Приборы основанные на зависимости сопротивления вещества от температуры

Температура. Классификация приборов. Механические и манометрические термометры. Термометры сопротивления, термопары, оптические пирометры.

Температура вещества – величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул.

Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел.

Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул.

Молекулярно-кинетическое определение: Температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Термодинамическое определение: Температура — величина, обратная изменению энтропии (степени беспорядка) системы при добавлении в систему единичного количества теплоты.

Температура не поддается непосредственному измерению. Поэтому о состоянии теплового равновесия и о значении температуры судят по изменению физических свойств тел.

За единицу измерений температуры в «СИ» принят Кельвин (К). Допускается применять также шкалу Цельсия.

Для пересчета температуры, выраженной в Кельвинах или градусах Фаренгейта, в градусы Цельсия пользуются равенством

где n – число градусов по шкале Фаренгейта.

Прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой называется термометром.

Первым устройством, созданным для измерения температуры, считают водяной термометр Галилея (1597 г.)

Измерительная система температур представляет собой совокупность термометрического преобразователя (датчика) и вторичного измерительного прибора.

А. Термометры для измерения температуры контактным методом:

1) Термометры расширения. Диапазон: от -190 до +500 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве тел под действием температуры изменять объем, а следовательно, и линейные размеры.

– Жидкостные термометры (от -200 до 750°С) используют принцип теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре. В качестве рабочих веществ используются ртуть и органические жидкости – этиловый спирт, толуол и др..

– Дилатометрические (механические) термометры, действие которых основано на относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. В свою очередь подразделяются на стержневой и пластинчатый (биметаллический).

2) Термометры сопротивления (электрические). Диапазон: от -200 до +650 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве металлических проводников изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника.

3) Термоэлектрические преобразователи (термопары). Диапазон: 0 до +1800 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве разнородных металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э.д.с.), зависящую от температуры места соединения (спая) концов двух разнородных проводников (термоэлектродов), образующих чувствительный элемент термометра – термопару. Располагая законом изменения термо-э.д.с. термометра от температуры и определяя значение термо-э.д.с. электроизмерительным прибором, можно найти искомое значение температуры в месте измерения.

4) Манометрические термометры. Диапазон: от -200 до +700 градусов Цельсия. Класс точности 1-2. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления жидкости, газа или пара, помещенных в замкнутый объем, при нагревании или охлаждении этих веществ. В зависимости от заключенного в термосистеме рабочего вещества манометрические термометры разделяются на газовые, жидкостные и конденсационные. Указанные термометры являются промышленными показывающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения температуры в диапазоне до 600 °С. Класс точности их 1-2,5.

Б. Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом. Диапазон: от +100 до 2500 градусов Цельсия.

1) яркостные (оптические) пирометры, измеряющие яркость нагретого тела на данной длине волны;

2) радиационные пирометры, измеряющие температуру по тепловому действию лучеиспускания накаленного тела во всем спектре длин волн.

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С-1, эталонных – 0,03925°С-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий — 0,00617°С-1. Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С). Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала. В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Медные датчики (ТСМ)

ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С-1, диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al2O3). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al2O3) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под rл.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

Отличия параметрических датчиков от генераторных

Основные электронные устройства автоматики

Любое автоматическое устройство состоит из связанных между собой элементов, задачей которых является качественное или количественное преобразование полученного ими сигнала.

Элемент автоматики — это часть устройства автоматической системы управления, в которой происходят качественные или количественные преобразования физических величин. Помимо преобразования физических величин элемент автоматики служит для передачи сигнала от предыдущего элемента к последующему.

Элементы, входящие в автоматические системы, выполняют различные функции и в зависимости от функционального назначения подразделяются на воспринимающие, преобразующие, исполнительные, задающие и корректирующие органы (элементы), а также на элементы сложения и вычитания сигналов.

Воспринимающие органы (чувствительные элементы) предназначаются для измерения и преобразования контролируемой или управляемой величины объекта управления в сигнал, удобный для передачи и дальнейшей обработки.

Примеры: датчики для измерения температуры (термопары, терморезисторы), влажности, частоты вращения, силы и т. д.

Усилительные органы (элементы), усилители — устройства, которые, не изменяя физической природы сигнала, производят лишь усиление, т.е. увеличение его до требуемого значения. В автоматических системах применяются механические, гидравлические, электронные, магнитные, электромеханические (электромагнитные реле, магнитные пускатели), электромашинные усилители и т. и.

