устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании

Формула изобретения

1. Устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании, которое выполнено в виде разъемной конструкции и содержит прямой цилиндрический воздуховод, включающий в себя первую и вторую внутренние цилиндрические трубки одинакового диаметра со сквозными отверстиями для забора воздуха, и надевающуюся на них внешнюю цилиндрическую трубку, внутренняя поверхность которой плотно прилегает к внешним поверхностям первой и второй внутренних цилиндрических трубок, два съемных цилиндрических штуцера для отвода воздуха, установленные перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода и соединенные с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока, соответственно, а также съемный аэродинамический элемент в виде диска с равноотстоящими друг от друга жесткими радиальными лучами, между которыми находятся симметричные прорези для пропускания воздуха, при этом плоскость симметрии указанного диска расположена перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода, а диск вплотную прилегает к правому и левому торцам, соответственно, первой и второй внутренних цилиндрических трубок, отличающееся тем, что на внешних поверхностях первой и второй внутренних цилиндрических трубок проточены две кольцевые канавки, имеющие одинаковые геометрические размеры и разнесенные на равные расстояния от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, а сквозные отверстия в первой и второй внутренних цилиндрических трубках расположены равномерно в каждой из указанных канавок вдоль окружностей, находящихся в плоскостях, равноотстоящих от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, на внешней поверхности первой внутренней цилиндрической трубки расположен цилиндрический выступ, в котором имеются две прорези для ввода ножевых фиксаторов, ориентированные вдоль оси прямого цилиндрического воздуховода, и один расположенный на равных расстояниях от этих прорезей выступ приемной части замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга, а на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки равномерно вдоль окружностей расположены прорези для ввода в них концов жестких радиальных лучей аэродинамического элемента, на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки расположен выступ, а, соответственно, в левом торце второй внутренней цилиндрической трубки - паз для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга, на левом торце внешней цилиндрической трубки расположены два ножевых фиксатора для ориентации и фиксации внешней цилиндрической трубки относительно состыкованных друг с другом первой и второй внутренних цилиндрических трубок и Г-образный выступ замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга, при этом плоскости, проходящие через оси симметрии штуцеров перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода, расположены между границами соответствующих кольцевых канавок на одинаковых расстояниях от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, а расстояние между каждой из указанных плоскостей и границами соответствующей канавки принято большим внутреннего радиуса штуцера, при этом обеспечено уменьшение внешнего диаметра части второй внутренней цилиндрической трубки и соответствующее ему уменьшение внутреннего диаметра части внешней цилиндрической трубки в пределах, начиная от плоскости, удаленной от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента за границы кольцевой канавки второй внутренней цилиндрической трубки, до соответствующего правого торца второй внутренней и внешней цилиндрических трубок.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступ приемной части замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга расположен внутри специальной прорези замка в цилиндрическом выступе первой внутренней цилиндрической трубки, а расстояние от оси прямого цилиндрического воздуховода до внешней стороны Г-образного выступа замка равно радиусу цилиндрического выступа первой внутренней цилиндрической трубки.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки выполнен соосный первой внутренней цилиндрической трубке кольцевой выступ, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру первой внутренней цилиндрической трубки, а внешний диаметр и толщина равны соответственно внешнему диаметру и толщине диска аэродинамического элемента, причем прорези на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки и выступ для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга выполнены на указанном кольцевом выступе, а на левом торце второй внутренней цилиндрической трубки прорезана цилиндрическая канавка, внешний диаметр и глубина которой соответствуют внешнему диаметру и толщине кольцевого выступа на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки, причем паз для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга выполнен на указанной канавке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для проверки вентиляционной функции дыхания методом спирометрии.

