линейная скорость воздушного потока в сечении отверстий 3.During exhalation, the air flow passing by a series of through holes 3 of the inner cylindrical tube 1 ejects part of its volume into the holes 3. This volume enters the groove 4, machined on the outer surface of the inner cylindrical tube 1 and having an annular shape. Since the outer cylindrical tube 2 is closely adjacent to the inner cylindrical tube 1, the groove 4 and the inner surface of the outer cylindrical tube 2 form a sealed first additional annular duct, moving through which the air exhales into the nozzle 5, and through it through the flexible hose 6 to the first sensor input 7 air flow. Since the holes 3 are located at equal distances from each other, and the surface of the first additional annular duct does not contain protruding parts, the movement of the air flow inside this duct is close to laminar. Therefore, at the first input of the air flow sensor 7, the air pressure P 1 is sufficiently stable and is equal to the difference between the static pressure P CT and the ejection pressure
Figure 00000002

where ρ is the density of the air flow;
v 1 - linear velocity of the air flow in the cross section of the holes 3.

Ламинарности воздушного потока в первом дополнительном кольцевом воздуховоде способствует и наличие смещения Δ между осью штуцера 5 и плоскостью, проходящей через оси отверстий 3. The laminarity of the air flow in the first additional annular duct is also facilitated by the presence of an offset Δ between the axis of the nozzle 5 and the plane passing through the axis of the holes 3.

Далее воздушный поток пересекает аэродинамический элемент 8 и рассеивается на нем. В рассматриваемом варианте реализации устройства (фиг.2) аэродинамический элемент 8 выполнен в виде диска с радиальными лучами 9 и симметричными прорезями 10. Радиальная симметрия диска 8 также способствует сохранению ламинарности воздушного потока. Воздух отклоняется к стенкам внутренней цилиндрической трубки 1, и скорость его становится равной v2. Проходя мимо сквозных отверстий 3', воздушный поток эжектирует часть объема воздуха в эти отверстия.Next, the air flow crosses the aerodynamic element 8 and is scattered on it. In the considered embodiment of the device (Fig. 2), the aerodynamic element 8 is made in the form of a disk with radial rays 9 and symmetrical slots 10. The radial symmetry of the disk 8 also contributes to the preservation of the laminarity of the air flow. The air deviates to the walls of the inner cylindrical tube 1, and its speed becomes equal to v 2 . Passing through the through holes 3 ', the air flow ejects part of the volume of air into these holes.

Эжектируемый воздух, пройдя сквозные отверстия 3', попадает в герметичный второй дополнительный кольцевой воздуховод, образованный канавкой 4' и внутренней поверхностью внешней цилиндрической трубки 2. Поскольку геометрические размеры канавок 4 и 4' одинаковы, а ряд сквозных отверстий 3' идентичен ряду сквозных отверстий 3 и расположен симметрично относительно диска 8, то условия для прохождения воздуха в обоих дополнительных кольцевых воздуховодах идентичны друг другу. Соответственно, давление воздуха, поступающего через штуцер 5' и гибкий шланг 6' на второй вход сенсора 7 воздушного потока, равно

Figure 00000003

где v2 - линейная скорость воздушного потока в сечении ряда сквозных отверстий 3'.The ejected air, passing through the through holes 3 ', enters the sealed second additional annular duct formed by the groove 4' and the inner surface of the outer cylindrical tube 2. Since the geometric dimensions of the grooves 4 and 4 'are the same, and the row of through holes 3' is identical to the row of through holes 3 and is located symmetrically relative to the disk 8, the conditions for the passage of air in both additional annular ducts are identical to each other. Accordingly, the pressure of the air flowing through the fitting 5 'and the flexible hose 6' to the second input of the air flow sensor 7 is
Figure 00000003

where v 2 is the linear velocity of the air flow in the cross section of a series of through holes 3 '.

Перепад давлений ΔР, который фиксирует сенсор 7 воздушного потока, равен

Figure 00000004

то есть прямо пропорционален квадрату линейной (а следовательно, и объемной) скорости воздушного потока.The pressure drop ΔP, which fixes the sensor 7 of the air flow is equal to
Figure 00000004

that is, it is directly proportional to the square of the linear (and therefore volumetric) air velocity.

