透析液离子浓度监测装置的设计

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1、透析液离子浓度监测装置的设计　　摘要：介绍了一种应用于血液净化设备中液体循环回路安全监控环节的透析液离子浓度监测装置。对监测装置在血液净化技术中的临床应用原理和安全监测功能进行了分析。简述电导率测量电路工作原理，并对其结构特性作了说明。采用红外温度传感器进行非接触式温度测量，并借助单片机进行温度补偿。　　关键词：血液净化；电导率；红外温度传感器；温度补偿　　中图分类号：TP202文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）11-2726-03　　在血液净化治疗过程中，所使用的透析液是含有标准离子浓度与

2、配方比例的液体，其在透析器中与患者血液发生弥散、对流、超滤等过程，实现血液净化的目的。由于配方不当或者人工、自动配液操作故障可能导致透析液中离子浓度偏离标准值范围，这样的透析液进入透析器或者滤过器中与血液发生弥散、对流、超滤等过程会引起患者体液失衡，使治疗无法正常进行，更严重的会引起安全事故，危及患者生命。因此，透析液离子浓度监测是血液净化设备的一项基本要求，在治疗过程中需要实时监测透析液的离子浓度。　　透析液中存在钠、钾、钙、氯等带电粒子。正是这些带电粒子，使透析液具有导电性能。透析液电导率就反映了这种导电性

3、能的大小，进而间接反映了透析液所含的离子总浓度。透析液离子浓度监测就是利用测量透析液电导率，并与标准值相比较，以及时发出报警信号并采取安全保护措施[1]。　　1总体设计　　透析液离子浓度监测装置主要是由单片机、电导率测量模块、温度测量模块、通讯电路、报警控制电路等部分组成，其总体结构框图如图1所示。　　监测装置安装在血液净化设备的液体循环回路中，其中电导率传感器位于透析器或者滤过器前端的透析液管路中，标准离子浓度的透析液流过在内壁预埋有电极的导电陶瓷环中心的孔径，流过的配置有各种离子的透析液会在两个电极间产生与

4、纯水通过时不同的等效电阻；当离子浓度发生变化时，其电阻率也不同，其等效电阻值也随之改变。电导率传感器两电极接入到电导率测量电路中，双向电压源产生占空比为50%的双向脉冲电压加到电极，流经电极的电流信号被放大电路转换为电压信号，经过A/D转换送入单片机，完成电导率信号的采集；同时通过非接触式红外温度传感器对透析液温度进行在线采集，送入到单片机，经过处理得到透析液电导率值并与设定报警限进行比较，如果超限则通过报警控制电路采取安全保护措施，并通过通讯电路将电导率值传输到血液净化设备的主控芯片。　　2硬件设计　　2.1

5、电导率测量模块　　2.1.1电导率传感器　　电导率传感器由一对导电陶瓷环、两个金属电极和环形隔离材料组成。导电陶瓷环的内壁与透析液直接接触，金属电极分别固定在导电陶瓷环的外壁，并与电导率测量电路导线连接。导电陶瓷环两端分别粘接有环形隔离材料及隔离环，隔离环与血液净化设备中的液体循环回路通过导管连接。导电陶瓷环、隔离环与液路导管构成透析液管道。　　2.1.2电导率测量原理　　根据透析液离子浓度监测装置实时快速测量透析液电导率的需要，采用以双向脉冲电压源作为激励源的电导/电压测量方法[2]。其测量原理为：正、负恒压

6、源[E1]和[E2]幅值均为[E]，通过模拟开关[S]切换来实现双向脉冲电压激励源。[Gx]是被测介质的等效电导，与电阻[R]和运算放大器[U]构成电导/电压转换电路。根据欧姆定律　　[Gx=-V0ER]　　[V0]为反向放大器的输出电压。　　2.1.3电导率测量电路　　由单片机控制高速单刀双掷模拟开关MAX303交替选通三端稳压器L7812和L7912，产生双向脉冲激励源[3]。分压信号通过由保持芯片LF398组成的采样保持电路变换成直流信号，输入到MSP430单片机12位精度的A/D转换端口进行数据处理，完

7、成对透析液电导率值的数据采集。　　2.2温度测量模块　　温度对溶液的电导率测量影响很大，溶液温度上升，粒子水化作用减弱，运动阻力减小，定向运动加快，电导率增大，反之则减小。工业上以溶液温度25℃时的电导率为该溶液的电导率，其温度补偿公式为：　　[K25=Kt1+αt-25]　　式中，[Kt]为温度[t]℃时的电导率；[K25]为转换成25℃时的电导率，即为所求电导率；[α]为温度系数。透析液在流进监测装置之前经过了加热处理，使其温度保持在37℃左右，所以此处[α]取0.0207。　　监测装置采用非接触式红外温度

8、传感器TSEV01C作为测温模块，它集成了光学探头和内部数据处理电路，其具有尺寸小、安装方便、低成本的特点，采用5V直流供电，测量精确度达到0.1℃。TSEV01C通过I2C与单片机进行数据传输。　　2.3通讯电路　　通讯电路主要由单片机、MAX232E芯片和隔离器件组成。利用MSP430的串行通讯模块（USART）提供串口信号，MAX232E芯片完成TTL电平和RS232C电平的转换