这个计算器能做什么
本工具可估算医用或潜水氧气瓶内还剩多少氧气,以及在选定流量下大致还能持续供氧多少分钟。它基于通用的物理公式,适用于任何规格的气瓶;默认的瓶身容量选项只是参考了常见的日本医用氧气瓶规格。一般医用氧气瓶的最高充装压力约为 14.7 MPa。需要注意的是,各国的气瓶规格、单位习惯和安全规定可能不同,请以你所在地区的实际标准为准。
使用方法
先选择氧气瓶的内容积(水容量,单位:升),输入压力表上显示的数值,选择压力单位(MPa 或 kgf/cm2),设置安全系数(通常为 0.8),再选择以升/分钟为单位的供氧流量。计算结果会显示剩余气量和预计可用时间,并以颜色标示:绿色(超过 60 分钟)、黄色(30 至 60 分钟)、红色(低于 30 分钟)。
公式解析
当压力 \(P\) 以 kgf/cm2 表示时(约 1 kgf/cm2 等于 1 个大气压),内容积为 \(C\)(升)、表压为 \(P\) 的气瓶,所含的气体体积大约为 \(C\) 乘以 \(P\)。由于 1 MPa 约等于 10 kgf/cm2,因此当读数为 MPa 时,需要先乘以 10(即换算系数 \(M\)),再乘以容积。所以:
$$T = \left\lfloor \frac{V \cdot S}{F} \right\rfloor$$
其中
$$\left\{ \begin{aligned} V &= \left\lfloor \text{Capacity (L)} \cdot \text{Pressure} \cdot \text{Unit factor} \right\rfloor \\ S &= \text{Safety factor} \\ F &= \text{Flow rate (L/min)} \end{aligned} \right.$$
剩余气量 \(= C \times P \times M\)。可用时间则等于剩余气量乘以安全系数,再除以流量。两个结果都向下取整为整数。
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表压与流量如何结合得出剩余容量和可用时间。
计算示例
假设一个 3.4 升的气瓶,读数为 14 MPa(\(M = 10\)),安全系数 0.8,流量 5 升/分钟:
$$\text{剩余气量} = 3.4 \times 14 \times 10 = 476 \text{ 升}$$$$\text{可用时间} = 476 \times 0.8 \div 5 = 76.16$$
向下取整为 76 分钟。由于 76 大于 60,状态显示为绿色。
氧气流量越大,可用时间越短。
压力单位转换表
氧气筒压力表在世界各地的标识方式不相同。日本和大部分欧洲医疗设备以 MPa 或 bar 显示,较早期的日本设备和一些工业压力表以 kgf/cm² 显示,而美国的压力表几乎总是以 psi 显示。因为该计算器将容积乘以压力表数值,在输入数值前,您必须知道您的压力表使用的是哪种单位。
准确的换算系数为:
\(1\ \text{MPa} = 10.197\ \text{kgf/cm}^2\)(本工具通过"单位系数"输入使用常见的现场近似值 10)
\(1\ \text{MPa} = 10\ \text{bar} = 145.04\ \text{psi}\)
\(1\ \text{kgf/cm}^2 = 0.9678\ \text{atm} = 0.0980665\ \text{MPa} = 14.223\ \text{psi}\)
压力表读数(MPa)
kgf/cm²(×10.197)
bar(×10)
psi(×145.04)
1
10.2
10
145
2
20.4
20
290
5
51.0
50
725
10
102.0
100
1450
12
122.4
120
1741
14.7
149.9(≈150)
147
2132
因此,熟悉的日本医疗用压力表"满"读数 14.7 MPa 相当于约 150 kgf/cm²、147 bar 或 2132 psi。
这些是表压,不是绝对压力。当筒体处于环境大气压时压力表读数为零,因此绝对压力大约为表压加 0.1 MPa(1 bar,约 14.7 psi)。将表压值视为绝对压力——这就是简单的容积×压力估算方法——会低估自由气体体积不到 1%(在高压下),这是安全方向上的误差。另请注意,该工具的 1 MPa → 10 kgf/cm² 快速换算约比准确的 10.197 低 1.9%,同样是略微保守的误差。
常见氧气筒尺寸和满装气体体积
筒体铭刻的容积是其内部(水)容积——筒壳的物理体积,单位为升。可用气体体积要大得多,因为氧气被压缩了。对于约 150 kgf/cm²(14.7 MPa)的压力表读数,自由气体体积大约为:
$$V \approx C \times 150$$
