A legelső spirométerek zárt rendszerűek voltak, melyek közvetlenül a légzési térfogatot mérték pl. egy kettősfalú alsó edény vízszigetelésében lebegő, kiegyensúlyozott felső edény (harang) elmozdulásával, amely belégzéskor emelkedik, kilégzéskor süllyed a térfogatváltozások arányában.
A zárt rendszerű spirométerek működési elve
A nyíltrendszerű spirométer áramlást mér a környezeti levegő belégzése ill. az atmoszférás környezetbe való kilégzés közben.
A nyílt rendszerű spirométerek egyik technikai megvalósítása esetében az áramlásmérés során az áramlásjelet (V') egy fém- vagy műanyagszitán mért nyomáskülönbség mérésével határozzuk meg (pneumotachográfia). A szitán eső, különbségi nyomásmérővel mért nyomás lamináris áramlás esetén egyenesen arányos az áramlásjellel (Hagen-Poiseuille törvény). A térfogatjel előállítása integrálással történik: 𝑉 = ∫𝑉′d𝑡.
Pneumotachográfia elvén működő nyílt rendszerű spirométer
Az első turbinás spirométerek is már közel száz éve jelentek meg, de a korai verziók pontossága nem volt kielégítő, részben a turbinák kezdetlegessége miatt, részben pedig azért, mert ezen régi mechanikai eszközök fogaskerekei és kötései nagy súrlódást és ellenállást eredményeztek.
Az első elektronikus turbinás spirométer a Marion Labs Spirostat volt, amely az 1970-es évek elején került piacra. Ez egy eldobható in-line turbinát használt, ahol a turbina lapátok közvetlenül a belégzési és kilégzési áramlásba voltak helyezve, és ennek megfelelően forogtak. A turbinás spirométerek esetében tehát a turbinákon átáramoltatott levegő megforgatja a turbinalapátokat és azok forgási sebességét mérve számolhatunk áramlást és légzési térfogatokat. A turbinák és a hozzá csatlakozó, általában papírból készült csutorák sok esetben egyszerhasználatosak és eldobhatóak.
A Marion Labs Spirostat és az innovatív MIR Spirobank 2 Smart turbinás spirométerek
A nagypontosságú ultrahangos spirométerek esetében nincs szükség az áramlásra vonatkozó helyettesítő paraméterekre (pl. nyomáskülönbség, hőmérséklet vagy turbina). A légző csőben két átlósan elhelyezett piezo-elektromos elem küldi és fogadja az ultrahang hullámokat. Áramlás nélkül az ultrahanghullámok átviteli ideje mindkét irányban azonos. Az áramlás, amely a levegőt a cső belsejében mozgatja, felgyorsítja a hullámokat az egyik irányban, és lassítja őket a másikban. Minél nagyobb a különbség odaút és a visszatérés között, annál nagyobb az áramlás. Az összes többi tényező (gáz tulajdonságai, páratartalma, hőmérséklete) az ultrahang mindkét irányban történő terjedésekor azonos, így ezek a paraméterek nem befolyásolják a mérést.
Ultrahangos spirométerek