Servo-i呼吸機(jī)壓力傳感器工作原理與相關(guān)故障三例排除

徐安燕，楊紹輝，楊九連

德宏州人民醫(yī)院 醫(yī)療設(shè)備科，云南 德宏 678400

引言

呼吸機(jī)是實(shí)施人工通氣的機(jī)械裝置，借助機(jī)械力量將空氣、氧氣按一定比例混合后進(jìn)入肺內(nèi)，輔助患者呼吸。壓力傳感器在呼吸機(jī)中扮演著重要角色，呼吸機(jī)通過(guò)壓力傳感器，時(shí)刻監(jiān)測(cè)病人呼吸時(shí)的氣道壓力變化，來(lái)控制呼吸機(jī)與患者呼吸的同步。

Servo-i呼吸機(jī)是Maquet公司生產(chǎn)的呼吸機(jī)，目前國(guó)內(nèi)各大醫(yī)院較為常用，它監(jiān)測(cè)參數(shù)準(zhǔn)確直觀，操作簡(jiǎn)單。Servo-i呼吸機(jī)開(kāi)機(jī)后會(huì)提示操作人員進(jìn)行使用前檢查，對(duì)呼吸機(jī)的安全閥、流量傳感器、壓力傳感器、氧電池等硬件設(shè)備分別檢測(cè)，保證呼吸機(jī)的正常工作及參數(shù)的準(zhǔn)確性[1]。

我院從2009年開(kāi)始陸續(xù)引進(jìn)了7臺(tái)Servo-i呼吸機(jī)，主要在新生兒科使用。這幾年的維修工作中，多次發(fā)現(xiàn)壓力傳感器損壞引起的呼吸機(jī)故障。結(jié)合我們的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將常見(jiàn)的壓力傳感器造成的呼吸機(jī)故障展開(kāi)分析，并提出針對(duì)性維修方法[2]。

1 Servo-i呼吸機(jī)用壓力傳感器基本原理

1.1 惠斯登電橋工作原理簡(jiǎn)述

壓力傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和處理電路三部分組成，共同完成“壓力→位移量→電壓變化”的測(cè)量過(guò)程。壓力傳感器可以分成三類，絕對(duì)壓力傳感器（以絕對(duì)真空為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量壓力源或環(huán)境的絕對(duì)壓力）、差壓力傳感器（測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力源之間的壓力差）和表壓力傳感器（也是一種差壓力轉(zhuǎn)換器，其壓力源一個(gè)為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，另一個(gè)則為待測(cè)的壓力源）[3]。

在生物醫(yī)學(xué)傳感器的測(cè)量電路中，惠斯登電橋占有很重要的地位。許多傳感器如變阻器、變電感和變電容式傳感器，都是用該電橋?qū)⑸砹恳鸬碾娮琛㈦姼泻碗娙葑兓斐傻碾姌蚴胶廪D(zhuǎn)換成電壓變化，然后放大、處理，再顯示出來(lái)[4]。

如圖1所示，在無(wú)輸出量時(shí)橋路四臂具有相同的阻抗Z，電橋的負(fù)載通常是高輸入阻抗放大器的輸入阻抗，滿足ZL遠(yuǎn)大于Z。

圖1 惠斯登電橋原理圖

在無(wú)輸入量的初始狀態(tài)時(shí)，Z1/Z2=Z3/Z4，電橋平衡，=0。

壓力傳感器在呼吸機(jī)中的應(yīng)用非常廣泛，如測(cè)供氣壓力、流量、吸氣壓力、呼氣壓力、大氣壓力等。壓力傳感器為敏感元件，溫度過(guò)高、過(guò)壓、潮濕、電壓尖峰、電磁輻射、沖擊和振動(dòng)都可能造成壓力傳感器的損壞，從而引起呼吸機(jī)發(fā)生故障。

