практикум часть 1

1.Студент должен ознакомиться с устройством электронного осциллографа; знать основные органы управления; знать основные характеристикиЭЛТ;

2.Уметь получать устойчивую осциллограмму; знать условия получения устойчивой осциллограммы;

3.Уметь определять величину выходного напряжения звукового генератора с помощьюэлектронного осциллографа;

4.Уметь определять частоту и длительность исследуемого сигнала с помощью метода «меток».

Основные понятия

Устройство электронного осциллографа, основные органы управления, знать основные характеристики ЭЛТ, уметь получать устойчивую осциллограмму; Знать методику получения устойчивой осциллограммы; уметь определять величину напряжения исследуемого сигнала и временные характеристики с помощью электронного осциллографа.

Приборы и принадлежности

Звуковой генератор ГЗ-34, электронный осциллограф С1-68, соединительные провода.

3.3Краткое теоретическое введение

Рис.1. Внешний вид лабораторной установки

61

Основные характеристики ЭЛТ

1.Чувствительность к отклонению – это смещение светового пятна на экране ЭЛТ в мм на 1В напряжения, подаваемого на отклоняющие пластины. Поскольку вертикально-отклоняющие пластины расположены дальше от экрана, чем горизонтально-отклоняющие, то чувствительность к отклонению для верти- кально-отклоняющих пластин выше, чем для горизонтально-отклоняющих. Именно поэтому исследуемое напряжение подаётся обычно на вертикально отклоняющие пластины.

2.Длительность послесвечения. Явление послесвечения состоит в том, что возбуждённый люминофор испускает свет ещё некоторое время после того, как прекратится его бомбардировка электронами. Понятно, что ЭЛТ с большой длительностью послесвечения пригодны для регистрации медленных процессов,

адля кратковременных высокочастотных процессов необходимы ЭЛТ с малым послесвечением.

3.Скорость записи – это скорость перемещения светового пятна на экране ЭЛТ в км/с, при которой ещё наблюдается достаточная яркость свечения. Для регистрации высокочастотных процессов необходимы ЭЛТ с большой скоростью записи. Для увеличения скорости записи необходимо увеличивать напряжение, приложенное ко второму аноду, однако, чувствительность ЭЛТ к отклонению при этом падает.

Рис. 2. Внешний вид передней панели осциллографа

62

ние сигнала с делениями шкалы и отсчитайте размер изображения по вертикали в делениях (см).

Величина исследуемого сигнала в Вольтах равна произведению измеренной величины в сантиметрах, коэффициента отклонения (цифровой отметки переклю-

штаб калибровки усиления осциллографа определим амплитуду исследуемо го сигнала. Результаты измерений свести в таб.1:

Задание 3. Определение длительности и частоты исследуемого сигнала.

Перед измерением установите ручку регулировки «ДЛИТЕЛЬНОСТЬ» в крайнее правое положение. В этом положении развертка калибрована и соответствует градуировке переключателя «ВРЕМЯ/см». Проверьте калибровку длительности развертки по внутреннему калибратору. Установите измеряемый временной интервал в центре экрана ручкой . Поставьте переключатель

«ВРЕМЯ/cm» и переключатель в такое положение, чтобы измеряемый интервал занимал длину на экране не менее 30 мм шкалы.

Измеряемый временной интервал определяется произведением длины измеряемого интервала времени на экране по горизонтали в делениях шкалы (см), на значения коэффициента развертки и значения множителя развертки

Длительность одного периода определяется дополнительным делением указанного произведения на число измеряемых периодов.

Определите и запишите длительность исследуемого синусоидального сигнала

(Рис.3)

64

Работа №4.

Лабораторная работа 1э

Изучение датчиков температуры

2.4.1. Цели и задачи

Изучить устройство и принцип работы термоэлектрического и термисторного датчиков; определить метрологические характеристики датчиков; выяснить возможность применения датчиков для определения температуры тела человека. Изучить экспериментально основные характеристики и параметры термисторного и термоэлектрического датчиков.

2.4.2. Приборы и принадлежности

Для термисторного датчика. Измерительный мост, понижающий трансформатор, нагреватель мешалка сосуд с водой, термометр, термистор, источник питания 4 В.

Для термоэлектрического датчика. Два сосуда с водой, нагреватель, понижающий трансформатор, два термометра, миллиамперметр, два термоспая.

