/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

醫(yī)用高壓氧艙（簡(jiǎn)稱高壓氧艙）是用于高壓氧療法的專用醫(yī)療設(shè)備，按不同的介質(zhì)加壓，分為空氣加壓艙和純氧加壓艙兩種。高壓氧治療方法是讓患者在一個(gè)封閉的、壓力大于大氣壓的高壓艙內(nèi)，吸收純氧、治療疾病的方法。高壓氧艙的適用范圍很廣，臨床主要用于厭氧菌感染、一氧化碳中毒、氣栓病、減壓病、缺血缺氧性腦病、腦外傷、腦血管疾病等的治療。

鑒于目前計(jì)量領(lǐng)域沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法，本文通過(guò)對(duì)高壓氧艙的結(jié)構(gòu)及工作原理的分析，提出了高壓氧艙的校準(zhǔn)方法，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了測(cè)量不確定度的分析。

1 高壓氧艙的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

高壓氧艙的結(jié)構(gòu)主要由氧艙艙體、供排氧系統(tǒng)、供排氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、操控系統(tǒng)及安全系統(tǒng)等部分組成。供排氧系統(tǒng)包括過(guò)濾器、減壓閥、截止閥、供氧管路、呼氣裝置；供排氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、冷卻器、氣液分離器、儲(chǔ)氣罐、空氣過(guò)濾器等。

1.2 工作原理

高壓氧艙是通過(guò)向艙內(nèi)輸入高壓氧或高壓空氣，使艙內(nèi)形成一個(gè)高壓環(huán)境（正常來(lái)說(shuō)超過(guò)一個(gè)大氣壓的壓力即為高壓）。在進(jìn)行高壓氧治療過(guò)程中須經(jīng)過(guò)加壓、穩(wěn)壓吸氧、減壓三個(gè)階段，通過(guò)向缺氧機(jī)體提供充足、有效的氧來(lái)增加組織中的氧儲(chǔ)量，為病人進(jìn)行吸氧治療。

高壓氧艙的工作原理（見圖1）主要分為加減壓原理和供排氧原理。空氣源經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷卻器進(jìn)行冷卻，然后利用氣液分離器將液態(tài)懸浮雜物及雜質(zhì)分離后，進(jìn)入儲(chǔ)氣罐進(jìn)行穩(wěn)壓，最后通過(guò)空氣過(guò)濾器使空氣質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。氧氣源經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾雜質(zhì)后，通過(guò)一級(jí)減壓閥到達(dá)氧氣控制板。這兩個(gè)過(guò)程中，氣體流通時(shí)的壓力、溫度、噪聲以及氧濃度都對(duì)病人治療有較大的影響。

圖1 高壓氧艙工作原理

2 高壓氧艙的主要參數(shù)技術(shù)指標(biāo)

1）溫度指標(biāo)

一般空氣壓縮機(jī)出氣口壓縮空氣溫度要求在37 ℃以下，空氣冷卻器出氣口壓縮空氣溫度要求在37 ℃以下，艙內(nèi)溫度控制范圍在18～26 ℃。

2）壓力指標(biāo)

一般遞物筒鎖定壓力小于0.02 MPa，復(fù)位壓力小于0.01 MPa，艙內(nèi)滿員且同時(shí)吸氧時(shí)供氧壓力小于0.1 MPa，氧氣源經(jīng)減壓后輸入艙內(nèi)的供氧壓力控制范圍為 0.4～0.7 MPa。

3）噪聲指標(biāo)

一般艙內(nèi)供氣時(shí)噪聲小于65 dB(A)，艙內(nèi)僅空調(diào)工作時(shí)的噪聲小于60 dB(A)。

4）氧濃度指標(biāo)

一般艙內(nèi)氧濃度小于23%。

3 校準(zhǔn)項(xiàng)目及方法

根據(jù)高壓氧艙的主要參數(shù)（溫度、壓力、噪聲和氧濃度）技術(shù)指標(biāo)要求，依據(jù)GB/T 12130-2005《醫(yī)用空氣加壓氧艙》的要求，選用合適的標(biāo)準(zhǔn)器及工作方法對(duì)高壓氧艙進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.1 環(huán)境條件

