氧气吸入器是一种用于将纯氧气或富氧气体输送到患者体内以提供额外氧气供应的医疗器械，广泛用于治疗低氧血症和缓解呼吸困难。氧气吸入器在医院的应用场景主要有两种：第一种是配套氧气钢瓶，可以根据需要移动；第二种是医用中心供氧系统的终端，安装在病床旁边 ^[1]。第二种即为墙式浮标式氧气吸入器（简称墙式吸入器），主要由流量计、调节阀和潮化瓶等组成。其工作原理是将经中心供氧系统减压后的氧气，通过流量调控和湿化处理，按适宜的恒定流量值输出供给患者进行氧气吸入 ^[2]。墙式吸入器是医院急诊室、病房患者接受给氧治疗的必备器械。为了能稳定、持续地以恒定压力和流量供氧，墙式吸入器的工作性能指标至关重要 ^[3]。国家标准 YY 1107 —2003《浮标式氧气吸入器》中对墙式吸入器提出了性能要求 ^[4]，而 JJG 913 —2015《浮标式氧气吸入器检定规程》^[5] 对墙式吸入器的检定做出了法规要求，每半年进行 1 次检定。通过检定可以及时发现墙式吸入器的潜在故障，如漏气、浮标灵敏度不足、通气堵塞等，有助于发现墙式吸入器的老化和磨损问题，及时进行维护可提高墙式吸入器可靠性和使用寿命，进而减少因墙式吸入器故障导致的医疗事故，确保治疗效果和患者安全，提高整体医疗质量 ^[6]。通过调研发现，国内主要针对氧气吸入器设计的检定装置忽视了氧气瓶用吸入器和墙式吸入器 2 种氧气吸入器的区别，且较少有针对墙式吸入器检定研究与专用检定装置设计。基于此，本研究设计了一种墙式吸入器检定装置，对墙式吸入器检定的关键技术进行研究，旨在保障临床应用的有效及安全。

1  墙式吸入器的检定项目分析

根据 JJG 913 —2015《浮标式氧气吸入器检定规程》^[5] 的检定项目表，墙式吸入器的检定项目包括外观、密封性、安全阀排气压力、潮化瓶耐压强度、流量计的流量调节范围、流量计的示值误差 6 项。其中，压力稳定性与流量准确性相关的检测最为重要，压力稳定才能保证医疗器械在不同负载下维持稳定的供氧压力，从而确保患者能够持续获得稳定的氧气供应。流量准确性要求墙式吸入器的流量指示值必须与实际输出一致，不准确的流量可能导致患者无法获得足够的氧气或者氧气供应过多，对其健康造成潜在风险。

1.1  外观检测

采用直接目测法，对墙式吸入器的外形结构、指示装置和标志进行检查。

1.2  密封性

关闭流量计阀门，在输入部分工作压力不低于0.4 MPa 时保压 20 s，检查各连接部分是否存在漏气，可用墙式吸入器检定装置中的压力检测模块对气体管路压力进行自动化测量，从而判断是否有漏气。

1.3  安全阀排气压力与潮化瓶耐压强度

墙式吸入器的安全阀排气压力与潮化瓶耐压强度可同时进行检测。将墙式吸入器的低压输出口与检定装置的压力接口连接，将低压部分压力逐渐调高，记录安全阀成功泄压时的最大压力值，从而判断墙式吸入器的输出压力是否处于（0.17±0.05）MPa 的允许范围之内。同时观察潮化瓶是否破裂，如未破裂则说明潮化瓶耐压强度合格。

1.4  流量调节范围与示值误差

在流量计的流量范围内，选择包括上限流量和下限流量在内的 3 个均匀分布流量点进行示值误差检定，每个流量点检定 1 次。根据临床实际需求，在墙式吸入器检定装置中设定 1.0、5.0、10.0 L/min 3 个流量检定点 ^[7]，将各流量点中的示值误差最大值作为该流量计的示值误差。流量示值误差根据公式（1）计算。

式中，E 为被检流量计示值误差（%）；q 为被检流量计示值（L/min）；q_N 为墙式吸入器检定装置流量示值（L/min）；q_max 为被检最大流量（L/min）。

2  墙式吸入器检定装置的设计原理

墙式吸入器检定装置包括 6 个模块、4 个传感器，具体系统原理框图见图 1。

图 1 墙式吸入器检定装置系统原理框图

2.1  电源模块

电源模块可通过为锂电池充电向所有模块提供电源，外部输入使用 USB Type-C 接口，同时将充电器配置为 5 V 模式，输入电源在经过自恢复保险丝后接入充电管理芯片，实现对锂电池进行充电。

2.2  电量检测模块

电量检测模块将电池电压分压为原始电压值的1/3，然后通过模数转换模块采集后得到电池电压对应数字再输入中央处理模块进行判断，当电池电压过低，中央处理模块可以主动控制电源关断，避免电池过放。

2.3  压力和流量测量

墙式吸入器检定装置内部采用高精度的压力传感器和流量传感器，满足 JJG 913 —2015《浮标式氧气吸入器检定规程》^[5] 的检定要求。其中，压力传感器测量范围为 0 ~ 600 kPa，满足墙式吸入器的低压输出范围，可将气体压力信号转换成可用的电信号，再通过模数转换模块输入中央处理模块进行处理。在墙式吸入器检定现场，如果低压侧输出压力过大，可能导致湿化瓶中的水被气流带出，引发管路进水，因此对墙式吸入器检定装置进行管路防水处理。流量传感器在工作时输出 0 ~ 5 V 电压，经过运放输出 0 ~ 2.5 V 电压，再输入模数转换模块进行采集，使用 10 V 基准电压作为供电。

