專利名稱：具有可變負載控制功能的制氧機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有可變負載控制功能的保健供氧裝置。
背景技術(shù)：
氧氣是人們生活的必須品，長期以來國際醫(yī)療領(lǐng)域的供氧方式主要有液態(tài)氧和高 壓氧兩種，近年來由于變壓吸附PSA技術(shù)的飛速發(fā)展，為這一領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機遇。小 型醫(yī)療保健氧氣機已走進了人們的日常生活。它只需接通電源，瞬時即可從空氣中分離出 無塵、無菌的氧氣，供氧方式獨特，具有液態(tài)氧和高壓氧難以比擬的優(yōu)勢如流量可調(diào)、操作 方便、制氧成本低、使用安全可靠等。從應(yīng)用角度看，一般家用小型制氧機的出氧流量為1 5升/分鐘，出氧濃度為 90%左右，額定功率為480W左右。在使用時一般情況下出氧量調(diào)節(jié)到3升/分鐘時可滿足 大部分使用者的要求，常規(guī)的制氧機無論是采用壓力控制方式還是時間控制方式，當(dāng)改變 出氧流量時控制周期都是固定的，控制周期一定的情況下，制氧機內(nèi)部壓縮機的最高壓力 就是一定的，制氧機的消耗功率主要為壓縮機，壓縮機的輸出功率隨著輸出壓力的增加而 加大，所以當(dāng)制氧機的控制周期不變時，壓縮機的輸出功率是一定的。這樣當(dāng)制氧機用氧量 小于它的額定值時制氧機消耗的功率也是不變的，這樣就造成了能量的浪費。

實用新型內(nèi)容為了克服制氧機控制周期固定所帶來能量浪費的不足，本新型提供一種具有可變 負載控制功能的制氧機。為實現(xiàn)發(fā)明的目的，技術(shù)解決方案如下本新型主要由小型無油空氣壓縮機、過濾器、第1 第2氮氧分離裝置、儲氧罐、控 制單元及控制閥組成；空氣源通過過濾器、小型無油空氣壓縮機送至控制閥，第1 第2氮 氧分離裝置一端通過控制閥與小型無油空氣壓縮機連接，另一端至儲氧罐，儲氧罐輸出端 經(jīng)減壓閥、流量計至用戶端；各氮氧分離裝置分離出的氮氣接至排氣消音裝置，控制單元內(nèi) 設(shè)有壓力傳感器，該壓力傳感器的氣源端和儲氧罐相接，其輸出的信號通過微處理器接至 控制閥，所述第1 第2氮氧分離裝置為兩個分子篩罐交替工作連接結(jié)構(gòu)，兩個分子篩罐分 別接控制閥，通過改變控制閥的轉(zhuǎn)換周期，實現(xiàn)第1 第2氮氧分離裝置在切換壓力Pl下 交替工作。所述小型無油空氣壓縮機采用ZW400。所述壓力傳感器采用RGIU30。所說的控制單元包括電源部分和與其連接的控制部分，其控制部分由數(shù)據(jù)采集模 塊、CPU控制模塊及閥門驅(qū)動模塊構(gòu)成；CPU控制模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊中壓力傳感器采集 的壓力信號，經(jīng)處理輸出至閥門驅(qū)動模塊，其輸出電信號通過第1、第2電磁閥至控制閥，由 該控制閥控制第1 第2氮氧分離裝置工作。CPU控制模塊中微處理器采用STM8S。[0011]所說切換壓力Pl為兩相對高低的切換壓力值。Pl取值為相對高低的高壓力設(shè)置范圍為1. 5 2. 2公斤；Pl的低壓力設(shè)置范圍為 1. 0 1. 9公斤，高壓力值與低壓力值的差值為0. 1公斤以上。實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.本實用新型采用進口壓力傳感器。具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、響應(yīng)時間快、壽命 長等特點，并體積小，安裝方便。2.本實用新型具有實時監(jiān)測制氧機內(nèi)部氧氣壓力的功能。主要是采用壓力控制方 式，即通過壓力來判斷輸出氧氣的流量，當(dāng)輸出氧氣的流量低于設(shè)定范圍時，本裝置可自動 改變控制閥的切換周期，從而改變壓縮機的輸出壓力，進而降低制氧機的功率消耗。3.本實用新型具有廣泛的應(yīng)用前景。可以應(yīng)用于醫(yī)院，還可以作為家庭保健器具。

