Jeśli kiedykolwiek rozbierałeś cyfrowy ciśnieniomierz, wiesz, że częścią zajmującą najwięcej miejsca i wpływającą na pomiar często nie jest czujnik ani MCU. Jest to mała pompka powietrza. Napełnia mankiet do docelowego ciśnienia, a następnie utrzymuje go nieruchomo, podczas gdy czujnik wychwytuje słabą falę tętna. Jeśli napompuje się zbyt szybko, mankiet będzie ciasny i niewygodny. Jeżeli nadmuchuje się zbyt wolno, pomiar trwa zbyt długo. Jeżeli wyciek jest nawet nieznacznie wysoki, odczyty mogą się różnić. Jeśli hałas jest głośny, może przeszkadzać domownikom w nocy.
W ciągu ostatnich kilku lat pracowałem nad wieloma projektami dotyczącymi monitorów ciśnienia krwi. Widziałem, jak inżynierowie przeprojektowywali całe obudowy po wybraniu niewłaściwej pompy i widziałem, jak zespoły zakupowe oszczędzały kilka centów, aby poradzić sobie z dużymi zwrotami. W tym artykule chcę omówić, jak wybrać odpowiednią pompkę powietrza mini DC do ciśnieniomierza z punktu widzenia-rzeczywistego doboru i walidacji.
Dlaczego specyfikacji pompy nie można traktować jako „wystarczająco dobrych”
Wiele osób zaczyna od ceny i rozmiaru i zakłada, że dopóki pompka będzie w stanie napompować mankiet, wszystko będzie w porządku. Ale ciśnieniomierze mają bardzo specyficzne wymagania. Mankiet dla dorosłych zwykle musi osiągać ciśnienie około 300 mmHg. Tryby pediatryczne mogą być niższe, ale tak czy inaczej, pompa musi napompować objętość powietrza o objętości 500 cm3 do ciśnienia docelowego w określonym czasie. Jeśli napełnianie trwa dłużej niż 10 sekund, użytkownicy mają poczucie, że czekają zbyt długo, zwłaszcza podczas powtarzanych pomiarów.
Co ważniejsze, znaczenie ma wskaźnik wycieku. Po napompowaniu mankietu do 300 mmHg system musi utrzymać ciśnienie na stabilnym poziomie przez co najmniej kilka sekund, aby czujnik mógł zebrać sygnały. Jeśli pompa lub zawór przecieka wewnętrznie, ciśnienie będzie powoli spadać. Algorytm może zinterpretować to jako nieszczelność mankietu lub ponowne-napompowanie, powodując błąd pomiaru. Zatem stopień wycieku jest ważniejszym parametrem niż ciśnienie maksymalne.
Kolejnym punktem, który można łatwo przeoczyć, są warunki testowe dotyczące żywotności. Ciśnieniomierza można używać kilka razy dziennie, kilkaset razy w roku i kilka tysięcy razy w ciągu kilku lat. Jednak żywotność pompy jest zwykle testowana w określonym cyklu pracy, takim jak 10 sekund włączenia, 2 sekundy wyłączenia i 5 sekund wydmuchu, powtarzanym 80 000 razy. Symuluje to pracę przerywaną, a nie ciągłą. Jeśli używasz pompy do ciągłego pompowania, np. dmuchanego materaca lub urządzenia do masażu, należy ponownie przeprowadzić ocenę jej żywotności. Dlatego czytając arkusz danych, zawsze sprawdzaj warunki testowe. Nie patrz tylko na liczbę „80 000 cykli”.
Rozbicie podstawowych parametrów
Czas inflacji:Od 0 do 300 mmHg w zbiorniku o pojemności 500 cm3 w mniej niż 10 sekund. To jest poziom mainstreamowy. Należy jednak pamiętać, że rzeczywista długość rurki, rozmiar otworu zaworu i objętość mankietu mają wpływ na ten czas. Podczas selekcji najlepiej przetestować na rzeczywistym mankiecie, a nie tylko na butelce.
