2. Күшті және орын ауыстыруды өлшеудің тәсілдері және принциптері. Күштің және орын ауыстыру өлшемінің жалпы мәліметтері

Техникада электірлік өлшемдерден кейін, маңыздылығы мен қолдану аймағына байланысты күш және орын ауыстыру өлшемдері екінші орында, олар температура, қысым, шығын, көлем, масса, жылдамдық, үдеу және т.б маңызды физикалық шамаларды өлшеуге арналған.

Дәрігерлік тәжірибеде жүректің механикалық белсенділігі, тыныстың жүйесі, тамыр жүйесін зерттеу кезінде орын ауыстырулардың өлшемдері үшін арнайы құрылғылар қолданады.

Орын ауыстырудың Өлшеу нысаны бойынша өлшенетін объект және өлшейтін құрылғы арасында механикалық байланыс бар немесе жоқ болса, онда ол байланыс контактілі не контактісіз болады, ал өлшеу принципі бойынша-электромеханикалық, электрофизикалық және спектрометриялыққа (толқындық ) бөлінеді. Дәрігерлік тәжірибеде орын ауыстырудың электромеханикалық өлшеу құралдарын қолданады.

Резистивті түрлендіргіштер.Резистивті түлендіргіштің жұмысында әр түрлі эффекттерді қолданады, олар орын ауыстырудың әсерінен электр кедергісінің өзгерісіне алып келеді. Ең оңай резистивтi түрлендiргiш контактілі ( 91, сурет) түрлендiргiш, оның бiр электр байланысуы болады. Негiзбен штоктiң аралық қосымшасында олардың өзара орын ауыстыруында, созушы күштiң тұтқасы болады. Шток бұл шошақта төменгi пластинаға әсер етеді де, байланыс тұйықтанады. Сайып келгенде, осы түрлендiргiш сигналдың екi мәнiн қалыптастыруға болады: кедергi шексiздiкке тең немесе кедергi нөлге тең. Түйіскен-резисивті түрлендіргішінің жұмысында (сурет9.1, б және в) электр өткізетін элементтер мен байланысу арасындағы кедергі өзгерісінің құбылысы қолданылады. Түрлендіргіште көмір ұнтағы бар резеңке тұрбасы орналасқан, ал оның шеттерінде электродтар бар(сурет9.1, б). 3 Оның көлденең қимасы тұрбалар созылуда көмiр ұнтағы және түрлендiргiштiң ортақ кедергiсi гранулалардың арасындағы түйiскен кедергiнiң үлкеюiнде алып келгенiн азаяды.

Сурет 9.1. Резистивті өлшеу түрлендіргіштердің схемалары:1-түтқа; 2-бағыттаушы төлкелер; 3,6-түйіскен пластиналар; 4-негіз; 5-штоктің шошағы; 7-шток; 8-қорытындылар; 9-электродтар; 10-көмір ұнтағы; 11-резеңке тұрбасы; 12-резеңке изоляторлары; 13-электр өткізетін пластиналар немесе көмір дәрілерінің бағанасы; 14-электр өткізетін резеңкенің жолағы; 15-жылжымалы шөткелер; 16-тоқ алатын шина; 17-қаңқа; 18-тұрақтандырылған кернеу көзі; 19-орауыш; 20-тоқ алатын сақина.

Тензорезистор түрлендiргiштерi. Орын ауыстырулардың тензорезистор түрлендiргiштерiнiң жұмысының негiзінде, өткiзгiш және олардың серпiмдi механикалық деформациясының жанында жартылай өткiзгiштерiнiң электр кедергiсiнiң өзгерiсiнде болатын (tendere латынша - керiп, салмақ түсiру) тензоэффект жатады. Конструктивтi тензорезистор түрлендiргiштерi жапсырылмайтын (еркiн ), жапсырылатын және интегралды әзiрлейдi. Кең таралғаны жапсырылатын тензорезистор түрлендiргiштерi болып табылады. Қағаздар, слюда, шыны, оралған қабыршақты және тағы басқалар өзiмен ұсынатын жолаққа төс етегiне, 0, 02—0, 05 ммнiң диаметрiмен (сурет 9.2,в) нәзiк сымдарға ирек жинақтайды немесе фольганы не (сурет 9.2, г) қабыршақтарды келтiредi. Тензорезисторларды жасау үшiн арнайы балқыма қажет, ол тензометриялық константан деп аталатын балқыма, сонымен бiрге басқа да балқымалар қызмет көрсетедi: константан, Копель, манганин, нихромалар тағы басқалар.

