【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì)的流量計(jì)能進(jìn)行全自動(dòng)的檢測與調(diào)控，只是需要在面板中輸入需要的數(shù)值即可，然后就不需要人工的調(diào)控，在特殊時(shí)亦能進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，而不影響麻醉機(jī)的使用。 上海理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 第二章 BR850 電子流量計(jì)分析 原理分析 本設(shè)計(jì)的流量計(jì)需通入氧氣、笑氣、空氣等三種氣體，其過程為：氧氣從氧氣瓶中出來，經(jīng)過一個(gè)三分接頭，出來后分別接入控制開關(guān)的兩接頭，經(jīng)過控制開關(guān)，一端接入備用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，最終導(dǎo)入流量計(jì)：另一端與笑氣、空氣等氣體分別接入氣體混合裝置中，經(jīng)過電動(dòng)比例閥的調(diào)節(jié)與傳感器的檢測后混合最終導(dǎo)入流量計(jì)，從而顯示出最終流量，其中傳感器測得的數(shù)據(jù)會(huì)傳入系統(tǒng)，通過軟件分析以及用戶需求，進(jìn)而控制比例閥調(diào)節(jié)流量，以達(dá)到要求。最終實(shí)現(xiàn)流量的全自動(dòng)控制并能在電子控制系統(tǒng)出故障時(shí)亦能正常工作。原理如圖 21。 圖 21 原理圖 組成分析 本設(shè)計(jì)主要包括氣體混合裝置、控制開關(guān)、備用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)顯示部分和軟件部分。 （ 1） 氣體混合裝置：主要功能是氣體的輸入、調(diào)節(jié)、檢測、混合，其中氣體的調(diào)節(jié)和檢測為關(guān)鍵。 （ 2） 控制開關(guān)：開關(guān)有兩種狀態(tài)，當(dāng)處于其中一種狀態(tài)時(shí)，只有一路能聯(lián)通，BR850 項(xiàng)目電子流量計(jì)模塊設(shè)計(jì) 5另一路處于關(guān)閉狀態(tài)，開關(guān)擁有安全限位功能。 （ 3） 備用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥：該閥為機(jī)械式的，并能精確控制氣體的流量，不會(huì)產(chǎn)生泄漏等問題。 （ 4） 流量計(jì)顯示部分：包括機(jī)械式玻璃顯示管和電子 LED 燈顯示，使其在不同情況下均能正確的顯示讀書。 （ 5） 軟件部分： 軟件能對傳感器導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與鍵盤輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對整個(gè)需求進(jìn)行智能處理，也能反饋控制比例閥調(diào)節(jié)流量。 上海理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 第三章 設(shè)計(jì)及建模 傳感器 的選擇 對傳感器的要求 流量傳感器不僅在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，在醫(yī)療行業(yè)也同樣如此，很多醫(yī)療設(shè)備都配置了壓力和流量傳感器作為檢測單元，比如麻醉機(jī)、睡眠呼吸機(jī)和其他一些醫(yī)院診斷設(shè)備中。由于醫(yī)療設(shè)備對于病人而言非常重要，所以在選擇 傳感器 的時(shí)候，對精度和穩(wěn)定性要求就比較高，既需要滿足測量的需求，又要保證在醫(yī)療設(shè)備使用壽命內(nèi)能夠正常使用。 由于每個(gè)病人的體質(zhì)不一樣，麻醉劑設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮病人的呼吸頻率。為了能夠正確地測量病人的吸氣和呼氣以及傳遞到氣流之中的麻醉氣體，傳感器得非常靈敏才行。所以，就會(huì)使用 2個(gè)或 3個(gè)氣體流量傳感器來測量特定的氣動(dòng)子系統(tǒng)。工程師可能應(yīng)該為設(shè)備中所有重要的子系統(tǒng)配備一個(gè)專用的氣體流量傳感器。 