Преобразующие органы (элементы) преобразуют сигналы одной физической природы в сигналы другой физической природы для удобства дальнейшей передачи и обработки.

Примеры: преобразователи неэлектрических величин в электрические.

Исполнительные органы (элементы) предназначаются для изменения значения управляющего воздействия на объекте управления, если объект представляет собой единое целое с управляющим органом, либо для изменения входных величин (координаты) регулирующего органа, который также следует рассматривать как элемент автоматичсеких систем. По принципу работы и конструкции исполнительные и регулирующие элементы многообразны.

Примеры: нагревательные элементы в системах управления температурой, вентили и клапаны с электрическим приводом в системах регулирования расхода жидкости и газа и т. д.

Задающие органы (элементы) предназначены для задания требуемого значения управляемой величины.

Корректирующие органы (элементы) служат для коррекции автоматических систем с целью улучшения их работы.

В зависимости от функций, выполняемых элементами автоматики, их можно разделить на датчики, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и др.

Датчик (измерительный орган, чувствительный элемент) — элемент, преобразующий одну физическую величину в другую, более удобную для использования в автоматическом устройстве.

Наиболее распространены датчики, преобразующие неэлектрические величины (температуру, давление, расход жидкости и т. д.) в электрические. Среди них различают датчики параметрические и генераторные.

Параметрическими называют такие датчики, которые преобразуют измеряемую величину в параметр электрической цепи — ток, напряжение, сопротивление и т. д.

Например, температурный контактный датчик преобразует изменение температуры в изменение сопротивления электрической цепи от минимального при замкнутых до бесконечно большого при разомкнутых контактах. Таким элементом является датчик температуры, устанавливаемый в бытовых утюгах.

Рис. 1. Схема регулирования температуры нагрева термоконтактом

В холодном утюге термоконтакт, чувствительный к изменению температуры замкнут, и при включении утюга в сеть через нагревательный элемент проходит ток, нагревающий его. При достижении подошвой утюга температуры срабатывания контакта он размыкается и отключает нагревательный элемент от сети.

Генераторным называют такой датчик, который преобразует измеряемую величину в эдс, например термопара, применяемая совместно с вольтметром для измерения температуры. Эдс на концах такой термопары пропорциональна разности температур холодного и нагретого спая.

Рис. 2. Устройство термопары

Устройство и принцип действия термопары. Рабочим органом термопары является чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов 9, сваренных между собой на конце 11, который составляет горячий спай. Термоэлектроды изолированы по всей длине с помощью изоляторов 1 и помещены в защитную арматуру 10. Свободные концы элемента подключены к контактам термопары 7, расположенным в головке 4, которая закрывается крышкой 6, имеющей прокладку 5. Положительный термоэлектрод подключают к контакту со знаком » + «.

Герметизация вводов термоэлектродов 9 осуществляется с помощью эпоксидного компаунда 8. Рабочий конец термопары изолируют от защитной арматуры керамическим наконечником, который в некоторых конструкциях для уменьшения тепловой инерционности, может отсутствовать. Термопары могут иметь штуцер 2 для крепления по месту и штуцер 3 для ввода соединительных проводов измерительных приборов.

Отличия параметрических датчиков от генераторных

В параметрических датчиках под воздействием входного сигнала изменяется какой-либо параметр датчика (сопротивление, емкость, индуктивность) и соответственно его выходной сигнал. Для их работы требуется внешний источник энергии. Генераторные датчики под действием входного сигнала генерируют эдс и не требуют дополнительного источника энергии.

Подробнее про различные виды датчиков читайте здесь: потенциометрические датчики, индуктивные датчики

Другие элементы автоматики

Усилитель — элемент, в котором входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу, но преобразуются в количественном отношении. Эффект усиления получается в результате использования энергии источника питания. В электрических усилителях различают коэффициент усиления по напряжению ku = Uвых/Uвх, коэффициент усиления по току ki=Iвых/Iвх и коэффициент усиления по мощности kp=kuki.

Усилителем может служить любой электромашинный генератор. Небольшое изменение возбуждения приводит в нем к значительному изменению выходного сигнала — тока или напряжения нагрузки. Источником энергии служит двигатель, приводящий генератор во вращение.

