Phương pháp phát hiện bọt khí ởđây sử dụng tụđiện là hai tấm bạch kim với tiết diện 0.75 cm2 để nghiên cứu sự thay đổi điện áp đầu ra khi có sự xuất hiện của bọt khí. Tụ điện này kết hợp với điện trở để tạo thành mạch lọc thông thấp, nếu có bọt khí xuất hiện, nó sẽ làm thay đổi điện dung của tụ điện, do đó làm thay đổi điện áp đầu ra. Thiết kế cấu trúc của tụ điện được thể hiện trong Hình 3.1. Khoảng cách giữa hai bản cực được cốđịnh là 1,0 cm có gắn dây đồng đểđo sự thay đổi của điện dung và điện áp đầu ra. Dung dịch Dextran 70 được cho đi qua giữa 2 bản cực của tụ. Dung dịch Dextran 70 được sử dụng trong hệ thống ống là một hỗn hợp nước đẳng trương với 9g NaCl và 40g/L Dextran70. Ở đây sử dụng dung dịch Dextran 70 có đặc tính vật lý tương tự máu, dùng thay thế máu đểtránh đông máu trong khi tiến hành thí nghiệm.
29 Để tiến hành thí nghiệm, dung dịch Dextran70 đã chuẩn bịđược đưa vào giữa các bản tụđiện thông qua các van đầu vào và đầu ra gắn ở cảhai đầu của thiết bị tụđiện. Thiết bịnày sau đó được kết nối với một điện trở có giá trị 100 kΩ để tạo thành mạch RC, và tần số2 MHz được áp dụng như trong Hình 3.2. Điện áp đầu vào từ bộ tạo tín hiệu được đặt là 2,5 volt. Đầu tiên, các van được mở để cho phép dung dịch di chuyển giữa các bản tụ điện, sau đó đóng lại để giữ cho chất lỏng ởđúng vị trí.
Hình 3.13 Mạch RC dùng đểđo sựthay đổi của điện áp
Điện áp đầu ra sau đó được đo thông qua các dây dẫn nối với các bản tụđiện không có bọt khí. Một bong bóng khí có đường kính không xác định sau đó được đưa vào dung dịch Dextran 70 giữa các bản tụ điện sau đó đođiện áp đầu ra để so sánh với điện áp đầu ra khi không có bọt khí.
Dưới đây là bảng giá trị điện áp tương ứng với các kích thước bọt khí xuất hiện:
Bảng 3-1 Giá trịđiện áp đầu ra theo sựthay đổi điện dung của tụđiện
Điện dung của tụđiện (nF) Kích thước bọt khí (mm) Điện áp đầu ra (mV) 43.50 0 18.60 42.63 0.82 20.3 42.54 1.00 22.01 41.07 2.97 40.50 40.44 3.55 43.70 39.38 4.00 47.90
Bảng 1 cho thấy sựthay đổi thực nghiệm vềđiện dung của tụđiện trong thiết bị chứa Dextran 70 khi có hoặc khi không có bọt khí. Bên cạnh đó, điện áp đầu ra cũng thay đổi đối với bọt khí có đường kính khác nhau. Rõ ràng là khi đường kính bọt khí tăng lên điện áp đầu ra cũng tăng, và điện dung của tụ điện bị giảm khi tăng đường kính bọt khí.
30 Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng tụ điện được phát triển dựa trên sự thay đổi điện dung của 2 bản cực tụ khi có hay không xuất hiện các bọt khí ở giữa 2 bản cực tụ đó. Từ sự thay đổi của điện dung giữa 2 bản cực tụ thông qua một mạch lọc thông thấp RC sẽlàm thay đổi điện áp đầu ra của hệ thống. Khi so sánh điện áp đầu ra này với điện áp đầu ra khi không có bọt khí ta sẽ kết luận được là có hay không tồn tại bọt khí trong hệ thống.
