呼吸机工作原理

呼吸机的⽓路⼯作原理及压⼒测量

呼吸机的⽓路⼯作原理及压⼒测量

摘要：呼吸机是⼀种能代替、控制或改变⼈的正常⽣理呼吸，增加肺通⽓量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约⼼脏储备

能⼒的装置。本⽂介绍了呼吸机的⼯作原理、⽓路结构、以及实现流量（流速）测量的原理，介绍了呼吸机的各项压⼒量的测

量及压⼒传感器的匹配类型。

关键字：压⼒传感器；呼吸机；流量传感器；流速传感器；

1.呼吸机的⼯作原理与所需测量参数

1.1呼吸机⼯作原理

图1：呼吸机⽓路图

这⾥以定量型呼吸机为例介绍呼吸机的简单⼯作逻辑，先设定潮⽓值，当呼吸机送⽓时，不管患者肺内阻⼒⼤⼩，将设定的潮

⽓量送⼊⽓道；呼⽓时，呼吸道压⼒下降与⼤⽓相通，肺泡内⽓体排除体外。定量型呼吸机不受患者肺内病变

的影响，保证⾜够的通⽓量。但必须有压⼒报警装置，当⽓道内压⼒超过设定的范围，呼吸道呼⽓阀门打开，与⼤⽓压相通，

⽓体排出体外，防⽌⽓道压⼒过⾼，肺泡破裂，产⽣⽓胸等严重并发症。

因此，呼吸机需对潮⽓量进⾏控制，对⽓道压⼒进⾏实时的监控，还需要有安全可靠的压⼒报警装置（⾃检系统）。

1.2呼吸机⼯作模式介绍

1.2.1吸⽓⼯作步骤：

a)空⽓，氧⽓混合（需经过过滤与消毒）

b)测量混合⽓体的输⼊流量

c)流量合适的混合⽓体流⼊⽓罐

d)⽓罐内⽓体流⾄吸⽓阀（两边有两个过压阀，可调整⽓压⾄病⼈适合

状态）

e)压⼒传感器（测量吸⽓压）

f)流量传感器（测量输⼊病⼈的吸⽓流量及流速）

g)病⼈⽓道

1.2.2呼⽓⼯作步骤：

a)病⼈⽓道

b)流速传感器（测量病⼈呼⽓流量及流速）

c)呼⽓阀

d)环境

1.2.3⾃检系统：

a）⽓道测试（使⽤前确定各机构⽆异常，若有异常给出异常信息，⽅便⼈员维修）

b)监控呼吸机运⾏状态，及时进⾏故障报警

⾃检系统是呼吸机为了防⽌机器内各传感器故障的系统，⾃检装置会对个传感器进⾏反复⽐较，得出某⽓道漏⽓或者某传感器

故障等报错信息。⾃检系统由差压式压⼒传感器与绝压式(或表压式)压⼒传感器构成，且⾃检系统与各⽓路皆有联通。

1.3呼吸机所需测量参数：

a)潮⽓量（平静呼吸时每次吸⼊或呼出的⽓量）

b)呼吸频率

c)吸⽓流速

d)呼吸⽐（⼀次呼⽓和吸⽓所占⽤的时间⽐值）

e)吸⼊氧浓度

f)⽓道压⼒

根据呼吸机的⽓道结构（图1）可知，混合⽓体流量（流速），潮⽓量、呼吸频率、呼/吸流量（流速）、呼吸⽐均可⽤流量传

感器数据对波形、频率处理得到，吸⼊氧浓度可由氧浓度传感器测得，⽓道压⼒可由各⽓道的压⼒传感器测得。

2.流量传感器原理

图2：节流器原理图与实物图

通过⼀颗节流器，测量节流器两端压差ΔP即可计算出管路的流量：

其中，qm为⽓体质量流量，qv为体积流量，D为管路直径，d为节流孔直径，P1为⽓体流⼊节流孔前的密度，ε为⽓体可膨胀

系数，ΔP为节流孔两端的⽓压差。

管路直径、节流孔直径、⽓体密度、膨胀系数均均可在使⽤前进⾏设定，因此只要⽤⼀颗差压式压⼒传感器即可测得⽓体的流

量，⽽流速可以通过流量除以管路截⾯积算得。

3.总结

呼吸机⼀般要使⽤6颗左右的压⼒传感器：2颗绝压（或表压）式压⼒传感器⽤于⽓道压⼒测量，两颗差压式压⼒传感器⽤于

流量（流速）测量，⼀颗绝压（表压）式压⼒传感器与⼀颗差压式压⼒传感器⽤于构成⾃检系统，⽤于对各⽓道压⼒传感器做

压⼒值⽐较，进⾏故障报警。