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1控制單元與儲氧罐、控制閥及第1 第2氮氧分離裝置的連接方框圖；圖3為圖2控制單元中電源部分電路原理圖；圖4為圖2CPU控制模塊工作原理圖；圖5為圖2數(shù)據(jù)采集模塊工作原理圖；圖6為圖2閥門驅(qū)動模塊工作原理圖；圖7為本新型壓力檢測程序工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。見圖1所示，該制氧機由過濾器、小型無油空壓機、散熱器、消音裝置、控制閥、第 1 第2氮氧分離裝置、儲氧罐、控制單元、減壓閥及流量計組成?？諝庠赐ㄟ^過濾器、小型 無油空壓機、散熱器接至控制閥，所述第1 第2氮氧分離裝置一端接控制閥，另一端至儲 氧罐，儲氧罐輸出端經(jīng)減壓閥、流量計至用戶端；控制單元分別連接控制閥和儲氧罐，其內(nèi) 設(shè)有壓力傳感器JP8該壓力傳感器JP8的氣源端與儲氧罐連接，該壓力傳感器采用RGIU30， 從氮氧分離裝置分離出的氮氣至消音裝置；本實施例控制閥采用先導(dǎo)式氣動控制閥1，控 制單元中閥門驅(qū)動模塊輸出的電信號分別通過第1、第2電磁閥接至控制閥，其輸出的信號 控制第1、第2電磁閥的工作狀態(tài)，從而改變控制閥的轉(zhuǎn)換周期，因切換周期長短影響到壓 縮機的輸出壓力；所述氮氧分離裝置為兩個分子篩罐交替工作連接結(jié)構(gòu)，兩個分子篩罐分 別接控制閥，即當(dāng)一個氮氧分離裝置為進氣狀態(tài)時，另一個氮氧分離裝置為排氣狀態(tài)，實現(xiàn) 兩分離裝置在切換壓力Pl下交替工作。切換壓力Pl為兩相對高低的切換壓力值，Pl取值 為相對高低的高壓力設(shè)置范圍為1. 5 2. 2公斤；Pl的低壓力設(shè)置范圍為1. 0 1. 9公斤， 高壓力值與低壓力值的差值為0. 1公斤以上。所述分子篩采用市購5A型產(chǎn)品。所述第1、第2氮氧分離裝置主要由封頭、篩板、分子篩及罐體組成，其工作原理 是來自壓縮機的空氣經(jīng)過各氮氧分離裝置，在所述罐體形成一定的壓力，分子篩吸附空氣 中的氮氣，分離出氧氣至儲氧罐。所述儲氧罐包括封頭、罐體、氣源接口、單向閥、卡簧及密封圈；儲氧罐功能是將來自氮氧分離裝置的氧氣通過單向閥進入罐體儲存，通過氣源接口向位于控制單元內(nèi)的壓 力傳感器JP8提供氣源。所述消音裝置主要由消音器芯管、過濾棉、消音器筒體組成，氣體通過消音器芯管 進入此裝置后經(jīng)過濾棉降低噪音，氣體通過消音器筒體上的小孔排到外部。見圖2、圖3所示，所說的控制單元包括電源部分和與其連接的控制部分，其控制 部分由數(shù)據(jù)采集模塊、CPU控制模塊及閥門驅(qū)動模塊構(gòu)成；CPU控制模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊 中壓力傳感器JP8采集的壓力信號，經(jīng)處理輸出至閥門驅(qū)動模塊，其輸出電信號通過第1、 第2電磁閥至控制閥1，該控制閥輸出分別控制第1 第2氮氧分離裝置。電源部分主要由220V交流電輸入端JP2，變壓器輸入端JP3，變壓器輸出端JP7，第 1整流橋D3、D4、D5、D9，第2整流橋D6、D7、D8、D10，三端穩(wěn)壓器VRl和信號傳輸端JP6組 成。第1整流橋D3、D4、D5、D9，第2整流橋D6、D7、D8、DlO以及三端穩(wěn)壓器VRl構(gòu)成 兩路電源220V交流電經(jīng)過輸入端JP2連接至變壓器輸入端JP3，經(jīng)過變壓器降壓后的交流 電通過變壓器輸出端JP7的1、2腳接至第1整流橋D3、D4、D5、D9中D3和D4，D5和D9之 間，通過D3和D4輸出直流12V電壓，作為第1、2繼電器ΚΙ、K2的電源，經(jīng)信號傳輸端JP6 輸出供氣動控制閥驅(qū)動使用。變壓器輸出端JP7的3、4腳接至第2整流橋D6、D7、D8、D1中 D6和D8的2腳，通過D6的1腳和D7的2腳輸出直流電，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器VRl穩(wěn)壓后輸出 另一路電源VCC +5V，經(jīng)信號傳輸端JP6輸出，以供數(shù)據(jù)采集模塊、CPU控制模塊及閥門驅(qū)動 模塊需要。信號通過信號傳輸端JP6傳遞到第1繼電器Kl的5腳來控制小型無油壓縮機輸 入端JP4和風(fēng)扇輸入端JP5與220V火線的通斷以達到控制制氧機是否運行的目的。