血透机平衡腔式超滤系统分析与设计

论文总字数：25952字

摘 要

Abstract 2

第一章 绪 论 3

1.1 引言 3

1.2 本文的研究背景与意义 4

1.3 超滤系统简介 4

1.3.1 超滤原理 4

1.3.2 超滤控制方法 4

1.3.3 透析液流速 6

1.4 本文的研究目的和主要内容 6

第二章 平衡腔式超滤系统分析与设计 8

2.1 平衡腔式超滤系统的原理 8

2.2 平衡腔的分析与设计 9

2.2.1 平衡腔室容积计算 9

2.2.2 平衡腔单元的设计 10

2.2.3 平衡腔膜 11

2.2.4 平衡腔模型及密封 11

2.3 电磁阀 12

2.4 软管及接头 12

2.5 超滤泵的分析与设计 13

2.5.1 超滤泵的流量计算 13

2.5.2 柱塞泵的结构设计 16

第三章 控制系统分析与设计 20

3.1 电磁阀的控制 20

3.2 超滤泵的控制 21

3.3 除气泵和加压泵电机的控制 21

第四章 实物展示 23

4.1 STC89C52单片机最小系统 23

4.2 继电器模块 23

4.3 直流电机驱动模块 24

4.4 平衡腔单元 24

4.5 平衡腔系统 25

4.6 超滤泵 25

第五章 实验 26

5.1 实验一——调节PWM波占空比测定除气泵流量 26

5.1.1 实验目的 26

5.1.2 实验原理 26

5.1.3 实验步骤 26

5.1.4 实验数据 27

5.1.5 实验现象与分析 27

5.1.6 实验结论 28

5.2 实验二——调节电磁阀转换时间测定平衡腔工作状态 28

5.2.1 实验目的 28

5.2.2 实验原理 28

5.2.3 实验步骤 29

5.2.4 实验数据 29

5.2.5 实验现象 30

5.2.6 实验结论 31

第六章 总结与展望 33

致 谢 34

参考文献 35

血透机平衡腔式超滤系统分析与设计

学号：02011410 姓名：朱峰冰

指导教师：王兴松

摘要：本文通过研究和分析不同血液透析机超滤系统的原理，参考费森尤斯4008B血液透析机的平衡腔式超滤系统，设计并制作了一套平衡腔式超滤系统模型。具体分析了平衡腔式超滤系统中平衡腔，超滤泵的原理及系统的控制原理。对重要部件平衡腔和超滤泵进行了分析与设计，并构建三维模型，最后制造加工出来。其余部分零部件如电磁阀、管道及接头等，购买了成品。而除气泵、加压泵等借用了原装机的成品以完成相关实验。

以STC89C52单片机作为微处理器，借助定时器模块、继电器模块、电机驱动模块等，搭建了平衡腔式超滤系统的控制模型。用C语言编写了控制程序，对电磁阀的开关，超滤泵用步进电机的转速，除气泵、加压泵用直流电机的转速进行了控制。最后，将平衡腔系统和超滤泵通过管道连接在一起，并验证平衡腔式超滤泵系统的原理。

在本次设计中，平衡腔在电磁阀的控制下能正常工作，即能够保证进水量和出水量相等，且当电磁阀的切换时间略长于实际切换时间时，平衡腔的膜能控制入口流量。超滤泵能够工作，但有一定的泄露，工作的排量和流量没有达到设计要求。在论文的最后，提出了超滤泵的机械结构修改方案。平衡腔式超滤泵系统的原理能够被本人所设计的系统所验证，虽然精度还达不到要求，但提出了修改的方向和方法。

关键词：血液透析机；平衡腔；超滤系统；工作原理

Analysis and Design for Balancing Chamber Ultrafiltration System of Hemodialysis Machine

Fengbing Zhu

Supervised by Xingsong Wang

Abstract: This paper discusses and analyses the working principle of different hemodialysis ultrafiltration system, refer to balancing chamber ultrafiltration system of Fresenius 4008B dialysis machine, design and make a model of this system. Analyses the working principle and control theory of balancing chamber and ultrafiltration pump in detail, designs the mechanical structure of these parts, model and manufacture them. Buy other parts directly such as valve, pipeline, joints. And uses the degasser pump and pressure pump of the original machine.

This paper takes STC89C52 single chip as the micro-processor, with the use of timer module, relay module and electric motor drive module, sets up the control model of balancing chamber ultrafiltration system. The control programme is written in C language, control the open and closed of valve, the rotate speed of stepping motor for the ultrafiltration pump, the DC motor for degasser pump and pressure pump.

In this project, the balancing chamber can work normally by the controlling of the valve. It means the water inflow equals the water out of the chamber. In addition, when the switch time of the valve delays, the film of the balancing chamber can control the rate of flow. The ultrafiltration pump can work but it lets water out, it don’t comply with the design requirement. At last, this paper proposes the modification for the mechanical structure of the ultrafiltration pump. The principle of balancing chamber ultrafiltration system can be verified. Although the precision is not good, but it can be better with the implement of the modification proposal.

Key words: Hemodialysis machine; Balancing chamber; ultrafiltration system; working principle.

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