Вопрос 84. Основные метрологические характеристики дат­чиков и методы их определения.

1 .Чувствительность датчика - отношение изменения выходного электрического сигнала к вызвавшему его изменению входного парамет­ра, измеряемого датчиком.

g =Δу/Δх , где Δу - соответствующее изменение выходного элек­трического сигнала, Δх - изменение входного неэлектрического сигнала.

Чувствительность датчика определяется по амплитудной характери­стике датчика. Амплитудная характеристика датчика - зависимость величины выходного сигнала электрического от величины входного неэлектрического сигнала.

Чувствительность, как метрологическая характеристика датчика, определяется на линейном участке амплитудной характеристики.

Амплитудная характеристика датчика.

АВ - линейный участок характеристики.

2. Динамический диапазон - диапазон изменения входной величи­ны, в котором она воспроизводится в электрический сигнал без искажений m = Х_max / Х_min.

m>10 - наиболее распространенный динамический диапазон для датчиков медицинской аппаратуры.

3. Линейность датчика. Чем длиннее прямолинейный участок харак­теристики, тем больше линейность датчика.

4. Время реакции датчика  - минимальный промежуток времени, в течение которого происходит установление выходной величины, при скачкообразном изменении входной величины.

Так как в медицинских приборах допустимы 30% искажения, то на практике под временем реакции датчика понимается промежуток времени, в течение которого выходной сигнал достигает 0.67Y_ycт при скачкообраз­ном изменении входного сигнала. Зная время реакции датчика, можно определить его частотный диапазон:

f_нижн= 0; f_верх= 1 / .

5. Коэффициент нелинейных искажений

Коэффициент нелинейных искажений определяется по амплитуд­ной характеристике датчика.

K_н.и.=(Y_ном - Y_реал) / Y_ном  100%

6. Стабильность датчика - неизменность выходной величины при неизменности входной величины.

если X=const, то Y=const.

7. Погрешность датчика Δ. Датчик искажает информацию. Ве­личина погрешности датчика зависит от старения датчика, влияния окружающей среды, погрешности измерительного прибора, нестабильности источника питания и т.д.

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.370-371; лекции.

Вопрос 85. Устройство и принцип действия датчиков темпе­ратуры (термисторный и термоэлектрический датчики).

Для регистрации температуры биологических объектов исполь­зуется датчики термоэлектрических и термисторных систем. Сущест­вуют датчики температуры ядра (сердцевинные) и температуры кожи (поверхностные). У датчиков температуры ядра более достоверные показания, а температуры кожи зависят от многих условий окружаю­щей среды (влажности, одежды, волосяного покрова, кровоснабжения кожи и.д.).

Для измерения температуры тела человека применяются проволоч­ные и полупроводниковые датчики. Это пассивные датчики (терморезисторы) и активные датчики (термопары). Обычно, датчик на основе термосопротивления включается в цепь в соответствии с рисун­ком, приведенном ниже.

Схема термнсторного датчика:

Е - источник питания, G - гальванометр,

R₁R₂R₃R₄ - измерительный мост, R₄ - резистор балансировки моста, R₂ - термосопротивление.

Мост сбалансирован при условии равенства сопротивлений R₁ и R₃, R₂ и R₄ соответственно. В этом случае электрический ток через гальванометр не протекает. При изменении температуры нарушается балансировка моста и через гальванометр G протекает ток Iг, про­порциональный величине температуры. Прибор можно проградуировать в градусах и отсчет будет производиться непосредственно в гра­дусах.

Схема термоэлектрического датчика:

1 – железо; 2 – константан.

Величина ЭДС термопары Е может быть определена согласно выражению: E =   (t₁ - t₂), где

 - удельная ЭДС, t₁ и t₂ - температуры сред, где находятся термопары.

Если собрать электрическую цепь согласно рисунку, то в цепи по­течет электрический ток, прямо пропорциональный разности темпе­ратур.

Термисторные датчики - дешевые, имеют малое время реакции (5 - 50 с), но обладают значительной нелинейностью. Термоэлектрические датчики - дорогие, имеют малое время реакции и большой динамический диапазон, высокую линейность.

Литература: лекции.