Известно устройство для определения параметров дыхания по патенту RU 2005411, А 61 В 5/08, 18.03.1992, содержащее измерительную головку, выполненную в виде сопрягаемых промежуточного цилиндрического канала и двух патрубков с площадью проходного сечения, увеличивающейся в стороны входа и выхода, и два чувствительных элемента, установленные в одной плоскости в полости канала, смещенные друг относительно друга в радиальном и осевом направлениях и подсоединенные к электронному блоку обработки сигналов, при этом полость каждого из патрубков спрофилирована в виде сопла Витошинского, а соотношение максимального диаметра проходного сечения патрубков и диаметра цилиндрического канала равно 3:1, каждый из чувствительных элементов подсоединен к блоку обработки сигналов посредством двух дифференциальных мембранных датчиков давления, подмембранные камеры которых пневматически сообщены соответственно между собой и полостью канала посредством дополнительного радиального отверстия, выполненного в его боковой стенке, ось которого перпендикулярна к плоскости расположения чувствительных элементов и равноудалена от них, причем каждый чувствительный элемент выполнен в виде трубки, свободный конец которой изогнут соосно с каналом и направлен в сторону соответствующего патрубка, а радиальное смещение каждого свободного конца относительно продольной оси канала равно половине диаметра трубки.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и возможность засорения отверстия ближнего к потоку чувствительного элемента (трубки) продуктами выдыхаемого пациентом воздуха (микрофлорой, слюной, мокротой, конденсатом водяных паров), что влечет за собой изменение номинальной статической характеристики устройства в процессе обследования пациента и нарушение идентичности измерений в фазах вдоха и выдоха.

Более простыми и удобными для практического использования являются устройство для измерения скорости воздушного потока при спирометрии по патенту US 5443075, А 61 В 5/087, 22.08.1995 и устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании по патенту RU 2189778, А 61 В 5/08, 27.09.2002.

Первое из них содержит прямой цилиндрический воздуховод, ближнюю к источнику воздушного потока чувствительную трубу, имеющую полуцилиндрическое сопло, расположенное в воздуховоде и обращенное навстречу воздушному потоку в нем, дальнюю от источника воздушного потока чувствительную трубу, имеющую полуцилиндрическое сопло, расположенное в воздухопроводе и обращенное в направлении воздушного потока, а также сенсор воздушного потока, подсоединенный симметрично с помощью двух соединительных трубок соответственно к ближней и дальней от источника воздушного потока чувствительным трубам.

Второе вышеупомянутое устройство содержит прямой цилиндрический воздуховод и последовательно расположенные в нем ближнюю к источнику воздушного потока чувствительную трубу (ближнюю чувствительную трубу) и дальнюю от источника воздушного потока чувствительную трубу (дальнюю чувствительную трубу), а также сенсор воздушного потока, подсоединенный с помощью идентичных первой и второй соединительных трубок к нижним торцам соответственно ближней и дальней чувствительных труб, а также ближний и дальний аэродинамические элементы, формирующие и направляющие воздушный поток в прямом цилиндрическом воздуховоде, которые идентичны друг другу по форме и размерам, причем ближний аэродинамический элемент установлен перед ближней чувствительной трубой, дальний аэродинамический элемент - за дальней чувствительной трубой, каждая чувствительная труба в своей верхней части снабжена прорезью для отбора давления в воздушном потоке и выполнена в виде конструкции, идентичной по форме и внешним размерам конструкции аэродинамических элементов, а расстояние между ближним аэродинамическим элементом и ближней чувствительной трубой равно расстоянию между дальним аэродинамическим элементом и дальней аэродинамической трубой.

Такие устройстве имеют более простую и удобную в обращении конструкцию, однако указанным устройствам, как и вышеупомянутому аналогу, присущи недостатки, связанные с возможностью засорения сопла ближней к источнику воздушного потока чувствительной трубы с соответствующей потерей точности измерений.

Более совершенным в этом плане является устройство для спирометрии по патенту US 6113549, А 61 В 5/00, 05.09.2000, выбранное в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Указанное устройство содержит прямой цилиндрический воздуховод, состоящий из двух идентичных внутренних цилиндрических трубок, вложенных во внешнюю цилиндрическую трубку, внутренний диаметр которой соответствует внешнему диаметру внутренних цилиндрических трубок, аэродинамический элемент, выполненный в виде диска с жесткими равноотстоящими друг от друга радиальными лучами и прорезями для пропускания воздуха, установленный в плоскости, перпендикулярной оси прямого цилиндрического воздуховода между торцами двух внутренних цилиндрических трубок, внешние диаметры которых равны внешнему диаметру диска, а также два штуцера для забора воздуха из прямого цилиндрического воздуховода, расположенные перпендикулярно поверхности внешней цилиндрической трубки на равных расстояниях от плоскости диска и соединенные с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока.

