Метрологические параметры датчиков.

1. Чувствительность - это изменение выходной величины датчика ∆у при изменении входной ∆х на единицу.

Чувствительность Z датчика измеряется, например, в микроамперах на нанометр мкА/нм, в милливольтах на Кельвин мВ/К, в миллиамперах на грамм мА/г и т.д.

2. Порог чувствительности датчика - минимальное значение входной величины, которое можно обнаружить с помощью датчика.

3. Динамический диапазон датчика - диапазон частот и амплитуд входного сигнала, измеряемый без заметных погрешностей.

4. Погрешность измерений - максимальная разность между результатом измерений и действительным значением измеряемой величины.

5. Время реакции (инерционность) - минимальный промежуток времени, в течение которого выходная величина принимает значение, соответствующее входной. Дело в том, что процессы в датчиках происходят не мгновенно и это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с входной. Поэтому регистрация результатов измерений с помощью датчика должна производиться с учетом промежутка времени, соответствующего времени реакции прибора

75. Виды датчиков: пьезо, индукционные, термоэлектрические, емкостные, индуктивные, тензодатчики и резистивные датчики дыхания.

Механоэлектрический пьезодатчик (рис.) основан на явлении пьезоэффекта. В пьезодатчике возникает напряжение U при воздействии на пьезокристалл К силой F. Эта разность потенциалов пропорциональна деформирующей силе или деформации кристалла.

U = kF, где k - чувствительность датчика.

Входной величиной для этого датчика явля­ется сила или абсолютная деформация, выходной - напряжение на гранях кристалла. Пьезодатчик применяется для снятия сфигмограммы, в автоматических измерителях артериального давления по методу Короткова, где он встраивается в манжету и дает сигнал о начале и конце колебаний стенок сосуда.

Механоэлектрические индукционные датчики разных модификаций применяются в различных областях диагностики. Например, при регистрации фонокардиограммы, изменений диаметра крупных сосудов при прохождении пульсовой волны, изменения давления в сосудах и т.д

В датчике перемещение магнитного сердечника относительно катушки приводит к возникновению ЭДС индукции ε.

Скорость изменения магнитного потока Ф, пересекающего витки катушки, пропорциональна относительной скорости V перемещения магнитного сердечника и катушки. Поэтому генерируемая ЭДС индукции пропорциональна скорости V.

ε =kV, где k - чувствительность датчика. Входной величиной такого датчика является скорость V, а выходной – ЭДС индукции ε.

Термоэлектрический датчик или термопара. В таких датчиках за счет тепловой энергии объекта нагревается контакт разнородных металлов или полупроводников, что приводит к возникновению термозлектродвижушей силы: ε=α∆Т, где α- коэффициент пропорциональности - чувствительность термопары. Входной величиной датчика является разность температур между нагретым и холодным контактами ∆Т=Т_н-Т_х, выходной - термоэлектродвижущая сила ε. Термопара может применяться для измерения температуры тела.

Механоэлектрический емкостной датчик(рис). При изменении расстояния между пластинами конденсатора в процессе измерения некоторого размера изменяется емкость датчика С~1/d

Соответственно изменяется его емкостное сопротивление Х_с =1/ωС и, как следствие, переменный ток в измерительной цепи с источником питания ε.

Механоэлектрический индуктивный датчик перемещения (рис).

ЭДС электромагнитной индукции в измерительной катушке 2 пропорциональна скорости изменения тока в первичной катушке 1

Поэтому, при передвижении стального конического сердечника, проходящего через обе катушки, изменяется коэффициент взаимной индукции М катушек питания 1, в которую включен источник переменного тока ε_i и измерительной 2, в которой возникает ЭДС взаимной индукции ε₂. Соответственно перемещению сердечника изменяется ток в измери­тельной катушке 2.

Механоэлектрический тензодатчик применяется, например, при исследовании деформационных свойств костей, мягких тканей, стенок сосудов. При удлинении за счет силы F проводника длиной l, по которому течет ток, уменьшается площадь сечения проводника S. Оба эти фактора приводят к увеличению сопротивления проводника

Резистивный датчик дыхания. Этот датчик выполнен в виде резиновой трубки , которая заполнена мелким угольным порошком . С торцов труб­ки вмонтированы электроды . Через уголь можно пропускать ток от внешнего источника .

При растяжении трубки увеличивается длина и уменьшается площадь сечения столбика угля и согласно формуле увеличи­вается сопротивление

R = рl/S,

где р — удельное сопротивление угольного порошка.

Таким образом, если трубкой опоясать грудную клетку или, как это обычно делается, прикрепить к концам трубки ремень и охватить им грудную клетку, то при вдохе трубка растягивается, а при выдохе — сокращается. Сила тока в цепи будет изменяться с частотой дыхания, что можно зафиксировать, используя соот­ветствующую измерительную схему.

В заключение отметим, что датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.