便携数字式真空度计、气压高度计、标准血压计的医学应用

　　1　任务的提出

　　为了使给高原部队配置的小型制氧机能够准确可靠、安全、有效地工作,真正成为高寒地区“老边防”们说的“生命保障机”、“救命机”,经常检测其出氧浓度和氧输出流量、压力等参数就成为各级医学计量部门必须承担的工作之一;而出氧浓度、压力、流量等参数都与周围大气压力等密切相关,因此研制一种便携、数字式的多用途仪器,使其具有真空度计、气压高度计、(环境)温度计以及压力计(例如,可作为校准血压计的标准器)等功能于一体,在准确度等级上可适应于不同级别医学计量部门的需要而成系列化的这一任务,就落到了我们全军生物力学、医用热学计量测试研究总站的身上。

　　1·1　地球大气层自然情况

　　按大气物理学的分类,从地球表层海平面定为“海拔零高度”开始向上约30 000m的球层内为对流层;再向上则为平流层和电离层。绝大多数的气象活动(风、雨、雷、电等)、人类生活都在对流层内,而且全世界60亿人口中, 59亿以上常年生活在海拔高度≤4 000m的中、低高度地区。

　　在标准状态下,水的密度是1 000kg/m3,空气是1·29kg/m3;也就是说:在标准状态下,同体积空气的重量约是水重量的1/800。尽管空气如此之“轻”,但空气的分布也明显地受地心引力的影响:海拔高度越高,空气越稀薄,密度越低;换句话说,海拔高度越高,大气压力越小。按计算和多年实测的结果说明:在海拔高度-100m~0m~+4 000m范围内,可近似地认为大气压的降低与海拔高度的升高呈现反比关系。比例系数约为: - (12·3~11·5) Pa/m;即:大约每升高1m,大气压力下降约12Pa (≈1·2mmH2O)。

　　在自然界的空气中,氮气约占78·5%;氧气约占21·4%,其余则为极少量的灰尘、水份、微生物和稀有气体。平常所说“自然大气中,氧气的绝对浓度约为21%是不随高度而变的”,其含义是:假设在海平面单位体积空气中共有10 000个分子,氧气分子约有2 100个;到了海拔高度很高的高空,单位体积的空气中仅有100个分子,氧气分子约为21个,比例都约为21%。这样一来,就明确了:所谓“高原缺氧”,是因为高原(高空)自然大气的密度比低海拔地区要低得多,空气稀薄了,所以氧气也同样稀薄了。

　　1·2　“制氧机”“制氧”的原理

　　所谓“制氧”约有两大类方法:一类为化学法,即通过物质化合或分解的过程产生氧气,富集起来并经过净化供医用;另一类为“浓缩氧法”,将周围空气先压缩成高密度的空气,通过分子筛,将氧气分离出来,再经净化后供医用。后一种方法为近年来国际上流行的先进技术方法,但从英文原词“oxygen con-centralor”含义和其实际流程,都应称作“氧浓缩器”更为准确,但在国内,已习惯使用“制氧机”一词,所以本文仍沿用这一名称,而且本文中涉及的“制氧机”都是指分子筛法的“氧浓缩器”。