Szybkość wycieku:Mniej niż 3 mmHg/min od 300 mmHg w butli o pojemności 500 cm3. To jest krytyczne. Niektóre pompy same w sobie mają bardzo niski wyciek, ale po dodaniu zaworów i rurek ogólny wyciek wzrasta. Dlatego przy zakupie pompy należy zwrócić także uwagę na dostawcę zaworu.
Ciśnienie i przepływ:Ciśnienie wyższe niż 68 kPa (około 510 mmHg) i większe niż 1,8 l/min. 68 kPa oznacza, że pompa może napompować mankiet powyżej 300 mmHg z marginesem. Przepływ wpływa na prędkość inflacji. Te dwa parametry należy rozpatrywać łącznie. Wysokie ciśnienie znamionowe przy niskim przepływie będzie nadal napełniane powoli.
Hałas:Mniej niż 60 dB w odległości 30 cm. Poziom ten jest akceptowalny w cichym pomieszczeniu. Do pomiarów w nocy lub monitorowania snu wybierz model o niższym-szumu lub dodaj tłumienie wibracji.
Środowisko pracy:0–50 stopni, 75% wilgotności względnej. Dotyczy to większości przypadków użycia w pomieszczeniach zamkniętych. Jeśli produkt będzie sprzedawany w regionach tropikalnych lub zimnych, należy sprawdzić działanie pompy podczas uruchamiania w ekstremalnych temperaturach.
Opcje napięcia:Napięcie stałe 6 V, 12 V i 24 V. Wersja 6 V pobiera mniej niż 430 mA i jest odpowiednia dla urządzeń przenośnych-zasilanych bateryjnie. Wersja 12 V pobiera mniej niż 300 mA, co jest odpowiednie dla większości domowych ciśnieniomierzy. Wersja 24 V pobiera mniej niż 150 mA, nadaje się do integracji przemysłowej lub systemowej. Wybór napięcia zależy głównie od ogólnej architektury zasilania. Nie ma absolutnie najlepszego wyboru.
Jak wybrać pomiędzy 6 V, 12 V i 24 V
Nie ma standardowej odpowiedzi, ale można oceniać na podstawie kilku wymiarów. Jeśli ciśnieniomierz jest zasilany bateriami suchymi, takimi jak cztery baterie AA, wersja 6 V jest bardziej odpowiednia, ponieważ może bezpośrednio dopasować napięcie baterii i wyeliminować obwód doładowania. Wersja 6 V pobiera jednak większy prąd, co wpływa na żywotność baterii. Jeśli urządzenie jest zasilane przez USB-lub ma wbudowaną-baterię litową, wersja 12 V jest bardziej popularna, ponieważ wiele czujników i mikrokontrolerów potrzebuje napięcia 3,3 V lub 5 V, a napięcie 12 V można efektywnie obniżyć. Wersja 24 V zwykle występuje w urządzeniach przemysłowych lub systemach z wieloma-pompami. Na przykład, jeśli jedna maszyna musi sterować wieloma ścieżkami powietrza, napięcie 24 V może zmniejszyć straty na linii i uprościć zasilanie.
Prąd wpływa również na ciepło. Wersja 6 V ma najwyższy prąd i może się bardziej nagrzewać podczas długiej pracy. Wersje 12 V i 24 V mają niższy prąd i mniej ciepła. Ale jeśli Twoje urządzenie działa sporadycznie, ciepło nie jest poważnym problemem. Dlatego przy wyborze napięcia należy najpierw określić ogólne zasilanie, a następnie wziąć pod uwagę prąd i ciepło pompy.