此外，由于麻醉藥劑和高濕度融合在一起會(huì)給傳感器測量帶來影響，所以可以認(rèn)為呼氣電路中的差分壓力傳感器性能要高于氣 體流量傳感器。差分壓力傳感器對于濕氣、麻醉藥劑和其他材料造成的氣體介質(zhì)污染的適應(yīng)性要更強(qiáng)。 在需要高壓輸送源，或者傳感器需要直接接觸濃縮氧氣或麻醉藥劑的情況下，應(yīng)使用與介質(zhì)隔離的傳感器。這時(shí)，選用與介質(zhì)隔離的不銹鋼壓力傳感器是最好的選擇，因?yàn)樗弓h(huán)境性能好，更加的耐用。 如果需要便攜式的設(shè)備，就應(yīng)該考慮使用低功耗的氣體流量以及壓力傳感器 （ 如圖 31） ，這不僅可以減小所需要的電源的尺寸，還能減少設(shè)備的總重量。如果將傳感器安裝于氣流通道的歧管處，則可以幫助減小設(shè)計(jì)尺寸和重量。 另一項(xiàng)必須 考慮因素是傳感器的輸出。數(shù)字輸出，比如 I2C 和 SPI 協(xié)議，可以使傳感器的分辨率以及與微處理器的集成得以最優(yōu)化。但仍然存在著對模擬輸出的需求，主要原因是，在某些安全電路中由于整流的需求不允許軟件參與其中。用戶可能希望使用傳感器的原始輸出來觸發(fā)警報(bào)或安全狀況。同時(shí)提供數(shù)字和模擬這兩種選項(xiàng)的能力是很重要的。 BR850 項(xiàng)目電子流量計(jì)模塊設(shè)計(jì) 7 圖 31 壓力傳感器 第一： 對經(jīng)常使用的氣體傳感器，要注意它的使用壽命，不要過期使用。一般來說，在便攜式傳感器中， LEL 傳感器的使用壽命大約為三年左右 。光離子化檢測儀的壽命為四年或更長一些 。電化學(xué)特定氣體傳感器的壽命一般為一到兩年 。一氧化碳傳感器的壽命大概在一年左右。注意如果是電化學(xué)傳感器，為了防止里面的電解液出現(xiàn)干涸 ,長久不用的情況下，應(yīng)該把它密封且防止在低溫環(huán)境中，這樣可以有效延長它的使用壽命。 在本設(shè)計(jì)中傳感器用于檢測氣體氧氣、笑氣、空氣的的流量濃度、 第二 ： 氣體傳感器需要經(jīng)常性的校準(zhǔn)和檢測。氣體傳感器通常是用相對比較法進(jìn)行測定的。所以，校零和校準(zhǔn)是傳感器日常維護(hù)中一項(xiàng)不可缺少的工作。 第三、注意傳感器的濃度測量范圍。任何超過或太低濃度的測量，都會(huì)使傳感器測量誤差增大，或使傳感器發(fā)生損壞。 第四、氣體傳感器同別的傳感器相比較，有一個(gè)問題需要特別注意，就是各種氣體之間的干擾型。通常，每種氣體傳感器都對應(yīng)一個(gè)特定的檢測氣體，所以，在選擇的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)了解待測氣體的性質(zhì)，是否對傳感器輸出造成干擾。 所選傳感器介紹 本設(shè)計(jì)的流量傳感器選用美國霍尼韋爾流量傳感器。 該傳感器具有如下特點(diǎn)： AWM5000 流量傳感器系列為文丘里流量管形外殼，可以測量最高至 20 升 /分鐘，最大壓降 ” 水的氣流。微橋芯片直接與氣流接觸，大大減少了由于通氣孔或旁路堵塞引起的誤差。堅(jiān)固，通用的封裝形式堅(jiān)固，塑料的封裝能承受 50psi 的共模壓力，內(nèi)部的小型傳感芯片能允許 100 克的沖擊在額定指標(biāo)下，兩個(gè)測量孔是單獨(dú)模件，可在最小的模具花費(fèi)下根據(jù)實(shí)際更改，插入式 AMP 連接器提供十分可靠的連接。內(nèi)置的信號處理電路每個(gè) AWM5000系列產(chǎn)品都包括含放大 ` 線性修正 ` 溫度補(bǔ)償和氣體標(biāo)定，氣體標(biāo)定通過激光校整得到 （ 如圖 32）（參數(shù) 表 33） . 上海理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 32 流量傳感器 表 33 傳感器參數(shù) 參數(shù) SFM4100 校準(zhǔn)可用 空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、一氧化二氮、氬或二氧化? 分辨率 12 位預(yù)定 (9 到 16 位看到文檔 ) 零點(diǎn) accuracy3,4 slm Accuracy3,4 流 100%:100%的閱讀 跨度可重復(fù)性 %的閱讀或 5 sccm 哪個(gè)更大 抵消由于轉(zhuǎn)向溫度變化 2 sccm /176。 C 由于溫度變化跨度轉(zhuǎn)變 閱讀每176。 