Пленкалы тензорезисторларды жасау үшiн жартылай өткiзгiш материалдарын қолданады, соның iшiнде германи және кремни.

Сыйымды түрлендiргiштер. Сыйымды өлшеу түрлендiргiштердiң жұмысында электродтардың, солардың бiрiне конденсатордың сыйымдылығының өзгерiсi сызықты немесе бұрыштық орын ауыстыру әсерінде қолданылады. 9.3-шi суретте негiзгi элементке жазық конденсаторлар болып табылған жиi қолданылатын сыйымды өлшеу түрлендiргiштер схемасы келтiрiлген. Егер аудан сызықты орын ауыстыруына пропорционал, сонымен бiрге (S = кхх ) холардың (9.3-шi сурет) түрлендiргiштiң схемасы үшiн осы сияқты, және S = срдың бұрыштық орын ауыстырулары ма?фср ), (9.3-шi сурет, д) түрлендiргiштiң схемасы үшiн. Сыйымды түрлендiргiштер -сызықты орын ауыстыруды өлшеу үшін пайдаланады, оның өлшемі 0,0001 мм- ден 1мм-ге дейін және бұрыштық орын ауыстыруы ±30°-қа дейiн қолданады. Өлшеу ауқымына және конструкциясына байланысты олар± (0,1—2) % аралығында қателiктерi болады.

Индуктивті түрлендiргiштер Индукциялы түрлендiргiштердiң жұмысында орын ауыстыруларды оның элементтерiне немесе бұл элементтердiң деформациясының пайда болу әсеріндегі кейбiр магниттi жүйенiң индуктивтiлiгiнiң өзгерiсiн қолданылады.

Орын ауыстыру индукциялы түрлендiргiштiң жұмысында, ферромагнитті магнит өткізгіші туралы орын ауыстырулардың әсерiнен ферромагниттi пластинасының магниттi шынжырының магниттi кедергiсiнiң өзгерiсiн қолданылады.

Пьезоэлектрикалық түрлендіргіш Пьезоэлектриялық түрлендiргiштердiң пьезоэлектриялық эффекттiң қолдануында негiзделгенiнiң әсер, пьзокерамики бақылалатын (тұз кварц, турмалин, сегнетовая тағы басқалар) кейбiр кристаллдарда және текстуралар: барий титанаты, Цирконат - қорғасынның титанаты, барий титанаты қорғасындар тағы басқалар. Пьезоэлектриялық эффекттiң түзуiн мән пайда болуда электр тұрады олардың механикалық деформациясының жанында аталған материал жасалған пластиналары шегiнде зарядталатын. Пьезоэффект аударылатын болып табылады - электр өрiсiсiнiң ескертiлген пластиналарының қырларына қосымшада соңғы өз жуандығын өзгерте деформацияланады. Керi пьезоэлектриялық эффектiнiң мәнi пьезоэлектригiнен пластинасына электр өрiсiсiнiң оның механикалық деформациясын шақырылуға қабiлеттi қосымша болады.

Дәрiгерлiкте орын ауыстырулардың түрлендiргiштерi және күштiң қолдануы

Орын ауыстыруларды түрлендiргiштер және күш жоғарыда айтылғандай температураның өлшемi, қысым, шығын, көлем, масса және т.б әр түрлi аппараттарда және дәрiгерлiк тағайындау жүйелерiнде қолданады. . Олардан бұдан басқа сыртқы тыныс және жүректiң механикалық белсендiлiгiнiң процесстерiнiң зерттеу үшiн тiкелей қолдануға болады.

