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CN114569845B - 具有多个温度点的热敏电阻器流量传感器 - Google Patents

具有多个温度点的热敏电阻器流量传感器 Download PDF

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CN114569845B
CN114569845B CN202210192177.0A CN202210192177A CN114569845B CN 114569845 B CN114569845 B CN 114569845B CN 202210192177 A CN202210192177 A CN 202210192177A CN 114569845 B CN114569845 B CN 114569845B
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拉塞尔·威廉·伯吉斯
黄厚德
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Fisher and Paykel Healthcare Ltd
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Fisher and Paykel Healthcare Ltd
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Abstract

一种气体流速感测系统可以被配置成基于所测得的气体流温度在至少两种不同的目标温度模式下操作。在一些实施例中，该气体流量感测系统可以具有包含热敏电阻器的分压器。可以基于电压输出以及所测得的气体流温度来确定气体流速，该电压输出指示将该热敏电阻器维持在由该目标温度模式指定的目标温度所需的功率量。

Description

具有多个温度点的热敏电阻器流量传感器
本申请是国际申请号为PCT/NZ2017/050119、国家申请号为201780065615.4、申请日为2017年9月13日、名称为“具有多个温度点的热敏电阻器流量传感器”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本披露涉及用于在用于将气体递送至患者的流量治疗装置中感测流速的方法和系统。
背景技术
呼吸辅助装置在不同的环境(比如，医院、医疗设施、寄宿护理或家庭环境)中用于向用户或患者递送气体流。呼吸辅助装置或流量治疗装置可以包括用于允许与气体流一起递送补充氧气的氧气入口、和/或用于递送经加热和加湿的气体的加湿装置。流量治疗装置可以允许调整和控制气体流特性，包括流速、温度、气体浓度、湿度、压力。使用诸如加热式温度感测元件和/或热敏电阻器等传感器来测量气体的这些特性。本申请要求美国临时申请62/395890的优先权，该美国临时申请的全部内容通过援引并入本文。
发明内容
本披露描述了一种可以用于感测气体流的气体流速的气体流速感测系统。在一些实施例中，气体流速感测系统被配置成基于所测得的流温度在至少两种不同的目标温度模式下操作。在一些实施例中，气体流量感测系统可以包括包含热敏电阻器的分压器，其中，可以基于电压输出以及所测得的气体流温度来确定气体流速，该电压输出指示将热敏电阻器维持在由目标温度模式指定的目标温度所需的功率量。
一种向患者提供气体流的呼吸辅助装置可以包括至少一个气体流动路径，该至少一个气体流动路径被配置成将该气体流引导至该患者。该呼吸辅助装置可以进一步包括气体流入口，该气体流入口被配置成接收来自气体流源的气体流。该呼吸辅助装置可以进一步包括温度传感器，该温度传感器被配置成测量该气体流的温度。该呼吸辅助装置可以进一步包括气体流速感测系统，该气体流速感测系统被配置成测量该气体流的气体流速，其中，该气体流速感测系统被配置成基于所测得的气体流温度在至少两种不同的温度模式下操作。
该气体流源可以包括鼓风机。
该温度传感器和/或该气体流速感测系统可以位于该鼓风机的上游。
该温度传感器和/或该气体流速感测系统可以被包括在具有壳体的传感器组件内。该传感器组件可以位于入口流动路径内该鼓风机之前的传感器区域中。
该温度传感器和/或该气体流速感测系统可以位于该鼓风机的下游。
该鼓风机可以被包括在鼓风机/传感器模块内。
该鼓风机/传感器模块可以是可移除的，并且被配置成插入到该装置的壳体中。
该鼓风机/传感器模块可以是不可移除的，并且被配置成插入到该装置的壳体中。
该鼓风机/传感器模块可以包括感测电路板。
该气体流速感测系统的至少一部分可以位于该感测电路板上或该感测电路板内。
该呼吸辅助装置可以是连续气道正压(CPAP)装置。该呼吸辅助装置可以递送无创通气(NIV)流。该呼吸辅助装置可以递送经鼻高流量(NHF)气体流。
该呼吸辅助装置可以进一步包括加湿器。
该气体流动路径可以是加热式呼吸管。
该呼吸辅助装置可以进一步包括选自以下各项中的至少一项的患者接口：面罩、鼻罩、鼻枕罩、气管造口接口、鼻插管或气管内管。
该气体流速感测系统可以包括热敏电阻器电路。
该气体流速感测系统可以被配置成响应于所测得的气体流温度满足预定阈值而从第一温度模式改变到第二温度模式。
该热敏电阻器电路可以包括分压器。该分压器可以包括至少第一臂和第二臂
改变该热敏电阻器电路的目标温度模式可以包括改变该分压器的臂的电阻值。
改变该分压器的臂的电阻值可以包括连接或断开或旁路或不旁路到该分压器的臂的电阻器。改变该分压器的臂的电阻值可以包括连接到该分压器的臂的电阻器。改变该分压器的臂的电阻值可以包括旁路到该分压器的臂的电阻器。
该呼吸辅助装置可以包括位于该分压器与电源之间的缓冲级。
该缓冲级可以包括晶体管。
该分压器可以由双电源驱动。
该气体流速感测系统可以被配置成基于所测得的气体流温度在两种不同的温度模式下操作。
该气体流速感测系统可以被配置成在多于两种不同的温度模式下操作。
一种用于测量气体流的流速的系统可以包括包含热敏电阻器的热敏电阻器电路。该热敏电阻器电路可以被配置成产生电压输出并且被配置成在至少第一温度模式和第二目标温度模式下操作。该系统可以进一步包括温度传感器，该温度传感器被配置成测量气体流温度。该系统可以进一步包括控制器，该控制器耦合到该温度传感器和该热敏电阻器电路，其中，该控制器被配置成响应于所测得的气体流温度的变化而调整该热敏电阻器电路以在至少该第一目标温度模式与该第二目标温度模式之间改变。
热敏电阻器电路可以是恒温电路。
该热敏电阻器可以被定位在气体流内。
该控制器可以被配置成通过连接或旁路该热敏电阻器电路内的第一电阻器来调整该热敏电阻器电路以在至少该第一目标温度模式与该第二目标温度模式之间改变。该控制器可以被配置成通过连接该热敏电阻器电路内的第一电阻器来调整该热敏电阻器电路以在至少该第一目标温度模式与该第二目标温度模式之间改变。该控制器可以被配置成通过旁路该热敏电阻器电路内的第一电阻器来调整该热敏电阻器电路以在至少该第一目标温度模式与该第二目标温度模式之间改变。
该热敏电阻器电路可以被安排成包括第一分压器臂和第二分压器臂的惠斯通电桥配置，其中，该热敏电阻器可以位于该第二分压器臂上。
该第一电阻器可以位于该第一分压器臂上。
连接或旁路该第一电阻器可以包括使用开关来断开或连接与该第一电阻器并联的低电阻路径。连接该第一电阻器可以包括使用该开关断开与该第一电阻器并联的低电阻路径。旁路该第一电阻器可以包括使用该开关来连接与该第一电阻器并联的低电阻路径。
