АРТЕРИАЛЬНЫЙ ДИФМАНОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к манометрам для косвенного измерения артериального давления.

В настоящее время для измерения артериального давления используются, в основном, мембранные манометры. Известны разнообразные системы мембранных манометров (Кирилина Р.С. и др., Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, - М.: Издательство стандартов, 1993, с. 98). Основными недостатками мембранных манометров являются сложность конструкции, вызванная необходимостью применения мультипликаторного механизма, преобразующего малые величины линейного перемещения мембран в большие углы поворота стрелки, и слабая нагрузочная способность мембранных коробок, разрушающихся при случайной подаче избыточных давлений. Эти недостатки снижают эксплуатационную надежность мембранных манометров и увеличивают стоимость их производства.

Известны ртутные манометры (тем же, с. 64), однако негерметичность их гидросистемы способствует испарению и загрязнению ртути. Следствием этого недостатка являются несоответствие требованиям по экологической частоте, малая нагрузочная способность, приводящая к выплеску ртути при случайной подаче избыточных давлений, и ухудшение эксплуатационных характеристик вследствии оседания загрязненной ртути на стенках капилляра. Негерметичность гидросистемы, к тому же, резко ограничивает условия эксплуатации манометров высокими требованиями к вертикальности капилляра и отсутствием внешних механических воздействий (вибрации, удары) в процессе измерений. Стеклянная трубка, используемая в ртутных манометрах в качестве капилляра, кроме своей хрупкости, обладает еще одним существенным недостатком. Внутренние напряжения, возникающие в стекле при изготовлении трубки, не удается полностью устранить, что приводит к образованию микротрещин в процессе эксплуатации манометров. Проявляется это в помутнении и загрязнении стенок капиллярной трубки, что затрудняет отсчет показаний манометра.

Многочисленные попытки, которые предпринимались для устранения отмеченных недостатков, заключались, в основном, в замене манометрической жидкости и создании герметичной измерительной гидросистемы.

Известно устройство для измерения артериального давления (авт. св. N 1741776, кл. A 61 B 5/02, 1992). Недостатком данного устройства является наличие сжимаемой среды (воздуха) в пневморезервуаре жесткой конструкции. Следствием этого недостатка является нелинейный (квадратичный) характер шкалы, снижающий точность отсчета показаний больших величин давлений, а также обеспечивание манометрической жидкости вследствии окисления красителя кислородом воздуха.

Так, известен манометр (авт. св. N 1446500, кл. G 01 I 7/18, 1988), содержащий пневморезервуар, снабженных упругим чувствительным элементом. Недостатком этой конструкции является негерметичность измерительной системы, что приводит к обесцвечиванию манометрической жидкости, а также к ухудшению метрологических характеристик при наличии внешних механических воздействий в процессе измерений.

Общим недостатком описанных устройств является температурная зависимость показаний, выражающаяся в смещении указателя устройства (стрелка или мениск) от нулевой отметки шкалы и в наличии значительной дополнительной погрешности от температуры, имеющей обычно величину, равную основной погрешности устройства.

Для корректировки нуля используют специальные механизмы подвижки шкалы и ее фиксации в выбранном положении. Уменьшения температурной погрешности добиваются обычно подбором используемых материалов и применением специальных режимов термообработки мембран при их изготовлении. Следствием этого является удорожание производства и снижение эксплуатационных характеристик устройств.

Известно техническое решение свободное от большинства указанных недостатков: мембранный дифманометр типа ДМ (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник, - Л.: Машиностроение, 1989, с. 182), который является прототипом заявленного устройства. Этот дифманометр, кроме двух мембранных коробок, соединенных между собой каналом и заполненных жидкостью, содержит еще минусовую и плюсовую измерительные полости (камеры), в которых установлены мембранные коробки.

Благодаря тому, что при увеличении давления мембранная коробка сжимается, а жидкость перетекает во вторую мембранную коробку, нагрузочная способность устройства возрастает, т.к. в предельном состоянии мембраны первой коробки соприкасаются между собой, предохраняя систему от поломки.

