专利名称：用于测量表面散发的蒸汽通量的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量表面散发的蒸汽通量的方法和设备；更具体地说，本发明涉及可用于测量人体皮肤上表皮水损失率(TEWL)的方法和装置。
TEWL对于评价皮肤阻水层的功效很重要。由于各种皮肤病、烧伤及其它原因对皮肤造成的损害会影响TEWL，TEWL的测量值可以指示这种损害及其可能的早期开始或响应治疗。因此，可以将其用于临床诊断。
因为TEWL是皮肤阻水层功效的测量，所以，TEWL的测量对于评价由于同外部物质的相互反应导致的皮肤损害很重要，所述外部物质包括肥皂、洗涤剂和工业上的化学物质。早产儿没有完全形成角质层，TEWL的测量可以监视角质层的形成，并且能够对由于水分过度损失导致的失水发出警告。更通常地是，TEWL还用于测试涂覆在皮肤上的药品和化妆品的效果。
TEWL的测量是测量从小面积表面(测试表面)上散发的水蒸汽密度的更一般问题的特殊情况。为方便起见，将测量该量的设备和方法分为两类，即(i)时序法，所述方法可以测量水蒸汽通量密度及其在持续期间内的变化。时序法包括开放室扩散梯度法(Nilsson，GB 1532419)、如Skinos Co Ltd，Japan制造的流动气体法和封闭室冷凝器法(Imhof，PCT/GB99/02183，1999)。时序法中都结合有防止测试表面散发的水蒸汽在其测量室内集聚的装置，这对于持续期间内连续测量是必需的。
(ii)单值法，所述方法只能测量短的时间间隔内的水蒸汽通量密度，时间间隔一般是1分钟，这取决于测量室的大小。这些方法使用封闭测量室，从测试表面散发的水蒸汽被截留在测量室内，没有任何逸出或脱除装置。测量结束时，在要进行下一次测量之前，必须用某种方法将集聚在测量室内的水蒸汽除去。单值法包括DelfinTechnologies Ltd，Finland(PCT/WO01/35816A1)生产的蒸汽压力计、Tagami等人(Skin Research & Technology，第8卷，第7-12页，2002)描述的仪器和动力气孔计，如Delta-T Ltd，UK生产的仪器。
前面(ii)中所述的单值法的测量室需要吹扫，以除去前一次测量过程中集聚的所有水蒸汽。这可以通过在测量前利用如Deita-TLtd，UK的动力气孔计注入少量干燥气体进行。这种吹扫法具有与气体吹扫系统相关的尺寸、重量和复杂性方面的缺点。另一种如使用Delfin Technologies Ltd生产的蒸汽压力计的方法是使结合在在测量室内的测量棒快速通过环境空气移动，这种移动使测量室通过与环境空气的湍流混合进行吹扫。其缺点是缺乏控制性和重复性。
现在我们设计了一种改善的用于吹扫水蒸汽通量测量单值法的测量室的方法，所述方法减少或克服了上述吹扫法的缺点。
本发明涉及一种用于测量水蒸汽通量的单值法和用于实施所述方法的设备，所述方法和设备比前面(ii)中所述的三种单值法代表的现有技术有优势。上述三种方法都用封闭测量室收集从测试表面上散发的水蒸汽。本发明类似地使用封闭室。其主要区别是本发明的测量室中结合了用于搅动其内部空气的活动装置。所述搅拌器的主要目的是当测量室的测量面与测试表面不接触且测量室对环境空气开放时吹扫测量室。用环境空气的吹扫可以在每一次测量前、测量后或测量前后进行，为每一次测量提供可重复的条件。
在测量面与测试表面接触时，搅拌器自身在测量过程中也可以是活动的。这样就能够使从测试表面散发的水蒸汽与截留的空气快速混合，产生湿度和温度近于均匀的蒸汽-空气混合物。这就消除了与独立的消极混合相关的迟滞性和非均匀性，使测量对传感器的位置不太敏感，并且简化了计算水蒸汽通量密度的数学模型。已经使用这种搅动的封闭室测量法测量如外科手术过程中从腹腔中蒸发的水损失(L.-OLamke，G.E.Nilsson和H.L.Reithner，Acta Chir Scand，143，279-84，1977)。
