醫(yī)療應(yīng)用中的壓力傳感器測量

時間:2014-05-20

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導(dǎo)語:對于具有中低壓力要求的設(shè)備(包括氣/液相色譜儀、化學分析儀、呼吸機和血液分析機及診斷設(shè)備)應(yīng)用,壓力傳感器必須不僅能夠直接與液體介質(zhì)接觸或耐受潮濕環(huán)境,同時還要能夠針對呼出氣體、試劑、試樣和清洗液等多種介質(zhì)提供高度準確的壓力測量結(jié)果。

醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員在選擇壓力傳感器時必須考慮耐受冷凝濕度這一棘手的問題。通常,他們需要在功能特點、封裝類型和成本之間反復(fù)權(quán)衡。除此之外,除了大塊頭的重載介質(zhì)隔離壓力傳感器,醫(yī)療設(shè)備幾乎沒有其他傳感選項可供選擇。在推出兼容液體介質(zhì)的電路板安裝型傳感器之前,這種壓力傳感器曾一度是唯一的選擇。

對于具有中低壓力要求的設(shè)備(包括氣/液相色譜儀、化學分析儀、呼吸機和血液分析機及診斷設(shè)備)應(yīng)用,壓力傳感器必須不僅能夠直接與液體介質(zhì)接觸或耐受潮濕環(huán)境,同時還要能夠針對呼出氣體、試劑、試樣和清洗液等多種介質(zhì)提供高度準確的壓力測量結(jié)果。在壓力范圍低于150psi和狹小空間應(yīng)用中,電路板安裝型壓力傳感器通常為首選解決方案,它們能夠在功能、封裝尺寸、可靠性和成本方面做到面面俱到。

要獲得最準確的壓力讀數(shù),傳感器應(yīng)盡可能靠近待測介質(zhì)。不過,不是所有壓力傳感器都能兼容液體介質(zhì),這給醫(yī)療設(shè)備設(shè)計者們造成了一大難題。在很多情況下,他們需要設(shè)計旁路或過濾器等附加組件來解決濕度問題,或者重新考慮組件的定位,特別是在系統(tǒng)中設(shè)置避免任何流體與傳感器接觸的管路。這些工作都需要額外付出設(shè)計時間和成本。

防液體,防潮

當下,傳感器制造商開發(fā)出了電路板安裝型傳感器。這些傳感器不僅能夠隔離液體介質(zhì)和高度潮濕的環(huán)境,適用于有中低壓力測量要求的醫(yī)療設(shè)備,而且還使得設(shè)計者無需額外設(shè)計保護功能或重新設(shè)計產(chǎn)品(確保流體不會與傳感器接觸),因此簡化了設(shè)計。

在化學分析儀中,壓力傳感器除需要在低壓力時提供高度精確和可重復(fù)的測量,并且需要耐受沖洗和清洗過程中的較高壓力。

舉例來說,液體介質(zhì)兼容式電路板安裝型壓力傳感器對于化學分析儀是個很好的選擇。因為化學分析儀要求精確測量以重復(fù)方式流過系統(tǒng)的液體。一般來說,在化學分析儀中,需要使用移液管抽吸樣本液體,然后把樣本滴入樣本瓶進行混合或分析。在這過程中,壓力傳感器不僅可以確保準確抽吸所需試樣,還能檢測移液管是否暢通,或是移液管是否正確放置在試樣瓶里。

壓力傳感器必須在低壓力環(huán)境測量時必須具備高精度測量和可重復(fù)操作的要求。與此同時,它們還要能夠耐受因沖洗或清洗液體通路而產(chǎn)生的較高壓力。所有這一切都以與待測液體介質(zhì)直接接觸為前提。

此類傳感器的實例包括霍尼韋爾傳感與控制部推出的24PC/26PC電路板安裝型壓力傳感器,它們能夠檢測讀數(shù)之間微小的壓力變化,并且能以可重復(fù)方式精確測量流經(jīng)系統(tǒng)的特定液體流量,確保液體具有流量和流速數(shù)據(jù)(這對于分析設(shè)備的操作來說是核心要點)。除用作單側(cè)接觸液體介質(zhì)的壓力傳感器外,差動傳感器還是雙壓力端口均兼容液體介質(zhì)獨一無二的解決方案。

多種選項

霍尼韋爾TruStability壓力傳感器系列具有廣泛的配置選項,可大大縮短設(shè)計與開發(fā)時間。

在呼吸機應(yīng)用中,電路板安裝型壓力傳感器用于測量病人吸入和呼出的氣流。為確??諝夂脱鯕鈮毫Σ怀^醫(yī)護人員設(shè)置的數(shù)值,傳感器需要具備高度穩(wěn)定性和高精確度的操作性能。霍尼韋爾TruStabilityHSC/SSC壓力傳感器具有極嚴格的準確性,能夠檢測的壓力范圍可低至250Pa(1英寸水柱),可完美勝任呼吸機應(yīng)用。另外,這些傳感器還支持I2C或SPI數(shù)字輸出,可與微處理器或微控制器直接對接,既簡化了設(shè)計,又改進了系統(tǒng)性能。

TruStability傳感器具有液體介質(zhì)選項,因而適用于與液體介質(zhì)或凝露環(huán)境下直接接觸的應(yīng)用。當靠近患者放置傳感器時,這些選項是關(guān)鍵的考慮因素,尤其是在呼吸機的呼氣部分,傳感器必須耐受病人咳嗽和呼氣造成的高濕度空氣。

24PC/26PC和TruStabilityHSC/SSC壓力傳感器的出現(xiàn)解決了化學分析儀、呼吸機或其他相似類型的醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計者想要把壓力傳感器定位在距離流體或潮濕環(huán)境盡可能近的地方,從而獲得最準確的壓力讀數(shù)的設(shè)計想法。這些傳感器不僅耐受各種非腐蝕性、去離子液體或氣體環(huán)境,而且具備大量規(guī)格選項,如壓力范圍、封裝類型和數(shù)字/模擬輸出范圍等,可為醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計提供極高的靈活性。

由于許多醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用都有可能與流體和氣體發(fā)生接觸,所以設(shè)計人員應(yīng)始終優(yōu)先考慮具有液體介質(zhì)兼容性的壓力傳感器,以簡化設(shè)計。此外,他們還要了解壓力傳感器可能接觸的流體類型,確保其與流體兼容。

設(shè)計者還應(yīng)考慮具有完全補償、放大和校準特性的壓力傳感器,使操作更為簡便。因為借助這些傳感器,可避免在印刷電路板上設(shè)計信號調(diào)節(jié)組件,由此能帶來節(jié)省空間、增加可靠性、降低成本以及簡化等益處。

匹配傳感器與應(yīng)用之間的要求

當然,無論如何都應(yīng)首先根據(jù)應(yīng)用來確定最佳選擇,如在報警電路等應(yīng)用中,設(shè)計者可能會優(yōu)先選擇兼容液體介質(zhì),且無放大和補償特性的低成本壓力傳感器。

同時,應(yīng)尋找易于集成到設(shè)計中的壓力傳感器。這意味著設(shè)備應(yīng)提供多種端口類型、封裝和輸出類型(模擬和數(shù)字)選項。另外,傳感器的預(yù)檢驗,也是加快開發(fā)與生產(chǎn)周期的一大優(yōu)勢。

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