Servo-i呼吸機壓力傳感器工作原理與相關故障三例排除

徐安燕，楊紹輝，楊九連

德宏州人民醫院 醫療設備科，云南 德宏 678400

引言

呼吸機是實施人工通氣的機械裝置，借助機械力量將空氣、氧氣按一定比例混合后進入肺內，輔助患者呼吸。壓力傳感器在呼吸機中扮演著重要角色，呼吸機通過壓力傳感器，時刻監測病人呼吸時的氣道壓力變化，來控制呼吸機與患者呼吸的同步。

Servo-i呼吸機是Maquet公司生產的呼吸機，目前國內各大醫院較為常用，它監測參數準確直觀，操作簡單。Servo-i呼吸機開機后會提示操作人員進行使用前檢查，對呼吸機的安全閥、流量傳感器、壓力傳感器、氧電池等硬件設備分別檢測，保證呼吸機的正常工作及參數的準確性[1]。

我院從2009年開始陸續引進了7臺Servo-i呼吸機，主要在新生兒科使用。這幾年的維修工作中，多次發現壓力傳感器損壞引起的呼吸機故障。結合我們的工作經驗，現將常見的壓力傳感器造成的呼吸機故障展開分析，并提出針對性維修方法[2]。

1 Servo-i呼吸機用壓力傳感器基本原理

1.1 惠斯登電橋工作原理簡述

壓力傳感器由敏感元件、轉換元件和處理電路三部分組成，共同完成“壓力→位移量→電壓變化”的測量過程。壓力傳感器可以分成三類，絕對壓力傳感器（以絕對真空為標準，測量壓力源或環境的絕對壓力）、差壓力傳感器（測量兩個壓力源之間的壓力差）和表壓力傳感器（也是一種差壓力轉換器，其壓力源一個為當地大氣壓力，另一個則為待測的壓力源）[3]。

在生物醫學傳感器的測量電路中，惠斯登電橋占有很重要的地位。許多傳感器如變阻器、變電感和變電容式傳感器，都是用該電橋將生理量引起的電阻、電感和電容變化造成的電橋失平衡轉換成電壓變化，然后放大、處理，再顯示出來[4]。

如圖1所示，在無輸出量時橋路四臂具有相同的阻抗Z，電橋的負載通常是高輸入阻抗放大器的輸入阻抗，滿足ZL遠大于Z。

圖1 惠斯登電橋原理圖

在無輸入量的初始狀態時，Z1/Z2=Z3/Z4，電橋平衡，=0。

壓力傳感器在呼吸機中的應用非常廣泛，如測供氣壓力、流量、吸氣壓力、呼氣壓力、大氣壓力等。壓力傳感器為敏感元件，溫度過高、過壓、潮濕、電壓尖峰、電磁輻射、沖擊和振動都可能造成壓力傳感器的損壞，從而引起呼吸機發生故障。

1.2 Servo-i呼吸機氣體模塊內的壓力傳感器工作原理簡述

Servo-i呼吸機氣體模塊是用于精密控制吸入氣體流量與氣體混合的部件，可向病人提供不同氧濃度的氣體，其可調范圍為21%～100%，空氣、氧氣模塊的外觀結構大體相同[5]，見圖2。

圖2 氣體模塊結構

空氣/氧氣通過過濾器過濾了部分水分和雜質后，再經過溫度傳感器、MEAS1230-100G型壓力傳感器、1336-002D型流量傳感器到達噴嘴處。根據用戶設置的氧濃度、潮氣量、吸氣流速、吸氣時間等參數，電磁閥控制噴嘴單元閥膜的開合程度[6]，空氣模塊和氧氣模塊噴出的氣體混合后通過氧傳感器的監測，再輸送給病人。

供應壓力傳感器用于測量供應氣體的壓力，它的輸出信號經過放大后用于計算氣體的絕對壓力，來補償壓力引起的氣體密度變化。流量傳感器由1336-002D差壓式壓力傳感器和金屬網組成，氣流通過網會有壓力的下降，用1336-002D測網兩邊的氣體壓力，然后根據變化的壓力值計算得出氣體流量[7]。

2 Servo-i呼吸機壓力傳感器故障維修三例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

使用前檢查發現“流量傳感器測試失敗”。

2.1.2 故障分析

“流量傳感器測試”對呼吸機吸入、呼出流量傳感器進行檢測和校準[8]。這款機器共有三個流量傳感器：空氣、氧氣模塊中各有一個吸入流量傳感器，呼出流量傳感器位于呼氣盒內。