2.4  氧气测量

氧气传感器采用模块化设计，为方便更换设计成可拆卸式氧浓度传感器，输出信号经过AD8606 运算放大器处理后送入模数转换模块进行采集，可用于氧气数据的修正。

2.5  温湿度测量

使用 SHT35 温湿度传感器，温度测量范围 - 40 ~ 125 ℃，准确度 ±0.1 ℃；湿度测量范围0 ~ 100%，准确度 ±1.5%RH，用于对墙式吸入器检定环境参数的测量。

2.6  显示与通信

显示模块采用 4.3 寸高清触摸屏，操作简单，参数设置均可通过触摸屏设置。采用 4G 通信模块，可为扩展移动端发送检定历史记录，方便后续数据的统计与分析。

3  墙式吸入器检定装置嵌入式系统软件设计

墙式吸入器检定装置的嵌入式系统软件设计功能流程，见图 2。墙式吸入器检定装置开机后，经过系统、驱动、数据等初始化后，进入操作界面并创建多条启动线程，主要包括压力、流量、氧浓度、环境数据与升级线程等。启动线程是根据墙式吸入器需要检定的项目由中央处理系统分配启动，也可根据需要单独或协同启动。压力线程处理采集到的压力数据，主要负责密封性、安全阀排气压力、潮化瓶耐压强度等检定项目。流量线程处理采集到的流量数据，主要负责流量计的流量调节范围、流量计的示值误差等检定项目。氧浓度线程处理采集到的氧气数据，可与流量线程协同进行氧气流量数据的校准。环境数据线程主要负责处理采集到的温湿度和电量数据。

图 2 嵌入式系统软件功能流程图

多线程共同作用下，墙式吸入器检定装置可依次完成对墙式吸入器的外观、密封性、安全阀排气压力、潮化瓶耐压强度、流量计的流量调节范围、流量计的示值误差等检定项目的人工判定与自动化智能测试（见图 3）。如需升级线程，可在检定装置 TF 卡插口插入 TF 卡，界面会显示完善升级流程。

图 3 完成检定任务后检定结果界面

4  测试与结果

4.1  墙式吸入器检定装置压力测试

采用高一级的标准器（0.01 级数字压力计标准器）对墙式吸入器检定装置进行压力测试，将标准器与检定装置放置达到热平衡，使用压力发生器同时对标准器与检定装置加压，在各测试点上等待压力值稳定后读数。结果显示，压力值的相对示值误差最大为 0.24%，见表 1。

表 1 墙式吸入器检定装置压力测试结果

4.2  墙式吸入器检定装置流量测试

使用气体流量标准装置（中国测试技术研究院）对墙式吸入器检定装置进行流量测试，将气体流量标准装置与检定装置连接在气源同一管路中，分别调节气体流量到标准流量值，运行至气体状态稳定后进行读数。结果显示，相对测量范围上限示值误差最大为 - 0.45%，见表 2。

表 2 墙式吸入器检定装置流量测试结果

5  总结

墙式吸入器在医疗机构中使用量大、应用范围广，应用的普遍性决定了其不可忽视的性能计量要求，必须按照相关规程进行定期检定，特别是要确定墙式吸入器的压力稳定性与流量准确性。本研究通过对墙式吸入器的检定项目进行深入分析，设计了一种墙式吸入器检定装置，可实现对墙式吸入器的各检定项目进行检定。该检定装置所有操作与参数设置均可通过触摸屏完成，界面提供多条启动线程，内部为模块化设计，采用智能测量模式，严格遵循检定规程，实现流程化、智能化检定，并且测量精度高。分别用高一级的标准器对墙式吸入器检定装置进行测试，结果显示压力值的相对示值误差最大为 0.24%，相对测量范围上限示值误差最大为 -0.45%，表明墙式吸入器检定装置压力与流量的测量准确性，符合 JJG913 —2015《浮标式氧气吸入器检定规程》^[5] 中对标准装置的要求。分析测试结果误差产生的原因，可能为检定装置所用压力测量模块最大允许误差是按量程的百分数计算，在测量低量程压力时，由于压力值较低，其相对示值误差会显得较高。流量测试虽然满足现阶段检定要求，但后期可以通过选用更高精度的流量传感器来改进检定装置流量测量的准确性 ^[8-9]。

墙式吸入器检定装置在医疗计量领域的应用前景广阔，未来研究方向可将人工智能技术融入检定装置设计，进一步提高检定装置的自动化程度，降低人力成本。

【参考文献】

［1］赵伟 . 一种浮标式氧气吸入器检测装置的设计 [J]. 工业计量，2024，34（1）：56-59.

［2］陈翔，刘凯 .浅谈浮标式氧气吸入器检定注意事项[J]. 中国设备工程，2021（16）：170-171.

［3］毛敏，陆金霞，洪程鑫，等 . 基于机器视觉的全自动氧气吸入器检定器研究 [J]. 无线互联科技，2020，17（11）：122-123.

［4］国家食品药品监督管理局 . 浮标式氧气吸入器：YY 1107 —2003[S]. 北京：中国标准出版社，2003.

［5］国家质量监督检验检疫总局 . 浮标式氧气吸入器检定规程：JJG 913—2015[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

［6］缪振宇，缪杰初，何前明 . 浮标式氧气吸入器的检定及故障分析 [J]. 大众标准化，2022（21）：186-188.

［7］严捷，钱凯华 . 浮标式氧气吸入器强制检定工作调整的必要性探讨 [J]. 中国医学装备，2019，16（7）：148-151.

［8］刘黎霞 . 信息化背景下浮标式氧气吸入器检定过程相关问题探讨 [J]. 科学与信息化，2018（3）：88，90.

［9］王峥. 墙壁式氧气吸入器示值误差的不确定度评定 [J]. 中国科技纵横，2016（19）：73.

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