Ukryte szczegóły w dopasowywaniu ciśnieniomierza
Po pierwsze, objętość mankietu. Mankiety dla dorosłych i duże mankiety mają różną objętość powietrza, dlatego zmienia się czas napełniania. Jeśli pompa jest przystosowana do zbiornika o pojemności 500 cm3, a mankiet ma pojemność 800 cm3, czas pompowania z pewnością przekroczy 10 sekund. W takim przypadku wybierz pompę-o większym przepływie lub zaakceptuj dłuższy czas napełniania.
Po drugie, reakcja zaworu. Pompa i zawór współpracują ze sobą. Podczas napełniania zawór zamyka się. Podczas wydechu zawór otwiera się. Jeżeli zawór reaguje powoli lub występuje duży przeciek wewnętrzny, zwiększa się ogólny wyciek. Wybierając pompę, najlepiej jest zapoznać się ze specyfikacjami odpowiedniego zaworu.
Po trzecie, redukcja wibracji i hałasu. Pompa wibruje podczas pracy. Jeśli zostanie przymocowany bezpośrednio do plastikowej obudowy, hałas zostanie wzmocniony. W celu zmniejszenia wibracji zwykle stosuje się gumowe mocowania lub tuleje silikonowe. Ten szczegół wydaje się niewielki, ale ma duży wpływ na doświadczenie użytkownika.
Po czwarte, filtracja i ochrona przed kurzem. Jeśli wlot pompy zasysa pył, ma to wpływ na żywotność i przepływ. Dodaj warstwę pianki filtracyjnej na wlocie lub zaprojektuj filtr wymienny.
Po piąte, kompatybilność elektromagnetyczna. Pompa jest obciążeniem indukcyjnym. Kiedy się uruchamia i zatrzymuje, generuje zwrotne pole elektromagnetyczne, które może zakłócać działanie czujników. Projekt obwodu powinien uwzględniać diodę flyback i kondensator filtrujący.
Najczęstsze błędy w wyborze
Widziałem wiele projektów skupiających się wyłącznie na cenie podczas selekcji, a po masowej produkcji odkryłem nadmierne wycieki. Widziałem także, jak inżynierowie zwracali uwagę tylko na maksymalne ciśnienie i ignorowali przepływ, co skutkowało długimi czasami napełniania. Inni traktują warunki testu żywotności pompy jako rzeczywiste warunki pracy, a produkt wykazuje słabą wydajność pompy po sześciu miesiącach. Główną przyczyną tych problemów jest niedopasowanie arkusza danych do rzeczywistej aplikacji.
Innym częstym błędem jest ignorowanie wpływu temperatury. W niskich temperaturach wzrasta moment rozruchowy pompy. Jeśli napięcie akumulatora jest niewystarczające, uruchomienie może być trudne. W wysokich temperaturach części gumowe starzeją się szybciej i zwiększają się wycieki. Jeśli więc produkt będzie sprzedawany w różnych klimatach, zaleca się przeprowadzenie testów w wysokiej i niskiej temperaturze.
Praktyczne odniesienie:SC2717XPMDane techniczne
Weźmy na przykład SC2717XPM firmy SKOOCOM. Jego specyfikacje są dość reprezentatywne dla zastosowań w monitorach ciśnienia krwi. Oferuje opcje prądu stałego 6 V, 12 V i 24 V. Czas napełniania od 0 do 300 mmHg w butli o pojemności 500 cm3 wynosi mniej niż 10 sekund. Wyciek jest mniejszy niż 3 mmHg/min. Przepływ jest większy niż 1,8 l/min. Ciśnienie jest większe niż 68 kPa. Hałas jest mniejszy niż 60 dB w odległości 30 cm. Żywotność testowano przy 80 000 cykli (10 s włączenia, 2 s wyłączenia, 5 s wydechu). Dane te obejmują podstawowe wymagania domowego ciśnieniomierza. Jego środowisko pracy wynosi 0–50 stopni, 75% wilgotności względnej i jest odpowiednie dla większości scenariuszy wewnętrznych. Jeśli projektujesz ciśnieniomierz, monitor pacjenta NIBP lub pneumatyczne urządzenie do masażu, model ten może służyć jako punkt wyjścia do wyboru, a następnie zostać dostosowany w oparciu o objętość mankietu i zasilanie.