其中 \(C\) 是内部容积(单位为升),\(V\) 是自由(膨胀、环境压力)气体体积(单位为升)。可用时间由该工具的公式计算得出,安全系数为 0.8,保留 20% 的内容:
$$T = \left\lfloor \frac{V \times 0.8}{F} \right\rfloor$$
内部容积(升)
14.7 MPa 下的气体体积(升)
2 升/分钟下的可用时间(分钟)(SF 0.8)
5 升/分钟下的可用时间(分钟)(SF 0.8)
0.5
75
30
12
1.5
225
90
36
2.8
420
168
67
3.4
510
204
81
10
1500
600
240
40
6000
2400
960
47
7050
2820
1128
3.4 升筒体 5 升/分钟的计算示例:
$$V = \lfloor 3.4 \times 150 \times 1 \rfloor = 510\ \text{升}, \qquad T = \left\lfloor \frac{510 \times 0.8}{5} \right\rfloor = \lfloor 81.6 \rfloor = 81\ \text{分钟}$$
国家/标准说明:14.7 MPa 填充压力下的 3.4 升筒体(名义上约 500 升氧气)反映了常见的日本医疗用筒体规格;10 升、40 升和 47 升的尺寸是典型的工业/医院歧管筒体。筒体的命名和填充压力因国家而异——例如,美国医疗筒体通常额定值约为 2015 psi,并用字母代码(D、E、M、H)而非升数来标识——因此始终应查看您自己的筒体上的标记,而不是假设尺寸。
容积不是气体体积。容积数字铭刻在筒肩上(以及测试压力、皮重和检验日期);它是筒壳的水容积,所以一个"3.4 升"的筒体在满装时大约能装 500 升可呼吸氧气,而不是 3.4 升。此处的体积是四舍五入的估计值,假设理想气体行为,忽略调节器和管道的死体积和温度影响;实际上 15 MPa 的氧气略微不理想,因此应将所有数字视为规划估计值。
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不同流速和压力表读数下的可用时间
下表保持 3.4 升筒体不变,改变压力表读数(以 MPa 输入,因此单位系数为 10)与输出流速,安全系数为 0.8。剩余体积为 \(V = \lfloor 3.4 \times P \times 10 \rfloor\),可用分钟数向下取整,因此不计入部分分钟。
压力表(MPa)
剩余体积(升)
1 升/分钟
2 升/分钟
5 升/分钟
10 升/分钟
14
476
380 分钟 — 绿色
190 分钟 — 绿色
76 分钟 — 绿色
38 分钟 — 黄色
10
340
272 分钟 — 绿色
136 分钟 — 绿色
54 分钟 — 黄色
27 分钟 — 红色
5
170
136 分钟 — 绿色
68 分钟 — 绿色
27 分钟 — 红色
13 分钟 — 红色
2
68
54 分钟 — 黄色
27 分钟 — 红色
10 分钟 — 红色
5 分钟 — 红色
本工具使用的状态带:绿色60 分钟以上,黄色 30–60 分钟,红色30 分钟以下。
14 MPa / 5 升/分钟单元格的检查:
$$V = \lfloor 3.4 \times 14 \times 10 \rfloor = 476\ \text{升}, \qquad T = \left\lfloor \frac{476 \times 0.8}{5} \right\rfloor = \lfloor 76.16 \rfloor = 76\ \text{分钟}$$
从表中值得读取两个规律。首先,可用时间与流速成反比:流速加倍,时间减半,因此一个在 2 升/分钟时舒适地处于绿色的筒体在 10 升/分钟时不动压力表就会落入黄色或红色。其次,压力表的内容呈线性,所以一个半满的筒体真正给出约一半的时间——但因为安全系数保留 20%,实际端点到来比压力表显示的要早。仅当您理解到计划将筒体放至更接近空的状态时才降低安全系数,届时调节器的输出变得不可靠。
超过几升/分钟的流速也取决于设备:简单面罩或储气面罩持续消耗设定的流量,而需求/节省调节器仅在吸气时抽取气体,会比这些持续流动数据持续得更长。
这是用于规划和培训目的的一般信息,而非专业医疗或潜水建议。始终遵循您的临床医生、设备制造商或认证机构设定的处方、协议或潜水计划,验证您自己的压力表读数,并为运输和延误携带备用容量。
常见问题
为什么要设安全系数?压力表和流量读数都存在误差,而且气瓶绝不应该用到完全空瓶。0.8 的系数可以保留一定的余量。
如果我用 kgf/cm2 怎么办?选择该单位后,换算系数变为 1,因此剩余气量 \(= C \times P\),可直接计算。
结果准确吗?并不精确。它仅供规划参考,不能替代实时监测或专业临床判断。