一种具有臭氧消毒功能的体温表甩降器的研制

陈爱华，詹宁波，张 广

一种具有臭氧消毒功能的体温表甩降器的研制

陈爱华，詹宁波，张 广

目的：研制一种体温表甩降器，实现体温表的自动甩降和消毒。方法：根据水银体温表的临床使用特点，采用离心甩降复位和臭氧消毒相结合的方法设计甩降器。结果：该甩降器能够迅速将体温表内的水银柱甩降到最低点，操作简单方便，且自动消毒效果达到了国家标准。结论：该装置能够降低医务人员频繁手工甩降体温表和批量消毒的工作强度，提高了工作效率，适合医院门诊、急诊和各科室病房使用。

体温表；甩降；臭氧消毒

0 引言

患者就诊时，医护人员需常规测量患者的体温，以便及时准确地判断患者的病情。住院患者的体温更需常规多次测量。在体温测量中，应用最广泛的是水银体温表。该种体温表使用前必须经医护人员清洗、消毒，同时还必须将体温表的水银柱降至35℃以下方可使用。以往甩降体温表均以人工手持体温表末端用力频频甩动来实现。人工甩表的方法费时费力，尤其是在患者量较大的情况下，加重了医护人员的工作强度，降低了工作效率。一方面，易导致体温表无法准确甩降复位；另一方面，容易产生体温表的破损[1-2]。

目前，市场上涌现出了大量具有自动甩降功能的体温表甩降器。该种装置利用离心原理，使用离心机对体温计进行高速离心甩降，可在短时间内将体温表的水银柱甩降至初始位置。但是，由于目前绝大多数体温表没有臭氧消毒功能，在自动甩降后还需对体温表进行回收消毒，在医务人员工作强度较大的情况下，非常容易出现漏消毒以及消毒不完全的情况[3]。

本研究针对以上问题，研制了一种具有臭氧消毒功能的体温表甩降器，能够迅速将体温表内的水银柱甩降到最低点，操作简单方便，而且可以在自动甩表后对体温表进行自动臭氧消毒，无需人工集中回收洗消。本装置能够提高体温表的甩降和消毒效率，减轻医务人员的工作强度。

1 总体设计

本文研制的体温表甩降器的整体设计框图如图1所示。整个设备的功能结构可分为5大部分，包括人机界面、系统控制器、自动甩表机构、自动消毒机构和电源管理模块，分别实现系统人机交互、电动机和消毒机构控制驱动、体温表甩降、自动消毒和电源管理功能。

图1 系统整体设计框图

整机结构可分为上、中、下3层，如图2（a）所示。上层为控制层，安装系统控制器和臭氧发生器；中层为甩降消毒层，使用离心旋架锁紧体温表试管，通过臭氧进气口对试管内的体温表进行消毒处理；下层为驱动层，安装步进电动机与离心电动机，利用步进电动机支撑离心电动机的升降，以分别完成对甩降消毒层的密封和对旋转轴的释放。甩降消毒层的旋转支架共有6个试管固定架，每个试管最多可放置8支体温表，整机一次可进行48支体温表的甩降消毒。离心旋转支架结构如图2（b）所示。

2 工作原理

该设备为医院体温表甩降复位与消毒装置，既可以将医用体温表进行快速的机械甩降复位，又可以在复位之后自动进行相应的消毒操作。

2.1 甩降复位

该设备采用离心结构使体温计进行归零。离心旋转架上共有6个试管插孔，可以插放医用试管，然后在试管内放入6～8支体温表。设备工作时，由安装在旋转架下方的离心电动机旋转带动旋转架转动，转速达到1 350 r/min，可以在3 s内将体温表从42℃甩降至35℃以下。

