Par Bryce Beamer
La détection pneumatique est une technologie essentielle qui permet d’assurer un contrôle et une surveillance précis pour diverses applications médicales. Les équipements d’apnée du sommeil, les ventilateurs et même les lits pneumatiques utilisent différents types de capteurs de pression. Comprendre le fonctionnement de ces systèmes de capteurs et définir les performances requises pour une application - est la première étape pour naviguer dans la vaste gamme de capteurs pneumatiques disponibles. Cet article se penche sur les applications des différentes technologies de détection afin de fournir aux développeurs de produits les connaissances dont ils ont besoin pour rationaliser leur développement.
Quel est le fonctionnement des capteurs de pression ?
Le type de capteur de pression le plus courant pour la plupart des applications sont les jauges de contrainte piézorésistives, composées d’un semi-conducteur qui présente un changement de résistance électrique lorsqu’il est soumis à une contrainte mécanique. Quand vous appliquez une pression sur un diaphragme ou une membrane, la résistance électrique de la jauge de contrainte est modifiée. Le système transforme cette résistance en une mesure précise de la pression appliquée.
Les capteurs de pression piézorésistifs sont parfaits pour de nombreuses applications médicales compte tenu de leur petite taille, de leur variété de plages de détection et de leur faible consommation d’énergie. Bien que les quatre principaux types de capteurs piézorésistifs à jauge de contrainte partagent la même fonctionnalité mécanique de base, leurs configurations variées les rendent adaptés à différentes applications.
Capteurs de pression relative
Les capteurs de pression mesurent la pression du système (p1) par rapport à la pression atmosphérique ambiante (p2). La pression atmosphérique étant dynamique, les capteurs de pression sont la bonne solution pour les systèmes où la pression atmosphérique peut avoir un impact sur la pression du système, comme dans le cas d’une vessie souple. Des appareils tels que les sphygmomanomètres pour mesurer la pression sanguine, les machines à pression positive continue (CPAP), les manchons de compression pneumatique intermittente et les lits d’hôpitaux à pression pneumatique alternée utilisent couramment ces capteurs.
Capteurs de pression absolue
Les capteurs absolus mesurent la pression du système (p1) par rapport à une chambre de référence scellée sous vide (p2), ce qui les rend indépendants des conditions atmosphériques. Ces capteurs sont la solution idéale pour les applications qui requièrent des conditions de vide ou des mesures de pression absolue, telles que des procédures chirurgicales spécifiques.
Capteurs de pression différentielle
Les capteurs différentiels mesurent la différence de pression entre deux environnements distincts (p1 et p2). Les appareils BiPAP et les capteurs de pression des ventilateurs sont généralement des capteurs de pression différentielle. Le maintien d’une pression différentielle correcte est essentiel pour une assistance respiratoire efficace avec ces dispositifs.
Capteurs de jauge étanches
Les capteurs à jauge étanche mesurent la pression du système (p1) par rapport à une pression de référence fixe et scellée (p2). Contrairement aux capteurs absolus, les capteurs à jauge scellée ne sont pas référencés à un vide mais sont scellés à une pression prédéfinie. Ce type de mesure est utile dans les applications où l’on souhaite mesurer la pression par rapport à une pression standard qui n’est pas soumise à des changements environnementaux.
Illustrations par Studio KMD- Haute résolution et vectorielles disponibles.
Applications médicales des capteurs de débit
Les capteurs de débit d’air sont largement utilisés dans les dispositifs médicaux pour surveiller et contrôler le débit de gaz. Ces capteurs mesurent la vitesse ou le volume d’un gaz qui passe par un point spécifique pendant une période donnée. Comme les capteurs de pression, les capteurs de débit d’air utilisent différentes technologies de base pour répondre à diverses applications médicales et mesurer le débit volumétrique ou massique.
Débit volumétrique
Les capteurs de débit volumétrique mesurent le volume d’air qui passe à travers un point par unité de temps. Les turbines ou les capteurs de pression multiples sont deux méthodes standard qui permettent de déterminer le débit volumétrique.
Un capteur de débit volumétrique à turbine mesure la vitesse en rotation de la turbine dans un tuyau ou une conduite. En général, ces capteurs utilisent un transducteur optique ou magnétique pour détecter la vitesse de rotation de la turbine et la mettre en corrélation avec le débit volumétrique du système. Ces systèmes à turbine sont polyvalents, mais la rotation mécanique et la masse de la turbine introduisent une inertie ainsi que des problèmes potentiels d’usure et de durabilité qui sont des inconvénients importants qu’il convient de prendre en compte avant de les utiliser. Ces capteurs présentent également une résistance à l’écoulement de l’air qui peut entraîner des chutes de pression (de P1 à P2) dans le système pneumatique. Les détections précoces d’anomalies de la ventilation utilisent fréquemment des spiromètres à turbine.
Les capteurs de débit volumétrique basés sur la pression ou l’orifice fonctionnent différemment ; ils introduisent une restriction dans le flux d’air pour générer une différence de pression qui peut être mesurée et mise en corrélation avec le débit volumétrique. Lorsque l’air passe d’un système de pression à un autre à travers l’orifice (P1 à P3), la pression de l’air diminue à mesure que l’air accélère à travers l’orifice (P2). Les variations de pression sont généralement mesurées à l’aide de capteurs piézorésistifs différentiels ou absolus réglés pour une surveillance précise du débit. Ces systèmes ont tendance à comporter moins de pièces mécaniques pour une meilleure durabilité. Toutefois, la restriction du débit et la chute de pression peuvent les rendre inadaptés à certaines applications.
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Débit massique
Les capteurs de débit massique mesurent la masse de gaz passant par un point par unité de temps. La forme la plus simple de capteur de masse thermique est l’anémomètre à fil chaud. Il mesure la quantité de courant appliquée à un élément chauffant résistif pour maintenir une température constante dans une sonde. Lorsque l’air passe au-dessus de la sonde, il faut appliquer plus de courant pour maintenir la température. Cette configuration permet d’analyser le débit d’un gaz connu, mais ne permet pas de déterminer la direction du flux.
Les capteurs de débit massique thermique fonctionnent selon un principe similaire, mais mesurent le changement de température avant et après (T1 & T2) l’élément chauffant à un courant constant. Cette méthode permet d’obtenir un flux directionnel qui peut cibler une variété de débits. Ces capteurs sont avantageux dans les applications qui nécessitent un mélange précis de gaz, comme les systèmes d’administration d’anesthésiques.
Illustrations par Studio KMD- Haute résolution et vectorielles disponibles.
Parcours de développement
Les capteurs de débit et de pression sont indispensables dans le domaine médical, car ils fournissent les données critiques nécessaires au fonctionnement sûr et efficace de divers dispositifs médicaux. Que votre application exige un contrôle méticuleux du débit de gaz ou la capacité de résister à des conditions atmosphériques dynamiques, les technologies de capteurs disponibles offrent une gamme complète d’options pour répondre à ces besoins. En comprenant les mécanismes et les applications sous-jacents, les développeurs de produits sont mieux placés pour prendre des décisions éclairées, ce qui permet de rationaliser le processus de développement et, en fin de compte, de fournir des dispositifs médicaux plus efficaces, plus fiables et plus sûrs.
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