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周晓芳 先生诺冠公司医疗行业关键客户经理。
此文仅就实际工作中常见的呼吸机和麻醉机的比例流量控制技术交流如下，并不过多涉及流体力学理论。若有管视之嫌，望见谅。
我们先复习一下什么是闭环控制，即输入变量经过“控制器”进入“系统”成为输出变量，输出变量与标定值的“误差”信号通过“传感器”反馈给“控制器”来调节输入变量的大小，从而使输出变量与标定值的“误差”最小。见图1。
所谓比例控制，是闭环控制系统的一种，即输出变量(Y)的变化与反馈信号(X)的变化成比例关系(正比或反比)。如图2。
所谓比例流量控制，即当流路控制系统中的流体压力和温度不变的前提下，对流路控制系统施加变化的电流(输入变量)，从而改变流路中的通径，使系统的流量(输出变量)随电流(输入变量)的变化呈比例关系变化。
在呼吸机和麻醉机中，采用的比例流量控制技术多为通过某单一阀门或某一阀组完成。
一 比例流量控制技术——单一阀门(比例流量阀)：
欲考量一个比例流量阀的优劣，我们需要考量下列技术参数，见表1。
(1)Microprop：诺冠公司在上世纪七十年代就开始销售体积只有15mm的微型比例阀Microprop(由目前为诺冠子公司之一的FAS开发出)，见图3。该阀的性能有：15ms的响应时间、1w的功耗、1亿次的工作寿命、3.6mm的大通径(高流量)、更小的迟滞效应(6%)……
其详细技术参数如表2(因决定选阀的参数非常多，仅就某种应用选某种阀为例)。
(2)Flatprop：本世纪伊始，诺冠公司又推出新一代微型比例阀Flatprop，其性能更优越：10ms的响应时间、2.5w的功耗、1亿次的工作寿命、4.5mm的大通径(高流量)、更小的迟滞效应(<5%)……(见图4)。该阀采用了“压力平衡”技术设计，消除了膜片(即阀芯)两侧的流体压力差，使得在阀门开启时只需对抗弹簧的阻力，使得比例调节更精确。
其详细技术参数如表3(因决定选阀的参数非常多，仅就某种应用选某种阀为例)。
流量曲线见图5。
(3)Chipprop：在2006年底，诺冠公司在其原有的8mm微型阀Chipsol的平台上开发出微型比例流量阀Chipprop，其性能可以满足任何一款对体积和流量要求极其苛刻的呼吸机：8mm外径、5ms的响应时间、1.0w的功耗、1亿次的工作寿命、1.0mm的通径、更小的迟滞效应(5%)……(见图6)。
其详细技术参数如表4 (因决定选阀的参数非常多，仅就某种应用选某种阀为例)。
以上阀门与介质(流体)接触的材料均符合欧洲标准EN738(行业标准)和美国FDA医用标准。
二 比例流量控制技术部——阀组
(1)琴键阀(组)：又称着配比阀组，有一组不同的流量固定的常闭开关阀组合而成(如图7中阀②~阀⑦)，通过打开某个阀或某些阀来达到某种流量。由于其动作犹如钢琴琴键般组合，故称其为琴键阀。其优点(也是其缺点)是反应时间快，其流量变化曲线是方波(故又称着数字比例阀)，没有缓慢递增或递减过程，流量控制精确。可以用于开环控制、急救呼吸机、或婴幼儿呼吸机。
(2)音圈电机(线性电机)：通过线性电机控制某一执行元件(锥体、膜或套管)作线性运动，改变流体通路的通径(常常是呈锥形的孔，或楔形的裂隙)，从而改变流量。该装置的优点是：行程长，通径大，压力低。可以用于PEEP(呼气末正压通气)、CPAP (持续气道正压通气)、BiPAP(双相持续气道正压通气)、等。其缺点是控制精度差、整个行程中的两端线性不好、流量不稳定(波动或漂移)。
比例流量控制技术是流体力学中最具有挑战性的领域之一，目前仍然有现有技术不能克服的技术难题有待研究和开发。
三 应用举例
因各种应用实例均或多或少牵涉到某一客户的设计机密，故在此略去。望见谅。但作者愿意与读者自己的设计思路进行探讨。 （全文完）
来源：《世界医疗器械》
出版日期：2007年6月
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