Примеры усилителей, ранее активно использовавшихся в электроприводе: электромашинные усилители, магнитные усилители. В настоящее время для этих целей активно используются усилители и преобразователи на тиристорах и транзисторах с большой частотой коммутации.

Стабилизатор — элемент автоматики, обеспечивающий практически неизменное значение выходной величины при изменении входной величины в заданных пределах. Основной характеристикой стабилизатора является коэффициент стабилизации, показывающий, во сколько раз относительное изменение входной величины больше относительного изменения выходной величины. В электротехнических устройствах используют стабилизаторы тока и напряжения.

Подробнее о стабилизаторах читайте здесь: Феррорезонансные стабилизаторы напряжения и Электронные стабилизаторы напряжения

Реле — элемент, в котором при достижении определенной входной величины выходная величина изменяется скачком. Реле прнменяют для фиксации определенных значений входной величины, усиления сигнала, одновременной передачи сигнала в несколько электрически не связанных цепей. Наиболее распространены различные конструкции электромагнитных реле управления.

Распределитель — элемент автоматики, обеспечивающий поочередную коммутацию цепей для передачи сигнала. Распределение чаще всего используют в электрических цепях. Примером распределителя служит шаговый искатель.

Двигатель — механизм, преобразующий энергию какого-нибудь вида в механическую. Наиболее часто в устройствах автоматики используют электрические двигатели, но применяют и пневматические. В автоматике самыми распространенными устройствами такого типа являются шаговые двигатели.

Передатчик — устройство, предназначенное для преобразования одной величины в другую, удобную для передачи по каналу связи. Помимо основной функции передатчик обычно осуществляет кодирование преобразованной величины, позволяющее рационально использовать каналы связи и уменьшить влияние помех на передаваемый сигнал.

Приемник — устройство, преобразующее сигнал, полученный но каналу связи, в величину, удобную для восприятия элементами системы автоматики. Если при передаче сигнал кодируют, в приемник входит декодирующее устройство. Приемники и передатчики активно используются в системах телеуправления и телесигнализации.

III. Классификация медицинских приборов и аппаратов.

180. Датчики которые под воздействием входного сигнала генерируют ток или напряжение:

181. Датчики, в которых под воздействием входного сигнала изменяются электрические параметры:

182. Параметрические датчики:

183. Термопара представляет собой:

1. +Замкнутая цепь из двух различных проводников или полупроводников

184. Приборы, основанные на зависимости сопротивления вещества от температуры:

185. Проградуировка термистора:

1. +Построить график зависимости сопротивления от температуры

186. Термистор представляет собой:

1. +Кристаллический полупроводник

187. Если через спай полупроводниковой термопары пропустить постоянный ток то спай нагревается или охлаждается:

188. Преобразователь неэлектрических величин в электрические сигналы:

189. Чувствительность датчика:

190. Датчики принцип действия которых основан на явлении поляризации кристаллических диэлектриков:

191. В кристаллических диэлектриках поляризация может возникнуть при от сутствии электрического поля при деформации:

192. Градуировка термопара:

1. +Построить график зависимости ЭДС от температуры

193. С увеличением температуры сопротивление полупроводников:

1. +Экспоненциально уменьшается

194. Датчики в которых изменяется активное сопротивление при их механической деформации:

195. Параметрическим датчикам относятся устроиства

196. Ультразвуковым излучателем (датчиком), позволяющим получать изображение внутренних органов в ультразвуковой диагностике:

197. Активные (генераторные) датчики

1. + пьезоэлектрические, фотоэлектрические

198. Проводники специальной формы, соединяющие биологическую систему с

199. Методы фонокардиографии, реографии, сфигмографии, электромонометрии и баллистокардиографии :

1. +электрическая регистрация неэлектрических величин

1. +воздействие на кожи и доступные слизистые оболочки слабым высокочастотным разрядом

1. +тепло, выделяющегося при прохождении по ткани организмов высокочас-тотного тока

1. +воздействие переменным электрическим полем высокой частоты

203. Частота колебания, используемые для УВЧ-терапии:

1. +воздействие на ткани организма высокочастотным магнитным полем

205. УВЧ-терапия это воздействие на ткани и органы

1. +переменным электрическим полем с частотой (30мГц-300мГц)

206. УВЧ-поле в организме оказывает

207. Интенсивность УВЧ поля

1. +уменьшается с удалением от источника поля

208. При воздействии УВЧ поля на электролит и на диэлектрик, находящихся в одинаковых условиях

