医用高压氧舱校准方法

/上海市计量测试技术研究院

0 引言

医用高压氧舱（简称高压氧舱）是用于高压氧疗法的专用医疗设备，按不同的介质加压，分为空气加压舱和纯氧加压舱两种。高压氧治疗方法是让患者在一个封闭的、压力大于大气压的高压舱内，吸收纯氧、治疗疾病的方法。高压氧舱的适用范围很广，临床主要用于厌氧菌感染、一氧化碳中毒、气栓病、减压病、缺血缺氧性脑病、脑外伤、脑血管疾病等的治疗。

鉴于目前计量领域没有标准的校准方法，本文通过对高压氧舱的结构及工作原理的分析，提出了高压氧舱的校准方法，并对校准结果进行了测量不确定度的分析。

1 高压氧舱的结构与工作原理

1.1 结构

高压氧舱的结构主要由氧舱舱体、供排氧系统、供排气系统、电气系统、空调系统、操控系统及安全系统等部分组成。供排氧系统包括过滤器、减压阀、截止阀、供氧管路、呼气装置；供排气系统包括空气压缩机、冷却器、气液分离器、储气罐、空气过滤器等。

1.2 工作原理

高压氧舱是通过向舱内输入高压氧或高压空气，使舱内形成一个高压环境（正常来说超过一个大气压的压力即为高压）。在进行高压氧治疗过程中须经过加压、稳压吸氧、减压三个阶段，通过向缺氧机体提供充足、有效的氧来增加组织中的氧储量，为病人进行吸氧治疗。

高压氧舱的工作原理（见图1）主要分为加减压原理和供排氧原理。空气源经空气压缩机压缩后进入冷却器进行冷却，然后利用气液分离器将液态悬浮杂物及杂质分离后，进入储气罐进行稳压，最后通过空气过滤器使空气质量达到标准。氧气源经过滤器过滤杂质后，通过一级减压阀到达氧气控制板。这两个过程中，气体流通时的压力、温度、噪声以及氧浓度都对病人治疗有较大的影响。

图1 高压氧舱工作原理

2 高压氧舱的主要参数技术指标

1）温度指标

一般空气压缩机出气口压缩空气温度要求在37 ℃以下，空气冷却器出气口压缩空气温度要求在37 ℃以下，舱内温度控制范围在18～26 ℃。

2）压力指标

一般递物筒锁定压力小于0.02 MPa，复位压力小于0.01 MPa，舱内满员且同时吸氧时供氧压力小于0.1 MPa，氧气源经减压后输入舱内的供氧压力控制范围为 0.4～0.7 MPa。

3）噪声指标

一般舱内供气时噪声小于65 dB(A)，舱内仅空调工作时的噪声小于60 dB(A)。

4）氧浓度指标

一般舱内氧浓度小于23%。

3 校准项目及方法

根据高压氧舱的主要参数（温度、压力、噪声和氧浓度）技术指标要求，依据GB/T 12130-2005《医用空气加压氧舱》的要求，选用合适的标准器及工作方法对高压氧舱进行校准。

3.1 环境条件

在校准过程中，应将温度控制在10～40℃，相对湿度控制在30%～80%，电压变化范围控制在额定电压的10%以内，且高压氧舱周围环境无腐蚀性气体、液体及无强电磁干扰。

3.2 外观检查

高压氧舱应有铭牌，标明制造厂名称、产品名称和型号、最高工作压力、满员治疗人数和舱室容积、出厂编号和出厂日期等。高压氧舱各插接件应连接可靠；各开关、按键功能应正常，有明显的文字和符号说明；显示部分字符应清晰完整。

3.3 温度校准

温度校准采用的标准装置由工业过程校准器和温度传感器等组成，标准器的测量范围：-80～100 ℃，误差小于±0.5 ℃。

校准点一般应选择高压氧舱温度适用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的温度点。校准点的位置应分布在高压氧舱工作室内的三个校准面上，校准点与工作室内壁的距离不小于各边长的1/10，遇风道时此距离可加大，但不能大于500 mm。温度校准点的布置原则为能够详细地描述整个工作室内的温度分布。当高压氧舱容积小于2 m3时，温度校准点为9个；当容积大于2 m3时，温度校准点为15个；当工作容积大于50 m3时，校准点可适当增加。

使用工业过程校准器配标准温度传感器，将标准温度传感器与舱内被校温度传感器放在同一位置，压力为定值，同时记录各温度在稳压时的数据。

3.4 压力校准

压力校准中标准装置由全自动压力校准器等组成，测量范围：0～4 MPa，误差小于±0.05%。

校准点一般应选择高压氧舱压力适用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的压力点。压力校准点的位置应放置在高压氧舱工作室内中心处。

