Дозатор газовых смесей Советский патент 1986 года по МПК A61H31/02 A61M16/12 

Изобретение относится к медицине- кой технике, в частности к аппаратам ингаляционного наркоза.

Цель изобретения - повышение точности поддержания концентращш компонентов смеси при изменении расхода смеси.

На чертеже приведена принципиальная схема дозатора газовых смесей

Дозатор содержит регулятор 1 давления, повторитель 2 давления, дроссели 3 и 4, ручки установки расхода 5 и концентрации 6, пневматический генератор 7 колебаний и соединительные трубопроводы 8-15, Регулятор 1 давления и повторитель 2 давления могут быть выполнены по любой известной схеме. Дроссель 3 аналогичен по конструкции дросселю 4 и содерзкит два пневматических реле 16 и 17 (18 и 19) и две соединенные с ними емкости 20 и 21 (22 и 23) переменного .объема .

Конструкция емкостей переменного объема может быть разлшчной, например, в виде.цилиндра 24, разделенного на две равные емкости перегородкой 25, внутри которых расположены поршни 26 и . 27, соединенные общим штоком 28 так, чтобы расстояние между одноименными торцами поршней было равно расстоянию между перегородкой и торцом цилиндра.

При этом образуются емкости 20- 23, соотношение объемов которых может быть представлено .в виде ( +V2,) + (2,+У,з)С, где С - постоянная величина.

В одном из торцов цилиндра 24 размещен регулируемый упор 29, ограничивающий перемещение штока- с поршнями в одну сторону, а на конце штока закреплена ручка 6 установки концентрации.

Пневматическое реле 16 аналогично по конструкции пневматическим реле 17-19 и содержит верхнюю рабочую камеру 30 с размещенными в ней заслонкой 31 и пружиной 32, среднюю рабочу камеру 33 и нижнюю рабочую камеру 34 с размещенным в них штоком 35, закре ленным на мембранах 36 и 37, а также верхнюю 38 и нгокнюю 39 управляющие камеры, разделенные мембраной 40, в которую упирается пружина 41.

Верхние рабочие камеры пневматических реле 16 и 17 соединены трубопроводом 11с выходом повторител:я 2 давления, а пневматических реле 18

5

0

5

0

5

(1

S

0

5

и 19 - трубопроводом 10 с выходом регулятора 1 давления. Средние рабочие камеры 33 реле 16-19 соединены соответственно с емкостями 20-23 переменного объема трубопроводами 42-45. Нижние рабочие камеры 34 реле 16-19 соединены между собой трубопроводом 14, связанным с выходом дозатора.

Генератор 7 пневматических колебаний содержит два трехмембранных пневматических реле 46 и 47, регулируемое пневматическое сопротивление 48, ем- кос ть 49 постоянного объема и делитель давления, состоящий из двух последовательно установленных постоянных дросселей 50 и 51.

Пневматическое реле 46 аналогично по конструкции пневмореле 47 и со- держ:ят четыре камеры 52 и 55, разделенные тремя мембранами 56-58, жестко связанными штоком 59, торцы которого служат заслонками для сопел 60 и 61, Сопла 60 питания реле 46 и 47 соединены с трубопроводом 8, выходы 62 реле 46 и 47 представляют собой трубопроводы, соединяющие сопла 61 с камерами 52„ Выход 62 реле 47 соединен с инверсным выходом генератора 7 колебаний, а выход реле 46 связан с прямым выходом генератора колебаний, с камерой 54 реле 47 и с входом регулируемого пневмосогТротивле- ния 48, выход которого через емкость 49 соединен с камерой 54 реле 46. Камеры 53 реле 46 и 47 связаны с полостью между дросселями 50 и 51 и для создания подпора в реле 46 и 47,, камеры 55 реле 46 и 47 сообщены с атмосферой. С регулирующим органом пневмосопротивления 48 свя зана ручка 5 установки расхода 5.