Достоинства устройства-прототипа обусловлены простотой и разъемным характером его конструкции, позволяющим легко и быстро проводить чистку воздуховода. Недостатком же является неточность измерений, обусловленная турбулентностью воздушного потока на торцах штуцеров для забора воздуха из воздуховода. Эта турбулентность приводит к значительной флуктуационной ошибке измерений.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка и соответственно задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерений объемной скорости воздушного потока при сохранении простоты и удобства чистки воздуховода.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании, которое выполнено в виде разъемной конструкции и содержит прямой цилиндрический воздуховод, включающий в себя первую и вторую внутренние цилиндрические трубки одинакового внутреннего диаметра со сквозными отверстиями для забора воздуха и надевающуюся на них внешнюю цилиндрическую трубку, внутренняя поверхность которой плотно прилегает к внешним поверхностям первой и второй внутренних цилиндрических трубок, два съемных цилиндрических штуцера для отвода воздуха, установленные перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода и соединенные с помощью гибких шлангов с первым и вторым входами сенсора воздушного потока соответственно, а также съемный аэродинамический элемент в виде диска с равноотстоящими друг от друга жесткими радиальными лучами, между которыми находятся симметричные прорези для пропускания воздуха, при этом плоскость симметрии указанного диска расположена перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода, а диск вплотную прилегает к правому и левому торцам соответственно первой и второй внутренних цилиндрических трубок, на внешних поверхностях первой и второй внутренних цилиндрических трубок проточены две кольцевые канавки, имеющие одинаковые геометрические размеры и разнесенные на равные расстояния от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, а сквозные отверстия в первой и второй внутренних цилиндрических трубках расположены равномерно в каждой из указанных канавок вдоль окружностей, находящихся в плоскостях, равноотстоящих от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, на внешней поверхности первой внутренней цилиндрической трубки расположен цилиндрический выступ, в котором имеются две прорези для ввода ножевых фиксаторов, ориентированные вдоль оси прямого цилиндрического воздуховода, и один расположенный на равных расстояниях от этих прорезей выступ приемной части замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга, а на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки равномерно вдоль окружностей расположены прорези для ввода в них концов жестких радиальных лучей аэродинамического элемента, на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки расположен выступ, а соответственно в левом торце второй внутренней цилиндрической трубки - паз для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга, на левом торце внешней цилиндрической трубки расположены два ножевых фиксатора для ориентации и фиксации внешней цилиндрической трубки относительно состыкованных друг с другом первой и второй внутренних цилиндрических трубок и Г-образный выступ замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга, при этом плоскости, проходящие через оси симметрии штуцеров перпендикулярно оси прямого цилиндрического воздуховода, расположены между границами соответствующих кольцевых канавок на одинаковых расстояниях от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента, а расстояние между каждой из указанных плоскостей и границами соответствующей канавки принято большим внутреннего радиуса штуцера, при этом обеспечено уменьшение внешнего диаметра части второй внутренней цилиндрической трубки и соответствующее ему уменьшение внутреннего диаметра части внешней цилиндрической трубки в пределах, начиная от плоскости, удаленной от плоскости симметрии диска аэродинамического элемента за границы кольцевой канавки второй внутренней цилиндрической трубки, до соответствующего правого торца второй внутренней и внешней цилиндрических трубок.

Решению поставленной задачи способствуют следующие частные признаки заявляемого технического решения.

Выступ приемной части замка для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга расположен внутри специальной прорези замка в цилиндрическом выступе первой внутренней цилиндрической трубки, а расстояние от оси прямого цилиндрического воздуховода до внешней стороны Г-образного выступа замка равно радиусу цилиндрического выступа первой внутренней цилиндрической трубки.