使用全自动压力校准器，将校准器的管道与被校处的管道接口相连，记录各部分的压力值。

3.5 升降压速率校准

校准过程中使用的标准装置由全自动压力校准器、秒表等组成，测量范围：0～4 MPa，误差小于±0.05%。

校准点一般应选择高压氧舱压力适用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的压力点。压力校准点的位置应放置在高压氧舱工作室内中心处。

使用全自动压力校准器接标准器，放置在舱内，打开进气阀，使舱压由常压升至大于0.02 MPa，用秒表测出升压所需时间。打开进气阀，使舱压预置在0.2 MPa，关闭进气阀，打开排气阀，将舱压降至小于0.18 MPa，用秒表测出降压所需时间。通过公式计算出升降压速率。

式中：V——升降压速率；

p——测量压力；

p原——初始压力；

t——测量时间

3.6 噪声校准

噪声校准的标准装置由声级计等组成，测量范围：0～130 dB，误差小于±1.5 dB。

校准点一般应选择高压氧舱噪声适用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的噪声点。校准点的位置应均匀分布在活动床的头部位置或离高压氧舱地坪1 m高且距噪声源1 m远的测点上。

使用误差小于±1.5 dB的Ⅱ级声级计，校准单人高压氧舱时，声级计放置在活动床的头部位置；校准多人高压氧舱时，声级计放置在离高压氧舱地坪1 m高且距噪声源1 m远的测点上。

3.7 氧浓度校准

氧浓度校准的标准装置由测氧仪等组成，测量范围：0～30%VOL，误差不超过±0.5%。

校准点一般应选择高压氧舱氧浓度适用范围的下限、上限及中间点，也可根据用户需要选择实际常用的氧浓度点。校准点的位置应均匀分布在高压氧舱工作室内。

使用手持式测氧仪，把取样装置放在舱内，在舱压为最高工作压力时，供氧压力按规定设定，在校准中，记录测氧仪的示值。

4 测量不确定度评定

本文以校准NG160/390A型的高压氧舱为例进行测量不确定度评定。根据GB/T 12130-2005的要求，空气压缩机出气口温度小于37 ℃，递物筒锁定压力小于0.02 MPa，舱内供气时噪声小于65 dB(A)，舱内氧浓度小于23%。

4.1 不确定度来源分析

1）测量重复性引起的不确定度分量，可以通过多次独立重复性测量，采用A类方法评定。

2）由标准器不准引入的不确定度分量，按B类方法评定。

4.2 测量模型建立

高压氧舱、标准器校准过程都使用数显表，直接给出测量值。因此，测量模型为

F实=Fx

式中：F实——实际值；

Fx——测量表示值

4.3 标准不确定度评定

1）测量重复性引入的标准不确定度

对高压氧舱的各项参数进行重复测量，由测量重复性引入的标准不确定度u1和u2可采用A类评定方法进行评定。在环境温度20 ℃、相对湿度60%的校准条件下，对被校高压氧舱进行空气压缩机出气口温度、递物筒锁定压力、舱内供气时噪声和舱内氧浓度分别进行10次独立测量，测量结果如表1～4所示。

表1 空气压缩机出气口温度10次独立测量结果 单位：℃

表2 递物筒锁定压力10次独立测量结果 单位：MPa

表3 舱内供气时噪声10次独立测量结果 单位：dB(A)

表4 舱内氧浓度10次独立测量结果 单位：%

计算空气压缩机出气口温度10次独立测量结果的算术平均值为

取单次测量标准偏差作为标准不确定度，式中n=10：

其余各项10次独立测量结果的算术平均值（计算方法同上）见表5。

表5 其余各项的计算结果

2）由数显表测量误差引入的不确定度分量

校准过程中使用的标准器经过上一级量值传递检定合格，根据其技术参数进行不确定度评定。这里以温度为例，其他各项技术参数类同。

空气压缩机出气口温度示值误差引入的不确定度评定：

3）合成标准不确定度的评定（以温度为例）

分析考察不确定度分量u温1、u温11可知，各输入量之间均为独立，互不相关。因此，合成不确定度uc可采用方和根方法合成：

4）扩展不确定度的评定（以温度为例）

一般情况下取包含因子k=2，扩展不确定度为U=kuc，则可得到扩展不确定度：

U温=2×0.54 ℃=1.08 ℃

5）其余各项技术参数的结果见表6。

表6 其余各项技术参数的计算结果

5 结语

医用高压氧舱量值的稳定与否同病人的安危息息相关，因此，对其进行定期的校准十分必要。本文提出了对医用高压氧舱的性能参数技术指标进行校准的方法，同时给出了对不同参数技术指标的测量数据及不确定度评定。