Недостатком прототипа является наличие электронного преобразователя линейного перемещения мембран в показания, удобные для считывания. Следствием этого недостатка является усложнение и удорожание конструкции и снижение надежности работы дифманометра. К тому же изменение разности давлений путем считывания величины линейного перемещения мембран дает значительную погрешность измерений, т.к. на линейное перемещение влияют не только гистерезис и коэффициент нелинейности мембран, но и температурный коэффициент объемного расширения жидкости, заполняющей мембранные коробки. Стремление уменьшить влияние температуры на показания прибора привело к необходимости использования мембранных коробок различной жесткости, что усложняет конструкцию, удорожает производство, уменьшает чувствительность устройства и его динамические характеристики, однако не позволяет полностью устранить температурные зависимость показаний.

Целью изобретения являются повышение надежности работы устройства, улучшение его характеристик, удешевление производства и уменьшение погрешности измерений.

Эта цель достигается размещением в плюсовой и минусовой измерительных камерах мембранных коробок, герметично соединенных между собой каналом и заполненных жидкостью. Канал, соединяющий мембранные коробки, выполнен прозрачным, а использованная жидкость является двухкомпонентной (бинарной) и гетегоренной. При этом граница раздела компонент жидкости (мениск) расположена напротив нулевой отметки шкалы дифманометра и контрастно выделена красящим пигментом. Для облегчения эксплуатации соотношение температурных коэффициентов объемного расширения компонент жидкости взято обратнопропорциональным соотношению произведений объема компоненты, умноженного на жесткость мембранной коробки, в которой эта компонента расположена. Прозрачный канал выполнен из гибкого материала, например, фторопласта.

На чертеже показан предлагаемый дифманометр в разрезе.

Артериальный дифманометр содержит плюсовую 1 и минусовую 2 измерительные камеры, расположенные в них мембранные коробки 3 и 4, соединенные прозрачным каналом 5. Мембранные коробки 3 и 4 и канал 5 заполнены двухкомпонентной манометрической жидкостью 6 и составляют замкнутую герметичную гидросистему, причем граница раздела (мениск) 7 компонентов манометрической жидкости 6 расположена напротив нулевой отметки шкалы 7. Измерительные камеры 1 и 2 снабжены отверстиями 9 и 10 соответственно для подачи измеряемых давлений.

Артериальный дифманометр работает следующим образом.

При подключении плюсовой измерительной камеры 1 через отверстие 9 к манжете (на чертеже не показана) аппарата измерения артериального давления (отверстие 10 при этом остается открытым т.к. артериальное давление измеряется относительно величины атмосферного давления) создается разность давлений, приводящая к сжатию мембранной коробки 3. Манометрическая жидкость 6 вытесняется по прозрачному каналу 5 в мембранную коробку 4. Вследствии этого происходит перемещение границы раздела 7 компонентов манометрической жидкости 6 относительно шкалы 8. Перемещение границы раздела 7 будет происходить до тех пор пока внутренние упругие напряжения, возникающие в мембранных коробках 3 и 4, не уравновесят разность давлений, подведенных к измерительным камерам 1 и 2. Установившееся положение границы раздела 7 относительно шкалы 8 будет соответствовать относительной величине давления в измерительной камере 1 и, следовательно, в манжете. Проводя действия, определяемые известной методикой косвенного измерения артериального давления по методу Короткова, и снимая в определенные моменты показания по шкале 8 артериального дифманометра, определяют верхнее и нижнее значении артериального давления.

При изменении температуры окружающей среды компоненты манометрической жидкости 6 изменяют свои объемы на величины пропорциональные своим исходным объемам и температурным коэффициентам объемного расширения. Это приращение объемов компонент манометрической жидкости 6 вызовет деформацию мембранных коробок 3 и 4 на величину пропорциональную их жесткости. Учитывая, что соотношение температурных коэффициентов объемного расширения компонент обратно пропорционально соотношению произведений объема компоненты умноженного на жесткость мембранной коробки, в которой эта компонента расположена, величины приращения объемов каждой компоненты будут компенсироваться деформацией своей мембранной коробки и, следовательно, при изменении температуры граница раздела 7 не изменит своего положения относительно шкалы 8.

