漸進(jìn)式泵作用力調(diào)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及隔膜泵領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及病人監(jiān)測(cè)、呼吸監(jiān)測(cè)、麻醉監(jiān)測(cè) 設(shè)備中，特別是監(jiān)測(cè)病人呼吸氣體成分的醫(yī)學(xué)通氣監(jiān)測(cè)和氣體分析儀中，當(dāng)做采樣泵使用 的隔膜泵。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔膜泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊及密封性好的優(yōu)點(diǎn)。因此，隔膜泵作為流體分析的采 樣泵廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備和生化分析。在醫(yī)學(xué)通氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，氣體測(cè)量模塊分析隔膜泵從 病人呼吸回路中采集的氣體，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人呼吸回路中氣體的組成成分以獲取病人的狀 態(tài)。目前，氣體測(cè)量模塊趨向于小型化并具有更好的穩(wěn)定性及更低的能耗。因此，對(duì)有關(guān)膜 泵的尺寸、壽命和能量損失的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
[0003] 檢測(cè)氣體的氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，例如感應(yīng)器，通常為精密元件，對(duì)降低測(cè)量準(zhǔn)度的振動(dòng) 干擾很敏感。在正常情況下，采樣泵是監(jiān)測(cè)模塊主要振動(dòng)來(lái)源，如此可能導(dǎo)致影響測(cè)量精度 的噪音產(chǎn)生。因此，采樣泵需要提供更加穩(wěn)定的采樣樣本。
[0004] 常規(guī)設(shè)計(jì)的隔膜泵具有平薄膜以及呈球形凹面或具有平底面的圓柱形狀的泵腔 體。托馬斯隔膜泵和『Xavitcch?泵均屬于這類(lèi)隔膜泵。此外，這類(lèi)隔膜泵的薄膜通常是外 部邊緣固定以形成泵區(qū)。這樣的設(shè)計(jì)限制了薄膜的彈性形變能力，同時(shí)也限制了薄膜的沖 程長(zhǎng)度。而泵區(qū)則限制了隔膜泵的最大泵壓力（因?yàn)楸脜^(qū)與泵作用力會(huì)共同限制最大泵壓 力）以及疲勞壽命。另一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)平薄膜匹配于腔體的凹面或平表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲， 與此同時(shí)，沖程將立即停止產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。
[0005] 因此，有必要提供一種改進(jìn)的隔膜泵。特別是提供一種比現(xiàn)有隔膜泵更小型的且 在提供更高壓力的同時(shí)具有更小振動(dòng)和更安靜的隔膜泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 相應(yīng)地，優(yōu)選地本發(fā)明實(shí)施例的目的在于減少或消除現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)不 足、缺點(diǎn)或問(wèn)題，例如通過(guò)提供根據(jù)附屬的漸進(jìn)式泵作用力調(diào)節(jié)的權(quán)利要求形成的裝置或 方法來(lái)減少或消除上述提出的單個(gè)問(wèn)題或多個(gè)問(wèn)題的任何結(jié)合，例如通過(guò)用于病人監(jiān)測(cè)、 呼吸監(jiān)測(cè)、麻醉監(jiān)測(cè)的裝置，尤其用于醫(yī)學(xué)通氣監(jiān)測(cè)的裝置，以及用于監(jiān)測(cè)病人呼吸時(shí)的氣 體成分的氣體分析儀。
[0007] 這里所揭露的是提供漸進(jìn)式泵作用力調(diào)節(jié)的裝置、系統(tǒng)和方法。
[0008] 根據(jù)揭露的一方面，用于具有腔體的泵的隔膜元件被揭露。隔膜元件具有第一區(qū) 域及包括具有第二區(qū)域的中間部，中間部被外圍部環(huán)繞。中間部比外圍部厚，中間部的第二 區(qū)域小于所述腔體的開(kāi)口端的一個(gè)區(qū)域，所述中間部設(shè)置于所述區(qū)域之上。
