На металле и в электролите появляются заряды противоположного знака, возникает "двойной слой" из зарядов. Картина напоминает заряженный конденсатор. Действительно, емкость такого молекулярного конденсатора может быть достаточно большой. Это явление называется поляризацией электродов.
При прохождении тока электродный потенциал может изменяться, что приводит к появлению электрохимических помех.
Подбирая состав электродов, можно предотвратить поляризацию, например, не поляризуются медные положительные электроды в растворе CuSO4, т.к. на нем выделяется та же медь, но это не всегда возможно.
Изменения потенциала электрода в жидком электролите можно использовать для определения состава и концентрации электролита. Это довольно распространенный в аналитической химии способ - полярография. Метод используется и для диагностических целей, например, для определения концентрации кислорода и др. элементов в биологических жидкостях. Для этого регистрируется зависимость силы тока, протекающего через живую ткань, от напряжения. Активным электродом является катод - электрод с малой по сравнению с анодом площадью. Анод в этом методе не должен поляризоваться. Неудобство здесь заключается в том, что катод необходимо погружать в ткань (обычно в виде иглы). Обычная полярограмма имеет следующий вид (рис.):
Участок АВ - образование двойного электрического слоя. В точке В достигается потенциал восстановления ионов. СД – ток насыщения, пропорциональный концентрации ионов. Каждое вещество имеет свой характерный потенциал, для кислорода это 0,6-0,8 В при рН 6,0-8,0.
В диагностических целях определяют парциальное давление О2 в тканях и динамику его изменений, что характеризует общее состояние обменных процессов тканей и их функциональное состояние.
Начало скачка тока определить сложно. Обычно определяют "потенциал полуволны" -П, т.е. точку, соответствующую половине расстояния между точками А и Д.
ДАТЧИКИ.
Большое значение в медико-биологических исследованиях имеют неэлектрические величины: параметры механических колебаний, тепловое излучение, звуки и др.
Датчиком называется устройство, преобразующее измеряемую величину в сигнал, удобный для дальнейшей передачи, регистрации, обработки. В медицинской электронике рассматриваются датчики, преобразующие неэлектрический сигнал в электрический.
Классификация датчиков достаточно условная, т.к. не охватывает все их многообразие. Существует несколько классификаций по основным признакам - по принципу действия, по назначению, по характеру применения и т.д.
По принципу действия датчики подразделяются на генераторные и параметрические
1. Генераторные датчики вырабатывают электрический сигнал под действием неэлектрического, т.е. являются генераторами электрического тока. Это индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и фотоэлектрические датчики.
2. В параметрических датчиках под действием неэлектрического сигнала изменяются электрические параметры: сопротивление, электроемкость или индуктивность. Такие датчики содержат внешний источник электрического тока.
В зависимости от характера преобразуемой энергии датчики подразделяются на механические, акустические, температурные, электрические, оптические и др.
Датчики делят на линейные и нелинейные. У линейного датчика сигнал на выходе линейно зависит от сигнала на входе (термопара). Некоторые датчики имеют линейную зависимость в ограниченном диапазоне сигналов.
На датчик могут действовать различные физические факторы (давление, влажность, температура и т.п), но воспринимать он должен только одну величину, называемую естественной измеряемой величиной.
Основные требования к датчикам:
1) они не должны оказывать вредного воздействия на человека;
2) должны иметь необходимую чувствительность и точность;
3) быть устойчивыми к химическим и биологическим воздействиям:
4) иметь малую чувствительность к неизменяемым параметрам:
5) иметь малую массу и размеры:
6) обладать унифицированностью, взаимозаменяемостью и др. Эквивалентная схема датчиков аналогична эквивалентной схеме электродов, отличия небольшие (см. рис.):
На этой схеме ε ДАТ - ЭДС датчика, если он генераторный, или изменение напряжения на внутреннем сопротивлении параметрического датчика (они имеют источник тока), все сопротивления объединяются в одно внутреннее сопротивление (импеданс) датчика – Zдат.
Остановимся на некоторых важных характеристиках датчиков.
а) Функция преобразования, т.е. зависимость выходной (электрической) величины Y от входной (неэлектрической) X. Не искажают информацию датчики, имеющие линейную зависимость: Y=kX
Применение ЭВМ расширяет возможности датчиков. Можно преобразовать, например, нелинейную зависимость Y = f(X) к линейной, можно провести коррекцию сигналов датчика, если они зависят не только от измеряемого параметра. Используя датчики для измерения «мешающих» параметров, можно устранить «паразитную» зависимость от температуры фотодатчика, тензодатчика и т.п.
б) Для некоторых датчиков, например, датчиков температуры, важной характеристикой является инерционность, которая связана с запаздыванием изменения выходной величины от входной величины. О степени инерционности датчика судят по его постоянной времени. Для температурных датчиков за величину постоянной принимается время, в течение которого температура нагретого датчика, помещенного в воздушную среду с t =20°C уменьшается в е ~ 2,71828 раз.
Для других датчиков инерциальность - это время, за которое сигнал на выходе нарастает или убывает до определенного уровня (меняется в е раз). Этот параметр служит мерой способности датчика регистрировать сигналы малой длительности.
На рис. показано изменение выходного сигнала Y после скачка входной величины X в момент времени t0 (T - постоянная времени датчика).
в) Гистерезис. Явление заключается в том, что при возрастании и убывании входной величины увеличение и уменьшение выходной величины происходит по разным законам. (Рис.).
Наиболее распространенный метод" преобразования сигнала в параметрических датчиках - использование мостовой схемы:
Датчик изображен в виде переменного сопротивления Rх. В зависимости от того, какой параметр изменяется (R, С или L), такие же элементы ставятся в плечах моста. Питание может быть от постоянного источника тока (для моста из R) или от переменного (для С и L). При отсутствии сигнала X мост находится в равновесии, т.е. потенциал точек А и В равен, и Y=0. При проведении измерения изменяется величина Rx, мост разбалансируется и на выходе (диагональ моста АВ) появляется напряжение - сигнал Y.
Если вместо Rx подключить электроды (разорвать в этом месте цепь), то мы получим входную цепь реографа - прибора для измерения импеданса живых тканей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.