本发明提供一种测量从测试表面散发的蒸汽通量密度单值的方法，所述方法包括在每次测量之前和/或之后用结合在测量室内的搅拌器吹扫测量室，以保证测量的可重复条件，(i)将一端有单个开口的测量室的开口端对着测试表面设置，(ii)测量可用于确定进入测量室的蒸汽通量密度的参数，其中在每次测量之前和/或之后用结合在测量室内的搅拌器吹扫测量室，以保证测量的可重复条件。在测量过程中，测量室内的空气本身可以搅动，也可以不搅动，但是已经得到证明的是，测量过程中进行搅动是有益的。
本发明还提供用于测量从表面散发的水蒸汽通量密度的设备，所述设备包括(i)一端有单个开口的测量室，所述开口适合对着测试表面设置，(ii)置于测量室内的空气搅动装置，(iii)用于测量室内水蒸汽密度的装置。
用于测量室内水蒸汽密度的装置可以是置于室内的传感器，能够测量可用于计算室内水蒸汽密度的量值。可用于确定水蒸汽密度的量值包括相对湿度和温度等。传感器不一定整个都配置在测量室内。如专利申请PCT/GB 2003/000265所述，将其配置在测量室外面可能更为方便。
可以使用的另一种测量室内水蒸汽密度的装置是基于测量水蒸汽对适当波长的红外线的吸收的传感器。如果在整个测量过程中测量室内的空气温度几乎保持恒定，则在测量室内可以不使用温度传感器。
空气搅动装置优选是机械设备如风扇；但也可以在测量室内配置搅动空气的其它装置，用电力、气动或其它设施提供的动力为搅拌器叶片或桨叶提供旋转、往复或其它运动。动力源可以设置在测量室内部或外部。如果将动力源设置在测量室外，则可以方便地通过轴、电磁形式或其它形式的联结件与测量室内的搅拌器偶联。
在使用时，将设备的开口端对着测试表面即皮肤设置。在与测试表面接触前可以搅动空气，以便就在测量前用环境空气吹扫测量室。然后读取传感器的读数，由所述读数可以确定水蒸汽的密度，进而可以确定通量密度。在这些测量过程中，室内的空气优选是搅动的，使其与从测试表面散发的水蒸汽混合，得到近乎均匀的湿度和温度性能。当测量完成时，测量室内的空气优选还是搅动的，以吹扫测量过程中集聚在室内的水蒸汽。
传感器上的读数一般是相对湿度和温度，可以用它们计算测量室内水蒸汽的密度。搅动可以保证测试表面散发的水蒸汽是活动的，并且与测量室内封闭的空气快速混合，因此，整个测量室内的蒸汽密度是均匀的。因此，传感器在测量室内的位置并不重要。
如果假定从测试表面进入测量室的水蒸汽与测量室内截留的空气均匀混合，则用测量室内水蒸汽密度的增加速率通过公式(1)可以计算从测试表面散发的水蒸汽通量密度。
J=VA·∂ρ∂t---Eq.(1)]]>其中，J是水蒸汽通量密度V是测量室体积A是与测试表面接触的测量室的开口面积ρ是测量室内的水蒸汽密度公式(1)推导过程的假设条件是从测试表面散发的水蒸汽在测量室内仍然是水蒸汽。只要(a)测量室内每一处的相对湿度都低于100％，且(b)测量室内与水蒸汽接触的材料都不是吸湿性的，就可以满足这一条件。如果不满足条件(a)，则水蒸汽可能会冷凝成液态水。因此重要的是，要在达到这种饱和条件之前确保测量终止，并从测试表面上移走测量室。如果不满足条件(b)，则水蒸汽的量可能由于表面吸附而暂时减小。反过来，当测量室内的湿度下降时，预先吸附的水可能会解吸附。这些过程可能会导致测量误差如″记忆效应″或滞后效应。
根据公式(1)，可以用测量室内水蒸汽密度的增加速率计算水蒸汽通量密度。如果通量密度是恒定的，则这一增加速率也是恒定的。然后则例如可以用两个不同时间时读取的读数计算的两个蒸汽密度值的差值计算，也可以用在合适的时间间隔内读取的读数计算的系列蒸汽密度值进行最小二乘法计算。测量过程中水蒸汽通量密度的变化表明它们本身就是测量室内水蒸汽密度增加速率的变化。