2.2 臭氧消毒

该设备的消毒机构采用非接触式的臭氧消毒方式消毒。臭氧消毒为溶菌级方法，消毒彻底、无残留，消毒广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。另外，臭氧对霉菌也有极强的杀灭作用。臭氧由于稳定性差，很快会自行分解为氧气或单个氧原子，而单个氧原子能自行结合成氧分子，不存在任何有毒残留物，所以，臭氧是一种无污染的消毒剂。且臭氧为气体，能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角。而传统的灭菌消毒方法，无论是紫外线，还是化学熏蒸法，都有不彻底、有死角、工作量大、有残留污染或有异味等缺点，并有可能损害人体健康。因此，该设备在消毒机构中采用臭氧消毒方式。

在医用器皿消毒中，臭氧体积分数应该达到20× 10-6，每立方米每小时产生的臭氧量为50～ 100mg，消毒时间为60 min（YY 0215.2—1995《臭氧消毒柜安全、消毒效果通用技术条件》）。

本设备中的消毒空间为0.4m×0.35m× 0.35 m=0.049 m3≈0.05 m3，臭氧产量为50 mg/h，即每立方米每小时产生的臭氧量为1000mg，可以满足消毒需要。

2.3 工作模式

该系统共有3种工作模式：甩降模式、消毒模式、全模式。甩降模式下，系统只甩降不消毒；消毒模式下，系统只消毒不甩降；全模式下，系统完成甩降和消毒全部工作。

整个系统的工作方式为：将体温表放入试管并关闭密封舱门后，医护人员通过人机界面设定甩降模式，并监测甩降和消毒时间。系统控制器驱动离心电动机以1 350 r/min的转速完成离心甩降。在完成甩降任务后，步进电动机转动，带动丝杠将离心电动机向上托起，使2个O型密封圈接触并压紧，以阻隔臭氧进入电动机室损伤电动机。在步进电动机密闭完成后，系统控制器驱动臭氧发生器进行臭氧消毒。

3 硬件设计

3.1 硬件整体设计

该设备以C8051F340单片机作为控制核心，驱动液晶触摸屏、离心电动机、步进电动机驱动器和臭氧发生器进行全自动化的甩降消毒操作。设备硬件设计框图如图3所示。C8051F340单片机是一款完全集成的混合信号片上系统型单片机，采用CIP-51微控制器内核，最大系统时钟频率可达24MHz。C8051F340单片机有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、2个具有扩展波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、多达4 352字节的内部RAM、128字节的特殊功能寄存器（SFR）及多达40个I/O引脚，可完全满足该系统的控制设计要求。

图3 硬件设计框图

3.2 人机交互模块

人机交互模块采用4.3 in（1 in=25.4mm）480× 272点阵的迪文液晶触摸屏。迪文液晶屏可采用串口通信方式工作，大大地节省了单片机的输入输出资源，控制方法简单，工作性能可靠，采用触摸屏漂移补偿技术，抗干扰能力强[4]。本研究应用此液晶触摸屏设计的人机交互界面如图4所示。

图4 人机交互界面

3.3 步进电动机驱动器

步进电动机驱动采用M542步进电动机驱动器。该驱动器采用平均电流控制，两相正弦电流驱动输出，可驱动两相和四相步进电动机，具有过压、欠压、过流、相间短路保护功能，控制接口简单，操作方便，可靠性强[5]。M542步进电动机驱动器及其输入控制电路如图5所示。

图5 M 542步进电动机驱动器及其输入控制电路

3.4 离心电动机

离心电动机采用40W、220V高转速（1350 r/min）交流电动机。交流电动机故障率低，维护成本低，结构简单，供电电源方便[6]。该装备使用的离心电动机如图6所示。

3.5 滚珠螺母机构

该装备采用步进电动机带动滚珠螺母机构运行来控制旋转平台的上升与下降，如图7所示。滚珠螺母是一种新型螺旋传动机构，螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件——滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠、螺母、滚珠和反向器等4部分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。滚珠螺母主要用来将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动。

