デジタル血圧計を分解したことがある方は、最も多くのスペースを占め、測定体験に影響を与える部品は、多くの場合、センサーや MCU ではないことをご存知でしょう。小型のエアーポンプです。カフを目標圧力まで膨張させ、センサーが微弱な脈波を捕捉している間、カフを安定に保持します。膨張が速すぎると、カフがきつくて不快に感じます。膨張が遅すぎると測定に時間がかかりすぎます。漏れがわずかでも多い場合、測定値が変動する可能性があります。騒音が大きいと、夜に家族に迷惑がかかる可能性があります。
過去数年間、私は数多くの血圧モニターのプロジェクトに取り組んできました。私は、エンジニアが間違ったポンプを選択した後にハウジング全体を再設計するのを見てきました。また、購買チームが多額の利益に対処するためだけに数セントを節約しているのを見てきました。この記事では、実際の選択と検証の観点から、血圧計に適切なミニ DC エア ポンプを選択する方法について説明したいと思います。-
ポンプの仕様を「十分に良い」ものとして扱うことができない理由
多くの人は価格とサイズから始めて、ポンプでカフを膨らませることができれば問題ないと考えています。しかし、血圧計には非常に特殊な要件があります。成人のカフは通常約 300 mmHg に達する必要があります。小児用モードはこれより低い場合がありますが、いずれの場合でも、ポンプは指定された時間内に 500CC の空気量を目標圧力まで膨張させる必要があります。膨張に 10 秒以上かかる場合、特に繰り返し測定する場合、ユーザーは待ち時間が長すぎると感じます。
さらに重要なのは、漏れ率が重要です。カフが 300 mmHg まで膨張した後、センサーが信号を収集できるように、システムは少なくとも数秒間は圧力を安定に保つ必要があります。ポンプやバルブの内部で漏れが発生すると、圧力が徐々に低下します。アルゴリズムはこれをカフの漏れとして解釈するか、再膨張を続けて測定失敗を引き起こす可能性があります。-したがって、漏れ率は最大圧力よりも重要なパラメータです。
もう 1 つの見落とされやすい点は、寿命テスト条件です。血圧計は、1 日に数回、1 年に数百回、数年間では数千回使用されることがあります。ただし、ポンプの寿命は通常、10 秒間オン、2 秒間オフ、5 秒間排気を 80,000 回繰り返すなど、特定のデューティ サイクルの下でテストされます。これは、連続動作ではなく、断続的な動作をシミュレートします。エアマットレスやマッサージ機器などの継続的な膨張用途でポンプを使用する場合は、寿命評価をやり直す必要があります。したがって、データシートを読む際には必ず試験条件を確認してください。 「80,000 サイクル」という数字だけを見てはいけません。
コアパラメータの詳細
膨張時間:500CCタンクで0から300mmHgまで10秒以内。これは主流レベルです。ただし、実際のチューブの長さ、バルブオリフィスのサイズ、カフの体積はすべてこの時間に影響することに注意してください。選択の際は、タンクだけでなく実際のカフでテストするのが最善です。
漏れ率:500CCタンクで300mmHgから3mmHg/min未満。これは重要です。一部のポンプは、それ自体では漏れが非常に少ないですが、バルブやチューブを追加すると、全体の漏れが増加します。したがって、ポンプを調達するときは、バルブのサプライヤーにも注意してください。
圧力と流量:68 kPa (約 510 mmHg) より大きく、1.8 L/min. 68 kPa より大きいということは、ポンプが余裕を持って 300 mmHg を超えてカフを膨張させることができることを意味します。流れは膨張速度に影響します。これら 2 つのパラメータを一緒に考慮する必要があります。流量が低くても定格圧力が高くても、ゆっくりと膨張します。
ノイズ：30cmで60dB未満。静かな部屋ではこのレベルは許容範囲です。夜間の測定や睡眠モニタリングの場合は、低騒音モデルを選択するか、振動減衰を追加してください。-
作業環境:0～50度、75%RH。これはほとんどの屋内使用例をカバーします。熱帯地域や寒冷地で販売する場合は、極端な温度下でのポンプの起動性能をご確認ください。