1. +у диэлектрика температура повышается быстрее, чем у электролита

209. На пациента при УВЧ-терапии действует:

1. +переменное электрическое поле высокой частоты

210. Формула количества теплоты, выделяемая в диэлектрике при воздействии УВЧ ( где r — удельное сопротивление)

211. Количество теплоты, выделяющееся в электролитах, находящихся в электрическом поле УВЧ:

212. Формула количества теплоты, выделяемое в живой ткани при воздействии УВЧ (где r-удельное сопротивление):

213. Терапевтический контур в аппарате для УВЧ-терапии предназначен для:

1. +для обеспечения безопасности пациента

214. Конденсатор переменной емкости в терапевтическом контуре аппарата для УВЧ-терапии предназначен для изменения:

1. +собственной частоты колебаний терапевтического контура

215. Метод воздействия на организм человека ультравысокочастотным элект

1. +Двухтактный ламповый генератор с терапевтическим контуром

217. Физические факторы воздействующие на ткани организма при

218.Метод введения лекарства в организм с помощью постоянного тока без

219. Метод воздействия на организм высокочастотным магнитным полем:

220. Метод воздействия на организм человека непрерывным постоянным маг

221. При воздействии на организм человека электрическим полем УВЧ:

1. + возникают токи проводимости и смещения

222. При прохождении по тканям организма высокочастотного тока выделяется джоулево тепло, которое разрушает ткани:

223. Лечебный метод, при котором используется действие на ткани организма постоянного тока малой силы:

224. Воздействие на сердце человека кратковременным током большой величины:

225. Методы основанные на первичном действии постоянного тока малой силы на ткани организма:

1. +Гальванизация и электрофорез

226. Применение гальванизации:

1. +Для лекарственного электрофореза

227. Для обеспечения безопасности работы с аппаратом УВЧ-терапии:

1. +Проверить заземление, включить, установить электроды, настроить в резонанс

228. Для обеспечения безопасности работы с аппаратом для гальванизаций:

2.+ включить, установить нужную величину силы тока и электроды

229. С целью обеспечения безопасности правильная установка электродов (в исследовании распределения электрического поля УВЧ):

230. Для соблюдения техники безопасности начальное расположение дипольной антенны ( в исследовании пространственного распределения электрического поля УВЧ):

1. +между электродами в центре

231. Роль терапевтического контура в аппарате УВЧ:

Вектор электрического момента диполя является вектором, характеризующий биопотенциалы сердца. Этот вектор называется

2. Вектором напряженности электромагнитного поля сердца

3. Вектором напряженности магнитного поля сердца

4. +Интегральным электрическим вектором сердца

Каждые две точки наложения электродов образуют совместно стандартное отведение. Укажите правильные отведения (ПР-правая рука, ЛР- левая рука, ЛН- левая нога).

1. + I — (ПР-ЛР), II — (ПР-ЛН), III — (ЛН-ЛР)

2. I — (ПР-ПН), II — (ПР-ЛН), III — (ПР-ЛР)

3. I — (ПР-ЛН), II — (ПР-ЛР), III — (ЛН-ЛР)

4. I — (ЛН-ЛР), II — (ПР-ЛР), III — (ПР-ЛН)

5. I — (ЛН-ЛР), II — (ПР-ЛР), III — (ПР-ЛР)

При регистрации биопотенциалов сердца на ЭКГ для уменьшение сопротивление возникающей между электродом и кожей

1. Увеличивает площадь электрода

2. Увеличивает число электродов

3. Электроды подключаются к дополнительным источникам тока

4. +Между электродом и кожей прокладывает салфетку смоченной физиологическим раствором.

5. Уменьшают число электрода

Восходящий участок Р – зубца на ЭКГ характеризует

1. +Возбуждение правого предсердия

2. Возбуждение левого предсердия

4. Возбуждение межжелудочковой перегородки

5. Возбуждение межжелудочковой перегородки, начала и основания сердца

Нисходящий участок Р – зубца на ЭКГ характеризует

1. Возбуждение правого предсердия

2. +Возбуждение левого предсердия

Регистрация комплекса зубцов QRS – на ЭКГ характеризует

5. +Возбуждение межжелудочковой перегородки, начала и основания сердца

Уменьшение частоты сокращения сердечных мышц называется

Неравномерное сокращения во времени сердечных мышц называется

Учащения числа сокращения во времени сердечных мышц называется

Укажите формулу электрического момента диполя

V. Классификация медицинских приборов и аппаратов.

241. Датчики которые под воздействием входного сигнала генерируют ток или напряжение:

243. Параметрические датчики:

1. фотоэлектрические, пьезоэлектрические

3. пьезоэлектрические, фотоэлектрические

4. емкостные, фотоэлектрический

5. пьезоэлектрические, реостатные

244. Термопара представляет собой:

2. Замкнутая цепь из двух одинаковых проводников

3. Термометр сопротивления

4. Замкнутая цепь из проводника и полупроводника

5. Замкнутая цепь из двух одинаковых полупроводников

245. Приборы, основанные на зависимости сопротивления вещества от температуры:

246. Проградуировка термистора:

1. Построить график зависимости силы тока от температуры

2. Построить график зависимости Э.Д.С.от температуры

3. Построить график зависимости температурного коэффициента от сопротивления

4. +Построить график зависимости сопротивления от температуры

5. Построить график зависимости удельного сопротивления от температуры

247. Термистор представляет собой:

1. Тонкая металлическая проволока

2. +Кристаллический полупроводник

248. Если через спай полупроводниковой термопары пропустить постоянный ток то спай нагревается или охлаждается:

4. пьезоэлектрическ эффект

249. Преобразователь неэлектрических величин в электрические сигналы:

250. Датчики принцип действия которых основан на явлении поляризации кристаллических диэлектриков:

Датчики в которых изменяется активное сопротивление при их механической деформации

19) Преобразователи неэлектрических параметров технологических процессов. Датчики активного сопротивления.

Чувствительные элементы, преобразующие контролируемую или регулируемую величину в выходной сигнал, удобный для дистан­ционной передачи или дальнейшей обработки, называют датчиками.

Обычно в системах автоматического управления для передачи информации используются электрические сигналы. Поэтому широко применяются датчики, преобразующие неэлектрический сигнал в электрический. Датчики могут классифицироваться по назначе­нию: датчики температуры, давления, уровня, линейных и угловых перемещений, состава веществ, оптических величин и т. п. Воз­можна классификация и по параметру датчика, изменяющемуся в результате преобразования измеряемой величины, — датчики активного сопротивления, емкостные, индуктивные и т. п.

Датчики активного сопротивления (резисторные датчики). Прин­цип действия резисторных датчиков основан на изменении их электрического сопротивления R при изменении длины l , площади сечения S или удельного электрического сопротивления . Сопро­тивление датчика

где R — сопротивление, Ом; — удельное электрическое сопро­тивление материала проволоки, ; l — длина проводника дат­чика, м; S — площадь сечения, м 2 .

Основной характеристикой такого датчика, измеряющего пере­мещение, является зависимость сопротивления от перемещения, т. е. . При этом чувствительность датчика

Такие датчики могут работать в цепях постоянного и перемен­ного тока. Разновидностью резисторных датчиков являются потенциометрические датчики и тензорезисторы (или тензодатчики ).

Потенциометрические датчики используют в системах автома­тического управления (САУ) для измерения угловых и линейных перемещений. На рис. 9.8 показана схема датчика линейного пере­мещения. Измеряемая величина х преобразуется в перемещение движка потенциометра, которому соответствует выходное напря­жение U вых . Потенциометрические датчики используют в схемах на постоянном и переменном токе. Конструктивное исполнение датчиков различно.

Переменные резисторы выполняются из обмоточного провода, металлических пленок, полупроводниковых материалов. Широко применяются потенциометры непрерывной намотки. Их каркас вы­полняется

Основной характеристикой потенциометрического датчика является зависимость выходного напряжения U вых от перемещения х , т. е. , которая может быть линейной и нелинейной. Для потенциометра, изображенного на рис. 9.8, зависимость U вых (х) имеет вид

где — отношение перемещения движка датчика к длине всей намотки; — отношение сопротивления нагрузки к полному сопротивлению потенциометра.

Если сопротивление нагрузки значительно превышает сопротив­ление потенциометра, т. е. то

На рис. 9.9 показана зависимость относительного изменения выходного напряжения от при различных значениях коэффициента .