1.2 Servo-i呼吸機(jī)氣體模塊內(nèi)的壓力傳感器工作原理簡(jiǎn)述

Servo-i呼吸機(jī)氣體模塊是用于精密控制吸入氣體流量與氣體混合的部件，可向病人提供不同氧濃度的氣體，其可調(diào)范圍為21%～100%，空氣、氧氣模塊的外觀結(jié)構(gòu)大體相同[5]，見(jiàn)圖2。

圖2 氣體模塊結(jié)構(gòu)

空氣/氧氣通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾了部分水分和雜質(zhì)后，再經(jīng)過(guò)溫度傳感器、MEAS1230-100G型壓力傳感器、1336-002D型流量傳感器到達(dá)噴嘴處。根據(jù)用戶設(shè)置的氧濃度、潮氣量、吸氣流速、吸氣時(shí)間等參數(shù)，電磁閥控制噴嘴單元閥膜的開(kāi)合程度[6]，空氣模塊和氧氣模塊噴出的氣體混合后通過(guò)氧傳感器的監(jiān)測(cè)，再輸送給病人。

供應(yīng)壓力傳感器用于測(cè)量供應(yīng)氣體的壓力，它的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后用于計(jì)算氣體的絕對(duì)壓力，來(lái)補(bǔ)償壓力引起的氣體密度變化。流量傳感器由1336-002D差壓式壓力傳感器和金屬網(wǎng)組成，氣流通過(guò)網(wǎng)會(huì)有壓力的下降，用1336-002D測(cè)網(wǎng)兩邊的氣體壓力，然后根據(jù)變化的壓力值計(jì)算得出氣體流量[7]。

2 Servo-i呼吸機(jī)壓力傳感器故障維修三例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

使用前檢查發(fā)現(xiàn)“流量傳感器測(cè)試失敗”。

2.1.2 故障分析

“流量傳感器測(cè)試”對(duì)呼吸機(jī)吸入、呼出流量傳感器進(jìn)行檢測(cè)和校準(zhǔn)[8]。這款機(jī)器共有三個(gè)流量傳感器：空氣、氧氣模塊中各有一個(gè)吸入流量傳感器，呼出流量傳感器位于呼氣盒內(nèi)。

2.1.3 故障檢修過(guò)程

使用前檢查發(fā)現(xiàn)“流量傳感器測(cè)試失敗”，更換好的呼氣盒，依然報(bào)錯(cuò)，排除呼氣盒故障[9]。這種情況下，使用單氣源（斷開(kāi)空氣或氧氣）進(jìn)行使用前檢查，看流量傳感器測(cè)試是否通過(guò)，從而判斷是空氣模塊還是氧氣模塊故障（使用單氣源執(zhí)行使用前檢查時(shí)，氣體供應(yīng)測(cè)試、氧氣傳感器測(cè)試會(huì)失敗）。拆開(kāi)有故障的氣體模塊，用萬(wàn)用表測(cè)量1336-002D傳感器，1336-002D的PIN1～PIN4對(duì)應(yīng)惠斯登電橋的四臂，正常情況下靜態(tài)時(shí)PIN1-PIN2、PIN2-PIN3、PIN3-PIN4、PIN1-PIN4之間的阻值約為3.8 kΩ，且輸出阻抗(PIN1-PIN3阻值)在2.5～6.0 k之間、輸入阻抗（PIN2-PIN4阻值）在4.0～6.0 k之間[10]。電橋不平衡或者輸入輸出阻抗超過(guò)范圍，都會(huì)導(dǎo)致使用前檢查流量傳感器測(cè)試不通過(guò)。更換1336-002D壓力傳感器后，使用前檢查通過(guò)[11]。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

