前言

利用微壓差傳感器實現呼吸流量及呼吸率的檢測。針對呼吸產生的氣體流速較小的特點，我們選擇了靈敏度較高的差壓傳感器。

在實際應用中，微壓差傳感器的準確性和穩定性至關重要。通過對呼吸流量和呼吸率的精準監測，可以幫助醫療人員及時了解患者的呼吸情況，為臨床診斷和治療提供重要依據。同時，借助先進的數字信號處理技術，傳感器還能夠實現數據的實時采集和分析，為醫護工作提供更多便利和支持。微壓差傳感器在呼吸流量及呼吸率檢測方面具有重要的應用前景，其高靈敏度和準確性為醫療設備的性能提升和醫療診療水平的提高提供了有力支持。

方案原理

本設計是采用孔板流量計的原理測量呼吸氣流的流量。孔板流量計是一種壓差式流量計，即在流道上安裝一個節流元件，利用流體流過節流孔板時，節流孔板前后的差壓來測定流量，基本原理如下圖所示。根據孔板流量計的理論體積流量公式（不計能量損失）如下，即可計算出當前流量。

安裝示意及實物展示

將裝有節流孔板的直管安裝于醫用呼吸面罩上，然后將差壓傳感器的兩個引壓氣嘴連接至節流孔板兩側的壓力采集孔，節流板管件的兩個壓力采集孔間距是按照差壓傳感器氣嘴的間距設計的，所以可以直接將傳感器插到管件上，然后通過單片機的ADC采集實時的壓差信號送至PC。

壓差及流量計算

4.1節流孔板前后端壓差計算

差壓傳感器輸出為電壓信號，根據量程（0.05PSI≈344.7Pa）及滿量程電壓（正負單邊2V）計算壓差。

壓差（Pa）=（輸出電壓-零點電壓）/單邊滿量程電壓*量程=（輸出電壓-2.5V）/2V*344.7Pa

由于采集電壓為輸出電壓的2/3，所以

壓差（Pa）=（采集電壓*3/2-2.5V）/2V*344.7Pa

4.2流量計算

流量計算需要的參數如下：管道內徑（15mm），節流板孔徑（6mm），流體密度（空氣密度約為1.29Kg/m3），節流孔板前后壓差（由4.1計算得出）。

將以上參量代入圖3的公式即可計算出瞬時流量。

五．試驗數據

試驗人員佩戴呼吸面罩，將呼吸過程中采集到的壓差信號送到PC進行繪制圖形，數據展示如下

通過實時壓差信號即可計算出當前人員的呼吸率，同時也可計算出實時流量曲線。

小結

利用孔板流量計原理，同時采用差壓傳感器微差壓傳感器可檢測到實時呼吸信號，通過呼吸信號又可得出一系列的臨床參數，包括氣道壓力、呼吸流速、峰流速、潮氣量、分鐘通氣量、呼吸頻率、呼吸比等。