公式(1)不限定任何特殊几何形状的测量室，也不限定其内配置的传感器。因此，可以使用所有便利的形状，例如圆筒状、矩形平行六面体、棱柱等。但其主要的尺寸体积V和与测试表面接触的开口面积A是重要参数，可以根据特定的测量应用进行调节。参数A是测试表面上计算平均通量密度的面积。比值A/V决定了测量灵敏度。另外，A/V与达到饱和条件前的时间长度成反比，因此，对于给定值的通量密度来说，A/V与最大测量时间成反比。
在测量室内合适而便利的测量水蒸汽密度的方法是使用常用的相对湿度和温度传感器，这两个传感器一起作用，在基本相同的位置处测量这两种性能。合适而方便地选择的相对湿度传感器包括广泛可商购的基于电容变化或电导率变化的那些传感器。合适而方便地选择的温度传感器包括广泛可商购的传统热电偶和电热调节器。也可以使用可同时测量相对湿度和温度的复合传感器，从而一个这种传感器就可以产生需要的信号。
用相对湿度和温度的测量值通过公知的关系式就可以计算水蒸汽密度。
ρ=RH%100·ρs(θ)---Eq.(2)]]>其中，RH％是相对湿度百分数θ是温度ρs是饱和蒸汽密度用经验参数式如P.R.Lowe.(J.Appl.Meteorol.，第16卷，100-3页，1977)可以方便地计算饱和蒸汽密度。
在使用时，将测量室的开口端对着测试表面设置，将起始信号送往处理器，启动测量过程。使用者启动开关如测量棒手柄上的按钮或脚踏开关可以传统而方便地手工产生这种起始信号。也可以配置产生起始信号的自动装置。一个例子是与用于测量环境条件的类似传感器提供的参比值相比感知测量室内相对湿度或蒸汽密度的增加。另一个例子是在测量室内配置光学传感器如光电二极管，当由于测量室与测试表面接触而使光能级降至低于预定值时产生起始信号。
一旦接到起始信号，处理器就周期性地从传感器上读数，以记录信号随时间的变化。在预定的标准或系列标准得到满足后，终止测量过程，并使测量室与测试表面脱离接触。最重要地是，当测量室内的相对湿度达到预定值时，必须终止测量。选择的预定值应当足够高，使测量能够进行，又应当足够低，以防止冷凝的发生。在此之前可应用终止测量的其它标准，包括预定测量时间或预定测量精度。
下面参考附图
描述本发明，附图是本发明设备一个实施方案的侧视图。
在附图中，中空圆筒(1)形式的测量室在端部(1a)处是开口的，在端部(1b)处是封闭的。测量室的材料优选是致密塑料或其它不能吸收或吸附大量水的材料。圆筒(1)内部有可以在基本相同的位置处测量相对湿度和温度的电容式相对湿度传感器(2)和电热调节器(3)。(2)和(3)的输出信号送入计算机(未画出)。圆筒内部还有能够搅动空气使封闭水蒸汽和空气均匀混合的小风扇(4)。
为了测量测试表面(5)如人体皮肤散发的水蒸汽通量密度，将开口端(1a)对着皮肤，测量室将截留的空气封闭，使截留的空气与皮肤散发的蒸汽混合。在测量室与测试表面接触的同时或刚刚接触后，将起始信号送入计算机，启动测量过程。图中未画出产生这种起始信号的装置。对计算机编程，使其具有一个能够将传感器(2)和(3)的输出信号转化成需要形式的读数的程序，例如，读数形式可以是表面散发的水蒸汽通量密度。读数的图表表示或由读数衍生的测量还可用于证明基础假设是正确的、测量是有效的。在用电容式相对湿度传感器(2)和电热调节器(3)进行测量的同时可以运行风扇(4)，以保证蒸汽能够与截留的空气快速混合，产生湿度和温度近于均匀的蒸汽-空气混合物。
在测量后和在测量室内的湿度增加到使冷凝发生的值之前，为了将测量室内的湿度和温度恢复到环境空气的湿度和温度，使测量室与测试表面脱离接触，并且借助于风扇(4)使环境空气与预先截留的空气混合。