Zalecenia dotyczące pozyskiwania i walidacji
Po otrzymaniu próbek nie należy ich po prostu włączać. Polecam następujące testy:
Użyj rzeczywistego mankietu, aby sprawdzić czas napełniania. Zapisz sekundy od uruchomienia do 300 mmHg.
Napompuj do 300 mmHg, zamknij zawór, pozostaw na minutę i zapisz spadek ciśnienia.
Zmierz hałas w odległości 30 cm zarówno w cichym pomieszczeniu, jak i w-głum otoczeniu.
Wykonaj 1000 ciągłych cykli i obserwuj spadek przepływu i ciśnienia.
Przetestuj uruchomienie i wyciek w temperaturze 0 stopni i 50 stopni.
Sprawdź interakcję pompy i zaworu, aby upewnić się, że nie ma wewnętrznego wycieku.
Jeśli te testy przejdą pomyślnie, rozważ masową produkcję. W przypadku projektów OEM poproś dostawcę o dane dotyczące spójności partii, aby uniknąć różnic w wydajności pomiędzy partiami.
Często zadawane pytania
P: Jaki stopień wycieku jest akceptowalny w przypadku pompy powietrza?
Odp.: W przypadku ciśnieniomierzy zwykle wymagane jest mniej niż 3 mmHg/min z 300 mmHg w butli o pojemności 500 cm3. Jednak ogólny wyciek z systemu obejmuje również zawór i rurkę, dlatego produkt końcowy powinien zostać przetestowany jako całość.
P: Czy pompa 6 V może działać przy zasilaniu 12 V?
O: Nie, nie bezpośrednio. Nadmierne napięcie skróci jego żywotność lub spali go. Musi odpowiadać napięciu znamionowemu.
P: Co mogę zrobić, jeśli pompa pracuje zbyt głośno?
O: Możesz dodać mocowania-tłumiące wibracje, użyć elastycznych rurek i zoptymalizować konstrukcję wlotu. Jeśli to nie wystarczy, przejdź na model o niższym-szumu.
P: Czy 80 000 cykli wystarczy?
Odp.: Jeśli urządzenie jest używane pięć razy dziennie, czyli około 1825 razy w roku. 80000 cykli, co odpowiada ponad 40 latom. Ale dzieje się to w określonych warunkach testowych. Jeśli pompa pracuje nieprzerwanie podczas rzeczywistego użytkowania, żywotność będzie krótsza.
P: Czy pompa wymaga regularnej konserwacji?
O: Zwykle nie. Należy jednak okresowo wymieniać lub czyścić piankę filtra wlotowego, aby zapobiec zatykaniu się kurzu.
Wniosek
Wybór pompy powietrza do ciśnieniomierza polega zasadniczo na zrównoważeniu prędkości inflacji, wycieków, hałasu, żywotności i kosztów. Żadna pojedyncza pompa nie zapewnia wszystkiego najlepiej, ale możesz-pójść na kompromis w zależności od pozycjonowania produktu. Jeśli budujesz przenośny ciśnieniomierz, bardziej odpowiednia może być wersja o niskim-zasilaniu 6 V. W przypadku domowego urządzenia stacjonarnego wersja 12 V jest bardziej wytrzymała. W przypadku urządzeń przemysłowych należy rozważyć napięcie 24 V. Niezależnie od tego, który wybierzesz, potwierdź go rzeczywistym mankietem. Nie polegaj wyłącznie na arkuszu danych. Mam nadzieję, że te uwagi pomogą Państwu uniknąć niepotrzebnych objazdów. Jeśli jesteś na etapie selekcji, skontaktuj się z nami w celu uzyskania próbek i wsparcia testowego.