電圧オプション:DC6V、12V、24V。 6V バージョンの消費電流は 430 mA 未満で、バッテリ駆動のポータブル デバイスに適しています-。 12V バージョンの消費電流は 300 mA 未満で、ほとんどの家庭用血圧計に適しています。 24V バージョンの消費電流は 150 mA 未満で、産業用またはシステム統合に適しています。電圧の選択は主に全体的な電源アーキテクチャに依存します。絶対的な最善の選択はありません。
6V、12V、24V の選択方法
標準的な答えはありませんが、いくつかの側面から判断できます。血圧モニターが単三電池 4 本などの乾電池で駆動されている場合は、電池電圧を直接一致させて昇圧回路を不要にできる 6V バージョンの方が適しています。ただし、6V バージョンはより多くの電流を消費するため、バッテリー寿命に影響します。デバイスが USB- で動作するか、- リチウム バッテリーが内蔵されている場合は、多くのセンサーや MCU が 3.3 V または 5 V を必要とし、12 V は効率的に降圧できるため、12 V バージョンの方が一般的です。 24V バージョンは通常、産業機器またはマルチポンプ システムに使用されます。-たとえば、1 台のマシンで複数の空気経路を制御する必要がある場合、24V を使用するとライン損失が低減され、電源が簡素化されます。
電流は熱にも影響します。 6V バージョンは電流が最も高く、長時間の動作中にさらに発熱する可能性があります。 12V および 24V バージョンは電流が低く、発熱も少なくなります。ただし、デバイスが断続的に動作する場合、熱は大きな問題ではありません。したがって、電圧を選択するときは、まず全体的な電源を決定し、次にポンプの電流と発熱を考慮します。
血圧計のマッチングにおける隠された詳細
まずは袖口のボリューム。大人用カフとラージカフでは空気量が異なるため、膨らむ時間が変わります。ポンプの定格が 500CC タンクで、カフが 800CC の場合、膨張時間は確実に 10 秒を超えます。その場合は、より高い流量のポンプを選択するか、より長い膨張時間を受け入れてください。{6}}
次に、バルブの応答性です。ポンプとバルブは連動して動作します。膨張中はバルブが閉じます。排気時にはバルブが開きます。バルブの反応が遅い場合、または内部漏れが多い場合、全体的な漏れが増加します。したがって、ポンプを選択するときは、適合するバルブの仕様を理解することが最善です。
第三に、振動と騒音の低減です。ポンプは運転中に振動します。プラスチック筐体に直接固定するとノイズが増幅されます。通常、振動を軽減するためにゴム製マウントまたはシリコンスリーブが使用されます。この詳細は小さなことのように見えますが、ユーザー エクスペリエンスに大きな影響を与えます。
4つ目は、濾過と防塵です。ポンプの吸入口にゴミが吸い込まれると、寿命と流量に影響します。吸気口にフィルターフォームの層を追加するか、交換可能なフィルターを設計します。
5 番目に、電磁両立性。ポンプは誘導負荷です。起動時と停止時に逆起電力が発生し、センサーに干渉する可能性があります。回路設計にはフライバック ダイオードとフィルター コンデンサを含める必要があります。
よくある選択の間違い
多くのプロジェクトが、選定時に価格のみに焦点を当て、量産後に過剰な漏れが判明するのを目にしてきました。また、エンジニアが最大圧力だけを見て流れを無視し、その結果、膨張時間が長くなるのを見てきました。ポンプの寿命テスト条件を実際の動作条件として扱う製品もあり、製品は 6 か月後にポンプの性能が低下します。これらの問題の根本的な原因は、データシートと実際のアプリケーションを一致させていないことです。
もう 1 つのよくある間違いは、温度の影響を無視することです。低温ではポンプの起動トルクが増加します。バッテリー電圧が不足すると起動しにくくなることがあります。高温ではゴム部品の劣化が早くなり、漏れが増加します。したがって、製品をさまざまな気候で販売する場合は、高温および低温テストを行うことをお勧めします。