На правом торце первой внутренней цилиндрической трубки выполнен соосный первой внутренней цилиндрической трубке кольцевой выступ, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру первой внутренней цилиндрической трубки, а внешний диаметр и толщина равны соответственно внешнему диаметру и толщине диска аэродинамического элемента, причем прорези на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки и выступ для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга выполнены на указанном кольцевом выступе, а на левом торце второй внутренней цилиндрической трубки прорезана цилиндрическая канавка, внешний диаметр и глубина которой соответствуют внешнему диаметру и толщине кольцевого выступа на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки, причем паз для фиксации положения двух внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга выполнен на указанной канавке.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами на фиг. 1-3.

На фиг. 1 приведен общий случай конструктивного исполнения заявляемого устройства в виде изображения сечения, проходящего через ось прямого цилиндрического воздуховода и центральные оси штуцеров.

На фиг.2 приведена аксонометрическая проекция того же сечения для одного из возможных конструктивных исполнений устройства (для упрощения не показаны гибкие шланги и сенсор воздушного потока).

На фиг.3 приведена та же аксонометрическая проекция того же сечения, что и на фиг.2, но в разобранном состоянии.

Необходимо отметить, что плоскости, в которых расположены ось прямого цилиндрического воздуховода и каждая из осей штуцеров, могут быть расположены относительно друг друга под любым возможным углом. Случай совпадения этих плоскостей, которому соответствуют изображения на фиг.1-3, выбран из соображений наглядности иллюстративного материала.

На фиг.1-3 использованы следующие обозначения:

1,1" - первая и вторая внутренние цилиндрические трубки соответственно; 2 - внешняя цилиндрическая трубка; 3 - аэродинамический элемент в виде диска; 4 - жесткие радиальные лучи диска; 5 - прорези в диске для пропускания воздуха; 6 - кольцевой выступ (на торце первой 1 внутренней цилиндрической трубки); 7 - цилиндрическая канавка (на торце второй 1" внутренней цилиндрической трубки); 8 - прорези в кольцевом выступе (для крепления концов радиальных лучей диска аэродинамического элемента внутри воздуховода); 9 - выступ (расположенный на кольцевом выступе 6 на торце первой 1 внутренней цилиндрической трубки), 10 - паз (в цилиндрической канавке 7, предназначенный для фиксации внутренних цилиндрических трубок друг относительно друга); 11 - Г-образный выступ замка (для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга); 12 - выступ приемной части замка (для фиксации внутренних и внешней цилиндрических трубок друг относительно друга); 13 - один из ножевых фиксаторов; 14, 14" - сквозные отверстия; 15, 15" - канавки; 16, 16" - штуцеры; 17, 17" - гибкие шланги; 18 - сенсор воздушного потока.

Прямой цилиндрический воздуховод выполнен в виде разъемной конструкции, включающей в себя три цилиндрические трубки: первую 1 и вторую 1" внутренние цилиндрические трубки одинакового внутреннего диаметра и надевающуюся на них внешнюю цилиндрическую трубку 2 с двумя съемными цилиндрическими штуцерами 16 и 16" для отвода воздуха. Между торцами первой 1 и второй 1" внутренних цилиндрических трубок установлен аэродинамический элемент 3 в виде диска с жесткими радиальными лучами 4 и симметричными прорезями 5 для пропускания воздушного потока. Плоскость симметрии диска 3 должна быть строго перпендикулярна оси прямого воздуховода.

В общем случае установка диска 3 внутри воздуховода может осуществляться, например, путем запрессовки. Однако в этом случае образуется жесткое неразъемное соединение, затрудняющее прочистку воздуховода. В предлагаемом техническом решении для установки диска 3 аэродинамического элемента внутри воздуховода и получения разъемного соединения, обеспечивающего строгую фиксацию положения составных частей устройства, использована следующая конструкция.