C 的 % 抵消穩(wěn)定 slm /年 在全壓降流 25mbar 響應(yīng)時(shí)間 毫秒 @ 12 位分辨率為響應(yīng)時(shí)間 (見文檔其他決議 ,例如 ms 與 10 位 ) 熱身時(shí)間第一可靠的測量 Max 500 ms。一般 50 毫秒 比例閥的選擇 比例閥對流量的控制是連續(xù)控制，閥口可以根據(jù)需要打開任意一個(gè)開度，由此控制通過流量的大小，電控的。以電控方式實(shí)現(xiàn)對流量的節(jié)流控制（當(dāng)然經(jīng)過結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)壓力控制等），既然是節(jié)流控制，就必然有能量損失。 閥的分類 比例閥對流量的控制是連續(xù)控制，閥口可以根據(jù)需要打開任意一個(gè)開度，由此控制通過流量的大小，電控的。以電控方式實(shí)現(xiàn)對流量的節(jié)流控制（當(dāng)然經(jīng)過結(jié)構(gòu)上的BR850 項(xiàng)目電子流量計(jì)模塊設(shè)計(jì) 9改動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)壓力控制等），既然是節(jié)流控制，就必然有能量損失。 閥對流量的控制可以分為兩種： 一種是開關(guān)控制：要么全開、要么全關(guān)，流量要么最大、要么最小，沒有中間狀態(tài)，如普通的電磁直通閥、電磁換向閥、電液換向閥。 另一種是連續(xù)控制：閥口可以根據(jù)需要打開任意一個(gè)開度，由此控制通過流量的大小，這類閥有手動(dòng)控制的，如節(jié)流閥，也有電控的，如比例閥、伺服閥。 所以使用比例閥或伺服閥的目的就是：以電控方式實(shí)現(xiàn)對流量的節(jié)流控制（當(dāng)然經(jīng)過結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)壓力控制等），既然是節(jié)流控制，就必然有能量損失，伺服閥和其它閥不同的是，它的能量損失更大一些，因?yàn)樗枰欢ǖ牧髁縼砭S持前置級控制油路的工作。 伺服閥與比例閥 的區(qū)別 伺服閥與比例閥之間的差別并沒有嚴(yán)格的規(guī)定，因?yàn)楸壤y的性能越來越好，逐漸向伺服閥靠近，所以近些年出現(xiàn)了比例伺服閥。 比例閥和伺服閥的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 。比例閥的驅(qū)動(dòng)裝置是比例電磁鐵；伺服閥的驅(qū)動(dòng)裝置是力馬 達(dá)或力矩馬達(dá)； 。滯環(huán)、中位死區(qū)、頻寬、過濾精度等特性不同，因此應(yīng)用場合不同，伺服閥和伺服比例閥主要應(yīng)用在閉環(huán)控制系統(tǒng)，其它結(jié)構(gòu)的比例閥主要應(yīng)用在開環(huán)控系統(tǒng)及閉環(huán)速度控制系統(tǒng)； 伺服閥中位沒有死區(qū)，比例閥有中位死區(qū)； 伺服閥的頻響（響應(yīng)頻率）更高，可以高達(dá) 200Hz 左右，比例閥一般最高幾十 Hz； 伺服閥對液壓油液的要求更高，需要精過濾才行，否則容易堵塞，比例閥要求低一些； 。比例閥采用閥芯 +閥體結(jié)構(gòu)，閥體兼作閥套。伺服閥和 伺服比例閥采用閥芯 +閥套的結(jié)構(gòu)。 。比例換向閥具有與普通換向閥相似的中位機(jī)能，而伺服閥中位機(jī)能只有 O 型（ Rexroth 產(chǎn)品的 E 型）。 。 而比例伺服閥性能介于伺服閥和比例閥之間。 比例換向閥屬于比例閥的一種，用來控制流量和流向。 比例閥的比較 （ 1）電液比例閥 電液比例閥是以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ)，采用模擬式電氣 機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為位移信號，連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、方向或流量的上海理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 一種液壓元件。此種閥工作時(shí)，閥內(nèi)電氣 機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。閥芯位移可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。當(dāng)前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。