Спирометр Советский патент 1992 года по МПК A61B5/08 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности для измерения дыхательных объемов при функциональной диагностике легких человека.

Известно устройство-- анемометр содержащий крыльчатку, установленную на одной оси со счетчиком оборотов.

Однако известное устройство не при- годно для обследования людей в медицинских целях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является водяной спирометр, содер- .. жащий корпус, объемный преобразователь с осью и шкалу с указателем. Водяной спирометр снабжен дополнительным объёмным преобразователем, дополнительной шкалой с вытеснителями объема, установленными в нижней части объемных преобразователей.

Недостатком известного спирометра является невысокая точность измерения, громоздкость и сложность конструкции.

Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем. что в спирометре, содержащем корпус, объемный преобразователь и индикатор, послед- ние выполнены в виде крыльчатки, установленной на одной оси со счетчиком оборотов, а по ходу воздушного потока из крыльчатки на корпусе выполнено выпускное отверстие, при этом спирометр оснащен входным направляющим аппаратом с чередующимися участками в виде первого

со

00

о

01

диффузора, конфузора и второго диффузора.

На фиг.1 представлен спирометр, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.З - крыльчатка; на фиг. 4-6 - графики расчета размеров сопла.

Спирометр содержит корпус 1 со съемным мундштуком 2. Объемный преобразователь 3 в виде центробежного рабочего колеса открытого типа (крыльчатки) снаб- жен осью, совмещенной с осью счетчика 4 оборотов, состоящего из зубчатых колесиков с цифровой индикацией. На корпусе предусмотрено окошечко 5 счетчика и рычаг 6 установки на О.

На корпусе по ходу вбздушного потока из крыльчатки (по улитке) предусмотрено выпускное отверстие 7.

Спирометр работает следующим образом.

Перед выходом рычаг б счетчика поворачивают до упора, устанавливая в окошечке 5 нули. Затем мундштук прикладывают ко рту и производят выдох. При этом воздушный поток, преобразуясь в сопле в постоян- ное равномерное давление, воздействует непосредственно на крыльчатку 3, приводя во вращение и диск скорости оборотов. Цифры, появляющиеся на окошечке счетчика, отражают показатели объема легких в условных единицах и при необходимости могут быть пересчитаны в миллиметрах.

Объем вдоха счетчик регистрирует аналогичным образом, при вдохе обследуемого. При этом счетчик работает в обратном направлении, регистрируя также разность объемов вдох-выдох.

Крыльчатку счетного механизма можно привести во вращение за счет кинетической энергии выдыхаемого воздуха

W 2

Е М где М - массовый расход выдыхаемого воздуха; W - скорость потока воздуха на входе крыльчатки, а также за счет перепада давления воздуха на крыльча тке Д Р Pq - Рк. где Pq - давление воздуха на входе крыльчатки, равное давлению воздуха на выходе из второго диффузора; Pk - давление воздуха за крыльчаткой, равное атмосферному.

Скорость воздуха выдыхаемого человеком, может быть различна, в зависимости от времени сокращения объема легких, а это может привести к погрешности измерения количества оборотов счетчика и следова- тельно объема легких (спирометрия форсированная - проводимая при максимально быстром выдохе). Кинематическая энергия воздуха зависит от квадрата скорости, колебание скорости потока W приводит к существенному изменению кинетической энергии потока воздуха. Поэтому в устройстве принят вариант использования потенциальной энергии воздуха, т.е. преобразования кинетической энергии выдыхаемого воздуха в потенциальную или статическую энергию воздуха и воздействие на крыльчатку счетчика перепада давлений А Р.

Для преобразования кинетической энергии выдыхаемого воздуха в потенциальную с минимальными потерями между сечением входа воздуха (нагубником) и крыльчаткой счетчика установлен направляющий аппарат. Скорость воздуха, входящего в прибор, вначале снижается и выравнивается в сечении аа, затем в сечении ее возрастает до значения больше исходного и, наконец, в сечении dd (на выходе диффузора) снижается до значения минимального. Изменение скорости потока воздуха в сечениях сопла приводит к изменению давления воздуха. Так в сечении dd сопла давление воздуха значительно выше, чем на его входе, что обеспечивает надежное и равномерное вращение крыльчатки счетного механизма.

Для выравнивания скорости потока и получения максимального давления на входе крыльчатки без больших потерь должны быть выдержаны следующие конструктивные параметры сопла:

fa

Ga - Va Wa

где fa - площадь сечения сопла на его входе в аа;

Va - удельный обьем воздуха в сечении аа;

Wa - скорость потока в сечении аа;

Ga - массовый расход воздуха:

Ga С fc Ра

fc - площадь сопла в сечении ее;

Ра - давление воздуха в сечении аа;

R - газовая постоянная воздуха;

Та - температура воздуха в сечении аа;

С- критерий скорости истечения воздуха;

Г -VW z SKTn kMc + 1 k.-1

(где к - показатель адиабатического сжатия воздуха).

Площадь выходного сечения dd диффузора определяется из уравнения

с /гWe ScS. ... г,

fg/fc ТАГ- TJ- W.S - скорость

VVq Oa ОБХОДИ

и плотность воздуха в соответствующих сечениях сопла.

Длина диффузора должна составлять lg (6-7)(dg-dc), где dc - диаметр сопла в самом узком его сечении ее. При этом угол раструба диффузора должен находиться в пределах 8-10°. Длина сужающейся части сопла находится в пределах с (6-8) dc. Угол раструба более 10° приводит к отрыву и поджа- тию потока воздуха, а менее 8° не обеспечивает преобразования кинетической энергии в потенциальную.

Формула изобретения Спирометр, содержащий корпус, объемный преобразователь и индикатор, отличающийся тем. что, с целью повышения 15

I

0

5

точности измерения и упрощения конструкции, обьемный преобразователь выполнен в виде крыльчат.ки, установленной на одной геи со счетчиком оборотов, а по ходу воздушного потока из крыльчатки на корпусе выполнено выпускное отверстие, при этом спирометр оснащен входным направляющим аппаратом с чередующимися участками в виде первого диффузора, конфузора и второго диффузора с соотношением сечений fi fs, f4 fa. где f - сечение у надгубни- ка; f2 - сечение на выходе первого диффузора; fa-сечение на выходе конфузора; f4- сечение на выходе второго диффузора. 56

ЪгЬ

Изобретение относится к медицинской технике, в частности для измерения дыхательных объемов при функциональной диагностике легких человека. Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение конструкции. В спирометре, содержащем корпус, объемный преобразователь и индикатор, объемный преобразователь выполнен в виде крыльчатки, установленной на одной оси со счетчиком оборотов, а по ходу воздушного потока из крыльчатки на корпусе выполнено выпускное отверстие, при этом спирометр оснащен входным направляющим аппаратом с чередующимися участками в виде первого диффузора, конфузора и второго диффузора с соотношением сечений fi f3 и f4 f2, где fi - сечение у-подгубника; f2 - сечение на выходе первого диффузора; fa - сечение на выходе конфузора; f4 - сечение на выходе второго диффузора. 6 ил.