実用的な参考資料:SC2717XPM仕様
SKOOCOM の SC2717XPM を例に挙げます。その仕様は、血圧モニターのアプリケーションをかなり代表しています。 DC 6V、12V、24V のオプションを提供します。 500CCタンクで0～300mmHgまでの膨張時間は10秒未満です。漏れ量は 3 mmHg/min 未満です。流量が 1.8 L/分を超えています。圧力が 68 kPa を超えています。騒音は30cmで60dB未満です。寿命は 80,000 サイクル (10 秒オン、2 秒オフ、5 秒排気) でテストされています。これらのデータは、家庭用血圧計の基本要件をカバーしています。動作環境は 0 ～ 50 度、相対湿度 75% で、ほとんどの屋内シナリオに適しています。血圧モニター、NIBP 患者モニター、または空気圧マッサージ装置を開発している場合、このモデルは選択の出発点として機能し、カフの容量と電源に基づいて調整できます。
調達と検証に関する推奨事項
サンプルを受け取ったら、そのまま電源を入れないでください。次のテストをお勧めします。
実際のカフを使用して膨張時間をテストします。起動から 300 mmHg までの秒数を記録します。
300 mmHg まで空気を注入し、バルブを閉じて 1 分間放置し、圧力降下を記録します。
静かな部屋と暗騒音環境の両方で、30 cm の距離で騒音を測定します。-
1,000 連続サイクルを実行し、流量と圧力の低下を観察します。
0 度および 50 度での起動と漏れをテストします。
ポンプとバルブの相互作用をチェックして、内部漏れがないことを確認します。
これらのテストに合格したら、量産を検討します。 OEM プロジェクトの場合は、ロット間のパフォーマンスのばらつきを避けるために、サプライヤーにバッチの一貫性データを依頼してください。
よくある質問
Q: エアポンプの許容漏れ率はどれくらいですか?
A: 血圧計の場合、通常の要件は 500CC タンクで 300 mmHg から 3 mmHg/min 未満です。ただし、システム全体の漏れにはバルブやチューブも含まれるため、最終製品は全体としてテストする必要があります。
Q: 6V ポンプは 12V 電源で動作できますか?
A: いいえ、直接ではありません。過大な電圧は寿命を縮めたり、焼損の原因となります。定格電圧と一致する必要があります。
Q: ポンプの音がうるさい場合はどうすればよいですか?
A: 振動減衰マウントを追加したり、フレキシブル チューブを使用したり、吸気構造を最適化したりできます。{0}それでも十分でない場合は、ノイズの低いモデルに切り替えてください。-
Q: 80,000 サイクルで十分ですか?
A: デバイスが 1 日に 5 回使用される場合、つまり年間約 1,825 回になります. 80,000 サイクルは 40 年以上に相当します。ただし、これは特定のテスト条件下での話です。実際の使用においてポンプを連続運転すると寿命が短くなります。
Q: ポンプには定期的なメンテナンスが必要ですか?
A: 通常はそうではありません。ただし、吸気フィルターフォームは、ほこりの詰まりを防ぐために定期的に交換または清掃する必要があります。
結論
血圧計用のエアポンプを選択することは、基本的に、膨張速度、漏れ、騒音、寿命、コストのバランスをとることです。単一のポンプがすべてを最適に行うことはできませんが、製品のポジショニングに基づいてトレードオフを行うことができます。-ポータブル血圧計を構築している場合は、6V の低電力バージョンの方が適している可能性があります。-家庭用デスクトップ ユニットの場合、12 V バージョンの方が堅牢です。産業用機器の場合は 24V を検討してください。どちらを選択した場合でも、実際のカフで検証してください。データシートのみに依存しないでください。このメモが不必要な寄り道を避けるのに役立つことを願っています。選択段階にある場合は、サンプルとテストのサポートについてお問い合わせください。