在校準(zhǔn)過(guò)程中，應(yīng)將溫度控制在10～40℃，相對(duì)濕度控制在30%～80%，電壓變化范圍控制在額定電壓的10%以內(nèi)，且高壓氧艙周圍環(huán)境無(wú)腐蝕性氣體、液體及無(wú)強(qiáng)電磁干擾。

3.2 外觀檢查

高壓氧艙應(yīng)有銘牌，標(biāo)明制造廠名稱、產(chǎn)品名稱和型號(hào)、最高工作壓力、滿員治療人數(shù)和艙室容積、出廠編號(hào)和出廠日期等。高壓氧艙各插接件應(yīng)連接可靠；各開關(guān)、按鍵功能應(yīng)正常，有明顯的文字和符號(hào)說(shuō)明；顯示部分字符應(yīng)清晰完整。

3.3 溫度校準(zhǔn)

溫度校準(zhǔn)采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置由工業(yè)過(guò)程校準(zhǔn)器和溫度傳感器等組成，標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量范圍：-80～100 ℃，誤差小于±0.5 ℃。

校準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)選擇高壓氧艙溫度適用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的溫度點(diǎn)。校準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)分布在高壓氧艙工作室內(nèi)的三個(gè)校準(zhǔn)面上，校準(zhǔn)點(diǎn)與工作室內(nèi)壁的距離不小于各邊長(zhǎng)的1/10，遇風(fēng)道時(shí)此距離可加大，但不能大于500 mm。溫度校準(zhǔn)點(diǎn)的布置原則為能夠詳細(xì)地描述整個(gè)工作室內(nèi)的溫度分布。當(dāng)高壓氧艙容積小于2 m3時(shí)，溫度校準(zhǔn)點(diǎn)為9個(gè)；當(dāng)容積大于2 m3時(shí)，溫度校準(zhǔn)點(diǎn)為15個(gè)；當(dāng)工作容積大于50 m3時(shí)，校準(zhǔn)點(diǎn)可適當(dāng)增加。

使用工業(yè)過(guò)程校準(zhǔn)器配標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器，將標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器與艙內(nèi)被校溫度傳感器放在同一位置，壓力為定值，同時(shí)記錄各溫度在穩(wěn)壓時(shí)的數(shù)據(jù)。

3.4 壓力校準(zhǔn)

壓力校準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)裝置由全自動(dòng)壓力校準(zhǔn)器等組成，測(cè)量范圍：0～4 MPa，誤差小于±0.05%。

校準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)選擇高壓氧艙壓力適用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的壓力點(diǎn)。壓力校準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)放置在高壓氧艙工作室內(nèi)中心處。

使用全自動(dòng)壓力校準(zhǔn)器，將校準(zhǔn)器的管道與被校處的管道接口相連，記錄各部分的壓力值。

3.5 升降壓速率校準(zhǔn)

校準(zhǔn)過(guò)程中使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置由全自動(dòng)壓力校準(zhǔn)器、秒表等組成，測(cè)量范圍：0～4 MPa，誤差小于±0.05%。

校準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)選擇高壓氧艙壓力適用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的壓力點(diǎn)。壓力校準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)放置在高壓氧艙工作室內(nèi)中心處。

使用全自動(dòng)壓力校準(zhǔn)器接標(biāo)準(zhǔn)器，放置在艙內(nèi)，打開進(jìn)氣閥，使艙壓由常壓升至大于0.02 MPa，用秒表測(cè)出升壓所需時(shí)間。打開進(jìn)氣閥，使艙壓預(yù)置在0.2 MPa，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開排氣閥，將艙壓降至小于0.18 MPa，用秒表測(cè)出降壓所需時(shí)間。通過(guò)公式計(jì)算出升降壓速率。

式中：V——升降壓速率；

p——測(cè)量壓力；

p原——初始?jí)毫Γ?/p>

t——測(cè)量時(shí)間

3.6 噪聲校準(zhǔn)

噪聲校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)裝置由聲級(jí)計(jì)等組成，測(cè)量范圍：0～130 dB，誤差小于±1.5 dB。

校準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)選擇高壓氧艙噪聲適用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的噪聲點(diǎn)。校準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)均勻分布在活動(dòng)床的頭部位置或離高壓氧艙地坪1 m高且距噪聲源1 m遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)上。