使用前檢查發(fā)現(xiàn)“氣體供應(yīng)測(cè)試失敗”。

2.2.2 故障分析

氣體供應(yīng)測(cè)試對(duì)呼吸機(jī)氧氣供氣壓力和空氣供氣壓力進(jìn)行檢測(cè)，正常范圍是200～650 kPa。出現(xiàn)該報(bào)警時(shí)，首先應(yīng)檢查并確保所連接的供氣壓力（氧氣和空氣）均在指定的范圍之內(nèi)，點(diǎn)擊呼吸機(jī)屏幕右上角“狀態(tài)”查看呼吸機(jī)監(jiān)測(cè)到的空氣和氧氣壓力。檢查空氣、氧氣在正常范圍內(nèi)正確連接，但在“狀態(tài)”中顯示空氣壓力為0，懷疑空氣模塊中的壓力傳感器故障。

2.2.3 故障檢修過(guò)程

拆開(kāi)空氣模塊，靜態(tài)測(cè)量MEAS1230-100G壓力傳感器PIN1-PIN4間的阻值，發(fā)現(xiàn)電橋不平衡，需更換壓力傳感器。MEAS1230-100G型壓力傳感器已停產(chǎn)，查資料找到1210A-100G可進(jìn)行完美替換。更換壓力傳感器后“狀態(tài)”中空氣壓力顯示正常，使用前檢查通過(guò)，用呼吸機(jī)質(zhì)控檢測(cè)設(shè)備測(cè)量各參數(shù)均在要求范圍內(nèi)。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

2.3.2 故障分析

內(nèi)部泄露測(cè)試是連接測(cè)試管道，使用吸氣和呼氣壓力傳感器檢查內(nèi)部是否存在泄露，在壓力為80 cmH2O時(shí)，泄露不超過(guò)10 mL/min。壓力傳感器測(cè)試對(duì)呼吸機(jī)的吸氣、呼氣壓力傳感器進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)[12]。

2.3.3 故障檢修過(guò)程

依次檢查測(cè)試連接管、安全閥膜片、氧電池密封圈、噴嘴、呼氣盒、壓力傳感器連接管及過(guò)濾器[13]，并未發(fā)現(xiàn)漏氣。拆開(kāi)機(jī)器前蓋，找到插在PC1784G上的兩塊PC1781A，如圖3所示，每塊PC1781A上都有一個(gè)1336-002D型壓力傳感器，分別測(cè)量吸氣壓力和呼氣壓力。根據(jù)我們的維修經(jīng)驗(yàn)，病人呼出的氣體濕度比較大，Servo-i呼吸機(jī)呼氣壓力傳感器故障率比吸氣壓力傳感器要高，在維修時(shí)可先測(cè)量呼氣壓力傳感器是否正常。測(cè)量壓力傳感器1336-002D的PIN1～PIN4兩兩間的阻值，如果發(fā)現(xiàn)電橋不平衡，或者輸入輸出阻抗不在正常范圍內(nèi)則需更換壓力傳感器。

圖3 吸氣/呼氣壓力傳感器實(shí)物圖

3 總結(jié)與討論

壓力傳感器是敏感型的元件，高溫、過(guò)壓、受潮等都會(huì)損壞壓力傳感器。保護(hù)好壓力傳感器，能大大降低機(jī)器的故障率。更換壓力傳感器時(shí)要控制好時(shí)間和溫度，引腳焊接溫度最高250℃，最長(zhǎng)焊接時(shí)間5 s。在Servo-i呼吸機(jī)使用過(guò)程中，確保氣源壓力在200～650 kPa范圍內(nèi)，能防止氣體模塊中的壓力傳感器受損。病人呼出的氣體，可以先經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)濾器再連接到呼氣盒，可以有效保護(hù)呼氣壓力傳感器和呼氣盒內(nèi)的流量傳感器，從而降低機(jī)器故障率[14]。

壓力傳感器應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備維修中的不只是Servo-i呼吸機(jī)，PB760呼吸機(jī)、鳥(niǎo)牌SIPAP、多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的血壓模塊等也都用到了壓力傳感器。理解了壓力傳感器與惠斯登電橋的關(guān)系，有助于我們判斷故障點(diǎn)，快速解決問(wèn)題的同時(shí)省下一筆維修費(fèi)。