在所述的测量中，只需要一个相对湿度传感器和一个温度传感器，从而简化了结构。但是并不排除使用多个传感器。使用其它传感器可以更精确地计算水蒸汽通量密度，如果测量室内水蒸汽的分布不是非常均匀的话。还可以方便地在测量室外部的设备内结合其它传感器，用于测量环境温度、环境湿度、皮肤温度等。
测量室可以方便地结合在手持棒中或安装一个方便的手柄等。
可以用所述设备和方法测量从测试表面散发的任何蒸汽通量密度，但当蒸汽不是水蒸汽时，需要选择相应的传感器。
所述设备和方法可用于任何测试表面。除皮肤外，可用所述设备测量植物叶片等散发的水蒸汽通量。在所述设备中，测量室的几何形状一般是圆筒状，但是可以采用任何方便的形状，如矩形平行六面体、棱柱等。
权利要求
1.一种用于测量从表面散发的水蒸汽通量密度的设备，所述设备包括(i)一端有单个开口的测量室，所述开口适合对着测试表面设置；(ii)置于测量室内的空气搅动装置；和(iii)用于测量室内水蒸汽密度的装置。
2.权利要求1的设备，其中所述室内的空气搅动装置能够在每次测量之前和/或之后用环境空气吹扫所述室。
3.权利要求1和2的设备，其中测量室内的空气搅动装置是机械装置。
4.权利要求1-3的设备，其中空气搅动装置包括风扇。
5.权利要求1-4的设备，其中测量室内的空气搅动装置的动力由电力、气动或其它设施提供，为搅拌器叶片或桨叶提供旋转、往复或其它运动。
6.权利要求1-5的设备，其中动力源设置在测量室内部或外部，如果将动力源设置在测量室外部，则通过轴、电磁形式或其它形式的联结件与测量室内的搅拌器联结。
7.权利要求1-6的设备，其中用于测量室内水蒸汽密度的装置包括置于室内部或外部的传感器，这些传感器能够测量可计算出室内水蒸汽密度的量。
8.权利要求1-7的设备，其中传感器包括用于测量室内相对湿度及任选测量室内温度的装置。
9.权利要求1-7的设备，其中有多个传感器。
10.权利要求1-6的设备，其中用于测量室内蒸汽密度的装置包括基于测量水蒸汽对适当波长的红外线的吸收的传感器。
11.前述权利要求任一项的设备，所述设备装配有能够测量除水蒸汽以外的其它蒸汽的密度的传感器，其可以评估所述传感器的读数以测量所述蒸汽的通量密度。
12.前述权利要求任一项的设备，其中具有操作者手工启动开始测量或用其它传感器自动启动开始测量的装置。
13.前述权利要求任一项的设备，其中测量室结合入手持棒或其它方便的手持盒子中。
14.一种测量从表面散发的蒸汽通量密度的方法，所述方法包括将一端有单个开口的测量室的开口端对着所述表面，任选搅动室内的空气并测量室内蒸汽通量密度的变化。
15.权利要求14的方法，其中在每次测量之前和/或之后，通过结合在室内的搅动装置用环境空气吹扫所述测量室。
16.权利要求14-15的方法，其中所述测量室配有传感器，用于测定室内水蒸汽密度的增加速率，用所述增加速率计算水蒸汽通量密度和相关量如水蒸汽通量、TEWL、气孔导电性等。
17.权利要求14-16的方法，其中开始测量是通过操作者手工启动或利用其它传感器自动启动的。
18.权利要求14-17的方法，其中测量水蒸汽的蒸汽通量。
19.权利要求14-16的方法，其中测量除水蒸汽以外的其它蒸汽的蒸汽通量，并使用用于给定蒸汽的合适传感器。
20.权利要求14-19任一项的方法，其中蒸汽与截留的空气快速混合，产生湿度和温度近于均匀的蒸汽-空气混合物。
全文摘要
一种测量从表面如皮肤散发的水蒸汽通量的设备和方法，其中使用封闭的测量室，其中有用于搅动测量室内空气以改善测量的装置。
文档编号G01N1/22GK1703617SQ200380101127
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者R·E·英霍夫 申请人:南岸大学企业有限公司