1、呼吸机的气路工作原理及压力测量摘要：呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置。本文介绍了呼吸机的工作原理、气路结构、以及实现流量（流速）测量的原理，介绍了呼吸机的各项压力量的测量及压力传感器的匹配类型。关键字：压力传感器；呼吸机；流量传感器；流速传感器； 1. 呼吸机的工作原理与所需测量参数1.1 呼吸机工作原理图 1：呼吸机气路图这里以定量型呼吸机为例介绍呼吸机的简单工作逻辑，先设定潮气值，当呼吸机送气时，不管患者肺内阻力大小，将设定的潮气量送入气道；呼气时，呼吸道压力下降与大气相通，肺泡内气体排除体外。定量型呼吸机不
2、受患者肺内病变的影响，保证足够的通气量。但必须有压力报警装置，当气道内压力超过设定的范围，呼吸道呼气阀门打开，与大气压相通，气体排出体外，防止气道压力过高，肺泡破裂，产生气胸等严重并发症。因此，呼吸机需对潮气量进行控制，对气道压力进行实时的监控，还需要有安全可靠的压力报警装置（自检系统） 。1.2 呼吸机工作模式介绍1.2.1 吸气工作步骤：a) 空气，氧气混合（需经过过滤与消毒）b) 测量混合气体的输入流量c) 流量合适的混合气体流入气罐d) 气罐内气体流至吸气阀（两边有两个过压阀，可调整气压至病人适合状态）e) 压力传感器（测量吸气压）f) 流量传感器（测量输入病人的吸气流量及流速）g)
3、病人气道1.2.2 呼气工作步骤：a) 病人气道b) 流速传感器（测量病人呼气流量及流速）c) 呼气阀d) 环境1.2.3 自检系统：a）气道测试（使用前确定各机构无异常，若有异常给出异常信息，方便人员维修）b) 监控呼吸机运行状态，及时进行故障报警自检系统是呼吸机为了防止机器内各传感器故障的系统，自检装置会对个传感器进行反复比较，得出某气道漏气或者某传感器故障等报错信息。自检系统由差压式压力传感器与绝压式(或表压式)压力传感器构成，且自检系统与各气路皆有联通。1.3 呼吸机所需测量参数：a) 潮气量（平静呼吸时每次吸入或呼出的气量）b) 呼吸频率c) 吸气流速d) 呼吸比（一次呼气和吸气所占
4、用的时间比值）e) 吸入氧浓度f) 气道压力根据呼吸机的气道结构（图 1）可知，混合气体流量（流速） ，潮气量、呼吸频率、呼/吸流量（流速） 、呼吸比均可用流量传感器数据对波形、频率处理得到，吸入氧浓度可由氧浓度传感器测得，气道压力可由各气道的压力传感器测得。2. 流量传感器原理图 2：节流器原理图与实物图通过一颗节流器，测量节流器两端压差 P 即可计算出管路的流量：其 中，qm 为气体质量 流量，qv 为体积流 量，D 为管路直径，d 为节流孔直径，P1 为气体流入节流孔前的密度， 为气体可膨胀系数，P 为节流孔两端的气压差。管路直径、节流孔直径、气体密度、膨胀系数均均可在使用前进行设定，因此只要用一颗差压式压力传感器即可测得气体的流量，而流速可以通过流量除以管路截面积算得。3. 总结呼吸机一般要使用 6 颗左右的压力传感器：2 颗绝压（或表压）式压力传感器用于气道压力测量，两颗差压式压力传感器用于流量（流速）测量，一颗绝压（表压）式压力传感器与一颗差压式压力传感器用于构成自检系统，用于对各气道压力传感器做压力值比较，进行故障报警。