При вдохе пациента воздушный поток движется по воздуховоду в противоположном направлении (по стрелке "Вдох"). Поскольку конструкция устройства симметрична относительно плоскости расположения аэродинамического элемента 8, то происходящие в воздуховоде процессы полностью идентичны описанным выше процессам, сопровождающим выдох пациента. Таким образом, показания сенсора 7 воздушного потока прямо пропорциональны квадрату скорости воздушного потока, прошедшего через аэродинамический элемент 8. When you inhale the patient, the air flow moves through the duct in the opposite direction (along the arrow "Inhale"). Since the design of the device is symmetrical with respect to the plane of the aerodynamic element 8, the processes occurring in the duct are completely identical to the processes described above, accompanying the exhalation of the patient. Thus, the readings of the air flow sensor 7 are directly proportional to the square of the speed of the air flow passing through the aerodynamic element 8.

При необходимости чистки устройства можно достаточно просто освободить штуцеры 5 и 5', а при исполнении устройства согласно фиг.2 путем отвинчивания гайки 2' можно легко разъединить внутреннюю 1 и внешнюю 2 цилиндрические трубки. После этого открывается свободный доступ для прочистки канавок 4 и 4', сквозных отверстий 3 и 3' и других элементов воздуховода. If it is necessary to clean the device, it is possible to easily release the fittings 5 and 5 ', and when performing the device according to Fig. 2, by unscrewing the nut 2', the inner 1 and outer 2 cylindrical tubes can be easily disconnected. After this, free access is opened for cleaning grooves 4 and 4 ', through holes 3 and 3' and other elements of the duct.

Отсутствие в предлагаемом устройстве выступающих элементов (сопел, трубок) выгодно отличает его от вышеупомянутых аналогов и от устройства-прототипа. Благодаря этому воздушный поток при своем движении по воздуховоду и дополнительным воздуховодам не подвергается воздействиям, приводящим к появлению турбулентности и случайным изменениям скорости, которые не могут быть учтены при калибровке устройства и являются основной причиной флуктуационной ошибки измерений. При этом устройство не содержит деталей, которые засорялись бы элементами микрофлоры пациента, а разборность его конструкции позволяет легко прочищать отверстия и другие элементы конструкции воздуховода. Это также повышает точность и надежность измерений. The absence of protruding elements (nozzles, tubes) in the proposed device compares it favorably with the aforementioned analogues and the prototype device. Due to this, the air flow during its movement through the air duct and additional air ducts is not subjected to influences leading to the appearance of turbulence and random changes in speed, which cannot be taken into account when calibrating the device and are the main cause of fluctuation measurement errors. Moreover, the device does not contain parts that would become clogged with the patient’s microflora elements, and the collapsibility of its design makes it easy to clean holes and other structural elements of the duct. It also improves the accuracy and reliability of measurements.

Все вышеуказанное подтверждено экспериментальными исследованиями, в которых характеристики предлагаемого устройства сравнивались с характеристиками вышеупомянутых аналогов. All of the above is confirmed by experimental studies in which the characteristics of the proposed device were compared with the characteristics of the above analogues.

Таким образом, обеспечивается решение поставленной задачи и, соответственно, представленная выше совокупность общих с прототипом и отличительных признаков заявленного устройства может быть классифицирована как изобретение. Thus, it provides a solution to the problem and, accordingly, the above set of common with the prototype and distinctive features of the claimed device can be classified as an invention.

Claims (1)

Устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании, содержащее прямой цилиндрический воздуховод, состоящий из первой цилиндрической трубки со сквозными отверстиями для забора воздуха и второй цилиндрической трубки с двумя штуцерами для отвода воздуха, установленными перпендикулярно поверхности второй цилиндрической трубки и соединенными с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока, а также аэродинамический элемент в виде диска с прорезями для пропускания воздуха, расположенный внутри первой цилиндрической трубки в плоскости, перпендикулярной ее оси, при этом внешняя поверхность первой цилиндрической трубки прилегает к внутренней поверхности второй цилиндрической трубки, отличающееся тем, что на внешней поверхности первой цилиндрической трубки проточены две кольцевые канавки, имеющие одинаковые геометрические размеры и разнесенные на равные расстояния относительно плоскости расположения диска, а сквозные отверстия расположены равномерно в каждой из канавок вдоль окружностей, находящихся в плоскостях, равноотстоящих от плоскости расположения диска, плоскости, проходящие через ось симметрии каждого штуцера и перпендикулярные оси трубок располагаются между границами соответствующих кольцевых канавок на одинаковых расстояниях от плоскости диска, а расстояние между каждой плоскостью и границами соответствующей канавки принято большим внутреннего радиуса штуцера. A device for measuring the volumetric rate of air flow during breathing, comprising a straight cylindrical duct, consisting of a first cylindrical tube with through holes for air intake and a second cylindrical tube with two nozzles for venting, mounted perpendicular to the surface of the second cylindrical tube and connected using flexible hoses with the first and second inputs of the air flow sensor, as well as an aerodynamic element in the form of a disk with slots for air passage, located inside the first cylindrical tube in a plane perpendicular to its axis, while the outer surface of the first cylindrical tube is adjacent to the inner surface of the second cylindrical tube, characterized in that on the outer surface of the first cylindrical tube there are two annular grooves having the same geometric dimensions and spaced at equal distances relative to the plane of the disk, and the through holes are evenly distributed in each of the grooves along the circles located in the planes, ra nootstoyaschih from the disk to the plane, the plane passing through the axis of symmetry of each fitting and the tubes are arranged perpendicular to the axis between the boundaries of the respective annular grooves at equal distances from the plane of the disk, and the distance between each plane and the boundaries of a corresponding groove made large inner radius fitting.
RU2002130807A 2002-11-19 2002-11-19 Device for measurement of space velocity of air flow at breathing RU2208386C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130807A RU2208386C1 (en) 2002-11-19 2002-11-19 Device for measurement of space velocity of air flow at breathing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130807A RU2208386C1 (en) 2002-11-19 2002-11-19 Device for measurement of space velocity of air flow at breathing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2208386C1 true RU2208386C1 (en) 2003-07-20

Family

ID=29212325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002130807A RU2208386C1 (en) 2002-11-19 2002-11-19 Device for measurement of space velocity of air flow at breathing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2208386C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476148C2 (en) * 2007-02-01 2013-02-27 РИК ИНВЕСТМЕНТС, ЭлЭлСи Methabolic measuring system with multifunctional adapter for respiratory tract

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476148C2 (en) * 2007-02-01 2013-02-27 РИК ИНВЕСТМЕНТС, ЭлЭлСи Methabolic measuring system with multifunctional adapter for respiratory tract

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI84757B (en) FOER STROEMNINGSMAETNING AVSETT GASENS STROEMNING BEGRAENSANDE OCH STYRANDE ORGAN.
US5535633A (en) Differential pressure sensor for respiratory monitoring
US5379650A (en) Differential pressure sensor for respiratory monitoring
US5789660A (en) Multiple function airway adapter
US6915705B1 (en) Flow sensor and flow resistive element
US7654157B2 (en) Airflow sensor with pitot tube for pressure drop reduction
JP5904693B2 (en) Flow sensor
US4961344A (en) Multiple tube flowmeter
US7162921B2 (en) Measuring device for measuring the volume flow or the substance properties of a gas, whose direction of flow can reverse
US20070193368A1 (en) Ultra low pressure drop flow sensor
US10639435B2 (en) Flow measuring apparatus and inhalation apparatus comprising the same
Meriläinen et al. A novel sensor for routine continuous spirometry of intubated patients
JPH0374570B2 (en)
RU2208386C1 (en) Device for measurement of space velocity of air flow at breathing
US11660019B2 (en) Flow measuring apparatus and inhalation apparatus comprising the same
RU2217050C1 (en) Device for measuring air flow volume discharge rate
KR100682026B1 (en) down-sized single directional respiratory air flow measuring tube
RU2189778C1 (en) Device for measuring volume flow rate of respiration air flow
GB2622101A (en) Pitot tube for measuring high and low respiratory flow rates
PL180786B1 (en) Pneumotahographic head
TWM535065U (en) Disposable differential pressure type respiratory flow device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101120