位于具有该惠斯通电桥中的热敏电阻器的第二臂上的第二电阻器的电阻值可以被配置成与该热敏电阻器的第一热敏电阻器电阻和该热敏电阻器的第二热敏电阻器电阻的几何均值相对应，其中，该第一热敏电阻器电阻与该第一目标温度模式相对应，并且该第二热敏电阻器电阻与该第二目标温度模式相对应。。
该第一电阻器可以位于该第一分压器臂的下部上并且可以被配置成具有某个电阻，使得：当旁路该第一电阻器时，该第一分压器臂的上部与该下部之间的第一比率基本上同该第二电阻器与该第一热敏电阻器电阻之间的第二比率相匹配；并且当连接该第一电阻器时，该第一比率基本上同该第二电阻器与该第二热敏电阻器电阻之间的第三比率相匹配。
该惠斯通电桥配置可以进一步包括位于该第一分压器臂和该第二分压器臂与电源之间的缓冲级。
该缓冲级可以包括晶体管，该缓冲级的栅极连接到该惠斯通电桥的运算放大器的输出端。
该惠斯通电桥可以由至少两个电源驱动。
该热敏电阻器电路的电压输出可以被配置成当在该第一温度模式或该第二温度模式下操作时对应于第一电压范围。
该第一电压范围可以在约1V至约38V、或2V至30V、或3V至25V、或4V至20V之间。该第一电压范围可以在约5V至约15V之间。
可以将该热敏电阻器电路的电压输出从该第一电压范围缩放并移位到第二电压范围。
该缩放和移位可以由运算放大器(op-amp)电路执行。
该第二电压范围可以基本上在约0V至约5V、或0V至4V、或0V至3.5V之间。该第二电压范围可以基本上在约0V至约3.3V之间。
该热敏电阻器电路的电压输出可以指示将该热敏电阻器保持在与该第一目标温度模式或该第二目标温度模式相对应的恒定温度所需的功率量。
可以基于该电压输出和所测得的气体流温度来确定该气体流速。
该热敏电阻器电路可以为该第一温度模式和该第二温度模式中的每一个提供不同的电压输出范围。
该热敏电阻器电路的电压输出可以由缩放和移位机构缩放和移位，其中，可以基于该热敏电阻器电路正在操作的温度模式而修改该缩放和移位机构，以使得该缩放和移位机构的输出电压范围可以在该第一目标温度模式或该第二目标温度模式下基本上相同。
该缩放和移位机构可以是运算放大器电路。
可以通过连接或旁路电阻器来修改该运算放大器电路。
该缩放和移位机构的输出电压范围可以基本上在约0V至约5V、或0V至4V、或0V至3.5V之间。该缩放和移位机构的输出电压范围可以基本上在约0V至约3.3V之间。
该第一目标温度模式和该第二目标温度模式包括较低温度模式和较高温度模式，并且其中，该控制器可以被配置成在所测得的气体流温度高于第一阈值时将该热敏电阻器电路从在该较低温度模式下操作切换到在较高温度模式下操作。
该控制器可以被配置成在所测得的气体流温度低于第二阈值时将该热敏电阻器电路从在该较高温度模式下操作切换到在该较低温度模式下操作。
该第一阈值可以高于该第二阈值。
该控制器可以被配置成在前一次调整之后的预定时间段内不能在该第一目标温度模式与该第二目标温度模式之间调整该热敏电阻器电路。
该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别对应于在约50℃至约70℃之间以及在约90℃至约110℃之间。该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别对应于在约60℃至约67℃之间、以及在约95℃至约105℃之间。该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别对应于在约66℃和约100℃。
该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别与约0℃至约60℃之间以及约20℃至约100℃之间的气体流温度范围相关联。该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别与0℃至约50℃之间以及约25℃至约85℃之间的气体流温度范围相关联。该第一目标温度模式和该第二目标温度模式可以分别与约0℃至约40℃以及约30℃至约70℃的气体流温度范围相关联
该控制器可以是微控制器。
该控制器可以包括比较器电路。
该控制器可以被配置成响应于所测得的气体流温度的变化而调整该热敏电阻器电路以在多于两种不同的目标温度模式之间改变
一种用于测量气体流的速率或速度的系统可以包括包含热敏电阻器的热敏电阻器电路，该热敏电阻器电路具有多种不同的目标温度模式。该热敏电阻器电路可以被配置成输出某个输出电压范围，该输出电压范围针对这些多种温度模式中的每一种是相同的。
该系统可以包括温度传感器，该温度传感器被配置成测量气体流温度。
由该热敏电阻器输出的这些输出电压可以表示该热敏电阻器电路的功率消耗并且指示该气体流的速率或速度。
由热敏电阻器输出的这些输出电压表示该热敏电阻器电路的功率消耗并且指示该气体流的流速。
该热敏电阻器电路可以具有多于两种不同的目标温度模式。
该热敏电阻器电路可以被配置成测量在约0L/min至约200L/min之间的气体流速。该热敏电阻器电路可以被配置成测量在约0L/min至约150L/min之间的气体流速。该热敏电阻器电路可以被配置成测量在约0L/min至约100L/min之间的气体流速。
该系统可以进一步包括鼓风机。
该热敏电阻器电路可以位于鼓风机的上游。
该热敏电阻器电路可以位于鼓风机的下游。
该鼓风机可以被配置成向患者提供高流量治疗。
该鼓风机可以被包括在鼓风机/传感器模块内。
该鼓风机/传感器模块可以是可移除的，并且被配置成插入到该系统的壳体中。
该鼓风机/传感器模块可以是不可从该系统的壳体移除的。
该鼓风机/传感器模块可以包括感测电路板。
该热敏电阻器电路的至少一部分可以位于该感测电路板上或该感测电路板内。
该系统可以进一步包括患者呼吸导管，该患者呼吸导管被配置成在该导管的一端处耦合到该系统的气体流出口并且在该导管的另一端处耦合到的患者接口。
该患者接口可以是鼻插管、全面罩、鼻罩、气管造口接口、鼻枕罩或气管内管。
该患者呼吸导管可以包括被配置成加热穿过导管的气体的加热线。
该系统可以进一步包括被配置成对流向患者的气体流进行加湿的加湿器。
附图说明
图1A示出了呈流量治疗装置形式的呼吸辅助装置的图解形式。
图1B展示了包括可以在呼吸辅助装置中使用的流速传感器的感测电路板的示例。
图2展示了可以在热敏电阻器流量传感器中使用的热敏电阻器电路的示例。
图3展示了可以在一些实施例中使用的差分运算放大器电路。
图4A展示了被配置成在两种不同目标温度下操作的经修改的热敏电阻器电路。
图4B和4C展示了被配置成在多个不同的目标温度下操作的热敏电阻器电路中的替代电阻器安排。
图4D展示了在运算放大器之后包含缓冲级的另一个实施例。
图4E展示了电桥由双电源驱动的一个实施例。
图5展示了曲线图，该曲线图示出了针对不同温度和流速的输出电压范围。
图6展示了曲线图，该曲线图示出了针对不同的目标温度和流温度组合，热敏电阻器电路输出电压与流速之间的关系。
图7展示了将热敏电阻器流量传感器的热敏电阻器电路配置成可在至少第一目标温度和第二目标温度下操作的过程的流程图。
图8展示了根据一些实施例的用于操作能够在两个不同目标温度下操作的热敏电阻器流量传感器的过程的流程图。
具体实施方式