В предлагаемом дозаторе используется частотно-объемньй метод формирования смеси двух,газов5 когда генератор колебаний, управляя связанными с ним реле, попеременно открьшает проход смешиваемых газов через соответствующие пары реле в присоединенные к ним емкости и в следу1ош;ий по- лупериод колебаний пропускает газы из емкостей через нижние рабочие камеры реле в общий выходной трубопровод. При этом концентрация компонентов в смеси определяется соотношением объемов переменных емкостей, а указанные объе1 1Ы однозначно зависят от положений поршней и, следовательно, от положения ручки установки кон- центр;1ции. Расход смеси зависит от

количества циклов заполнение-опустошение емкостей в единицу времени, т.е. от частоты формируемых генератором колебаний, которая однозначно связана с положением ручки установ ки расхода. Поскольку при перемещении ручки установки расхода изменяеся только величина сопротивления в генераторе колебаний и, соответствено, частота колебаний, а соотноше- ние объемов переменных емкостей, определяющее концентрацию, при этом не изменяется, то изменение расхода смеси не оказывает влияния на концентрацию компонентов в ней, тем са мым повышается точность поддержания постоянной концентрации при регулировании расхода.

Перед описанием работы дозатора в целом рассмотрим предварительно работу пневматического генератора колебаний. Поскольку генератор работает в автоколебательном режиме, за исходное состояние примем такое, при котором на прямом выходе 12 давление высокое (условная 1), а на инверсном 13 - отсутствует (О) газ А из- за регулятора 1 давления, поддерживающего на выходе постоянное давление независимо от давления на входе подведен по трубопроводу 8 к соплам 60 питания реле 46 и 47 и к дросселю 50.

При этом шток 59 реле 46 находитс в крайнем нижнем положении, а шток реле 47 - в крайнем верхнем положении.

Газ А из-за дросселя 50 с давле- нием, меньшим, чем в трубопроводе 8, подведен к камерам 53 реле 46 и 47. Давление в емкости 49 и камере 54 реле 46 равно атмосферному. Газ, поступая через сопло 60 питания в реле 46 проходит через камеру 52 на выход реле, давление на выходе 62 реле 46 и, соответственно, в камере 54 реле 47 высокое (1), и газ через пневмо сопротивление 48 начинает заполнять емкость 49 и камеру 54 реле 46, в которой давление постепенно повыша- ется.

Когда давление в камере 54 пре- вьшзает давление подпора в камере 53, .шток 59 реле 46 перемещается в крайнее верхнее положение, закрьшает сопло 60 питания и открывает сопло 61, через которое и камеру 55 газ с выхода реле 46, а также из емкости 49 и камеры 54 истекает в атмосферу.

Давление на выходе 62 реле 46 и, соответственно, в камере 54 реле 47 падает до атмосферногоS что вызьшает перемещение штока в реле 47 в край- jHee нижнее положение, при этом откры- |вается сопло 60 и закрьшается сопло 61 реле 47, а давление на его выходе возрастает (до величины условной 1).

Состояние генератора, при котором на выходе 12 присутствует О, а на выходе 13 - 1, сохраняется до тех пор, пока емкость 49 и камера 54 реле 46 не опорржняется до давления, меньшего, чем давление подпора в камере 53 реле 46. В этот момент происходит обратное переключение реле 46, шток 59 перемещается в крайнее нижнее положение, открывает сопло 60 и закрывает сопло 61. Давление на выходах 12 реле 46 и генератора 7 возрастает до условной что вызьшает переключение реле 47, шток которого перемещается в крайнее верхнее положение, закрьшает сопло 60 и открывает сопло 61 реле 47, сообщая его выход с атмосферой, при этом давление на выходе 13 реле 47 и генератора 7 становится равным О. Указанное состояние соответствует исходному, далее цикл повторяется.

Время, в течеш е которого генератор сохраняет одно из рассмотренных состояний на выходе, определяется временем заполнения и опорожнения емкости 49 и камеры 54 и зависит от сопротивления пневмосопротивления

5 KOTOpoBj в свою очередь, зависит .

48

от положения ручки 5 становки расхода.

Дозатор газовых смесей в целом работает следующим образом.

Газ А, например, кислород, поступает от источника сжатого газа к регулятору 1 давлеьшя, с выхода которого под постоянным давлением подводится к генератору 7 колебаний по трубопроводу 8, к камере задания повторителя 2 давления по трубопроводу 9 и к дросселю 4 по трубопроводу 10. Газ Б, например закись азота, подводится от источника сжатого газа к пов-торителю 2 давления и с его выхода под давлением, равным давлению за регулятором 1 давления, по трубопроводу 11 постз пает к дросселю 3.

