Разработка калибратора для импедансного измерительного преобразователя

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана

Разработка калибратора для импедансного измерительного преобразователя

Васильева О.Д.

Разработан калибратор для измерительного преобразователя импеданса. Предлагается калибровать источник тока и измерительный преобразователь импеданса в целом. Проведены измерения посредством разрабатываемого индивидуального средства калибровки реографа. Получена калибровочная характеристика, показанная на Рисунке 2, которая позволяет расширить рабочий диапазон источника тока с 1300 до 4350 Ом, что говорит об увеличении точности измерений RБО электроимпедансным методом.

Ключевые слова: электрический импеданс, источник тока, калибратор, калибровочная кривая.

DEVELOPMENT OF A CALIBRATOR FOR AN IMPEDANCE MEASURING TRANSDUCER

Vasileva O.D.

A calibrator for the impedance measuring transducer was developed. It is proposed to calibrate the current source and the impedance measuring transducer as a whole. The measurements were carried out by means of the developed individual calibration instrument of the rheograph. The resulting calibration characteristic, shown in Figure 2, allows to extend the operating range of the current source from 1300 to 4350 Ohm, which indicates an increase in the accuracy of RBO measurements by the electrical impedance method.

Keywords: electrical impedance, source of current, calibrator, calibration curve.

Введение

Современные реографы способны измерять сопротивление биообъекта в диапазоне от 0 до 500 Ом с точностью 5 мОм. Для установления количественного соответствия между амплитудой изменения сопротивления исследуемого биообъекта и величиной регистрируемого напряжения служит калибратор, способный генерировать эталонные сигналы известной формы и амплитуды.

На сегодняшний день существует несколько средств поверки/калибровки реографов. К ним относится генератор функциональный Диатест-4 и преобразователь напряжение - сопротивление ПНС-ГФ [2,3]. Данные калибраторы представляют собой набор резисторов фиксированного номинала Rэк1,2 =200 Ом и переменного резистора RБО , изменяющегося в диапазоне от 0 до 500 Ом. Однако, при использовании малого диаметра электрода a, электрод-кожное сопротивление имеет достаточно большой разброс и может достигать 1,5 кОм (1). В данном диапазоне источник тока может изменить амплитуду выходного тока, что негативно сказывается на точность результатов измерений.

Необходимо проводить калибровку не только изменяя сопротивление биообъекта, но также учитывая различную нагрузку в токовом канале, то есть калибровать источник тока и импедансный измерительный преобразователь в целом.

Материалы и методы

Разработан калибратор, схема которого представлена на Рисунке 1. Требования, предъявляемые к разрабатываемому калибратору:

?диапазон величины сопротивления измерительного канала 0-500 Ом

?диапазон величины сопротивления токового канала 0-4,5 кОм

Для калибровки измерительного канала необходим один переключатель, обеспечивающий изменение сопротивления в нужном диапазоне. Каждому переключателю был подобран ряд прецизионных резисторов. Центральный резистор выполняет роль аналогового потенциометра (Рис.1). Этот измерительный канал гальванически изолирован от основного прибора и имеет цепи управления.

Токовые каналы калибровки реографа состоят из двух последовательно соединенных потенциометров, собранных из прецизионных резисторов фиксированного номинала, которые в свою очередь выполняют роль цепи с последовательно соединенными резисторами с переменным значением сопротивления. Диапазон величины сопротивления токового канала выбирается исходя из формулы (1) для нахождения контактного сопротивления электрод-кожа.

(1)

где - удельное сопротивление кожи, a - радиус электрода [5].

Рисунок 1: Схема калибратора

Чтобы калибровать источник тока, который работает с нагрузкой до 3 кОм, необходимо реализовать цепь из двух последовательно соединенных переменных резисторов по 1,5 кОм . Схема калибратора для двух токовых каналов, представленная на Рисунке 1, реализована на одном переключателе. Так как токовые каналы симметричны, токовые плечи также обеспечивают синхронное переключение [4].

Проведены измерения посредством разрабатываемого индивидуального средства калибровки реографа. К токовому каналу реографа подключается калибратор. На выходе генератор тока выдает фиксированное значение в 5 мА. Ручкой переключателя изменяется значение величины сопротивления, имитируя изменяющееся удельное сопротивление биообъекта. Происходит регистрация значений величины напряжения, снятых с АЦП, встроенного в источник тока [1]. На основе измерений была получена калибровочная кривая, показанная на Рисунке 2. Результаты

В ходе измерений получена калибровочная кривая, представленная на Рисунке 2.

калибратор импедансный преобразователь реограф

Рисунок 2: Калибровочная кривая

Выявлена нелинейная зависимость значений сопротивления и значений напряжения.

Вызвано это тем, что в реальных условиях источник тока неидеален.

Полученная калибровочная характеристика, показанная на Рисунке 2, позволяет расширить рабочий диапазон источника тока с 1300 до 4350 Ом, что говорит об увеличении точности измерений RБО электроимпедансным методом.

Заключение

С помощью сравнения эталонного сигнала с регистрируемой величиной, можно осуществлять измерение амплитуды реограммы непосредственно в Омах. Разрабатываемое устройство обеспечивает калибровку токового канала реографа. Следующим этапом в разработке является калибровка измерительного канала с последующим соотнесением полученных величин, снятых с калибратора, и величин, снятых с реографа.

Список литературы

Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых схем. -М.: Радио и Связь, 1985.

Генератор функциональный Диатест-4. Руководство по эксплуатации. Москва, 2008.

Преобразователи напряжение-сопротивление для контроля электрических медицинских изделий ПНС-ГФ. Москва: ВНИИИМТ, 2002.

Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий /Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев, С.А. Филист. - Курск: Курская городская типография, 1999 - 537 с.

S. Grimnes and Ш. G. Martinsen, Bioimpedance and Bioelectricity Basics. 3rd edition. San Diego, CA: Academic Press, 2015.

Размещено на Allbest.ru