MAQUET呼吸机常见技术性故障处理分析

青岛市妇女儿童医院 器械科，山东 青岛 266034

引言

MAQUET SERVO系列呼吸机潮气量范围为100～2000 mL，因此适用于早产儿、新生儿、儿童和成人。其操作简单，用户界面直观可调；设计上采用模块化设计，提供了快速的反应时间和触发灵敏度系统，又方便拆卸和转运；独特的超声流量测量技术[1-2]，高达2000次/s的采样频率[3-4]，使得精确度更高。详细的自检过程，一旦有任何问题都会影响自检结果，这为快速排出故障提供更加直观地显示。

这款呼吸机设计紧凑，结构分明，安装多种流量传感器和压力传感器，主要功能集中在PC1771控制板、PC1172监测板、PC1784呼气通路控制板这三块电路板上，使用过程中极易因主板问题导致机器出现同一故障。

1 MAQUET呼吸机控制基本电路

由图1可知呼吸机控制电路主要由三块主板构成：PC1771控制板、PC1772监控板、PC1784呼气通路控制板，所有电路板均采用嵌入式开发设计[5-6]。PC1784板之上又加入两个PC1781 压力传感器[7-8]，负责测量吸气压力和呼气压力。电路板之间通过PC1770母板互相通讯，协调工作共同完成对气路的控制和监测。其中PC1771和PC1784两块主板中装有呼吸控制软件，它们控制着整个呼吸机的呼吸过程，还包括雾化控制；而PC1772则装有监控程序，它不仅监测整个呼吸机工作状态，还控制报警功能。当用户通过控制面板设置好模式和参数时，PC1771和PC1784两块主板根据所设参数调整呼吸机的工作状态，而这个工作状态的监测由PC1772完成，如果实际监测到的参数与所设参数存在较大差异时，控制报警电路进行预警。

图1 控制电路原理图

1.1 MAQUET呼吸机气路分析

在图2气路流量测量过程中，MAQUET采用了独特的超声测量技术，两个超声传感器封装在呼气盒中。两个气源，压力范围为200～650 kPa，两个气体模块：AIR MODULE、O2 MODULE。当两路气体都进入呼吸机时，空气和氧气模块监测供气压力是否在有效范围内，并同时根据所设的氧浓度按比例混合两种气体，其中吸气气路在输送时，一路通过细菌过滤器与PC1784上的PC1781压力传感器相连，主要测量呼吸过程的压力值；一路供给氧传感器，测量经过混合后的氧浓度是否达到设定值。而呼气端则把一路呼出气体通过呼气盒，其在内部有两个超声流量传感器，测量在呼吸过程中的气体流量；另一路通过连接管进入PC1784与其上的另一块PC1781压力传感器相连，测量呼出气体的压力值。同时，在呼气盒下方还有PC1784所控制的安全阀，一旦压力值超限114～120 cmH2O，就会打开让压力回归正常，保证病人的安全。

图2 气路原理图

1.2 使用情况介绍

该类呼吸机主要用于新生儿和婴幼儿治疗，我院主要装备科室为新生儿重症监护室和儿童重症监护室。在日常使用过程中发现一些常见故障，如氧浓度监测失灵、内部泄漏过多、压力传感器偏差＞5 cmH2O等，按照报警信息很容易快速定位是机器哪里出现问题，更换氧传感器和压力传感器、检查管路密封性等就可减少此类故障的发生率，但有一些故障原因存在相互关联性，下面就此类故障做详细介绍。

2 典型故障分析

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

开机进入用户界面显示“技术性错误40001”“呼气盒存在技术性错误”。自检时流量传感器失败，进入工作界面，波形杂乱无章，故障部位如图3所示。具体故障现象表现为：① 呼气盒所有的信息均显示无效，这时可以判断大概率是软件存储信息无法读取造成的；② 呼气盒所有信息显示正常，但机器开机报技术性错误，自检时流量传感器失败。

图3 故障部位照片

2.1.2 故障分析及解决方案

有以下两个原因会导致上述故障：

（1）存储芯片EEPROM数据丢失、无法存取[9-10]。由图4可知芯片里面记录了呼气盒的货品编号、序列号、首次使用时间、操作时间、膜剩余量等信息，通过机器本身的状态查询可以看见。从图4中可以看出该呼气盒货品编号0644 7960对应地址00000003、00000004内的数据，序列号0021 8948对应地址00000007、00000008内的数据。这两项数据是出厂时被写入的，如果该地址数据丢失或出现无法读取的情况，机器无法通过自检，并且报“呼气盒技术性错误”，机器无法工作。