На правом торце первой 1 внутренней цилиндрической трубки выполнен соосный этой трубке кольцевой выступ 6. Внутренний диаметр кольцевого выступа 6 равен внутреннему диаметру первой 1 внутренней цилиндрической трубки. Соответственно на левом торце второй 1" внутренней цилиндрической трубки прорезана цилиндрическая канавка 7. Внешний диаметр и глубина цилиндрической канавки 7 полностью соответствуют внешнему диаметру и толщине кольцевого выступа 6. Таким образом, при сборке устройства кольцевой выступ 6 плотно входит в цилиндрическую канавку 7. Этим обеспечивается соосность первой 1 и второй 1" внутренних цилиндрических трубок и образование из их внутренних поверхностей прямого цилиндрического воздуховода.

Внешний диаметр кольцевого выступа 6 равен диаметру диска 3 аэродинамического элемента, а толщина кольцевого выступа 6 равна толщине диска 3 аэродинамического элемента. В кольцевом выступе 6 выполнены прорези по размерам жестких радиальных лучей 4 диска. Таким образом, лучи 4 диска 3 аэродинамического элемента строго фиксируются внутри кольцевого выступа 6 во время сборки устройства при плотном соединении кольцевого выступа 6 с цилиндрической канавкой 7.

Для того чтобы исключить возможность проворота второй 1" внутренней цилиндрической трубки относительно первой 1 внутренней цилиндрической трубки, на кольцевом выступе 6 торца первой 1 внутренней цилиндрической трубки выполнен выступ 9, а на цилиндрической канавке 7 торца второй 1" внутренней цилиндрической трубки - паз 10, по размерам полностью соответствующий пазу 9. При сборке выступ 9 попадает в паз 10, что исключает возможность углового перемещения второй 1" внутренней цилиндрической трубки относительно первой 1 внутренней цилиндрической трубки.

На внешних поверхностях первой 1 и второй 1" внутренних цилиндрических трубок имеются по кольцевой канавке 15 и 15" соответственно. Указанные канавки имеют одинаковые геометрические размеры и отнесены на равные расстояния от плоскости симметрии диска 3 аэродинамического элемента (после фиксации положения диска 3 внутри прорезей 8 кольцевого выступа 6 и цилиндрической канавки 7). В каждой из канавок 15 и 15" вдоль окружностей, расположенных в плоскостях, равноотстоящих от плоскости симметрии диска 3 аэродинамического элемента, высверлены сквозные отверстия 14 и 14" соответственно. Отверстия 14 и 14" имеют цилиндрическую форму и расположены в каждом ряду равномерно по окружности, являющейся линией сечения данной цилиндрической трубки плоскостью, перпендикулярной оси цилиндрического воздуховода. Во внешней цилиндрической трубке 2 расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены штуцеры 16 и 16". При установке внешней цилиндрической трубки 2 в рабочее положение внутреннее отверстие каждого из штуцеров 16 и 16" находится между границами соответствующих канавок 15 и 15".

Оси штуцеров 16 и 16" расположены на одинаковых расстояниях от плоскости симметрии диска 3 и, таким образом, смещены на расстояние относительно плоскостей, в которых находятся оси сквозных отверстий 14 и 14". На верхние торцы штуцеров 16 и 16" надеты гибкие шланги 17 и 17" соответственно, подключенные к входам сенсора 18 воздушного потока.

В принципе, возможны и другие варианты выполнения диска 3 аэродинамического элемента. Важно лишь то, что в любом варианте должна быть обеспечена симметрия прорезей 5 относительно оси воздуховода, а плоскость симметрии диска 3 аэродинамического элемента должна быть равноудалена по отношению к правому и левому рядам отверстий 14 и 14", канавкам 15 и 15" и штуцерам 16 и 16" соответственно. При этом желательно, чтобы расстояния между плоскостями, в которых расположены оси отверстий 14 и 14", и осями соответствующих штуцеров 16 и 16", были бы максимально возможными (с учетом того, что при всех возможных допусках, внутреннее отверстие штуцера 16 или 16" не должно даже частично выходить за границы соответствующей канавки 15 или 15").

Для продольной фиксации всех вышеуказанных деталей устройства друг относительно друга используются следующие элементы конструкции.