Чувствительность датчика при малых перемещениях

Проволочные датчики имеют достаточно высокую точность, но их недостатком является ступенчатость характеристики (9.15) и (9.16) из-за дискретного изменения сопротивления датчика при перемещении щетки (рис. 9.10). Ширина ступеньки l ш характери­стики (рис. 9.10) равна шагу намотки провода, а высота Rl — сопротивлению одного витка. Идеализированной характеристикой R ( x ) является прямая, проведенная через середины ступенек, при этом абсолютная погрешность или зона нечувствительности

где R — сопротивление датчика; — число витков обмотки дат­чика.

Датчик имеет также технологические погрешности. У датчиков высокого класса точности эта погрешность составляет не более 0,01 %, а для

среднего класса точности — от 0,25 до 0,5 %. Дина­мические свойства потенциометрических датчиков зависят от ха­рактера нагрузки. Если нагрузка активная, то датчик эквивален­тен безынерционному звену с передаточной функцией

где R — полное сопротивление потенциометра, Ом; Rx — сопро­тивление потенциометра между точкой H и движком (см. рис. 9.8), Ом; r — сопротивление потенциометра между движком и точкой k (см. рис. 9.8), Ом.

Если нагрузка реактивная, то датчик эквивалентен апериоди­ческому или форсирующему звену. Например, для индуктивной нагрузки передаточная функция датчика

где , , ,

Здесь L н — индуктивность нагрузки; — активная состав­ляющая сопротивления нагрузки.

Тензорезисторы используют в системах автоматики для измере­ния сил и деформаций твердых тел. Существуют проволочные, фоль­говые, пленочные и полупроводниковые тензорезисторы . Действие проволочных , пленочных или фольговых тензорезисторов основано на изменении сопротивления проволоки, пленки или фольги при их сжатии или растяжении. Значительный прогресс достигнут в изготовлении наклеиваемых фольговых тензорезисторов . Они имеют ряд преимуществ перед проволочными , обеспечивают лучшую теплоотдачу и высокую эффективность использования при наклейке на упругий элемент. Сопротивление фольговых тензорезисторов достигает несколько сотен ом, длина может составлять 3 мм, а тол­щина — от 0,025 до 0,012 мм.

Проволочный тензорезистор пред­ставляет собой свернутую в спираль проволоку диаметром не выше 0,05 мм, наклеенную на полоску бумаги длиной до 40 мм и имеющую медные выводы (рис. 9.11).

В последние годы широко исполь­зуются пленочные тензорезисторы . Тех­нология их изготовления заключается в вакуумной возгонке тензочувствительного мат ериала и последующей его кон­денсации на основание. В качестве тензочувствительного материала исполь­зуются как металлические сплавы, так и полупроводники. Важ­ным достоинством пленочных и фольговых тензорезисторов явля­ется то, что при их изготовлении можно получить решетку лю­бого рисунка.

Относительная тензочувствительность тензорезистора

где R — сопротивление тензодатчика , Ом; — изменение сопро­тивления, Ом; — длина тензочувствительного элемента, м ; — изменение длины датчика, вызванное измеряемой деформа­цией, м.

Сопротивление тензорезистора составляет обычно 100—200 Ом, измеряемая деформация не превышает 1 %. Проволочные тензорезисторы обладают высокой температурной стабильностью.

В качестве полупроводниковых тензорезисторов используют пластины, сделанные из кристаллов германия или кремния, накле­енные на бумажное

Нужно отметить, что разработаны тензодатчики давления модульного типа в виде гибрид­ной интегральной схемы, в которой на общем керамическом основании размещены датчик и операционный усилитель.

Тензорезисторы сое­динены по мостовой схеме, элементы которой нанесены на поверх­ность кремниевой пластинки диффузионным способом. Коэффици­ент чувствительности такого тензодатчика составляет 90, погреш­ность— 2 %. Отметим, что металлические тензорезисторы обладают высокой точностью и стабильностью; они рассчитаны на широкую область применения. Полупроводниковые тензорезисторы обычно применяются для динамических измерений в широком диа­пазоне частот. Как правило, тензорезисто­ры включаются в цепь или по схеме дели­теля напряжения или по мостовой схеме. Схема включения тензорезистора в цепь делителя напряжения показана на рис. 9.13.

Цепь делителя R 1 , R 2 питается от ис­точника напряжения Е. Выходное напря­жение U д — напряжение на тензорезисторе — подается на нагрузочное сопротив­ление R н . Тензорезистор может быть вклю­чен и как сопротивление R 1 и как сопро­тивление R 2. В схему моста тензорезистор включается так, как показано на рис. 9.6. В динамическом отношении тензодатчики эквивалентны безынерционному звену.