图1A示出了流量治疗装置10。装置10可以包括主壳体100，该主壳体包括采用电机/叶轮安排形式的流量发生器11(例如，鼓风机)、可选的加湿器12、控制器13、以及用户接口14(包括例如显示器和比如(多个)按钮、触摸屏等(多个)输入装置)。控制器13可以被配置或编程用于控制装置的部件，该控制包括但不限于：操作流量发生器11以产生气体流(气体流)以供递送给患者；操作加湿器12(如果存在的话)以对所生成的气体流进行加湿和/或加热；从用户接口14处接收用于对装置10进行重新配置和/或用户定义的操作的用户输入；以及向用户输出信息(例如，在显示器上)。用户可以是患者、保健专业人士、或对使用该装置感兴趣的任何其他人。如本文所使用的，“气体流”可以指可以在呼吸辅助或呼吸设备中使用的任何气体流，比如，环境空气流、包括基本上100％氧气的流、包括环境空气与氧气的某种组合的流等。
患者呼吸导管16在一端处耦合到流量治疗装置10的壳体100中的气体流出口21。患者呼吸导管16在另一端处耦合到的患者接口17，比如，具有歧管19和鼻叉18的鼻插管。另外地或可替代地，患者呼吸导管16可以耦合到面罩、鼻罩、鼻枕罩、气管内管、气管造口接口等。由流量治疗装置10生成的可以被加湿的气体流经由患者导管16通过插管17被递送给患者。患者导管16可以具有加热线16a以便加热穿过到达患者的气体流。加热线16a可以受控制器13的控制。患者导管16和/或患者接口17可以被认为是流量治疗装置10的一部分、或可替代地在流量治疗装置的周边。流量治疗装置10、呼吸导管16以及患者接口17可以一起形成流量治疗系统。
控制器13可以控制流量发生器11以生成具有期望流速的气体流。控制器13还可以控制补充氧气入口以允许递送补充氧气、控制加湿器12(如果存在的话)以将气体流加湿和/或将气体流加热到适当的水平等。气体流通过患者导管16和插管17被引出到达患者。控制器13还可以控制加湿器12中的加热元件和/或患者呼吸导管16中的加热元件16a以将气体加热到期望温度从而获得患者期望水平的治疗和/或期望水平的舒适度。控制器13可以被编程有或可以确定适合的目标气体流温度。
操作传感器3a、3b、3c(比如流量、温度、湿度和/或压力传感器)可以被放置在流量治疗装置10中的各种位置中。在一些实施例中，可以将附加传感器(例如，传感器20、25)放置在患者导管16和/或插管17上的各种位置(例如，在吸气管的末端处或附近可以存在温度传感器)。来自传感器的输出可以由控制器13接收，以便辅助控制器以提供合适的治疗的方式来操作流量治疗装置10。在一些配置中，提供合适的治疗包括满足患者的吸气峰值需求。装置10可以具有发射器和/或接收器15以使得控制器13能够从传感器接收信号8和/或控制流量治疗装置10的各个部件，包括但不限于流量发生器11、加湿器12和加热线16a、或与流量治疗装置10相关联的附件或外围设备。另外地或可替代地，发射器和/或接收器15可以向远程服务器递送数据或实现对装置10的远程控制。
在一些实施例中，流量治疗装置10可以包括高流量治疗装置。如本文所使用的，“高流量”治疗可以涉及以相对高的流速向患者的气道给送气体。例如，对于成年人，流速可以为至少约15L/min、或约20L/min、或约25L/min、或约30L/min、或约40L/min、或约50L/min、或者高达约150L/min。对于儿童和婴儿，流速可以为约1L/min、或约2L/min、和高达25L/min、或约3L/min、或约5L/min、或约10L/min、或约15L/min、或约20L/min。高流量治疗可以给送到用户的鼻孔和/或口服、或经由气管造口接口。高流量治疗可以以处于或超过预期用户的峰值吸气流量要求的流速将气体递送给用户。到达患者气道的高流量气体可以有利于冲洗患者的气道，这可以减小解剖无效腔的体积。通常可以利用非密封患者接口(例如，鼻插管)来递送高流量治疗。鼻插管可以被配置成以超过预期用户的峰值吸气流量要求的流速将呼吸气体递送到用户的鼻孔。
如本文使用的术语“非密封患者接口”可以指在患者的气道与气体流源(比如，来自流量发生器11)之间提供气动链接的不完全闭塞患者的气道的接口。非密封气动链接可以包括小于患者气道的约95％的闭塞。非密封气动链接可以包括小于患者气道的约90％的闭塞。非密封气动链接可以包括在患者气道的约40％至约80％之间的闭塞。气道可以包括患者的鼻孔或嘴巴中的一个或多个。
转向图1B，示出了可以在上述流量治疗装置10中实施的感测电路板2200。具体地，流量治疗装置10可以包括用于容纳电机/传感器模块的凹部。电机/传感器模块可以包括流量发生器或鼓风机，其可以将室内空气带入鼓风机的入口端口。入口端口可以可选地包括阀，加压气体可以通过该阀进入流量发生器或鼓风机。阀可以控制氧气流进入流量发生器鼓风机。阀可以是任何类型的阀，包括比例阀或二位阀。
鼓风机可以以大于约1,000RPM且小于约30,000RPM、大于约2,000RPM且小于约21,000RPM、或在任何前述值之间的电机速度操作。鼓风机的操作可以混合通过入口端口进入鼓风机的气体。使用鼓风机作为混合器可以降低否则将在具有单独混合器(比如，包括挡板的静态混合器)的系统中发生的压降，因为混合需要能量。
经混合的空气可以通过导管离开鼓风机并进入电机/传感器模块的传感器室中的流动路径。感测电路板2200可以定位在传感器室中使得感测电路板2200至少部分地浸入气体流中。感测电路板2200上的传感器中至少一些传感器可以被定位在气体流内以测量流内的气体特性。在穿过传感器室中的流动路径2006之后，气体可以离开到达上述加湿器12。
感测电路板2200可以是印刷感测电路板(PCB)。可替代地，可以利用连接电子部件的电线来构建板2200上的电路，而不是将该电路印刷在电路板上。感测电路板2200的至少一部分可以安装在气体流之外。气体流可以由上述流量发生器11生成。感测电路板2200可以包括超声波换能器2204。感测电路板2200可以包括一个或多个热敏电阻器2205。热敏电阻器2205可以被配置成测量气体流的温度。感测电路板2200可以包括热敏电阻器流速传感器2206。感测电路板2200可以包括其他类型的传感器，比如湿度传感器(包括与单独的温度传感器一起使用的仅湿度传感器、以及组合的湿度和温度传感器)、用于测量大气压力的传感器、用于测量压差的传感器、和/或用于测量表压的传感器。热敏电阻器流速传感器2206可以包括热线式流速计，比如，铂丝和/或热敏电阻器(比如，负温度系数(NTC)热敏电阻器、或正温度系数(PTC)热敏电阻器)。加热式温度感测元件的其他非限制性示例包括玻璃或环氧树脂包封的热敏电阻器、或者非包封的热敏电阻器。热敏电阻器流速传感器2206可以被配置成通过以恒定功率供应、或者维持在恒定传感器温度或维持传感器与气体流之间的恒定温差来测量气体的流速。
感测电路板2200可以包括第一部分2201和第二部分2202。第一部分2201可以被定位在气体的流动路径2006内，而第二部分2202可以被定位在气体的流动路径2006之外。在图1B中，用箭头2203指示气体流的方向。气体流的方向可以是直线、或者如图1B所示是弯曲的。
将热敏电阻器2205和/或热敏电阻器流速传感器2206中的一个或多个定位在组合的鼓风机和混合器的下游可以将供应到来自鼓风机的气体流的热量考虑在内。此外，将基于温度的流速传感器浸入流动路径中可以提高测量的准确度，因为浸入流中的传感器更可能经受与气体流相同的状况(比如，温度)，并因此提供对气体特性更好的表示。
在2016年12月2日提交的名称为“Flow Path Sensing for Flow TherapyApparatus(用于流量治疗装置的流动路径感测)”的国际申请号PCT/NZ2016/050193中披露了流量治疗装置的示例，该国际申请通过援引以其全文并入本文。
