13 Дәріс. Электрлік емес шамаларды өлшеу. Датчиктер.

Лекция мақсаты. Диагностикалық зерттеулер кезінде өлшенетін шамалардың басым көпшілігінің табиғаты механикалық, жылулық немесе акустикалық болып келеді. Мысалы тамырлардағы қан қысымы, ағзаның температурасы, жүрек дыбысы және т.б. көптеген физикалық факторлардың (өзгерістердің) табиғаты электрлік емес. Мұндай мәліметтерді өлшеу үшін оларды алдын ала электрлік сигналдарға (токқа) айналдыру қажет. Бұл датчиктердің көмегімен іске асырылады. Датчиктер диагностикалық медициналық қондырғылардың негізгі элементтері болып табылады.

Диагностикалық мақсаттарда адам ағзасындағы түрлі физиологиялық шамаларды өлшеуге тура келеді. Олардың көбінің табиғаты электірлік болмағандықтан ағзада ешқандай биоэлектірлік өзгерістер тудырмайды. Мысалы тамырдағы қан қысымы, жүрек соғуы, дене температурасы, т.б. физиологиялық факторлар (өзгерістер) жатады. Мұндай шамаларды тіркеу датчик деп аталатын құрал арқылы іске асырылады. Датчик деп электрлік емес шамаларды пропорционалды түрде электрлік сигналдарға айналдыратын құралды атайды. Медициналық датчиктер зерттелінетін ағза мен оны тексеретін, алынған мәліметті тіркейтін құрал арасын байланыстыратын бөлік қызметін атқарады.

Датчикке сырттан әсер ететін, яғни түрлендірлетін (өлшенетін) шаманы Х- кіріс сигналы деп, ал түрлендірілген (өлшенген) шамалардың әсерінен датчикте пайда болған электр сигналын, яғни ток күшін, кернеуді, кедергіні, жиілікті Y- шығыс сигналы деп атайды. Кіріс сигналына қан қысымын, ұлпаның қанға толуын, жүректің соғуы н т.б. физиологиялық мәліметтерді, сондай –ақ химиялық (концентрация, тығыздық), механикалық (орын ауыстыру, жылдамдық) және физикалық (температура, ылғалдылық, жарықталыну, т.б.) шамаларды жатқызуға болады.

Датчиктердің Y- шығыс сигналының Х кіріс сигналына функционалды тәуелділігін Y=f(X), не оның графигін датчиктердің сипаттамалары деп, ал S=dY/dX өрнегімен анықталынатын шаманы датчиктің сезгіштігі деп атайды. Сезгіштік шекарасы деп датчик сезе алатын кіріс сигналының ең аз өзгерісін атайды.

Датчиктер генераторлы және параметрлі деген топтарға бөлінеді. Генераторлыға өлшенетін шамалардың әсерінен датчикте электр қозғаушы күш (э.қ.к.) пайда болатындар жатады. Мұндай датчиктерге ток көздерінің қажетті жоқ. Параметрліге - өлшенетін шаманың әсерінен датчик параметрлерінің бірі (оның кедергісі, сиымдылығы, индуктивтілігі, өткізгіштілігі т.б.) өзгеретіндер жатады. Мұндай датчиктер сыртқы ток көздерінсіз жұмыс істей алмайды, әрі олар тізбектей жалғанады.

Генераторлы датчиктер.

Мұндай датчиктер э.қ.к. пайда болуына байланысты мынадай түрлерге бөлінеді:

1.Термоэлектрлік. Датчиктің бұл түрі әр текті екі металл өткізгіш (терможұп) түйіспесінің (контактысының) температурасы әр түрлі болуы себепті тізбекте термо э.қ.к. пайда болуына негізделген. Егер өткізгіштің біреуінің температурасы тұрақты болса, онда пайда болатын термо э.қ.к. =f(T) екінші өткізгіш температурасына тәуелді болады. Температураны өлшеу үшін термо э.қ.к. өлшейтін милливольтметр шкаласын температура бойынша бөлсе жеткілікті.

Терможұп (терможұп-екі түрлі металл контактысы) арнаулы қоспалардан (платинородии-платина, мыс-констант, хромель-копель т.б.) жасалынады. Олар медицинада дене мүшесінің, ұлпа ішінің температурасын өлшеуде пайдаланады.

2.Индукциялы. Датчиктің бұл түрі өлшенетін шаманың әсерінен контурды (катушканы) қиып өтетін магнит ағынының өзгеру салдарынан, сол контурда пайда болатын индукциялы э.к.қ. пайда болуына негіздлген. Э.қ.к. шамасы электромагниттік индукция заңына сәйкес шамаға тең.

Мұндай датчиктер көмегімен жылдамдықты, егер алынған сигналды дифференциалдаса онда үдеуді, интегралдаса орын ауыстыруды өлшеуге болады. Сондай-ақ өкпені желдету, діріл параметрлерін, баллистокардиограммаларды тіркеу үшін қолданады.

3.Пьезоэлектрлік. Датчиктің бұл түрі өлшенетін шаманың әсерінен пьезокристалды деформациялау кезінде оның беттерінде екі түрлі электрлік зарядтардың пайда болуына негізделген. Пьезокристалл ретінде кварц, сегнет тұзы, керамика т.б. қолданылады. Мұндай деректер жылдам өзгеретін қысымның параметрлерін, механикалық кернеуді, артериялық және веналық қан қысымын, пульсті өлшеуде, фонокардиограмманы жазуда пайдаланады.

4.Оптикалық. Датчиктің бұл түрі фотоэффект құбылысына негізделген. Мұндай датчиктер ретінде вакуумды немесе вентильді фотоэлементтер қолданылады. Олар негізінен интенсивтілігі аз жарық ағынын, биолюминесценцияны, хемилюминесценцияны өлшеуде сондай-ақ кескіннің жарықтылығы күшейтуде, рентген және инфрақызыл сәулелерін көруде пайдаланады.