[0009] 進(jìn)一步，根據(jù)揭露的一方面，一種包括隔膜元件及具有腔體的泵殼的泵被揭露，腔 體包括傾斜內(nèi)壁。腔體包括具有第三區(qū)域的開(kāi)口端。隔膜元件具有第一區(qū)域，以及包括具 有第二區(qū)域的中間部，中間部被外圍部環(huán)繞。其中中間部比外圍部厚。進(jìn)一步，中間部的第 二區(qū)域小于腔體的開(kāi)口端的第三區(qū)域，隔膜元件設(shè)置于泵殼之上以形成密封腔體，因此隔 膜元件的中間部設(shè)置于開(kāi)口端之上，且中間部從遠(yuǎn)離腔體的方向凸出。
[0010] 這個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)闆_程是以漸進(jìn)方式減速的，可以防止沖程碰撞腔體的底 部，以及使沖程無(wú)聲停止，將機(jī)械振動(dòng)降至最小。進(jìn)一步，在接近沖程結(jié)束時(shí)，減速降低了隔 膜的有效泵區(qū)域。因?yàn)闆_程作用力是不變的，在接近沖程結(jié)束時(shí)，泵變得更強(qiáng)。
[0011] 在某些例子中，中間部為環(huán)形。
[0012] 隔膜元件由彈性材料制作而成，例如橡膠及/或?yàn)橄铝胁牧系囊环N：氯丁二烯、三 元乙丙橡膠、氟橡膠、硅、熱塑性彈性體或腈。
[0013] 在某些例子中，中間部與外圍部的厚度比例范圍為2-15。
[0014] 在某些例子中，第一部包括凸出邊緣。如同0型圈，凸出邊緣用于增強(qiáng)密封效果。
[0015] 在某些例子中，較厚的中間部具有傾斜外壁，例如截頭圓錐體，傾斜外壁具有大于 頂部的基部。
[0016] 揭露的某些例子中，中間部和腔體都為環(huán)形。
[0017] 揭露的某些例子中，傾斜內(nèi)壁為直的，或凸起的，或凹陷的，或具有兩個(gè)或多個(gè)半 徑，或?yàn)檎也ㄐ涡螤?，或?yàn)楦唠A多項(xiàng)式波形形狀。
[0018] 在某些例子中，隔膜元件包括有效泵區(qū)域，有效泵區(qū)域包括幾乎與腔體的開(kāi)口端 的第三區(qū)域相同的區(qū)域。
[0019] 在某些例子中，泵殼包括環(huán)繞腔體的開(kāi)口端的延展表面，延展表面具有至少與隔 膜元件的尺寸相同的區(qū)域。
[0020] 揭露的某些例子中，隔膜元件夾持于泵殼的延展表面與泵殼的第二元件之間。
[0021] 這個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于保持隔膜元件滑動(dòng)地固定在比實(shí)際工作區(qū)域的直徑大的區(qū) 域，因此隔膜可自由地做徑向移動(dòng)及伸展。因此可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的沖程（例如每次沖程輸出的 量大）。并且，由于徑向運(yùn)動(dòng)，在擴(kuò)張較小的情況下可保持相同的泵輸出量，由于較低的疲勞 應(yīng)力等級(jí)，隔膜的壽命增加，以及可用泵作用力可被更有效率地利用。
[0022] 延展表面包括凹槽，以安裝隔膜元件的凸出邊緣。
[0023] 根據(jù)揭露的另一方面，一種用于漸進(jìn)式泵作用力調(diào)節(jié)的方法被揭露。該方法包括 提供這里所描述的泵，以及向隔膜元件的中間部施加往復(fù)式?jīng)_程運(yùn)動(dòng)，沖程運(yùn)動(dòng)在一個(gè)位 置受限于腔體的傾斜內(nèi)壁，在該位置隔膜元件的中間部變得較厚。
[0024] 需要強(qiáng)調(diào)的是本說(shuō)明書(shū)中使用的單詞"包括"是用于詳述特征、整數(shù)、步驟或元件 的存在，而不是排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、元件或組合的存在或增加。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 揭露的例子中的這些和其他方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)是明顯的，并由以下對(duì)本發(fā)明揭 露的實(shí)施例的描述以及對(duì)附圖的參考進(jìn)行闡述，其中：
[0026] 圖1為一個(gè)例子中泵殼以及隔膜的剖視圖。
[0027] 圖2為一個(gè)例子中泵殼以及隔膜的剖視圖。
[0028] 圖3為隔膜泵的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 結(jié)合附圖對(duì)揭露的具體實(shí)施例進(jìn)行描述。然而，揭露的內(nèi)容可有多種不同的表現(xiàn) 方式，并不限于這里所揭露的表現(xiàn)形式。當(dāng)然地，提供的這些實(shí)施例可使得揭露的內(nèi)容是全 面的、完整的，以及將本發(fā)明的保護(hù)范圍完全地傳達(dá)至本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖解釋的實(shí)施 例的詳細(xì)描述中的專(zhuān)用名詞并不用于對(duì)揭露的內(nèi)容進(jìn)行限制。在圖示中，同樣的標(biāo)號(hào)指代 同樣的元件。