使用热敏电阻器进行流量测量
在许多呼吸辅助装置和被配置成递送气体流的其他装置中，通常需要能够使用包括一个或多个传感器(比如，热敏电阻器或超声波传感器安排)的感测系统来测量流速(例如，气体流的速率或速度)。例如，在非密封呼吸辅助装置的背景下，可以测量流速以确定患者的呼吸周期。
在一些实施例中，可以使用至少两个不同类型的传感器来测量气体流速。例如，第一类型的传感器可以能够以更好的短期或局部准确度(例如，检测流速的快速、逐次呼吸地变化)但较差的长期准确度(例如，由于小误差的累积)来测量流速，而第二类型的传感器可以能够以较差的局部准确度(例如，由于局部噪声)但更好的平均准确度来测量流速。可以结合来自第一类型传感器和第二类型传感器两者的输出读数来确定更准确的流量测量结果。例如，在一些实施例中，可以使用先前确定的流速和来自第二类型的传感器的一个或多个输出来确定预测当前流速。然后可以使用来自第一类型的传感器的一个或多个输出来更新预测当前流速，以便计算最终流速。
第一类型的传感器可以包括超声波传感器组件(例如，图1B中的超声波传感器2204)。第二类型的传感器可以基于热线式流速测定的各种方法，其可以通过监测气体流与传感器之间的对流套管热传递来测量流速。如上所述，热线式流速测定传感器的示例可以包括热线式流速计、或者热敏电阻器(下文中也称为“热敏电阻器流量传感器”)，比如，图1B中所示的热敏电阻器流速传感器2006。虽然图1B示出了具有上述优点的在鼓风机下游的感测室内的热敏电阻器流速传感器2206，但是在一些实施例中，热敏电阻器流量传感器也可位于鼓风机的上游。该装置可以具有在鼓风机之前的入口流动路径。入口流动路径可以由三个主要区域限定，这三个主要区域是入口区域、传感器区域和过渡区域。入口区域可以是入口流动路径的初始部分。传感区域可以位于入口区域与过渡区域之间。过渡区域可以包括耦合到鼓风机的出口端口。热敏电阻器流量传感器可以位于鼓风机之前的入口流动路径的传感器区域中。
热线式流速测定可以通过监测气体流与传感器之间的热传递来测量流速。如上所述，热线式流速计或热敏电阻器可以以恒定功率供应、或者维持在恒定传感器温度或维持传感器与气体流之间的恒定温差。例如，在恒温模式下，本披露涉及的热敏电阻器流量传感器可以通过在气体围绕并经过热敏电阻器流动时在流内以恒定目标温度运行热敏电阻器，并且测量将热敏电阻器维持在目标温度所需的功率量来进行操作。在一些实施例中，目标温度可以被配置成高于气体流的温度，使得流速越高，将热敏电阻器维持在目标温度所需的功率越多。
图2展示了根据一些实施例的可以在热敏电阻器流量传感器中使用的热敏电阻器电路的示例。在一些实施例中，热敏电阻器电路200可以是用于维持热敏电阻器202的恒定目标温度的恒温电路，比如，惠斯通电桥电路。热敏电阻器202具有与标准电阻器相比更依赖于其温度的电阻Rs。在一些实施例中，热敏电阻器202的电阻具有负温度系数。例如，热敏电阻器的温度越高，热敏电阻器202的电阻Rs将越低。
在一些实施例中，热敏电阻器电路200包括电桥电路。电桥电路可以具有第一臂，该第一臂具有使用具有电阻R1和R2的电阻器204和206形成的第一分压器，该第一分压器建立参考电压e1。电桥电路可以具有第二臂，该第二臂具有由热敏电阻器202和具有电阻Rb的电阻器208形成的第二分压器，该第二分压器建立参考电压e2。运算放大器210可以提供反馈以保持热敏电阻器电路200平衡，使得电压e1等于电压e2。
利用适当的偏置和电路构造，热敏电阻器电路200可以在热敏电阻器202上产生恒定目标温度。例如，如果用气体流来冷却热敏电阻器202(从而导致电阻Rs增大，并且因此电压e2增大)，则运算放大器210将用于向电桥电路提供更大功率以便保持热敏电阻器202的温度恒定。设置在运算放大器210的反馈环路中的电压Vb指示所提供的功率量。因此，可以通过跟踪Vb来确定所递送的功率量。可以由呼吸辅助装置的感测系统的控制器(例如，控制器13)来接收所测得的电压，以便计算气体流速。在一些实施例中，将电压馈送到与控制器相关联的ADC(例如，控制器的ADC端口)以将模拟电压信号转换为数字信号，以便控制器进行处理。在一些实施例中，可以读取热敏电阻器202两端的电压降以确定所递送的功率量。在一些实施例中，被配置成控制热敏电阻器流量传感器的控制器可以是微控制器。
可以通过选择电路中的电阻(例如，电阻器204、206和208)来选择热敏电阻器电路200的目标温度。例如，由于根据电路200，电压e1＝e2是固有的，因此热敏电阻器202的电阻Rs可以计算为：
如此，可以基于与热敏电阻器202的期望目标温度相对应的期望电阻Rs来选择电阻器204、206和208的电阻。
在一些实施例中，来自热敏电阻器电路200的电压(例如，电压Vb)可以具有与可以在控制器处接受的电压(例如，控制器的ADC端口的电压范围)相比不同的范围。如此，可以将电压馈送到差分运算放大器配置，以使得可以对电压进行缩放和/或移位以更好地匹配ADC的电压范围，从而允许使用ADC的基本上整个范围。这可以允许更高的分辨率和更准确的功率读数。可以将差分运算放大器所产生的信号递送至控制器的ADC端口以进行读取。
图3展示了可以在一些实施例中使用的差分运算放大器电路300。通过为电阻器302、304、306和308选择适当的值，可以由运算放大器310对传入信号(Vb)进行DC移位和缩放。例如，如果已知Vb的输出范围，则差分运算放大器电路300可以被配置成对Vb信号进行移位和/或缩放以基本上覆盖控制器的ADC输入的值的整个可能范围。通过允许使用ADC的基本上整个电压范围，可以提高系统在读取功耗(以及因此气体流量)时的分辨率。
来自运算放大器310的信号可以被递送到控制器的ADC端口以便由控制器读取。另外，控制器可以接收来自用于感测气体流温度的温度传感器的读数。通过确定递送到热敏电阻器202的功率(基于电压Vb)，可以确定由于气体流在热敏电阻器202上方穿过而通过热敏电阻器202损耗的功率。由于已知气体流的温度(使用温度传感器)，可以确定在热敏电阻器202上方穿过的气体流的量(并因此确定气体流速)。
流温度和流量传感器分辨率
在一些实施例中，热敏电阻器流量传感器的主要目的是能够准确地测量(与可以使用例如超声波传感器安排来执行快速测量形成对比)流量。然而，在存在大范围的可能流温度的情况下，当气体流温度与热敏电阻器目标温度之间的差异太小或太大时，热敏电阻器流量传感器的分辨率要求可能被拉伸或被压缩。
例如，当气体流温度接近热敏电阻器的目标温度时，维持热敏电阻器目标温度所需的功率要求可能非常小。例如，针对维持约66℃的目标温度的热敏电阻器，如果气体流的温度为约64℃，则无论气体流的速度或密度如何，都将消耗很少的功率来维持热敏电阻器的目标温度。如此，热敏电阻器流量传感器可能需要是极灵敏的，以便能够检测功率要求的微小变化。
如果气体流温度与热敏电阻器目标温度之间的差异较大(例如，热敏电阻器目标温度为约100℃，而气体流温度为约5℃)，则气体流速的轻微变化可能大幅度地改变维持热敏电阻器目标温度所需的功率量。这可能需要ADC和运算放大器覆盖大范围的功率值，从而牺牲详细的分辨率。另外，如果温差过大，则将热敏电阻器维持在目标温度所需的功率消耗可能变为大于可以供应的功率量。此外，当流温度与目标温度之间存在较大差异时，可能发生自对流，这可能使得难以准确地计算流速。例如，当热敏电阻器流量传感器具有相对于气体流温度而言较高的目标温度时，可能在热敏电阻器上方发生对流，产生附加气体运动，从而导致热敏电阻器流量传感器的读数失真。