В некоторой плоскости, находящейся ближе к правому торцу второй 1" внутренней цилиндрической трубки, чем любые части канавки 15", происходит резкое уменьшение внешнего диаметра второй 1" внутренней цилиндрической трубки, так что слева от этой плоскости внешний диаметр второй 1" внутренней цилиндрической трубки существенно превышает внешний диаметр второй 1" внутренней цилиндрической трубки справа от той же плоскости. Полностью аналогично сокращается внутренний диаметр внешней цилиндрической трубки 2. При сборке внешняя цилиндрическая трубка 2 надевается на соединенные вместе первую 1 и вторую 1" внутренние цилиндрические трубки, начиная с правого торца второй 1" внутренней цилиндрической трубки, и двигается по направлению к левому торцу первой 1 внутренней цилиндрической трубки. В конце концов, плоскость, в которой уменьшается внутренний диаметр внешней 2 цилиндрической трубки, совмещается с плоскостью, в которой сокращается внешний диаметр второй 1" внутренней цилиндрической трубки. Дальнейшее движение внешней цилиндрической трубки 2 к левому торцу первой 1 цилиндрической трубки прижимает левый торец второй 1" внутренней цилиндрической трубки к правому торцу первой 1 внутренней цилиндрической трубки. Выступ 9 на правом торце первой внутренней цилиндрической трубки 1 и соответствующий ему паз 10 на левом торце второй внутренней цилиндрической трубки 2 совмещаются. Два симметрично расположенных ножевых фиксатора 13 (на фиг.3 показан только один указанный фиксатор) предназначены для недопущения вращательного движения внешней цилиндрической трубки 2 относительно поверхности состыкованных друг с другом внутренних цилиндрических трубок 1 и 1". Прорези для введения ножевых фиксаторов 13 расположены симметрично на поверхности первой внутренней цилиндрической трубки 1 (на чертежах не видны). На одинаковом расстоянии от указанных прорезей расположена прорезь замка, внутри которой имеется специальный выступ 12 приемной части замка. При этом другая часть указанного замка в виде Г-образного выступа 11 находится на левом торце внешней цилиндрической трубки 2. Г-образный выступ вдвигается в прорезь замка первой 1 внутренней цилиндрической трубки и фиксируется внутри этой прорези выступом 12. После такой фиксации обеспечивается неизменность взаимного расположения первой 1 и второй 1" внутренних цилиндрических трубок, диска 3 аэродинамического элемента и внешней цилиндрической трубки 2. Эта неизменность может быть нарушена только путем приложения определенного механического усилия для снятия сцепления выступа 12 с Г-образным выступом 11 (что необходимо для чистки составных частей устройства).

Предлагаемое устройство для измерения объемной скорости воздушного потока при дыхании работает следующим образом.

При вдохе пациента воздушный поток движется по воздуховоду вдоль прямого цилиндрического воздуховода, образуемого первой внутренней цилиндрической трубкой 1 и второй внутренней цилиндрической трубкой 1", вложенными во внешнюю цилиндрическую трубку 2, в направлении, отмеченном на фиг.1 и фиг.2 стрелкой "Вдох".

В рабочем положении внешняя цилиндрическая трубка 2 неподвижно закреплена относительно состыкованных друг с другом первой 1 и второй 1" внутренних цилиндрических трубок.

Воздушный поток при вдохе, проходя мимо ряда сквозных отверстий 14 первой внутренней цилиндрической трубки 1, эжектирует в отверстия 14 часть своего объема. Этот объем попадает в канавку 15, проточенную на внешней поверхности первой внутренней цилиндрической трубки 1 и имеющую кольцевую форму. Поскольку внешняя цилиндрическая трубка 2 тесно прилегает к первой внутренней цилиндрической трубке 1, канавка 15 и внутренняя поверхность внешней цилиндрической трубки 2 образуют герметичный первый дополнительный кольцевой воздуховод, двигаясь по которому, воздух при вдохе попадает в штуцер 16, а по нему через гибкий шланг 17 - на первый вход сенсора 18 воздушного потока. Поскольку отверстия 14 расположены на равных расстояниях друг от друга, а поверхность первого дополнительного кольцевого воздуховода не содержит выступающих частей, движение воздушного потока внутри этого воздуховода близко к ламинарному. Поэтому на первом входе сенсора 18 воздушного потока давление Р₁ воздуха достаточно устойчиво и равно разности статического давления Р_ст и давления эжекции:



где - плотность воздушного потока;

v₁ - линейная скорость воздушного потока в сечении отверстий 14.