Предложенная конструкция дифманометра выгодно отличается от известных устройств отсутствием движущихся механических частей, радиоэлектронных элементов и других малонадежных компонентов конструкции, составляющих значительную долю в стоимости изготовления дифманометра.

Выполнение гидросистемы дифманометра замкнутой и герметичной устраняет возможность выплеска манометрической жидкости. К тому же замена сжимаемой газовой среды (воздуха) в гидросистеме на несжимаемую жидкость (верхняя, более легкая компонента), предотвращает загрязнение и обесцвечивание манометрической жидкости и позволяет сделать шкалу дифманометра линейной, что повышает точность отсчета больших давлений. По той же причине, а также потому, что жидкость обладает гетерогенными свойствами, обеспечивающими взаимную нерастворимость и несмешиваемость компонент, предлагаемое устройство устойчиво к внешним механическим воздействиям и его показания не зависят от пространственного положения гидросистемы дифманометра в процессе эксплуатации.

В отличии от прототипа предложенное устройство использует считывание показаний, пропорциональных изменению объема мембранной коробки. Вследствии чего представляется возможным сделать дополнительную погрешность от температуры сколь угодной малой, выбирая соответствующим образом компоненты используемой жидкости и объемы мембранных коробок. Введение термокомпенсационной стабилизации позволяет отказаться от устройств корректировки нуля и использовать одинаковые мембраны в коробках, что еще более упрощает конструкцию и облегчает эксплуатацию устройства. Отсутствие в заявленном дифманометре вредных веществ, таких как ртуть, повышает экологическую безопасность производства и эксплуатацию устройства. В заключении следует отметить, что замена ртути на окрашенную компоненту резко повышает контрастность столба жидкости и положительно влияет на достоверность снятия показаний дифманометра.

Рассмотренные выше гетерогенные свойства манометрической жидкости, а также отсутствие воздуха в гидросистеме, исключают требования к жесткости прозрачного канала, в котором перемещается мениск, и позволяют выполнить его из гибкого материала, например, прозрачного фторопласта, обладающего уникальными свойствами химической инертности, несмачиваемости и абсолютной герметичности во времени. Используя эти свойства фторопласта, шкалу дифманометра можно выполнить любой формы (линейная, круговая и т.д.), обеспечивающей удобство эксплуатации, вплоть до гибкой.

Реализация заявленного изобретения в измерителях артериального давления "Изард", осваиваемых АООТ "Красногвардеец", обеспечивает получение технико-экономического эффекта, определяемого следующими факторами:
повышение надежности работы изделия,
уменьшение погрешности измерения,
снижение себестоимости изделия,
повышение эксплуатационных характеристик изделия.

В настоящее время изготовлена и испытана опытная партия дифманометров, разработана рабочая конструкторская документация. Предполагаемая программа выпуска составляет 1200000 шт. в год.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к манометрам для косвенного измерения артериального давления. Технический результат - повышение надежности работы устройства, улучшение его эксплуатационных - снижение себестоимости и уменьшение погрешности измерений - достигается за счет того, что артерифальный дифманометр содержит плюсовую и минусовую измерительные камеры, расположенные в них мембранные коробки, герметично соединенные между собой каналом и заполненные жидкостью, канал выполнен прозрачным, а использованная жидкость является двухкомпонентной и гетерогенной, причем граница раздела компонент расположена напротив нулевой отметки шкалы, а нижняя компонента окрашена. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Артериальный дифманометр, содержащий плюсовую и минусовую измерительные камеры, расположенные в них мембранные коробки, герметично соединенные между собой каналом и заполненные жидкостью, отличающийся тем, что канал выполнен прозрачным, а использованная жидкость является двухкомпонентной и гетерогенной, причем граница раздела компонент расположена напротив нулевой отметки шкалы и контрастно выделена красящим пигментом. 2. Дифманометр по п.1, отличающийся тем, что прозрачный канал выполнен гибким. 3. Дифманометр по п.1, отличающийся тем, что соотношение температурных коэффициентов объемного расширения компонент обратно пропорционально соотношению произведений объема компоненты, умноженной на жесткость мембранной коробки, в которой эта компонента расположена.