图4 呼气盒EEPROM信息

解决方法是使用新芯片重新写入程序。此故障选用SUPERPRO6100系列通用编程器，适配器选择DX0001。

（2）温度补偿热敏电阻存在问题[11-12]。因为热敏电阻长时间与高湿气体接触极易出现温漂、开裂等故障，一旦其出现问题也会出现上述故障代码。经计算其主要参数如下：环氧封装、负温度系数NTC，标称电阻R25=100 K，热敏指数B=4200，所以当热敏电阻出现故障时需要更换符合此参数的NTC热敏电阻。

经过多次试验发现MF5A-104F-3950、MF5A-104F-4200这两款热敏电阻是最稳定和准确的，建议更换时优先考虑。在确定温度补偿电阻的计算过程中，最主要的是确认标称电阻R25和热敏指数B。

标称电阻R25实验计算过程：用加热板夹住热敏电阻升温至25℃，同时多次测量其两端阻值98.6 、97.5、102.1 、104.7 K。取其平均值=（98.6+97.5+102.1+104.7）/4=100.7 K。

热敏指数B实验计算过程：B=T1×T2/(T2-T1)×LnRT1/RT2。T1=25℃，T2=50℃×RT1=100 K，RT2=33.5、38.5、40 K……，所以B值范围为3600～3900。

在确定这两个参数之后要考虑怎么选温度补偿电阻，可以通过图5～6的特性曲线进行选择。

由R-T曲线可以看出：图5中△（R1-R1’）=△（R2-R2’），图 6 中△（R25-RT1） ＜ △（R25-RT2）。在进行维修的时候要选择热敏电阻时可以选择B值大的热敏电阻，因为这样响应时间短、反应大、灵敏度高。 所以，最终选择R25=100 K，B＞（3600～3900 K）。

图5 热敏指数B相同温度-电阻特性图

图6 标称电阻R25相同温度-电阻特性图

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

开机出现“技术性错误38”“技术性错误3”，自检时气压计、氧气传感器和流量传感器失败，故障部位照片如图7所示。

图7 PC1772板气压计

2.2.2 故障分析及解决方案

这也是MAQUET呼吸机频发的一种多发性、关联性故障。“技术性错误38”代码指向PC1772的气压计“BARO_UPPER_LIMIT_EXCEEDED”，气压计读数超过气压计上限值，该气压计正常值为630～1080 hPa。“技术性错误3”代码解释为12V电压过低，指向开关电源[13-14]。

机器开机时，点击状态栏可以看见气压计压力值1125 hPa，明显超过其合理范围，导致开机报气压计自检失败。在这里气压计主要是提供一个标准值供给氧传感器进行校准，因为氧传感器校准时要考虑海拔而引起的大气压压力值变化，一旦气压计范围超过正常值，则会导致氧传感器自检失败，这一点往往被大家忽略。而且海拔的高低还会引起通气量的变化，直接影响到流量传感的校准是否正常。所以针对以上故障现象优先考虑更换PC1772的气压计，但是这里报“技术性错误3”，指向开关电源[13-14]，在日常维修工作中应该优先解决和排除电源问题，如果不排除电源问题则很容易把更换的正常配件再次烧毁，所以此类故障应先更换PC1778板。

在更换PC1778板后，故障依旧，所以初步断定故障出现在气压计，更换气压计之后，开机正常，自检全部通过。所以可以判断是因为气压计出现故障导致电源问题，氧传感器和流量传感器均失败。类似的还有“技术性错误39”“技术性错误4”等，均应先考虑气压计问题。

本案例故障是包含所有出现的问题，而在众多维修案例中故障现象往往是独立出现的，甚至还出现过气压计自检通过，但是氧传感器自检失败的案例，所以，在今后出现流量和传感器自检失败的故障时，先不要着急进行电路板的维修和更换，优先考虑更换气压计。

3 讨论与总结

“技术性错误40001”“呼气盒存在技术性错误”和“技术性错误38”“术性错误3”，导致气压计失败、氧气传感器失败、流量传感器失败。针对以上技术性错误通过更换相应温度补偿电阻、EEPROM烧录和更换压力传感器等手段来解决实际问题。

在上述故障中，EEPROM烧录往往是我们容易忽略的问题，我们在排除所有硬件故障时就需要考虑软件信息。经过多年的探索和实践，逐渐对此类呼吸机的软件和硬件有了全面的了解，对于电路板本身的结构和布线有了更深的认知，电容、电阻、运放芯片、AD转换、信号处理芯片等是组成电路板的最基本元素，根据具体的波形和故障表现可以快速确定故障大致是由什么导致的。

此外，在维修过程中，往往要借助一些特殊工具，如放大镜、示波器、BGA焊台等，对设备维修的帮助较大[15]。多发性故障往往是比较难判断的，因为好多因素会导致故障的发生，本文只是解决了其中很少的一部分故障，为同行提供一个如何分析、解决问题的思路，但是在呼吸机维修中还有很多故障是我们无法解决的。本文通过在维修过程中遇到的实际问题进行分析，从硬件和软件两方面入手，逐步分析故障现象，希望对同行有所帮助。