若制氧機無220V的輸入，且電源開關(guān)JPl閉合，電池BTl經(jīng)過第2繼電器K2供電 給蜂鳴器LS1，形成斷電報警。控制部分見圖5所示，數(shù)據(jù)采集模塊它主要由第1 第5運算放大器TOA、TOB、TOA、U7A、 U7B,比較器U10A，模擬開關(guān)U8，第1、第2氧濃度傳感器接口 JPl 1、JP13和壓力傳感器JP8 構(gòu)成。由壓力傳感器JP8采集到的壓力信號經(jīng)過第1 第3運算放大器U5A、U5B, U6A、 將信號放大后輸入到微處理器U9的20腳。溫度傳感器通過第2氧濃度傳感器接口 JP13將溫度信號發(fā)送到微處理器U9的48 腳。微處理器U9發(fā)射出的高頻信號經(jīng)模擬開關(guān)U8進入氧濃度傳感器，氧濃度傳感器 產(chǎn)生的信號經(jīng)第1、第2氧濃度傳感器接口 JP11、JP13進入到模擬開關(guān)U8后，由模擬開關(guān) U8的13腳輸出到第4運算放大器U7A和第5運算放大器U7B進行放大，再經(jīng)比較器UlOA 整型后進入微處理器U9的37腳。見圖4所示，CPU控制模塊它是整個電路板的核心部分，主要由微處理器U9構(gòu) 成，并設(shè)有液晶顯示器和指示燈接口 JP14、電源接口 JP16、鍵盤接口 JP17、信號傳輸接口 JP10、JP12和JP15。微處理器通過第41腳發(fā)射高頻信號，由第20、37腳分別采集到壓力、 氧氣濃度的模擬信號后進行處理，驅(qū)動蜂鳴器LS2，微處理器U9還對鍵盤接口 JP17進行定 時掃描，通過接口 JP14驅(qū)動液晶顯示器和指示燈，還可以通過接口 JP10、JP12和JP15與外部設(shè)備進行信號傳輸，接口 JP16與電源部分接口 JP6相接。見圖6所示，閥門驅(qū)動模塊根據(jù)CPU微處理器的控制信號決定氣動控制閥1的通 斷，它主要由第1、第2開關(guān)三極管Q1、Q2，第1、第2光電隔離器U1、U2以及第1、第2發(fā)光 二極管DS1、DS2，先導(dǎo)控制閥接口 JP9組成；其中第1、第2三極管Q1、Q2為第1、第2開關(guān)， 其基極分別通過第1、第2光電隔離器Ul、U2與微處理器U9的29、28腳相連，由這2個管 腳電平的高低決定第1、第2開關(guān)三極管Q1、Q2狀態(tài)，從而控制第1電磁閥和第2電磁閥的 帶電狀態(tài)，達到最終控制氣動控制閥的目的。由第3開關(guān)三極管Q3，第3光電隔離器U3，第3發(fā)光二極管DS3構(gòu)成的斷電控制 電路主要是控制電源通斷，其第3開關(guān)三極管Q3基極通過第3光電隔離器U3與微處理器 的26腳相連，以達到控制制氧機是否運行的目的。所述微處理器U9采用STM8S，所述有開關(guān)三極管均采用8050，光電隔離器均采用 TP521-1，運算放大器均采用LM358，模擬開關(guān)采用CD4052，比較器采用LM393。所述壓力傳感器采用RAMPAK公司的RGIU30型傳感器，該傳感器檢測精度較高、重 復(fù)性好、響應(yīng)時間快、壽命長，比較適于制氧機的使用；小型無油空氣壓縮機采用ZW400?？勺冐撦d控制功能原理當(dāng)用戶調(diào)節(jié)制氧機輸出的氧氣流量時，控制單元內(nèi)壓力 傳感器可以檢測到儲氧罐內(nèi)壓力變化情況，進而通過控制單元控制控制閥的切換周期，切 換周期長短影響到壓縮機的輸出壓力，壓力的改變影響到壓縮機的消耗功率。如當(dāng)氧氣輸 出流量減小時，檢測到的壓力升高，通過控制單元的計算使控制閥的切換周期變短，然后壓 縮機的輸出壓力變低，即壓縮機的消耗功率減小。此功能主要由軟件來實現(xiàn)見圖7所示，壓力檢測實現(xiàn)步驟當(dāng)用戶使用氧氣時，程序開始對變量P2、P3、 Pminl、切換壓力Pl初始化，Pl為設(shè)置的相對高低切換壓力值，即有高、低兩固定值。通過壓 力傳感器JP8對氧氣罐內(nèi)壓力信號進行采集，并對其放大后，并通過微處理器U9中A/D模 擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行計算得出壓力參數(shù)值P，并與Pminl值相比較，取較小值賦予Pminl。 