陳 曦 婁可新

(1.徐州市計(jì)量檢定測(cè)試中心，徐州 221002；2.徐州市中心醫(yī)院超聲科，徐州 221009)

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ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)校準(zhǔn)方法研究

陳 曦1婁可新2

(1.徐州市計(jì)量檢定測(cè)試中心，徐州 221002；2.徐州市中心醫(yī)院超聲科，徐州 221009)

對(duì)ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)進(jìn)行流量參數(shù)的校準(zhǔn),采用一種間接的測(cè)量方法——稱重法進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行不確定度分析。該方法可成功校準(zhǔn)流量參數(shù),精確性和實(shí)用性良好。

多普勒流量；稱重法；校準(zhǔn)

0 引言

彩色多普勒超聲診斷儀，又稱彩色多普勒血流成像[1](Color Doppler Flow Imaging，CDFI)，臨床應(yīng)用范圍廣泛，經(jīng)濟(jì)效益可觀，在國(guó)內(nèi)各級(jí)醫(yī)院的門(mén)診檢查發(fā)揮著重要的作用。因此，需要對(duì)彩色多普勒超聲診斷儀設(shè)備的質(zhì)量控制和計(jì)量檢測(cè)提出新的要求。江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2009年發(fā)布了JJG(蘇)83-2008《彩色多普勒超聲診斷儀》地方檢定規(guī)程，并于2010年在全省范圍內(nèi)為法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一配備了ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)。

ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)700型(ATS Model 700 Doppler Flow Controller & Pumping System)是目前檢測(cè)工作中使用較多的一款多普勒流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。整套設(shè)備由流量泵、流量計(jì)、液體罐和管路等部分組成，其工作原理為由流量泵驅(qū)動(dòng)仿真血液在模體管路中流動(dòng)，由流量計(jì)讀出刻度值，并查表得出實(shí)際流量和流速。

系統(tǒng)配備235#和225#高低兩個(gè)規(guī)格的流量計(jì)，并沒(méi)有體現(xiàn)計(jì)量單位，需要通過(guò)查隨機(jī)文件中的附表確定具體量值。在實(shí)際工作中，筆者檢測(cè)了多種品牌的多普勒超聲診斷儀的血流性能，發(fā)現(xiàn)與查表得出的結(jié)果存在一定的差異。因此筆者將標(biāo)準(zhǔn)裝置向上送檢溯源，希望得到校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。然而，由于流量測(cè)量范圍較小等種種原因，國(guó)家級(jí)和省級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)并不能給出有效的校準(zhǔn)結(jié)果。因此，筆者通過(guò)分析和研究，提出了一種間接的校準(zhǔn)方法。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

由于多普勒流量系統(tǒng)正常工作時(shí)，流量泵的泵速均勻、流量計(jì)的浮子位置穩(wěn)定[2]，因此通過(guò)調(diào)查和分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，選擇稱重法[3]作為校準(zhǔn)試驗(yàn)的基本方法。

1.1 校準(zhǔn)設(shè)備

被測(cè)對(duì)象為ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)700型，其流量計(jì)的流量范圍為0.2～1300mL/min，最大允許誤差為±2%讀數(shù)。

校準(zhǔn)試驗(yàn)所用的仿真血液經(jīng)稱重測(cè)量密度為1.02g/mL，符合JJG(蘇)83-2008的要求(1.05±0.04)g/mL。

電子天平：型號(hào)LP3102，分度值0.01g，經(jīng)過(guò)有效溯源。

電子石英秒表：型號(hào)SJ9-1，誤差0.02s/h，經(jīng)過(guò)有效溯源。

玻璃量筒：100mL，誤差±0.5%，經(jīng)過(guò)有效溯源。

1.2 校準(zhǔn)環(huán)境

環(huán)境溫度：(23±5)℃；相對(duì)濕度：≤80%；大氣壓：86～106kPa；供電電源：AC(220±22)V，50Hz。

2 校準(zhǔn)試驗(yàn)

1)校準(zhǔn)前檢查。檢查多普勒流量系統(tǒng)的外觀、附件、管路等是否正常，開(kāi)機(jī)檢查流量泵功能是否正常，開(kāi)機(jī)預(yù)熱。實(shí)際環(huán)境溫度26℃，濕度55%RH。

2)用量筒量取100mL仿真血液，稱重法測(cè)量仿真血液密度，經(jīng)過(guò)重復(fù)測(cè)量，測(cè)得結(jié)果為1.02g/cm3，符合要求。