因此，如上所述，可能不希望气体流温度与热敏电阻器目标温度之间的差异过大或过小。在一些实施例中，热敏电阻器目标温度可以与期望的气体流温度范围相关联，从而指示其中热敏电阻器目标温度与气体流温度之间的差异没有过小或过大的气体流温度范围。
克服气体的大温度范围的一种方式是使用维持传感器温度与气体温度之间的恒定温差的热线式流速计或热敏电阻器。可以维持恒定温差的热线式流速计可能是昂贵的、易于损坏和/或发生故障、和/或需要频繁更换。热敏电阻器可以比热线更便宜并且更耐用。然而，维持热敏电阻器上的恒定温差可能使得热敏电阻器流量传感器的补偿电路复杂且不准确。如本披露所描述的，克服气体的大温度范围的另一种方式是在流速传感器的热敏电阻器上维持多个(例如，两个、三个或更多个)恒定温度。多个不同的温度可以允许热敏电阻器流速传感器在气体的大温度范围内准确。
双温度热敏电阻器电路
在一些实施例中，为了避免气体流温度与热敏电阻器目标温度之间的差异处于不期望的范围(例如，差异过大或过小)，热敏电阻器电路可以被配置成在多个不同的目标温度(也可以称为目标温度模式或恒温模式)下操作。例如，热敏电阻器电路可以被配置成能够在两个不同的目标温度之间切换，使得气体流的温度将总是落在相对于这两个目标温度之一的一定范围内(例如，不太近也不太远)。例如，在一个实施例中，热敏电阻器电路可以被配置成在约66℃的第一目标温度(与约0℃至约40℃之间的期望流温度范围相关联)、以及约100℃的第二目标温度(与约30℃至约70℃之间的期望流温度范围相关联)下进行操作。虽然随后的披露内容主要针对具有两个不同目标温度的热敏电阻器电路，但是应理解的是，在其他实施例中，热敏电阻器电路可以与多于两个(比如，三个或四个或五个或六个等)不同的工作温度相关联。
图4A展示了根据一些实施例的被配置成在两个不同目标温度下操作的经修改的热敏电阻器电路400。热敏电阻器电路400可以类似于热敏电阻器电路200，区别在于可以使用具有对应电阻R2a和R2b的两个不同电阻器402和404来代替电阻器206。在一些实施例中，电阻器402和404可以串联连接。可以经由开关406来旁路这两个电阻器中的至少一个(例如，电阻器404)。当被连接时，开关406可以提供与电阻器404并联的低(理想地为零)电阻路径，从而基本上“短路”电阻器404。如此，可以基于是否旁路了电阻器404来更改参考电压e1。在其他实施例中，开关406可以被放置在惠斯通电桥中的其他位置以便改变电路的这两个臂中的电阻之比(例如，通过接入或断开R1或Rb)。
在一些实施例中，开关406不是物理开关，而替代地可以是双极结型热敏电阻器(BJT)或者可以由控制器电子地接通或断开以便连接或旁路电阻器406的其他类型的开关。在一些实施例中，可以可替代地利用压控电阻器(比如，在欧姆区中操作的场效应晶体管(FET)或JFET)来替换开关406和电阻器404。以这种方式，可以通过改变控制电压来选择电阻404的多个值。在一些实施例中，控制电压可以被配置成在一个或多个设定值之间切换，从而使得电阻404的值能够在一个或多个设定电阻值之间切换。
在一些实施例中，可以通过增加可以实现的不同可能电阻的数量来实施多于两种不同的温度模式。例如，图4B和图4C展示了用于实施更大数量的不同电阻值的电阻器402、404和开关406的替代配置。图4B展示了包括多个电阻器404-1至404-n的电阻器404。电阻器404-1到404-n可以被安排成串联安排。图4C展示了包括多个电阻器404-1至404-n的电阻器404、以及包括多个开关406-1至406-n的开关406。电阻器404-1至404-n可以被安排成并联。开关406-1至406-n各自可以允许相应的电阻器404-1至404-n被连接作为电路的一部分、或者被旁路。通过断开和闭合开关406-1到406-n的不同组合来连接或旁路电阻器404-1到404-n，可以实现不同的电阻。不同的电阻可以对应于不同的温度模式。在具有并联安排的一些实施例中，可以使用附加开关406-n+1来旁路所有电阻器404-1到404-n。
图4D展示了在运算放大器之后包含缓冲级408的另一实施例。在一些实施例中，缓冲级408(例如，NPN晶体管)可以用于减轻运算放大器210的负担并改善启动性能(例如，在单独的运算放大器210最初不能对电桥进行供电的情况下)。缓冲级408可以通过减少在运算放大器的启动期间所汲取的电流来改善启动性能。图4E展示了根据一些实施例的电桥由双电源驱动的实施例，这可以允许实现更大的功率。该电路可以包括位于分压器与电压源Vcc和/或Vee之间的缓冲级408，缓冲级408的栅极连接到运算放大器210的输出端。在一些实施例中，其他变型也是可能的。例如，缓冲级408可以是PNP晶体管而不是NPN晶体管。在一些实施例中，这可以允许以稳定性为代价而达到更高的功率。
在一些实施例中，控制器可以从测量气体流温度的温度传感器(未示出)接收温度测量结果。基于所接收的温度，控制器确定热敏电阻器电路400应当在哪个目标温度下操作(例如，通过接通或断开开关406)。例如，当流温度处于与第一目标温度相关联的期望范围内时，热敏电阻器电路400可以在第一目标温度下操作。在一些实施例中，当流温度处于与第二目标温度相关联的期望范围内时，热敏电阻器电路400可以将操作切换到第二目标温度。
在操作期间，控制器可以读取热敏电阻器流量传感器两端的输出电压(例如，热敏电阻器电路的行进通过差分运算放大器并传输到控制器的ADC端口的输出电压)。基于热敏电阻器流量传感器当前操作的目标温度和所测得的气体流温度，控制器可以被配置成确定气体流的流速。
双温度热敏电阻器电路输出电压范围
在一些实施例中，热敏电阻器电路400被配置成无论热敏电阻器电路在哪个温度模式下操作都向控制器(和/或差分运算放大器电路)呈现相同的电压范围。例如，热敏电阻器电路可以被配置成无论热敏电阻器电路正在操作的目标温度如何都输出在约1V至约38V之间、或约5V至约15V之间的电压，其中，约5V对应于低流量而约15V对应于高流量。然后可以使用差分运算放大器电路将电压缩放和/或移位到可以被控制器接受的第二电压范围(例如，在约0V至约5V之间、或者在约0V至约3.3V之间)。
图5展示了曲线图，该曲线图示出了针对不同温度和流速的输出电压范围。曲线图500包括曲线502，该曲线展示了针对100℃的目标温度、0L/min的流速，流温度与热敏电阻器电路输出电压之间的示例关系。曲线图500包括曲线504，该曲线展示了针对100℃的目标温度、70L/min的流速，流温度与热敏电阻器电路输出电压之间的示例关系。曲线图500包括曲线506，该曲线展示了针对66℃的目标温度、0L/min的流速，流温度与热敏电阻器电路输出电压之间的示例关系。曲线图500包括曲线508，该曲线展示了针对66℃的目标温度、70L/min的流速，流温度与热敏电阻器电路输出电压之间的示例关系。如通过比较曲线502与506和/或曲线504与508所展示的，针对给定流速，当流温度与目标温度之间的差异相同时，针对不同的目标温度，热敏电阻器电路的输出电压可以基本上相同。如此，无论热敏电阻器电路在哪个目标温度下操作，热敏电阻器电路的可能输出电压范围都可以保持为基本上相同。
