СПИРОМЕТР

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к средствам исследования системы внешнего дыхания человека.
Известен спирометр (Каталог компании Micro Medical "Оборудование для пульмонологии" 2007. с.3-5.), содержащий турбинку, размещенную в расходомерном канале, которая способна вращаться при воздействии на нее потока газа при вдохе и выдохе с частотой, пропорциональной расходу газового потока, которая используется вычислительными устройством для формирования результата измерений.
Недостатком таких спирометров является инерционность турбинки, вызывающая заметную погрешность при малых значениях расхода, и необходимость использования индикатора вращения турбинки по сигналу которого осуществляется корректировка работы вычислительного устройства.
Наиболее близкий по технической сущности является спирометр (Медицинские приборы. Разработка и проектирование. - М.: Медицинская книга, 2004, с.403), содержащий цилиндрический расходомерный канал, в котором установлены трубки для отбора полного и статического давлений, дифференциальный манометр, подключенный своими штуцерами к трубкам и устройство для измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра.
Данный спирометр в сущности представляет собой расходомер скоростного напора, с помощью которого по разности полного и статического давлений, измеряемой дифференциальным манометром, определяется скорость газового потока в точке, где расположено входное отверстие трубки для отбора полного давления для определения расхода
газового потока, при этом необходимо иметь информацию о режимах течения газа в расходомерном канале.
Недостатком известного спирометра является высокая погрешность измерений, связанная с тем, что в процессе выдоха режим течения может быть как турбулентный, так и ламинарный, а зависимости между местной скоростью и средними скоростями газового потока, используемыми для определения расхода при названных режимах, существенно различаются. Кроме этого, такой спирометр позволяет без изменения схемы подключения осуществлять исследования только при выдохе или только при вдохе.
Задачей полезной модели является совершенствование конструкции спирометра скоростного напора, направленное на увеличение его точности.
Технический результат - создание высокоточного спирометра, обеспечивающего возможность исследования внешнего дыхания при вдохе и выдохе.
Технический результат достигается тем, что в спирометре, содержащим цилиндрический расходомерный канал, трубки для отбора полного и статического давлений, установленные в расходомерном канале, дифференциальный маноментр, подключенный своими штуцерами к трубкам, и устройство для измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра, согласно полезно модели, трубки для отбора полного и статического давлений расположены по диаметру канала в одной плоскости, проходящей через ось канала, и выполнены в виде тонких трубчатых зондов одинакового сечения, снабженных по своей длине приемными отверстиями, ориентированными соответственно на прием полного и статического давлений при вдохе и выдохе, причем одно из отверстий зондов расположено на оси расходомерного канала, а два других - на расстояниях от оси канала,
равных 0,7 и 0,9 радиуса этого канала.
Такая конструкция спирометра обеспечивает возможность проведения исследований системы внешнего дыхания человека без изменений схемы подключения спирометра, а также увеличивает точность измерений расходов газовых потоков при вдохе и выдохе за счет того, что в трубчатых зондах, снабженных несколькими отверстиями, осуществляется усреднение полных местных давлений при любых режимах течения газа по сечению цилиндрического канала, что позволяет всегда получать информацию о средней скорости течения.
По сравнению с проточным, заявленная конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлена схема спирометра.
Спирометр содержит расходомерный канал 1, трубки 2 и 3 для отбора полного и статического давлений, установленные в расходомерном канале 1, дифференциальный манометр 4, подключенный своими штуцерами 5 и 6 к трубкам 2 и 3, и устройство 7 измерения и обработки информации, подключенное к выходу дифференциального манометра 4. Трубки 2 и 3 расположенны по диаметру расходомерного канала 1 в одной плоскости, проходящей через ось 8 канала 1 и выполнены в виде тонких трубчатых зондов одинакового сечения, снабженных по длине приемными отверстиями 9, 10, и 11. Приемное отверстие 9 расположенно по оси 8 расходомерного канала 1, а отверстия 10 и 11 - на расстояниях от оси 8 канала 1, равных 0,7 и 0,9 радиуса этого канала 1. Такое расположение приемных отверстий 10 и 11 обеспечивает получение информации о среднем полном давлении, а следовательно и о средней скорости движения газа по расходомерному каналу 1.
Работа спирометра осуществляется следующим образом.
При выдохе газовый поток движется слева направо (на фиг.1), а при вдохе - в обратном направлении. В первом случае полное усредненное давление возникает в трубке 2, так как в ее приемные отверстия 9, 10 и 11 происходит торможение потока, а статическое давление формируется в трубке 3.
При вдохе в трубке 3 формируется полное усредненное давление, а в трубке 2 -статическое давление.
Как при вдохе, так и при выдохе полное усредненное давление
и статическое давление  поступают в дифференциальный манометр 4, нулевое значение выходного сигнала которого соответствует середине диапазона измерений этого сигнала.
В зависимости от знака разности давлений  на выходе дифференциального манометра 4 формируется положительный или отрицательный по знаку сигнал, что позволяет получать информацию о расходе газового потока, как при выдохе, так и при вдохе. Сигнал с выхода дифференциального манометра 4 поступает в измерительное устройство 7, где осуществляется его обработка, а результат отображается на индикаторном устройстве в виде кривой "поток-объем" (Ройтберг Г.Е., Струтынский А.В. Лабораторная инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. М.: ЗАО "Издательство_БИНОМ", 1999 - с.194-201). При этом текущий объемный расход Q газа определяется по формуле:
,где:
-средняя скорость движения потока газа по расходомерному каналу;
k-постоянный коэффициент, определяемый при калибровке спирометра;
F-площадь поперечного сечения расходомерного канала;
P-плотность газовой среды
Предложенный спирометр обеспечивает измерение средней скорости газового потока, необходимой для точного определения объемного расхода, при любых режимах течения в процессе выдоха или вдоха, что не позволяет сделать ни один из современных спирометров.
Экспериментальные исследования макета предложенного спирометра позволили установить, что он позволяет осуществлять измерение объемного расхода газового потока при любых режимах течения с относительной погрешностью ±2%, что в два раза меньше, чем погрешность известных современных спирометров. Преимуществом предложенного технического решения является простота конструкции и эксплуатации и высокая точность.
Предложенный спирометр может быть создан на базе пьезорезистивных датчиков разности давлений и ссредств микропроцессорной техники.
Спирометр может быть использован для исследований систем внешнего дыхания в различных медицинских учреждениях.