高中物理知识揭秘医疗中的滴液现象

静脉滴注是临床上最常用的治疗和护理操作。患者通常“跟随感觉”，从头到尾不太注意滴速。实际情况是，随着输液瓶内液位的降低，滴速越来越慢。有什么神秘的？如何控制才能达到“均匀滴液”的良好效果？

一、静脉滴注医学知识

1.输液器滴下系数

输液器滴数系数是指每毫升药液的滴数。目前，有三种常用的一次性输液器，即10、15和20。在临床输液治疗中，输液时间通常根据患者的年龄、病情、输液量、药物性质等进行计划。，并且通过调节滴管上的流量调节阀来调节每分钟输注液滴的数量。

2.滴注器中的液位

当输液装置的滴注腔中的液位高度等于或小于液滴的自然长度时，滴注腔中的液位会干扰液滴的自然形成并破坏液滴的表面张力，从而导致液滴变形、变小并过早下落。输注液滴数量的快速增加给人以表面输注速度快速增加的假象，同时，输注速度不能根据输注液滴的数量来正确计算。因此，滴注腔内的液位通常在滴注腔高度的1/2至1/3范围内调节。

3.静脉滴注

静脉输液利用流体静压的物理原理将液体注入体内，即通过药液的水柱压力与静脉压力之间的压差将瓶中的液体注入静脉。当液水柱压力不变时，由于静脉压降低，压差增大，输液速度相对较快。随着血容量的增加，静脉压增加，压差减小，输液速度有所减慢。静脉压与测量位置有关。坐姿时肘前静脉压约为10厘米水柱，即“回血”状态下输液管内血液的高度。

二、物理现象分析

通常，在输液过程开始后，输液瓶的高度和调节阀的开度将保持不变。在时间t1，瓶内液柱的液位和压力最高。随着时间的增加，液位逐渐降低，压力逐渐降低，显然滴速会越来越慢。如果希望滴速在整个过程中保持不变，可以通过提高输液瓶的高度来提高液位，保持液柱压力不变，从而达到“匀速滴下”的预期目的。

(1)从1)t1到t2的时间段:在该区域内，液柱可视为一个变化均匀的圆柱体，液位的变化是线性的。同时，很容易获得:

(2)T2 ~ T3时间段:在该区域，液柱可视为变化不均匀的圆形椎体，液面高度变化为非线性。设R为瓶体圆柱形部分的半径，L为椎体的高度，忽略瓶塞部分不规则形状的影响，有:

从推导出的公式1和公式2可以看出，通过合理控制电机卷筒的线速度来实现“匀速滴液”的目的是可行的，而且非常简单可靠。

三、检测和控制方案设计

(1)滴速检测。本设计通过安装在落料斗上的红外光电传感器检测下落速度信号的采集。

在正常情况下，红外发光二极管发射平行的红外光束，这些光束穿过落料斗并撞击另一侧的红外发光二极管。当液滴下落时，由于液滴对红外线的吸收和散射作用，红外光电二极管只能接收部分红外线，因此接收光电二极管接收的光通量不足，红外接收管的导通能力不同程度降低，外围电路的状态也随之改变。根据该信号，主控装置的*处理器判断是否有液滴，记录液滴的数量，计算液滴速度和实时检测元件的安装原理图的体积，控制液位高度，实现均匀滴下。

(2)控制电机的选择。由于输液瓶在滴速控制过程中需要随着时间的变化缓慢提升，这一点在设计过程中必须充分考虑。选择步进电机作为执行装置是因为步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电机的输入为脉冲序列，输出为相应的增量位移或步进运动。在正常运动下，它每转有固定的步数。在连续步进运动中，其转速与输入脉冲的频率保持严格一致，不受电压波动和负载变化的影响。同时，目前的步进电机驱动技术已经非常成熟。只要做好程序设计，就可以方便地控制电机按照设计要求完成预期动作。