图6展示了曲线图600，该曲线图展示了针对不同的目标温度和流温度组合，热敏电阻器电路输出电压与流速之间的关系。如图6所示，曲线602展示了针对100℃的热敏电阻器目标温度和30℃的气体流温度，热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。曲线604展示了针对100℃的热敏电阻器目标温度和70℃的气体流温度，热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。曲线606展示了针对66℃的热敏电阻器目标温度和0℃的气体流温度，热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。曲线608展示了针对66℃的热敏电阻器目标温度和40℃的气体流温度，热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。气体流
如曲线图600所展示的，无论热敏电阻器电路在哪个目标温度下操作，输出电压与流速之间的关系可以基本上类似于目标温度与流温度之间的类似差异。例如，曲线602和606可以展示当目标温度与流温度之间的差异分别为70℃和66℃时热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。曲线602和606可以展示相对于流速变化的基本上相似的输出电压值。曲线604和608可以展示当目标温度与流温度之间的差异分别为30℃和26℃时热敏电阻器电路输出电压与流速的示例关系。曲线604和608可以展示相对于流速变化的基本上相似的输出电压值。控制器可以将目标温度与气体流温度进行比较(例如，使用比较器电路)，并且可以使用该差异基于从热敏电阻器流量传感器接收的电压来确定流速，而不管热敏电阻器流量传感器正在操作的目标温度如何。
在一些实施例中，将热敏电阻器电路配置成无论操作目标温度如何都呈现相同的电压范围可以通过对热敏电阻器电路的电阻器值(例如，如图4A所展示的电阻器204、208、402和404)进行适当地配置来实现。因为热敏电阻器202在操作期间保持在恒定目标温度，所以热敏电阻器电路400的功率输入(由于电功率)可以等于功率输出(来自功率损耗)。在一些实施例中，可以基于金氏定律(King’s law)来确定由于冷却流而引起的功率损耗，其可以表示为：
P损耗＝(a+bQc)(Ts-Ta)
其中a、b和c是与流相关的常数，Q表示气体流速，Ts是热敏电阻器202的目标温度，并且Ta是气体流的温度。
功率输入(例如，加热热敏电阻器202所消耗的功率)可以表示为：
其中，Vs是热敏电阻器202两端的电压，并且Rs是热敏电阻器202的电阻。因为功率输入与功率损耗相等，所以热敏电阻器202两端的电压Vs可以表示为：
另外，由于热敏电阻器202是分压器的一部分，所以热敏电阻器202两端的电压Vs还可以表示为：
如此，电压Vb、气体流速Q、热敏电阻器电路的热敏电阻器202的电阻、以及电阻器208的电阻之间的关系可以表示为：
基于期望的目标温度Ts，热敏电阻器202的电阻Rs可以具有不同的已知值。因此，电阻器208的电阻Rb可以被配置成确定电压Vb的可能值。
为了使无论热敏电阻器电路400正在哪个目标温度下操作电压值Vb的范围都相同，对于任一目标温度场景下相同的流速，Vb的值都应是相同的值，其可以表示为：
这可以简化为：
表达式(Ts,x-Ta,x)可以表示与每个目标温度相关联的气体流温度范围，其中Ts,x对应于热敏电阻器目标温度(例如，两个不同的可能值，其中，热敏电阻器电路被配置成在两个不同的目标温度之一下操作)，而Ta,x对应于气体流温度。在一些实施例中，热敏电阻器电路可以被配置成当热敏电阻器目标温度与气体流温度之间存在相同差异时，无论热敏电阻器当前正在操作的目标温度模式如何，热敏电阻器电路的输出电压Vb都应当相同。如此，当(Ts,1-Ta,1)＝(Ts,2-Ta,2)时，则：
因此，电阻器208的电阻Rb可以被确定为与不同目标温度相对应的电阻值Rs,1和Rs,2的几何均值，如下：
如上所述，Rs,1和Rs,2可以由热敏电阻器目标温度的值来限定。例如，在特定实施例中，热敏电阻器目标温度可以是约66℃和约100℃，并且相应的电阻Rs,1和Rs,2分别是约550Ω和约220Ω。如此，电阻Rb可以被设置为约350Ω(或约330Ω，其可以对应于E12系列电阻器中的最接近的电阻值)。
另外，因为热敏电阻器电路400的第一分压器和第二分压器上的电压相等(e1＝e2)，所以可以将电阻器204、402和404的电阻R1、R2a和R2b被配置成与电阻器208与针对不同热敏电阻器目标温度的热敏电阻器202的电阻之间的比率相匹配。在电阻器402和404被配置成串联的实施例中(使得可以使用开关406断开电阻器404)：
如上文所提及的，在热敏电阻器的目标温度为约66℃和约100℃的一些实施例中，相应的电阻Rs,1和Rs,2分别为约550Ω和约220Ω，电阻器208的电阻Rb的值为约350Ω。因此，在约66℃的第一目标温度下，Rb/Rs的比率可以为约3/5。在约100℃的第二目标温度下，Rb/Rs的比率可以为约3/2。因此，可以确定电阻器204、402和404的电阻R1、R2a和R2b的合适值。例如，电阻器204、402和404可以被配置成分别具有约15kΩ、约10kΩ和约15kΩ的电阻R1、R2a和R2b。
图7展示了将热敏电阻器流量传感器的热敏电阻器电路配置成可在至少第一目标温度和第二目标温度下操作的示例过程的流程图。在一些实施例中，热敏电阻器电路可以被配置成包括第一分压器和第二分压器以向运算放大器提供第一参考电压和第二参考电压(例如，如图4A所展示的)，从而允许维持热敏电阻器的目标温度。
在框702处，可以识别气体流温度范围。在一些实施例中，不同的呼吸治疗装置可以与不同的气体流温度范围相关联。例如，特定的呼吸治疗装置可以被配置成产生温度在约0℃至约70℃之间的气体流。
在框704处，可以确定两个或更多个热敏电阻器目标温度。每个热敏电阻器目标温度可以与期望的气体流温度子范围相关联，使得与这两个或更多个热敏电阻器目标温度范围相对应的气体流温度子范围可以基本上覆盖在框702处识别的整个温度范围。例如，在所识别的气体流温度范围为从约0℃至约70℃的情况下，该一个或多个热敏电阻器目标温度可包括：针对在约0℃至约40℃之间的期望气体流温度子范围的约66℃的第一热敏电阻器目标温度、以及针对在约30℃至约70℃之间的期望气体流温度子范围的约100℃的第二热敏电阻器目标温度。在一些实施例中，一个或多个热敏电阻器目标温度的期望温度子范围可以重叠。可以进行重叠以防止滞后，这将在下文中更详细地描述。
在一些实施例中，期望无论热敏电阻器电路当前正在操作的热敏电阻器目标温度如何，热敏电阻器电路的输出电压范围都保持相同。在框706处，可以确定热敏电阻器电路的一个或多个部件值，使得热敏电阻器目标温度中的每一个都可以与相同的输出电压范围相关联。例如，在如图4A所展示的热敏电阻器电路400中，热敏电阻器电路400的输出电压范围可以基于电阻器208的电阻Rb。如此，通过将电阻器208设置为如上所述的合适值，可以将输出电压Vb的范围设置为无论热敏电阻器电路400正在操作的目标温度如何都基本上相同。