Генератор 7, работая в автоколебательном режиме, формирует на своих выходах 12 и 13 управляющие сигналы

в противофазе, которые подводятся в верхние управляющие камеры 38 пнев- мореле 16-19,

Частота колебаний генератора 7 настраивается в соответствии с тре- расходом смеси по шкале ручки 5 установки расхода с помощью регулируемого пневмосопротивления 48.

Примем за исходное такое состоя- ние дозатора; при котором на выходе 12 генератора колебаний высокое давление (условная 1), а на выходе 13 давление отсутствует (условньй О). Штоки реле 16 и 18 находятся в край- нем нижнем положении, камеры 30 и 33 реле 16 и 18 разобщены, а камеру 33 и 34 сообщены через полый шток 35, обеспечивая опорожнение заполненной в предыдущем цикле емкости 20 через реле 16 и емкости 22 через реле 18 в общий трубопровод 14, Штоки реле 17 и 19 находятся в крайнем верхнем положении, сообщая камеры 30 и 33 реле 17 и 19 между собой и обеспечн- вая заполнение емкости 21 из трубопровода 11 газом Б, а емкости 23 из трубопровода 10 газом А. Пусть в течение первой половины периода на вы- ходе 12 генератора колебаний давление равно 1, а на выходе 13 - О, Тогда в течение первой половины периода сохраняется исходное состояние элементов дозатора и газы А и Б за- . полняют ем1 :ости 21 и 23 до давлений, равных давлению за регулятором 1 давления.

Вторая половина периода начинается с момента переключения генератора 7 колебаний и исчезновения давления на выходе 12 и одновременного появх е ния давления на выходе 13 генератора 7 колебанийо При этом происходит переключение пневматических реле 16 19 так, что штоки реле 16 и 18 пере- мещаются в крайнее верхнее положение сообщают емкости 20 к 22 через камеры 30 и 33 с трубопроводами 11 и 10 соответственно и происходит заполнение газами указанных емкостей, а штоки реле 17 и 19 перемещаются в крайнее нижнее положение., сообщают емкости 21 и 23 через камеры 33 и 34 с выходным трубопроводом 14 и газы

из указанных емкостей вытекают на выход 15 дозатора. Этим заканчивается один период (цикл) подачи отдози- роваиньк порций газовой смеси. Следующий период начинается с момента rto- явления давления на выходе 12 генератора 7 колебаний и исчезновения давления на выходе 13 и аналогичен описанному,,

Поскольку работа дозатора основана на зе.полнении и опустошении емкостей 20-23 газом, при низких частотах колебаний генератора возможно прохождение пульсаций расхода на выход, для предотвращения чего дроссели 3 и 4 включены в противофазе, обеспечивая близкую к постоянной во времени подачу газа на выход дозатора (при неизменной его настройке).

При необходргмости изменения расхода подаваемой смеси поворотом ручки 5 установки расхода перенастраиваются- сопротивление регулируемого пневмосопротивленкя 48 и, соответственно, частота колебаний генератора 7, что приводит к изменению числа циклов заполнение - опустошение емкости 20-23 в единицу времени и изменению расхода смеси газов на выходе 15 дозатора. Так как при этом объемы указанных емкостей не изменяются,, то концентрация компонентов смеси сохраняется неизменной.

В том случае, если необходимо изменить концентрацию компонентов в смеси, перемещением ручки 6 установки концентрации и связанных с ней поршней 26 и 27 изменяются объемы емкостей 20-23,, которые связаны . .междз собой обусловленным конструкцией соотношением (V +V,j,) + ( ) С, где С - постоянная величина. Так, например, если ручка 6 установки концентраций смещается вправо, то объемы 20 и 21 увеличиваются на некоторую величину, и точно на такук же величину уменьшаются объемы 22 и 23. При этом порция газа А, подаваемая за период колебаний на выход дозатора, уменьшается, а порция газа Б увеличивается, что приводит к уменьшению концентрации газа А в сме.си

6

7 51 50 6 3 1

20 24 26

Редактор О.Бугир

Составитель Ф.Рогожанский

Техред И. Попович Корректор К.Каксимишинец

Заказ 2333/3 Тираж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и окрытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4