图6 US-52交流电动机

图7 滚珠螺母

3.6 臭氧发生器

该设备中臭氧的产生是采用一台一体化臭氧发生器，其优势在于：结构紧凑，设计合理，统配性强；工作噪声低，温升小，气泵出气量稳定，臭氧发生效率高。该臭氧发生器采用气隙放电生成臭氧技术，由臭氧发生电路和臭氧管及硅胶泵集成一体化，工作稳定。通电后，从排气口出来具有一定压力的臭氧化气体。该设备使用的臭氧发生器如图8所示，其臭氧产生方式为管状放电，臭氧产量为50mg/h，体积小、质量轻，可完全满足装备的臭氧消毒要求。

图8 臭氧发生器

4 软件设计

该设备的软件控制流程如图9所示。首先，系统启动之后进行初始化工作，包括端口初始化、定时器初始化、串口初始化和变量初始化。在初始化完成之后进行模式选择，系统辨识“甩降模式”、“消毒模式”和“全模式”3种模式中哪一种模式按键被按下。在系统完成模式按键辨识后，即启动相应模式进行工作。进入甩降模式后，即进行离心甩降，15 s内即可完成甩降工作；进入消毒模式后，启动臭氧发生器消毒1 h；进入全模式后，先进行15 s甩降，再进行1 h消毒。

图9 软件控制流程图

5 结果与结论

在多次测试使用中，甩降效率非常高，大约3 s内一次性完成48支体温表的甩降复位，且每支体温表的水银柱均有效降低至35℃以下。但在甩降过程中，由于机箱为不锈钢材料制作，电动机转速较快，操作时噪声较大。

在消毒方面，本文研制的体温表甩降器经60min的臭氧消毒后，48支体温表均达到YY 0215.2—1995《臭氧消毒柜安全、消毒效果通用技术条件》要求的消毒标准。如果对消毒水平有特殊要求，可使用消毒模式增加消毒时间，进一步对温度表进行消毒。

该甩表设备集合了普通甩表功能和消毒功能，在使用过程中，大大减轻了工作人员的劳动强度，并且节约了工作时间，达到了预期的效果，适用于医院门诊、急诊、各科室病房。

[1] 宋书华，稽晓宇.体温表甩降器表筒两种消毒频次效果比较[J].基层医学论坛，2008（24）：703-704.

[2] 郝秋莲，宋林萍.用体温表甩降器溶解哌拉西林钠[J].护理研究，2005（19）：1 774.

[3] 赵晓辰，张永寿.体温表自动计量检测消毒装置的研制[J].中国医学装备，2012，8（9）：26-28.

[4] 姚建真.迪文DGUS与Modbus协议的基本应用[J].电子技术应用，2013（1）：8-9.

[5] 郭常有，魏鸿磊，陈浩.步进电机驱动机械手的控制系统设计[J].机电工程技术，2011（6）：18-19.

[6] 吴欢，曾迪，荣宏.闭式循环水系统中离心电机过载现象分析及对策[J].湖南大学学报：自然科学版，1998（S1）：77-80.

（收稿：2013-10-22 修回：2014-03-12）

Development of thermometer thrown-down device with ozonedisinfection function

CHEN Ai-hua,ZHAN Ning-bo,ZHANG Guang
(Center for Procurement Management,the 302nd Hospital of the PLA,Beijing 100039,China)

Objective To develop a thermometer thrown-down device for its automatic restoration and disinfection. Methods The device involved in the thrown-down restoration by the centrifuge and ozonedisinfection,with the clinical application of the mercury thermometer.Results The device could made the thermometer restored rapidly with easy operation,and could alsomeet the national disinfection standard.Conclusion The device can eliminate the defects due to manual operation for thermometer restoration and massive disinfection,and thus can be applied in the departments of outpatient,emergency treatment and etc.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：22-25]

thermometer;thrown-down;ozone disinfection

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）08-0022-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.022

陈爱华（1970—），女，高级工程师，主要从事生物医疗临床检测技术与装备方面的研究工作，E-mail：272217381@qq.com。

100039北京，解放军302医院采购管理中心（陈爱华，詹宁波，张 广）