在框708处，可以确定热敏电阻器电路的一个或多个部件值，使得热敏电阻器电路能够在所确定的热敏电阻器目标温度下操作。例如，在热敏电阻器电路基于由一个或多个分压器生成的一个或多个参考电压来维持热敏电阻器目标温度的情况下，分压器的一个或多个电阻器的电阻值可以被设置为具有基本上与给定热敏电阻器目标温度下的热敏电阻器相关联的比率相匹配的比率。例如，在图4A所展示的热敏电阻器电路400中，可以针对热敏电阻器的不同期望目标温度来确定热敏电阻器202的电阻与电阻器208的电阻之间的一个或多个比率。然后，可以设置电阻器204、402和404的电阻，以便基本上匹配与期望的目标温度相关联的比率，从而允许热敏电阻器电路400在期望的热敏电阻器目标温度下操作。
气体流温度范围和滞后
如上所述，热敏电阻器电路(例如，热敏电阻器电路400)可以被配置成在多个不同的热敏电阻器目标温度下操作，每个热敏电阻器目标温度与不同的气体流温度子范围相关联。在一些实施例中，为了避免在气体流温度接近不同气体流温度子范围之间的过渡点的情况下在不同的热敏电阻器目标温度模式之间的快速切换，气体流温度子范围可以重叠。例如，热敏电阻器电路可以被配置成分别在与低气体流温度子范围和高气体流温度子范围相对应的低目标温度和高目标温度下操作。低气体流温度子范围的上限可以高于高气体流温度子范围的下限。如此，当热敏电阻器在低目标温度下操作时，其仅在所测得的气体流温度超过低气体流温度子范围的上限时才切换到在高目标温度下操作。另一方面，当热敏电阻器在高目标温度下操作时，其仅在所测得的气体流温度降低至低于高气体流温度子范围的下限时才切换到在低目标温度下操作。
作为示例，如果热敏电阻器目标温度被设置在约66℃和约100℃，并且相应的气体流温度范围分别为约0℃至约40℃和约30℃至约70℃，如果所测得的气体流温度超过约40℃，则热敏电阻器可以从在约66℃下操作切换到在约100℃下操作，并且如果所测得的气体流温度小于约30℃，则热敏电阻器可以从在约100℃下操作切换到在约66℃下操作。在一些实施例中，在热敏电阻器目标温度之间的切换可以在温度变化中断、计划定时器中断等情况下被触发。
在一些实施例中，可以基于定时器来限制在不同热敏电阻器目标温度模式之间的切换，该定时器可以用于防止在预定时间段内在不同热敏电阻器目标温度模式之间发生切换。
其他实施方式
尽管图4A展示了在通过将电阻器(例如，电阻器404)接入电压桥或从电压桥断开以控制电压桥的参考电压来控制目标温度的情况下的热敏电阻器电路，但是应理解的是，在其他实施例中，可以通过其他方法来控制热敏电阻器流量传感器的热敏电阻器(例如，热敏电阻器202)的温度。例如，在一些实施例中，可以将可切换电阻器串联添加至电阻器204而不是电阻器402。在一些实施例中，可以将可切换电阻器串联添加至电阻器208、或者添加至热敏电阻器202。在一些实施例中，可以将可切换电阻器并联而不是串联添加至到热敏电阻器电路的电阻器之一。
在一些实施例中，热敏电阻器电路可以取决于热敏电阻器电路正在操作的目标温度而提供不同的电压输出范围。差分运算放大器电路(例如，如图3所展示的)可以被配置成缩放、衰减和/或移位热敏电阻器电路的输出电压以产生无论目标温度模式如何都基本上相同范围的电压输出。例如，响应于目标温度模式开关，可以接入或断开(例如，连接或旁路)与差分运算放大器电路相关联的电阻器，以便调整由差分运算放大器执行的缩放和/或移位，从而使得无论目标温度模式如何，电压范围都相同。
流程
图8展示了根据一些实施例的用于操作能够在两个不同目标温度下操作的热敏电阻器流量传感器的示例过程的流程图。在框802处，热敏电阻器流量传感器可以在第一热敏电阻器目标温度下操作以测量气体流速。例如，在热敏电阻器流量传感器被配置成在约66℃或约100℃下操作的实施例中，第一目标温度可以对应于约66℃。
在框804处，可以测量气体流温度。在一些实施例中，可以由与热敏电阻器流量传感器分开的温度传感器周期性地测量气体流温度。在框806处，控制器(比如，图1A中的控制器13)可以判定所测得的气体流温度是否满足与第一热敏电阻器目标温度相关联的阈值。例如，在第一热敏电阻器目标温度对应于约66℃的实施例中，控制器可以判定气体流温度是否大于约40℃。如果控制器确定气体流温度不满足与第一热敏电阻器目标温度相关联的阈值，则该过程可以返回到框802，在该框中，热敏电阻器流量传感器可以继续在第一热敏电阻器目标温度下操作。
如果所测得的气体流温度满足阈值，则在框808处，可以将热敏电阻器流量传感器切换到在第二热敏电阻器目标温度下操作。在一些实施例中，在第一热敏电阻器与第二热敏电阻器目标温度之间切换热敏电阻器流量传感器可以包括机械地或电子地将电阻器连接至电压桥或从电压桥断开，以改变热敏电阻器流量传感器内的电压桥的参考电压。在一些实施例中，参考电压被配置成使得可以取决于电阻器是连接还是断开而将热敏电阻器维持在第一热敏电阻器目标温度或第二热敏电阻器目标温度。
在框810处，热敏电阻器流量传感器可以用于在第二热敏电阻器目标温度下操作的同时测量气体流速。在一些实施例中，第二热敏电阻器目标温度可以是约100℃。在框812处，可以测量气体流温度(例如，使用与热敏电阻器流量传感器分开的温度传感器)。
在框814处，控制器可以判定所测得的气体流温度是否满足与第二热敏电阻器目标温度相关联的阈值。在一些实施例中，该阈值可以不同于与第一热敏电阻器目标温度相关联的阈值。例如，在第二热敏电阻器目标温度对应于约100℃的实施例中，如果气体流温度小于约30℃，则可以认为该气体流温度满足阈值。如此，与第一热敏电阻器目标温度和第二热敏电阻器目标温度相关联的阈值可以定义重叠的温度范围。通过具有重叠的温度范围，当气体流温度处于与第一热敏电阻器目标温度和第二热敏电阻器目标温度相关联的不同温度范围之间的过渡点附近的温度时，可以使用滞后来避免在第一热敏电阻器目标温度与第二热敏电阻器目标温度之间快速切换。
如果控制器确定气体流温度不满足第二阈值，则该过程可以返回到框810，其中，热敏电阻器流量传感器可以继续在第二热敏电阻器目标温度下操作的同时测量气体流量。如果气体流温度满足第二阈值，则在框816处，可以将热敏电阻器流量传感器切换到在第一热敏电阻器目标温度下操作。然后，该过程可以返回到框802，其中，热敏电阻器流量传感器可以用于在第一热敏电阻器目标温度下操作的同时测量气体流量。
通过使用被配置成在不同热敏电阻器目标温度下操作的热敏电阻器流量传感器，可以减轻由气体流温度与热敏电阻器目标温度之间的差异过大或过小而引起的分辨率问题。通过将热敏电阻器流量传感器配置成无论热敏电阻器流量传感器正在哪个目标温度下操作都能够返回基本相同的电压范围，可以使用控制器可以接受的基本上所有电压范围。这可以提高热敏电阻器流量传感器的分辨率。
除非上下文另外清楚地要求，否则贯穿本说明书和权利要求的词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应当被解释为开放的意义(与封闭的或详尽的意义相反)，也就是说，其意义是“包括但不限于”。
如本文所用的术语“大致”、“约”和“基本上”表示接近所陈述的量且仍然执行所希望功能或实现所希望结果的量。例如，在一些实施例中，如上下文可以允许的，术语“大致”、“大约”和“基本上”可以指在所陈述的量的小于或等于10％、小于或等于5％、并且小于或等于1％的范围内的量。
对本说明书中任何现有技术的提及不是并且不应当认为是承认该现有技术形成世界上任何国家致力于其的领域中公共常识的部分或任何形式的建议。
所披露的装置和系统还可以在广义上被说成是存在于该申请的说明书中个别或共同地提及或指示的部件、元件和特征，以及所述部件、元件或特征中的两者或更多者的任何或所有组合中。
在以上描述中，在已经参考具有已知等效物的整体或部件的地方，这些整体如同被单独提出一样并入本文。