使用誤差小于±1.5 dB的Ⅱ級(jí)聲級(jí)計(jì)，校準(zhǔn)單人高壓氧艙時(shí)，聲級(jí)計(jì)放置在活動(dòng)床的頭部位置；校準(zhǔn)多人高壓氧艙時(shí)，聲級(jí)計(jì)放置在離高壓氧艙地坪1 m高且距噪聲源1 m遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)上。

3.7 氧濃度校準(zhǔn)

氧濃度校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)裝置由測(cè)氧儀等組成，測(cè)量范圍：0～30%VOL，誤差不超過(guò)±0.5%。

校準(zhǔn)點(diǎn)一般應(yīng)選擇高壓氧艙氧濃度適用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的氧濃度點(diǎn)。校準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)均勻分布在高壓氧艙工作室內(nèi)。

使用手持式測(cè)氧儀，把取樣裝置放在艙內(nèi)，在艙壓為最高工作壓力時(shí)，供氧壓力按規(guī)定設(shè)定，在校準(zhǔn)中，記錄測(cè)氧儀的示值。

4 測(cè)量不確定度評(píng)定

本文以校準(zhǔn)NG160/390A型的高壓氧艙為例進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定。根據(jù)GB/T 12130-2005的要求，空氣壓縮機(jī)出氣口溫度小于37 ℃，遞物筒鎖定壓力小于0.02 MPa，艙內(nèi)供氣時(shí)噪聲小于65 dB(A)，艙內(nèi)氧濃度小于23%。

4.1 不確定度來(lái)源分析

1）測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量，可以通過(guò)多次獨(dú)立重復(fù)性測(cè)量，采用A類方法評(píng)定。

2）由標(biāo)準(zhǔn)器不準(zhǔn)引入的不確定度分量，按B類方法評(píng)定。

4.2 測(cè)量模型建立

高壓氧艙、標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)過(guò)程都使用數(shù)顯表，直接給出測(cè)量值。因此，測(cè)量模型為

F實(shí)=Fx

式中：F實(shí)——實(shí)際值；

Fx——測(cè)量表示值

4.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

1）測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

對(duì)高壓氧艙的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1和u2可采用A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。在環(huán)境溫度20 ℃、相對(duì)濕度60%的校準(zhǔn)條件下，對(duì)被校高壓氧艙進(jìn)行空氣壓縮機(jī)出氣口溫度、遞物筒鎖定壓力、艙內(nèi)供氣時(shí)噪聲和艙內(nèi)氧濃度分別進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1～4所示。

表1 空氣壓縮機(jī)出氣口溫度10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果 單位：℃

表2 遞物筒鎖定壓力10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果 單位：MPa

表3 艙內(nèi)供氣時(shí)噪聲10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果 單位：dB(A)

表4 艙內(nèi)氧濃度10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果 單位：%

計(jì)算空氣壓縮機(jī)出氣口溫度10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值為

取單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，式中n=10：

其余各項(xiàng)10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值（計(jì)算方法同上）見表5。

表5 其余各項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果

2）由數(shù)顯表測(cè)量誤差引入的不確定度分量

校準(zhǔn)過(guò)程中使用的標(biāo)準(zhǔn)器經(jīng)過(guò)上一級(jí)量值傳遞檢定合格，根據(jù)其技術(shù)參數(shù)進(jìn)行不確定度評(píng)定。這里以溫度為例，其他各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)類同。

空氣壓縮機(jī)出氣口溫度示值誤差引入的不確定度評(píng)定：

3）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定（以溫度為例）

分析考察不確定度分量u溫1、u溫11可知，各輸入量之間均為獨(dú)立，互不相關(guān)。因此，合成不確定度uc可采用方和根方法合成：

4）擴(kuò)展不確定度的評(píng)定（以溫度為例）

一般情況下取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為U=kuc，則可得到擴(kuò)展不確定度：

U溫=2×0.54 ℃=1.08 ℃

5）其余各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的結(jié)果見表6。

表6 其余各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)用高壓氧艙量值的穩(wěn)定與否同病人的安危息息相關(guān)，因此，對(duì)其進(jìn)行定期的校準(zhǔn)十分必要。本文提出了對(duì)醫(yī)用高壓氧艙的性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，同時(shí)給出了對(duì)不同參數(shù)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)及不確定度評(píng)定。