Дәрiгерлiк тәжiрибедегi резистивтi түрлендiргiштер тыныстың жиiлiгiнiң өлшемi үшiн қолданады,ал түрлендiргiштер - жиiлiк және тыныстың тереңдiгi үшін пайдаланады. Олар (aneuton латынша - жеңiл) анемографтар деп атайды. Бұл түрлендiргiштер өте сезгiш болады, дегенмен погрешностью ± (5—10) % гистерезистiк статикалық мiнездемемен байланысты қателiктерге ие болады.

Жүректiң механикалық белсендiлiгiн зерттеу үшiн сфигмографтар, кинетокардиографы, баллистокардиографтар, кардиографтарды қолданады. (грек sphygmosтер - пульс, + graphoның соғуы - жазамын) сфигмографтар өлшем және қан қысымының ықпалмен пайда болатын толқындарының тамыр қабырғасының қозғалыстарының тiркеуi үшiн өлшегiш қондырғы, жүректiң әрбiр қысқартуында қызмет етеді.

Қазiргi сфигмографтар электр өлшеу құралдарымен болып табылады және тiркеушi қосылған электр шығысы бар пульстiң қабылдағыштарында болады. Өте маңызды сфигмографтың бiр бөлiгi пульстiң қабылдағышы болып табылады.

9.6-шы сурет. Электр сфигмографтарының пульсiнiң қабылдағыштарының схемалары: 1 – қан тамыры; 2 - кездеме; 3 - орын ауыстырулар немесе күштiң түрлендiргiшi; 4-электрондық өлшеу құрылым; 5 - түрлендiргiштiң бекiткiш құрылым элементi; 6 - пелот; 7 - шұңқыр; 8 - қысым датчигi; 9-резеңке тұрбасы; 10 – мембрана

9.6-шы сурет. пульстiң әр түрлi қабылдағыштарының схемасы көрсетiлген. Ыдыстың қабырғасының қозғалысы түрлендiргiшке әсер етедi де, содан соң механикалық қозғалыстарды электрлiк сигналдарға өзгертеді. Соңғысы күшейіп тiркеушiмен екпiндеп жазылады. Қабылдағыштардың қысымдары датчиктер ретiнде құрамына орын ауыстыру немесе күштiң сыйымды, индукциялы, тензорезистор немесе пьезоэлектриялық түрлендiргiштерi кiретiн датчиктердi пайдаланады. Бұл датчиктердiң сигналы тiркеушiмен жазылады. (грек kinetikos – қозғалысқа жатады) Кинетокардиограф – бұл өлшеу үшін және кеуде қуысының қабырғасының төмен жиiлiктi дiрiлдеулерiн тiркеу үшiн қолайлы өлшегiш қондырғы.

Сурет 9.7. Баллистокардиографтар (а, 6) мен баллистокардиограмманың сұлбалары(в): 1-жылжымайтын негіз; 2 – ілгіштің жүйесі; 3 - жылжымалы бөлік; 4 – орын ауыстыру түрлендіргіші; 5 - тіркеуші; 6-ыңғайлы қимылсыз үстел; 7-жылжымайтын тығыршық құмы бар илимешочки

Кинетокардиографы кеуде қуысының кеңiстiктегi абсолюттi қозғалыстарын қамтамасыз етеді, сондықтан датчиктердiң кеңiстiгiндегi орналастырылуы емделушiнiң денесiнен тәуелдi болмайды.

Кинетокардиографов тензорезистор түрлендiргiштерiнiң құрамында басқа орын ауыстыруларды пьезоэлектриялық, сыйымды және индукциялы түрлендiргiштер қолданыла алады. (грек balloлер - тастау) баллистокардиографтар - өлшемдер және жүректiң механикалық қызмет шақырылған реактивтi микроқозғалыстарды тiркеу үшiн қолайлы өлшегiш қондырғы. Сонымен бiрге өлшелетiн шамалармен орын ауыстыру (10—60 мкм), жылдамдық және үдеу бола алады. 9.8-шi сурет. баллистокардиографтарды конструкцияның екi кең түрі көрсетiлген.