3)連接系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接圖

在“管徑模體”位置選用ATS523A仿真心臟多普勒流量模體，采用4mm管徑。截面積為S=pr2=4=12.6mm2。

4)開(kāi)啟流速系統(tǒng)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后。分別使浮子處于225#流量計(jì)的30、40、50、60刻度和235#流量計(jì)的30、40、50、60刻度處，在液體罐處斷開(kāi)管路，由玻璃容器接取流出的仿真血液，采用稱重法，用電子天平測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)流出液體的重量。

5)根據(jù)公式：質(zhì)量/密度=體積，體積/時(shí)間=流量，流量/截面積=流速，計(jì)算在各個(gè)刻度點(diǎn)的實(shí)際流量和流速。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 225#、235#流量計(jì)各刻度點(diǎn)的實(shí)際流量和流速

與隨機(jī)文件的附表相比較，以235#流量計(jì)為例(管徑為4mm)，見(jiàn)表2。

表2 235#流量計(jì)查表數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較

根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以235#流量計(jì)為例繪制流速參數(shù)曲線圖，見(jiàn)圖2。

圖2 流速曲線圖

可以看出，實(shí)際校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與隨機(jī)文件數(shù)據(jù)存在一定的偏離。在常用流量范圍內(nèi)，稱重法得出的校準(zhǔn)結(jié)果線性度良好，證明了選擇此方法的合理性。

3 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)估

對(duì)流速校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析。采用稱重法，數(shù)學(xué)模型：

質(zhì)量/密度=體積，體積/時(shí)間=流量，流量/截面積=流速

3.1 標(biāo)準(zhǔn)器引起的不確定度u(v1)

已知，電子天平在0～500g檔位的最大允許誤差為±0.05g；在500～2000g檔位的最大允許誤差為±0.1g。引入的不確定度相當(dāng)小，可忽略。

電子石英秒表的最大允許誤差為0.02s/h，引入的不確定度相當(dāng)小，可忽略。

玻璃量筒的最大允許誤差為±0.5%，設(shè)其為均勻分布，則：

3.2 儀器分辨力引起的不確定度分量u(v2)

天平的分辨力為0.01g，引入的不確定度相當(dāng)小，可忽略。

秒表的分辨力為0.01s，引入的不確定度相當(dāng)小，可忽略。

3.3 溫度變化引起的不確定度u(v3)

3.4 重復(fù)測(cè)量引起的不確定度u(v4)

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于以上四個(gè)分量相互獨(dú)立，則：

U=2.5%(k=2)

3.6 用A類(lèi)方法評(píng)定另一測(cè)量列

由評(píng)定過(guò)程可得出，由于使用稱重法，影響不確定度的因素主要為重復(fù)性分量，在10～100cm/s流速范圍，擴(kuò)展不確定度U=(2.5～2.8)%(k=2)。

4 結(jié)束語(yǔ)

稱重法作為一種間接的測(cè)量流量和流速的方法，其精度較高，通常用于在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量小于1.5m3/s的流量[4]，因此適合用此方法校準(zhǔn)彩色多普勒流量控制系統(tǒng)這類(lèi)小流量裝置。

通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)稱重法校準(zhǔn)多普勒流速標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行不確定度評(píng)估，得出擴(kuò)展不確定度U=(2.5～2.8)%，(k=2)，符合JJG(蘇)83-2008《彩色多普勒超聲診斷儀》的要求，證明了此方法的精確性。

本文就ATS超聲多普勒流量控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法進(jìn)行探討，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分析，證明了隨機(jī)附表存在誤差的假設(shè)，從一定程度上解決了該型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)裝置溯源難的問(wèn)題，有利于提高彩色多普勒超聲診斷儀的質(zhì)量控制和計(jì)量檢測(cè)水平。

[1]JJG(蘇)83-2008彩色多普勒超聲診斷儀

[2]YY/T0458—2003超聲多普勒仿血流體模的技術(shù)要求

[3]GB/T17613—1998用稱重法測(cè)量封閉管道的液體流量

[4] 宋力.流量的測(cè)量方法[J].山東農(nóng)機(jī),2004,3(3):23-24

[5] 戴惠勇，金福江.基于稱重法的水暖流量系統(tǒng)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2010(4):45-48

[6] 費(fèi)業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004

[7] 王池.流量測(cè)量不確定度分析[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2002

[8] 徐義定，何挺，何松杰.靜態(tài)稱重法水流量計(jì)量裝置中衡器不確定度評(píng)估與思考[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2003(6):33-35

[9] 李崢.水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度和流量穩(wěn)定性研究[D].天津：天津大學(xué)自動(dòng)化系,2009

[10]JJF1059.1—2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.18