取决于实施例，本文所描述的任何算法、方法或过程的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，并非所有所描述的动作或者事件对于算法的实践都是必要的)。此外，在某些实施例中，可以例如通过多线程处理、中断处理、或多个处理器或处理器核或在其他并行架构上同时而不是顺序地执行动作或事件。
应当注意的是，对本文中所描述的目前优选实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在不脱离所披露的装置和系统的精神和范围、而且不会使其伴随优势削弱的前提下，可以作出此类的改变和修改。例如，可以根据需要重新定位各种部件。因此预期这样的改变和修改包含在所披露的装置和系统的范围之内。此外，并非所有这些特征、方面以及优点都是实践所披露的装置和系统所必需的。因此，所披露的装置和系统的范围旨在仅由所附权利要求限定。

Claims (31)

1.一种向患者提供气体流的呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括：
温度传感器，该温度传感器被配置成测量该气体流的温度；以及
气体流速感测系统，该气体流速感测系统被配置成测量该气体流的气体流速，
其中，该气体流速感测系统被配置成基于所测得的气体流温度处于第一温度子范围内而以第一目标温度模式进行操作，所述第一温度子范围由第一温度值和第二温度值限定，第二温度值大于第一温度值，并且
其中，该气体流速感测系统被配置成基于所测得的气体流温度处于第二温度子范围内而以第二目标温度模式进行操作，所述第二温度子范围由第三温度值和第四温度值限定，第四温度值大于第三温度值，第三温度值小于第二温度值且大于第一温度值。
2.如权利要求1所述的呼吸辅助装置，其中，该呼吸辅助装置被配置成在第一目标温度模式或第二目标温度模式中以给定流速进行操作。
3.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，第一温度子范围的第二温度值比第二温度子范围的第三温度值高10℃。
4.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，第一目标温度模式的第一温度子范围的第一温度值为0℃，第二温度值为40℃，并且其中，第二目标温度模式的第二温度子范围的第三温度值为30℃，第四温度值为70℃。
5.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流速感测系统包括热敏电阻器电路，并且其中，该热敏电阻器电路包括分压器，该分压器包括至少第一臂和第二臂。
6.如权利要求5所述的呼吸辅助装置，其中，第一目标温度模式具有第一热敏电阻器目标温度，并且其中，第二目标温度模式具有第二热敏电阻器目标温度，其中，第一热敏电阻器目标温度低于第二热敏电阻器目标温度。
7.如权利要求6所述的呼吸辅助装置，其中，第一热敏电阻器目标温度为66℃，第二热敏电阻器目标温度为100℃。
8.如权利要求5所述的呼吸辅助装置，其中，改变该热敏电阻器电路的目标温度模式包括改变与该分压器的第一臂相关联的电阻值。
9.如权利要求5所述的呼吸辅助装置，进一步包括位于该分压器与电源之间的缓冲级。
10.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流速感测系统被配置成响应于气体流的测量温度超过第二温度值而从第一目标温度模式改变至第二目标温度模式。
11.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流速感测系统被配置成响应于气体流的测量温度降低至低于第三温度值而从第二目标温度模式改变至第一目标温度模式。
12.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流速感测系统被配置成基于气体流的测量温度处于多于两个的温度子范围而以多于两个的不同目标温度模式进行操作。
13.如权利要求12所述的呼吸辅助装置，其中，每对相邻的温度子范围重叠以使得：
下温度子范围由第一下限温度值和第一上限温度值限定，第一上限温度值大于第一下限温度值，并且
上温度子范围由第二下限温度值和第二上限温度值限定，第二上限温度值大于第二下限温度值，
其中第二下限温度值小于第一上限温度值并且大于第一下限温度值。
14.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该呼吸辅助装置还包括气体流入口，该气体流入口被配置成接收来自气体流源的气体流。
15.如权利要求14所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流源包括鼓风机。
16.如权利要求15所述的呼吸辅助装置，其中，温度传感器、气体流速感测系统或者温度传感器和气体流速感测系统两者处于该鼓风机的上游。
17.如权利要求15所述的呼吸辅助装置，其中，温度传感器、气体流速感测系统或者温度传感器和气体流速感测系统两者设置在具有壳体的传感器组件内，该传感器组件位于该鼓风机上游的入口流动路径内的传感器区域中。
18.如权利要求15所述的呼吸辅助装置，其中，温度传感器、气体流速感测系统或者温度传感器和气体流速感测系统两者处于该鼓风机的下游。
19.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该呼吸辅助装置还包括至少一个气体流动路径，所述至少一个气体流动路径被配置成将气体流引导至患者。
20.如权利要求15所述的呼吸辅助装置，其中，该鼓风机被包括在鼓风机/传感器模块内。
21.如权利要求20所述的呼吸辅助装置，其中，该鼓风机/传感器模块是可移除的，并且被配置成插入到该呼吸辅助装置的壳体中。
22.如权利要求20所述的呼吸辅助装置，其中，该鼓风机/传感器模块是不可移除的，并且被配置成插入到该呼吸辅助装置的壳体中。
23.如权利要求20所述的呼吸辅助装置，其中，该鼓风机/传感器模块包括感测电路板。
24.如权利要求23所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流速感测系统的至少一部分位于该感测电路板上。
25.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该呼吸辅助装置是连续气道正压装置、或递送无创通气流的装置、或递送经鼻高流量气体流的装置。
26.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，其中，该呼吸辅助装置进一步包括加湿器。
27.如权利要求19所述的呼吸辅助装置，其中，该气体流动路径是加热式呼吸管。
28.如权利要求1或2所述的呼吸辅助装置，进一步包括选自以下各项中的至少一项的患者接口：面罩、鼻罩、鼻枕罩、气管造口接口、鼻插管或气管内管。
29.如权利要求8所述的呼吸辅助装置，其中，改变与该分压器的第一臂相关联的电阻值包括连接或旁路该分压器的第一臂的电阻器。
30.如权利要求9所述的呼吸辅助装置，其中，该缓冲级包括晶体管。
31.如权利要求5所述的呼吸辅助装置，其中，该分压器由双电源驱动。
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