Основные понятия

Датчики – это специальные устройства, преобразующие неэлектрические сигналы в электрические на уровне, необходимом для регистрации. Для определения температуры используют термисторный и термоэлектрический датчики.

2.4.3.Вопросы к занятию

1.Классификация средств съёма медицинской информации.

2.Что такое электроды? Классификация электродов (приведите примеры).

3.Каковы основные требования к средствам съёма медицинской информации?

4.Каким должно быть переходное сопротивление электрод-кожа? Почему? (ответ поясните расчётами).

5.Какие Вы знаете способы уменьшения переходного сопротивления электрод-кожа? Какие из них предпочтительнее?

6.Какова конструкция электродов для экстренного применения, длительного применения? (приведите примеры).

7.Что называется датчиком? Техническая классификация датчиков (приведите примеры).

66

8.Физическая, медицинская классификация датчиков. (приведите примеры)

9.Термисторный датчик. Его назначение. Устройство и принцип действия.

10.Термоэлектрический датчик. Его назначение. Устройство и принцип действия.

11.Классификация медицинских параметров. (ответ поясните примерами)

12.Метрологические характеристики датчиков: перечислить, определение, формулы, единицы измерения.

13.Как можно с помощью датчиков определить температуру кожи человека и ядра?

14.Преимущества и недостатки термисторных датчиков.

15.Преимущества и недостатки термоэлектрических датчиков.

16.Устройство и принцип действия пьезодатчика и микрофонного датчика.

17.Датчики тканевого обмена веществ. Устройство и принцип действия.

2.4.4. Теоретическое введение

Для практической работы в производственных и научных целях обычно используют разнообразные вторичные термометры, градуированные в той или иной шкале температур. Существует большое число разнообразных вторичных термометров. Рассмотрим некоторые из них.

Жидкостные термометры. В них используется зависимость объема жидкости от степени ее нагретости. Жидкость помещается в резервуар со стеклянным капилляром (рис. 1). При изменении температуры уровень жидкости в капилляре меняется. Вдоль капилляра расположена шкала, проградуированная в единицах температуры. Чем больше размеры резервуара, тем выше чувствительность термометра.

Рабочий диапазон жидкостного термометра обычно определяется точкой замерзания и кипения рабочей жидкости. Границы рабочего диапазона некоторых термометрических жидкостей приведены в таб.1. Погрешность измерений с помощью жидкостных термометров лежит в области 0,01 К. Недостатком таких термометров являются их сравнительно большой размер и большая теплоемсть. Поэтому тепловая инерция таких термометров велика.

Рис.1. Жидкостной термометр

67

Измерение температуры с помощью термисторов

Часто для измерения температуры в медицине используют термисторы. Термистор(англ. thermistor), то же что терморезистор. Исторически термин "Т." происходит от английских слов thermally sensitive resistor — термочувствительный резистор. Термистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben)

в 1930 году и имеет патент США номер #2,021,491.

ТЕРМИСТОР (терморезистор), ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ резистор, обладающий свойством существенно изменять свое электрическое сопротивление при изменении ТЕМПЕРАТУРЫ. При 20 oС сопротивление может быть порядка тысячи ом, тогда как при 100 oС - всего около 10 ом. Термисторы используются при измерении температуры и для компенсации температурных колебаний в различных частях схемы.

Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС)который существенно убывает с ростом температуры (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы)ТКС.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа AIII BV, стеклообразных полупроводников и других материалов.

Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170—510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900—1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от — 2,4 до —8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1—106 Ом.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в каче-

68

стве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электро-магнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой. Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO3. Такие терморезисторы обычно называют позисто-

рами. Известны терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом (0,5—0,7 %/К), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

Термометры сопротивления. В них используется зависимость сопротивления вещества от его температуры. Обычно этим веществом является металл. Однако, в качестве чувствительного элемента мостовой схемы можно использовать термистор

У большинства металлов с ростом температуры сопротивление растет. Термометр RT (термистор) обычно включают в мостовую схему (рис. 2). Сигнал разбалансировки моста возникает при нагревании термометра. Сигнал измеряется прибором V. В табл. 1. приведены некоторые металлы, используемые в качестве термометров сопротивления, диапазон их применимости

и средний температурный коэффициент сопротивления.

Таб. 1. Измеряемые температуры и некоторые характеристики термометров сопротивления

69