3.5 Kết luận chương
Ta có bảng so sánh tổng quan ưu và nhược điểm của 3 phương pháp như sau:
Bảng 3-2 So sánh các phương pháp phát hiện bọt khí
Phương pháp
sử dụng Ưu điểm Nhược điểm
Cảm biến quang học
- Chi phí thấp
- Sử dụng được trong nhiều hệ thống
- Không đo được với một số chất lỏng đặc
- Khó xác định kích thước bọt khí
Cảm biến áp suất
- Có thểtheo dõi và lưu trên hệ thống
- Sử dụng được trong nhiều hệ thống - Chi phí cao - Sử dụng tại nhiệt độ cốđịnh - Khó xác định kích thước bọt khí Tụđiện - Chi phí thấp - Dễ dàng lắp đặt - Có thểxác định kích thước bọt khí - Khó thực hiện trên hệ thống hút dẫn lưu
Từ bảng so sánh trên kết hợp với mục tiêu nghiên cứu là hướng tới thiết kế hệ thống phát hiện bọt khí linh hoạt có thể sử dụng trên nhiều hệ thống hút dẫn lưu, có độ chính xác cao với chi phí thấp hơn. Tôi đã lựa chọn phát triển hệ thống dựa trên nền tảng sử dụng sự thay đổi điện dung của tụ điện trong micro condenser
(sựrung động của màng micro condenser) khi phát hiện sựthay đổi áp suất tạo ra từ rung động của hệ thống hút dẫn lưu khi có bọt khí, có thể sử dụng cho nhiều hệ thống hút dẫn lưu từ 3 bình trở lên khác nhau.
31
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
4.1 Giới thiệu chương
Dựa vào cơ sở lý thuyết và vấn đề thực tế đã được trình bày ở các chương trước. Chương 4 sẽđi sâu vào thiết kế một thiết bị có khảnăng phát hiện bọt khí trong hệ thống hút dẫn lưu 3 bình, bằng cách thiết kế từng khối chức năng trong hệ thống, phân tích các nhiệm vụ cụ thể cũng như các thức hoạt động của từng khối chức năng trong sơ đồ khối.
4.2 Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng tụđiện
Phần này sẽhướng tới việc thiết kế hệ thống phát hiện bọt khí đơn giản, có độ chính xác cao với chi phí thấp hơn. Do đó hệ thống phát triển dựa trên nền tảng micro condenser [10] (bản chất là một tụđiện) để theo dõi, phân tích và xử lý sự thay đổi điện dung của micro condenser khi hệ thống hút dẫn lưu có bọt khí quan sát được ở bình van một chiều. Khi có hiện tượng tràn khí (biểu hiện bằng sự xuất hiện các bọt khí trong bình van một chiều của hệ thống hút dẫn lưu), áp suất trong dây dẫn sẽ thay đổi và tạo ra dao động của màng micro condenser, tương tự như dao động âm thanh. Micro condenser là loại đầu dò phổ biến nhất được sử dụng để phát hiện hoặc đo độ lớn tín hiệu âm thanh.
Ưu điểm của micro condenser:
• Sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau: thu âm, phát hiện âm thanh, …
• Độ nhạy cao.
• Kích cỡ nhỏ.
• Giá thành rẻ.
Hình 4.1 Hình ảnh, sơ đồ mạch điện và đáp ứng tần số của micro condenser
Sau nhiều lần thử nghiệm, thut thập và phân tích dữ liệu từ các vị trí lắp đặt micro condenser, vị trí thuận lợi nhất để có thể phát hiện bọt khí được mô tả như trong hình 4.2 (ở đây vùng khoanh vuông màu đỏ là vị trí có thể phát hiện tràn khí màng phổi bằng quan sát thông thường):
32
Hình 4.2 Vị trí phát hiện tràn khí màng phổi và vịtrí đặt hệ thống phát hiện bọt khí
Tín hiệu thu thập được trên micro condenser từ hệ thống sẽđược khuếch đại nhằm dễdàng quan sát, so sánh trước và sau khi có bọt khí. Tín hiệu này sau đó sẽđược truyền vềvi điều khiển để phân tích, xửlý và báo động phát hiện nếu có bọt khí.