19. Биодатчики.

В настоящее время интенсивно ведется исследования по разработке принципиально новых приборов, построенных с использованием биодатчиков.Биодатчиками называют миниатюрные устройства, преобразующие информацию о количественном и качественном составе исследуемой среды в электрический сигнал с помощью биологических веществ, избирательно реагирующих на компоненты этой среды. В основе функционирования биодатчика лежит специфическая химическая реакция преобразования анализируемого компонента (окисление, восстановление, расщепление и т.д.) с помощью соответствующих ферментов в новое вещество или ряд веществ, одно из которых обнаруживается. Чаще всего электрохимическим датчиком.

Биодатчик представляет собой соединения биокатализатора с электрохимическим или другим типом датчика. В качестве биокатализатора используется не только ферменты, но и микроорганизмы, а также животные или растительные ткани. Чаще всего в биосенсорах используют те же принципы измерений, что и в других сенсорах, например, электрохимических.

Мхи и лишайники используются в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды токсическими компонентами. Идентификация канцерогенов проводится с помощью одноклеточных организмов – парамеций. В качестве детекторов при оценке опасного действия пестицидов служат клетки хлореллы. Контроль и идентификацию микроорганизмов во взвесях, степень их роста и размножения осуществляют путем измерения импеданса несущей среды. Возможно обнаружение биологически активного вещества в жидкой среде путем контактирования в измерительном элементе с пластиной, выполненной из изоляционного материала и покрытой лигандным реактивом. Последующее сравнение электропроводности (или электрической емкости) пластины с контрольной системой позволяет определить наличие биологически активного вещества в растворе.

Благодаря относительной простоте конструкции и технологии изготовления за рубежом широкое применение нашли электрохимические, в частности, амперометрические биосенсоры. Они используются для определения ряда компонентов, например глюкозы и глицерофосфата

20. Измерительные цепи параметрических преобразователей.

Для работы с параметрическими преобразователями используются измерительные цепи с питанием как переменным, так и постоянным током. Сопротивление параметрического преобразователя является функцией измеряемой величины и может быть выражено как.

Источники питания преобразователей, как правило, обладают достаточной мощностью, поэтому мощность, прикладываемая к преобразователю, ограничена только его допустимой мощностью рассеяния. Таким образом, характеристиками параметрического преобразователя являются допустимая мощность рассеяния Р_{i доп} , начальное сопротивление R₀ и относительное изменение сопротивления ε=ΔR/R₀

С параметрическими преобразователями используются три вида измерительных цепей: цепи последовательного включения, цепи в виде делителей и цепи в виде мостов. Формулы для выходного напряжения на сопротивлении нагрузки U_вых, начального напряжения U₀ при  = 0 и изменения напряжения в зависимости от и для цепи последовательного включения и цепей в виде делителя с одинарным и дифференциальным преобразователями представлены в таблице 2.1.

Условием согласования сопротивлений преобразователя и нагрузки для цепи последовательного включения будет илиR_н=1/3R₀. При выполнении условия согласования мощность сигнала, получаемая индикатором (регистратором) с сопротивлением R_н, составляет P_н=3/16P_доп*ε².

Измерительные цепи последовательного включения цепи в виде делителей характеризуются нелинейной зависимостью между U_вых и , причем погрешность линейности будет тем больше, чем больше . При включении в цепь делителя дифференциального преобразователя погрешность линейности может быть уменьшена при увеличении а и становится равной 0 при а  (R_н). Для обеспечения линейности приходится значительно отступать от согласованного значения нагрузки. При работе же с регистраторами малого сопротивления (а<10) некоторое уменьшение нелинейности может быть достигнуто при работе в области малых значений . Основным недостатком как цепей последовательного включения, так и цепей в виде делителей является то, что значению х=0 соответствует выходное напряжение U_вых≠0. Этот недостаток при измерении переменных величин устраняется путем использования измерительных цепей с разделительными конденсаторами.