Ламинарности воздушного потока в первом дополнительном кольцевом воздуховоде способствует и наличие смещения между осью штуцера 16 и плоскостью, проходящей через оси отверстий 14.

Далее воздушный поток пересекает диск 3 аэродинамического элемента и рассеивается на нем. Радиальная симметрия диска 3 также способствует сохранению ламинарности воздушного потока. Воздух отклоняется к стенкам второй внутренней цилиндрической трубки 1", и скорость его становится равной ₂. Проходя мимо сквозных отверстий 14", воздушный поток эжектирует часть объема воздуха в эти отверстия.

Эжектируемый воздух, пройдя сквозные отверстия 14", попадает в герметичный второй дополнительный кольцевой воздуховод, образуемый канавкой 15" (во второй 1" внутренней цилиндрической трубке) и внутренней поверхностью внешней цилиндрической трубки 2. Поскольку геометрические размеры канавок 15 и 15" одинаковы, а ряд сквозных отверстий 14" идентичен ряду сквозных отверстий 14 и расположен симметрично относительно диска 3, то условия для прохождения воздуха в обоих дополнительных кольцевых воздуховодах идентичны друг другу. Соответственно давление воздуха, поступающего через штуцер 16" и гибкий шланг 17" на второй вход сенсора 18 воздушного потока, равно:



где v₂ - линейная скорость воздушного потока в сечении ряда сквозных отверстий 14".

Перепад давлений P, который фиксирует сенсор 18 воздушного потока, равен:



то есть прямо пропорционален квадрату линейной (а следовательно, и объемной) скорости воздушного потока.

При выдохе пациента воздушный поток движется по воздуховоду в противоположном направлении (по стрелке "Выдох"). Поскольку конструкция устройства обеспечивает симметрию воздуховода относительно плоскости расположения аэродинамического элемента 3, то происходящие в воздуховоде процессы полностью идентичны описанным выше процессам, сопровождающим вдох пациента. Таким образом, показания сенсора 18 воздушного потока прямо пропорциональны квадрату скорости воздушного потока, прошедшего через диск 3 аэродинамического элемента.

Для чистки устройства достаточно просто вынуть штуцеры 16 и 16" из внешней цилиндрической трубки 2 (фиг.3), отсоединить Г-образный выступ 11 от выступа 12, снять внешнюю цилиндрическую трубку 2 с поверхностей внутренних трубок 1 и 1" и, разъединив первую 1 и вторую 1" внутренние цилиндрические трубки, высвободить диск 3 аэродинамического элемента для удаления загрязняющих веществ. При этом открывается свободный доступ для прочистки сквозных отверстий 14 и 14", канавок 15 и 15" и других элементов прямого цилиндрического воздуховода.

Отсутствие в предлагаемом устройстве выступающих элементов (сопел, трубок) выгодно отличает его от вышеупомянутых аналогов и от устройства-прототипа. Благодаря этому, воздушный поток при своем движении по воздуховоду и дополнительным воздуховодам не подвергается воздействиям, приводящим к появлению турбулентности и случайным изменениям скорости, которые не могут быть учтены при калибровке устройства и являются основной причиной флуктуационной ошибки измерений. При этом устройство не содержит деталей, которые засорялись бы элементами микрофлоры пациента, а разборность его конструкции позволяет легко прочищать отверстия, канавки и другие элементы конструкции воздуховода. Это также повышает точность и надежность измерений.

Все вышеуказанные достоинства предложенного устройства подтверждены экспериментальными исследованиями, в которых его характеристики сравнивались с характеристиками вышеупомянутых аналогов.

Таким образом, представленная выше совокупность общих с прототипом и отличительных признаков заявленного устройства обеспечивает решение поставленной задачи, обладает новизной и соответственно может быть классифицирована как изобретение.