作者：Bryce Beamer
气动传感是一项关键的使能技术，可确保对各种医疗应用进行精确控制和监测。睡眠呼吸暂停设备、呼吸机甚至充气床都使用了不同类型的压力传感器。了解这些传感器系统如何工作并定义应用所需的性能是驾驭一系列现有气动传感器的第一步。本文将深入探讨不同传感技术的应用，以便更好地为产品开发者提供提高开发效率所需的知识。
压力传感器如何工作？
适合大多数应用情形的最常见压力传感器类型是压阻式应变计，它由半导体组成，在受到机械应力时会展现电阻变化。当您向隔膜或薄膜施加压力时，它会改变应变计的电阻。系统将电阻转换为所施加压力的精确测量值。
压阻式压力传感器尺寸小、传感范围广且功耗要求低，非常适合许多医疗应用。尽管四种主要类型的压阻式应变计传感器有相同的核心机械功能，但配置不同使它们能适合不同的应用。
表压力传感器
表压力传感器测量相对于环境大气压力 (p2) 的系统压力 (p1)。由于大气压力是动态的，因此对于大气压力可能会影响系统压力的系统（例如在软囊中），表压力传感器是适宜的解决方案。用于测量血压的血压计、持续气道正压通气机 (CPAP)、间歇气动压迫臂套和气动交变压力病床等设备通常使用这些传感器。
绝对压力传感器
绝对压力传感器测量相对于真空密封参考室 (p2) 的系统压力 (p1)，使其不受大气状况的影响。这些传感器非常适合需要真空状况或绝对压力测量的应用，例如特定的外科手术。
差压式压力传感器
压差传感器测量两个明显不同环境（p1 和 p2）之间的压力差。BiPAP 机器和呼吸机压力传感器通常是差压式压力传感器。保持正确的压差对于通过这些设备提供有效的呼吸支持至关重要。
密封仪表传感器
密封压力传感器测量相对于固定密封参考压力 (p2) 的系统压力 (p1)。与绝对压力传感器不同，密封仪表传感器不参考真空，而是在预先确定的压力下密封。此类传感器对于您想要测量相对于标准压力且不受环境变化影响的压力的应用非常有用。
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流量传感器的医疗应用
空气流量传感器广泛用于医疗设备，用于监测和控制气体流量。这些传感器测量给定时间内流过特定点的气体的速度或容积。与压力传感器一样，空气流量传感器使用不同的核心使能技术来适应各种医疗应用，以测量容积或质量流量。
容积流量
容积流量传感器测量单位时间内通过某一点的空气量。涡轮机或多个压力传感器是用来确定容积流量的两种标准方法。
基于涡轮机的容积流量传感器测量涡轮机在管道或导管中的旋转速度。通常，这些传感器使用光学或磁性传感器来检测涡轮机的速度并将其与系统的容积流量相关联。这些基于涡轮机的系统用途广泛，但涡轮机的机械转动和质量会带来惯性以及潜在的磨损和耐用性挑战，这些都是在使用前应考虑的重要不足之处。这些传感器还会产生气流阻力，导致气动系统中压力下降（从 P1 到 P2）。通气异常的早期检测经常采用基于涡轮的肺活量计。
基于压力/孔口的容积流量传感器的工作方式不同；它们引入了气流限制，以产生可测量的压差并将其与容积流量相关联。当空气从一个压力系统通过孔口流向另一个压力系统（P1 到 P3）时，随着空气加速通过孔口 (P2)，气压会下降。压力变化通常使用压差或绝对压阻式传感器来测量，这些传感器经过调整以实现精确的流量监测。这些系统往往具有较少的机械部件，提高了耐用性。然而，流量限制和压力下降可能使其不适合某些应用。
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质量流量
质量流量传感器测量每单位时间通过某一点的气体质量。热质量传感器的最简单形式是热线风速计。它测量施加到电阻加热器以保持探头恒温的电流量。当空气经过探头时，必须施加更多电流来维持温度。这种配置能够分析已知气体的流动，但无法确定流动方向。
热式质量流量传感器的工作原理相似，但却是以恒定电流来测量加热元件前后的温度（T1 和 T2）变化。该方法提供了可以针对各种流速的定向流。这些传感器在需要精确气体混合物的应用情形具有优势，例如麻醉释放系统。
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发展历程
流量和压力传感器在医疗领域不可或缺，为各种医疗设备的安全有效运行提供所需的关键数据。无论您的应用需要对气流进行精细控制，还是需要能够承受动态大气状况，现有传感器技术都提供了一系列综合方案来满足这些需求。通过了解底层机制和应用，产品开发者可以更好地做出明智的决定，从而精简开发流程并最终提供更加高效、可靠和安全的医疗设备。
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