2.1.3 故障檢修過程

使用前檢查發現“流量傳感器測試失敗”，更換好的呼氣盒，依然報錯，排除呼氣盒故障[9]。這種情況下，使用單氣源（斷開空氣或氧氣）進行使用前檢查，看流量傳感器測試是否通過，從而判斷是空氣模塊還是氧氣模塊故障（使用單氣源執行使用前檢查時，氣體供應測試、氧氣傳感器測試會失敗）。拆開有故障的氣體模塊，用萬用表測量1336-002D傳感器，1336-002D的PIN1～PIN4對應惠斯登電橋的四臂，正常情況下靜態時PIN1-PIN2、PIN2-PIN3、PIN3-PIN4、PIN1-PIN4之間的阻值約為3.8 kΩ，且輸出阻抗(PIN1-PIN3阻值)在2.5～6.0 k之間、輸入阻抗（PIN2-PIN4阻值）在4.0～6.0 k之間[10]。電橋不平衡或者輸入輸出阻抗超過范圍，都會導致使用前檢查流量傳感器測試不通過。更換1336-002D壓力傳感器后，使用前檢查通過[11]。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

使用前檢查發現“氣體供應測試失敗”。

2.2.2 故障分析

氣體供應測試對呼吸機氧氣供氣壓力和空氣供氣壓力進行檢測，正常范圍是200～650 kPa。出現該報警時，首先應檢查并確保所連接的供氣壓力（氧氣和空氣）均在指定的范圍之內，點擊呼吸機屏幕右上角“狀態”查看呼吸機監測到的空氣和氧氣壓力。檢查空氣、氧氣在正常范圍內正確連接，但在“狀態”中顯示空氣壓力為0，懷疑空氣模塊中的壓力傳感器故障。

2.2.3 故障檢修過程

拆開空氣模塊，靜態測量MEAS1230-100G壓力傳感器PIN1-PIN4間的阻值，發現電橋不平衡，需更換壓力傳感器。MEAS1230-100G型壓力傳感器已停產，查資料找到1210A-100G可進行完美替換。更換壓力傳感器后“狀態”中空氣壓力顯示正常，使用前檢查通過，用呼吸機質控檢測設備測量各參數均在要求范圍內。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

2.3.2 故障分析

內部泄露測試是連接測試管道，使用吸氣和呼氣壓力傳感器檢查內部是否存在泄露，在壓力為80 cmH2O時，泄露不超過10 mL/min。壓力傳感器測試對呼吸機的吸氣、呼氣壓力傳感器進行測試和校準[12]。

2.3.3 故障檢修過程

依次檢查測試連接管、安全閥膜片、氧電池密封圈、噴嘴、呼氣盒、壓力傳感器連接管及過濾器[13]，并未發現漏氣。拆開機器前蓋，找到插在PC1784G上的兩塊PC1781A，如圖3所示，每塊PC1781A上都有一個1336-002D型壓力傳感器，分別測量吸氣壓力和呼氣壓力。根據我們的維修經驗，病人呼出的氣體濕度比較大，Servo-i呼吸機呼氣壓力傳感器故障率比吸氣壓力傳感器要高，在維修時可先測量呼氣壓力傳感器是否正常。測量壓力傳感器1336-002D的PIN1～PIN4兩兩間的阻值，如果發現電橋不平衡，或者輸入輸出阻抗不在正常范圍內則需更換壓力傳感器。

圖3 吸氣/呼氣壓力傳感器實物圖

3 總結與討論

壓力傳感器是敏感型的元件，高溫、過壓、受潮等都會損壞壓力傳感器。保護好壓力傳感器，能大大降低機器的故障率。更換壓力傳感器時要控制好時間和溫度，引腳焊接溫度最高250℃，最長焊接時間5 s。在Servo-i呼吸機使用過程中，確保氣源壓力在200～650 kPa范圍內，能防止氣體模塊中的壓力傳感器受損。病人呼出的氣體，可以先經過一個過濾器再連接到呼氣盒，可以有效保護呼氣壓力傳感器和呼氣盒內的流量傳感器，從而降低機器故障率[14]。

壓力傳感器應用于醫療設備維修中的不只是Servo-i呼吸機，PB760呼吸機、鳥牌SIPAP、多參數監護儀的血壓模塊等也都用到了壓力傳感器。理解了壓力傳感器與惠斯登電橋的關系，有助于我們判斷故障點，快速解決問題的同時省下一筆維修費。