输液泵校准系统及不确定度分析

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摘 要：输液泵是医院常用的医疗设备，它能够控制输注速率或液滴，使药物安全、均匀、精确地进入到患者的体内。本文介绍了输液泵的目前校准难题，在此基础上，提出了一种高精度并且自动化水平高的输液泵校准系统，并通过实验分析进行了不确定度分析，验证了该装置的能力。

关键词：输液泵；校准系统；不确定度评定

1 概述

输液泵的医院常用的医疗设备，它被广泛应用于心血管科、急诊室、手术室。但使用注射泵的患者多处于病情多变的高危期，如稍有不慎都将对患者的病情造成不良影响。因此，输液泵的数据准确性、技术性能的可靠性直接影响病人的治疗结果。目前，国内的输液泵校准系统大多数校准精度差，稳定性不高，国外的输液泵校准系统大多价格昂贵，因此，亟需开发经济实用的输液泵校准系统。

2 输液泵校准系统

一种输液泵校准系统如图1所示，该输液泵校准系统包括PLC控制器1、步进电机驱动器2、步进电机3、减速器4、滚珠丝杠5、活塞6、活塞缸7、电磁阀8、恒温水箱9、量筒11、电子天平12，所述PLC控制器1通过步进电机驱动器2控制步进电机3低转速匀速转动，所述步进电机3为日本东方电机株式会社的CVK系列五相步进电机，所述步进电机3内置有磁性阻尼器，五相步进电机和磁性阻尼器保证了步进电机的转速稳定，同时振动和噪声小，进一步保证了高精度输出。

本文步进电机3通过减速器4、滚珠丝杠5带动活塞6在活塞缸7内直线运动，活塞缸7的输入端通过管路连接的电磁阀8与恒温水箱9连接，活塞缸7的输出端通过管路与被测注射泵10的输入端连接，被测注射泵10的输出端通过管路与量筒11相连，量筒11放置在电子天平12上，电子天平12通过RS-232通讯接口与PLC控制器1连接。所述恒温水箱9内置有蒸馏水，恒温水箱9的温度控制范围为（15-30）℃，温度控制精度为0.1℃，恒温水箱9的内蒸馏水的密度通过温度值和密度表可以查出，电子天平12称量量筒11的质量，所述量筒11的容量为500ml，量筒11上套有单孔橡皮塞，管路通过单孔橡皮塞进入到量筒11内，这样可以防止水分蒸发，进一步保证了校准精度。PLC控制器1计算测量时间，通过计算公司可以计算出瞬时流速、平均流速和容量值，从而实现了输液泵的自动化校准。

3 标准不确定度分析

3.1 标准不确定度分量分析

输液泵校准系统的不确定度分量为以下几点，因篇幅有限，各个不确定度分量的评定过程在此不一一计算。

1）柱塞直径引入的标准不确定度u1；

2）柱塞体膨胀系数引入的标准不确定度u2；

3）柱塞温度引入的标准不确定度u3；

4）柱塞材料弹性模量引入的标准不确定度u4；

5）柱塞缸内流体压力引入的标准不确定度u5；

6）光栅尺引入的标准不确定度u6；

7）光栅尺环境温度引入的标准不确定度u7；

8）光栅尺膨胀系数引入的标准不确定度u8；

9）泄露因子α引入的标准不确定度u9；

10）测量时间引入的标准不确定度u10；

11）装置重复性引入的标准不确定度u11；

3.2 标准不确定度分量一览表

3.3 合成标准不确定

合成标准不确定度

=0.39%

3.4 扩展不确定度

包含因子k取2，则： ≈0. 8%

4 总结

本文对装置标准体积流量进行了不确定度评定，找出了各个影响装置标准体积流量值测量精度的因素，计算出输液泵标准装置的扩展不确定度为U=0.8%（k=2），达到了设计指标。本文所描述的输液泵校准系统能够满足输液泵的校准，提高了输液泵的校准精度和稳定性、并且自动化水平高，振动和噪声小，对输液泵的发展具有一定的现实意义。

参考文献

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作者简介：

刘宏宇，男，1987年10月，延边州计量检定测试所，检定员。