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Application note A054-ME09

高空环境模拟

人类在含氧量约为21%的大气压下表现最佳。较低的氧气压力会带来一些有害的心理和物理效应。这些影响主要表现在总压较低的高海拔地区,这种现象被称为缺氧。

政府部门将人体试验对象置于低压室在医疗监督下进行缺氧调查研究。通过将绝对压力降低到与特定高度相等的数值来模拟高空条件,但这对人体来说相当苛刻。此外,由于人体内的二氧化碳水平是呼吸的主要调节器,一种研究方法是在大气条件下向人工呼吸空气中添加二氧化碳。这在低压下难以实现。Bronkhorst与一家系统集成公司合作研发了一套解决方案。

高空环境模拟
照片:Sheppard空军基地


应用要求

作为低压室的替代方案,必须找到在大气压下可以提供定义明确的气体混合物的解决方案。因此,氧、氮和二氧化碳等空气成分必须相互独立地供应给人体试验对象。
必须以准确、可重复和良好控制的方式进行供应,以确保所需的氮、氧、二氧化碳混合物确实已供应。此外,还需要记录试验条件和结果。

重要议题

  • 空气成分的精准定量给料
  • 记录测试条件
  • 可重复性
  • 紧凑型装置

工艺方案

Bronkhorst提供三个热式质量流量控制器用于精确地供应氮气、氧气、二氧化碳。系统集成公司将这些控制器与气体混合器以及控制监控系统(PLC)集成在一起。试验过程中,混合气体通过覆盖嘴鼻的面罩供应给受试者。这样,政府部门就得到了完整的解决方案。使用这种在大气压下工作的装置,人体试验对象不再需要承受低的总压力,对人体而言更加轻松,并且二氧化碳作为人工呼吸空气的组成部分可以不同的比例供应。

控制单元可以配置输送任何所需的氮、氧和二氧化碳的混合物。该装置可对特定的气体混合物浓度进行精确分析,并且试验证明可重复进行。此外,在不同的情况下,也就是说多个高度的等效值包括海平面,可以得到可重复的结果。使用该系统易于监测过程并很好地记录相关数据如实际输送的气体混合物。

基于这些结果,Bronkhorst和系统集成商实际上达到了设定的目标。这也得益于系统的高灵活性和低成本。基于这一成功案例,政府部门正在评估在不同地点进行类似测试的新系统。

高空环境模拟工艺方案