然后判斷采集壓力信號P是否大于切換壓力Pl ；當(dāng)Y時，取出此次切換周期中最小的壓力 值并賦予Pmin，同時此次切換周期中最高壓力值Pl賦予中間變量Pminl，以便在下個切換 周期中繼續(xù)比較得出最小壓力值。接下來判斷Pl是否等于高壓力值，當(dāng)制氧機工作于正常功耗且Pmin大于更改切 換壓力設(shè)定值P2時，低壓力值賦予P1，降低了切換壓力P1，從而控制閥切換周期縮短，使壓 縮機輸出功率降低，達到降低能耗的目的。當(dāng)制氧機工作于低功耗且Pmin小于更改切換壓 力設(shè)定值P3時，升高切換壓力P1，即將高壓力值賦予P1，使制氧機恢復(fù)到正常功耗狀態(tài)。這時判斷第1電磁閥是否為開啟狀態(tài)，當(dāng)控制閥的第1電磁閥開啟時第1氧氮分 離裝置充氣，當(dāng)采集儲氧罐壓力P大于切換壓力Pl時第1電磁閥關(guān)閉，第2電磁閥開啟；否 則控制閥的第2電磁閥開啟時第2氧氮分離裝置充氣，當(dāng)其儲氧罐壓力P大于切換壓力Pl 時第2電磁閥關(guān)閉，第1電磁閥開啟，從而實現(xiàn)兩分離裝置在切換壓力Pl下交替工作。當(dāng)用戶關(guān)閉制氧機，控制單元斷電，即CPU停止工作。
權(quán)利要求具有可變負載控制功能的制氧機，它主要由小型無油空氣壓縮機、過濾器、第1～第2氮氧分離裝置、儲氧罐、控制單元及控制閥(1)組成；空氣源通過過濾器、小型無油空氣壓縮機送至控制閥(1)，第1～第2氮氧分離裝置一端通過控制閥與小型無油空氣壓縮機連接，另一端接至儲氧罐，儲氧罐輸出端經(jīng)減壓閥、流量計至用戶端；各氮氧分離裝置分離出的氮氣接至排氣消音裝置，其特征在于控制單元內(nèi)設(shè)有壓力傳感器(JP8)，該壓力傳感器的氣源端和儲氧罐相接，其輸出的信號通過微處理器(U9)接至控制閥(1)，所述第1～第2氮氧分離裝置為兩個分子篩罐交替工作連接結(jié)構(gòu)，兩個分子篩罐分別接控制閥，通過改變控制閥(1)的轉(zhuǎn)換周期，實現(xiàn)第1～第2氮氧分離裝置在切換壓力P1下交替工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有可變負載控制功能的制氧機，其特征在于所述小型無油 空氣壓縮機采用ZW400。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可變負載控制功能的制氧機，其特征在于所述壓力傳 感器(JP8)采用RGIU30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有可變負載控制功能的制氧機，其特征在于所說 的控制單元包括電源部分和與其連接的控制部分，其控制部分由數(shù)據(jù)采集模塊、CPU控制模 塊及閥門驅(qū)動模塊構(gòu)成；CPU控制模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊壓力傳感器(JP8)采集的壓力信 號，經(jīng)處理后輸出至閥門驅(qū)動模塊，其輸出電信號通過第1、第2電磁閥至控制閥(1)，由該 控制閥控制第1 第2氮氧分離裝置工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有可變負載控制功能的制氧機，其特征在于CPU控制模塊 中微處理器(U9)采用STM8S。
專利摘要本新型新型公開一種具有可變負載控制功能的制氧機，它主要由小型無油空氣壓縮機、過濾器、第1～第2氮氧分離裝置、儲氧罐、控制單元及控制閥組成；空氣源通過過濾器、小型無油空氣壓縮機送至控制閥，所述第1～第2氮氧分離裝置一端通過控制閥與壓縮機連接，另一端至儲氧罐，儲氧罐輸出端經(jīng)減壓閥、流量計至用戶端；從第1～第2氮氧分離裝置分離出的氮氣接至排氣消音裝置；控制單元內(nèi)設(shè)有壓力傳感器并通過該壓力傳感器的氣源端和儲氧罐相接，其輸出的信號通過微處理器接至控制閥，所述各氮氧分離裝置為兩個分子篩罐交替工作連接結(jié)構(gòu)，兩個分子篩罐分別接控制閥，通過改變控制閥的轉(zhuǎn)換周期，從而改變壓縮機的輸出壓力，達到降低能量消耗的目的。
文檔編號C01B13/02GK201770475SQ20102025038
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者朱笑波, 邱笑, 黃春霞 申請人:沈陽昌泰醫(yī)療科技有限公司