[0030] 下面的描述致力于描述本發(fā)明揭露的實(shí)施例中的隔膜元件及隔膜泵。隔膜泵作為 裝置的采樣泵，這些裝置用于病人監(jiān)測(cè)、呼吸監(jiān)測(cè)、麻醉監(jiān)測(cè)，尤其是醫(yī)學(xué)通氣監(jiān)測(cè)以及為 用于監(jiān)測(cè)病人呼吸時(shí)的氣體成分的氣體分析儀。然而，可以理解地本發(fā)明并不限制于這些 應(yīng)用，而是可以應(yīng)用于需要流體泵的許多其他系統(tǒng)。
[0031] 圖1揭露的隔膜泵100,在一個(gè)例子中包括泵殼1及隔膜元件6。泵殼包括具有開(kāi) 口端的腔體21，開(kāi)口端包括第一區(qū)域。隔膜元件6設(shè)置于腔體21的開(kāi)口端之上以密封腔體 21〇
[0032] 腔體21包括傾斜的或斜切壁20。傾斜的或斜切壁20可以是直的，如圖1揭露的 截頭圓錐體的形狀。在某些例子中，傾斜的或斜切壁20可以是凸起的或凹陷的。在其他例 子中，壁20具有多個(gè)半徑。在其他結(jié)構(gòu)中壁20可以為正弦波形形狀、波浪形形狀、多項(xiàng)式 波形形狀或齒條形狀。優(yōu)選地腔體21為環(huán)形，但是也可以為其他任何形狀，例如正方形、長(zhǎng) 方形、多邊形或橢圓形。
[0033] 此外及/或可替換地，在某些例子中，腔體21的底部區(qū)域包括小于開(kāi)口端的區(qū)域 25的區(qū)域26。
[0034] 隔膜元件6包括第二區(qū)域27及具有第三區(qū)域28的第一中間部（見(jiàn)圖2)。第一中 間部為隔膜元件6的中心部分。因此第三區(qū)域小于第二區(qū)域27。
[0035] 優(yōu)選地隔膜元件為環(huán)形，但也可為其他任何形狀，例如正方形、長(zhǎng)方形、多邊形或 橢圓形。此外，優(yōu)選地第一中間部為環(huán)形，但也可為其他任何形狀，例如正方形、長(zhǎng)方形、多 邊形或橢圓形。
[0036] 隔膜元件和第一中間部的形狀不必相同，例如，隔膜元件可為正方形，而第一中間 部為環(huán)形。優(yōu)選地，第一中間部的形狀與腔體的開(kāi)口端的形狀相同。
[0037] 優(yōu)選地隔膜元件由可形變或彈性材料制作而成，例如橡膠。在一些例子中使用的 材料可以為氯丁二烯、三元乙丙橡膠、氟橡膠、硅、熱塑性彈性體或腈。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以使用具有類(lèi)似特性的其他材料。
[0038] 此外及/或可替換地，隔膜元件可包括具有第四區(qū)域24的第二中間部。第二中間 部的厚度23大于隔膜元件的其他部分的厚度22。隔膜的其他部分上設(shè)置有環(huán)繞第二中間 部的外圍部。優(yōu)選地，第二中間部的厚度23與隔膜元件的其他部分的厚度22的比例范圍 為 2-15。
[0039] 優(yōu)選地，較厚的第二中間部從腔體的開(kāi)口端的相反方向凸出。凸出部的壁為傾斜 的或斜切的，例如為截頭圓錐體，或?yàn)橥蛊鸬模驗(yàn)榘枷莸??？商鎿Q地，在某些例子中，凸出 部可以為一個(gè)圓的一部分或半圓的一部分。
[0040] 此外，在某些例子中，優(yōu)選地，隔膜元件的較厚的第二中間部可包括比開(kāi)口小的區(qū) 域。并且隔膜元件的較厚的第二中間部可設(shè)置于腔體21的開(kāi)口端的中心位置之上。
[0041] 第二中間部最厚的部分在一個(gè)位置作為隔膜元件6的較硬的中心部分，來(lái)自致動(dòng) 器的往復(fù)式?jīng)_程運(yùn)動(dòng)施加于該位置，致動(dòng)器可為音圈馬達(dá)、小型馬達(dá)、活塞、凸輪或其他任 何可以使隔膜元件6受到作用力的機(jī)械設(shè)備。當(dāng)沖程遠(yuǎn)動(dòng)將隔膜元件按壓至腔體21時(shí)，較 厚的第二中間部的向下運(yùn)動(dòng)在一個(gè)位置受限于腔體21的傾斜內(nèi)壁20,在該位置處隔膜元 件6的第二中間部變得較厚。如此會(huì)使得沖程逐漸減速。如此不僅會(huì)使得沖程無(wú)聲停止， 還可以將機(jī)械振動(dòng)降至最低。
[0042] 另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)沖程深入腔體時(shí)，實(shí)際的泵區(qū)域，例如有效的泵區(qū)域變小，但 是沖程作用力是相同的。因此泵100變得更強(qiáng)，例如可以產(chǎn)生較大的壓力?？梢杂靡韵碌?式表示：
[0043] P = F/A (1)
[0044] 其中，P為泵壓力，F(xiàn)為沖程作用力，以及A為有效泵區(qū)域。
[0045]進(jìn)一步，這種結(jié)構(gòu)會(huì)防止沖程碰撞腔體的底部。
[0046] 根據(jù)需求的泵特性，較厚部分的形狀和厚度23是可變化的。同樣的，腔體的內(nèi)壁 的形狀也是可變化的。
[0047]此外，在某些例子中，隔膜元件6可包括凸出邊緣30。凸出邊緣30可設(shè)置于隔膜 元件6的外圍邊緣上。進(jìn)一步，泵殼1可包括環(huán)繞腔體21的開(kāi)口端的延展表面。延展表面 可包括凹槽31，以安裝隔膜元件6的凸出邊緣30。如此如同0型圈一樣，可增強(qiáng)密封效果。
[0048] 此外，在某些例子中，延展表