Способ измерения электропроводности биологических жидкостей

 

Изобретение относится к медицине, предназначено для исследований физикомеханических свойств биологических жидкостей с диагностическими целями. Цель изобретения - повышение точности измерения электропроводности (ЭП) биологических жидкостей. Для этого используют устройство , содержащее генератор 1 одиночных импульсов напряжения, измерительную цепь 2, содержащую операционный усилитель 3, к инвертирующему входу которого присоединена измерительная ячейка 4, а в цепь отрицательной обратной связи - эталонное сопротивление 5, из.мерительный прибор 6 и блок термостабилизации 7. Для измерения ЭП биологической жидкости ею заполняют измерительную ячейку, размещенную в блоке термостабилизации и подключенную к инвертирующему входу операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включено эталонное сопротивление. Выход измерите.тьной цепи 2 соединяют с входом измерительного прийора, запускают генератор одиночных импульсов напряжения. К измерительной ячейке с жидкостью прикладывают одиночный монополярный импульс напряжения прямоугольной формы длительностью 0,2-1 мкс. Регистрируют значение измеряемой величины измерительным прибором. 3 ил. о. (Л ю со со со Фиг.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (F4 А 61 В 505

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3838809/28-14 (22) 27.11.84 (46) 23.03.87. Бюл. № 11 (71) Томский политехнический институт им. С. М. Кирова (72) Л. М. Ананьев, В. Д. Слепушкин, Я. С. Пеккер, О. С. Уманский и С. П. Парахин (53) 615.471 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 203302, кл. G 01 N 27/06, 1966. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ

ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к медицине, предназначено для исследований физикомеханических свойств биологических жидкостей с диагностическими целями. Цель изобретения — повышение точности измерения электропроводности (ЭП) биологических жидкостей. Для этого используют устройство, содержащее генератор 1 одиноч„„SU„„1297799 А1 ных импульсов напряжения, измерительную цепь 2, содержащую операционный усилитель 3, к инвертирующему входу которого присоединена измерительная ячейка 4, а в цепь отрицательной обратной связи — эталонное сопротивление 5, измерительный прибор 6 и блок термостабилизации 7. Для измерения ЭП биологической жидкости ею заполняют измерительную ячейку, размещенную в блоке термостабилизации и подключенную к инвертирующему входу. опера1(ионного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включено эталонное сопротивление. Выход измерительной цепи

2 соединяют с входом измерительного npudopa, запускают генератор одиночных импульсов напряжения. К измерительной ячейке с жидкостью прикладывают одиночный монополярный импульс напряжения прямоугольной формы длительностью 0,2 — 1 мкс.

Регистрируют значение измеряемой величины измерительным прибором. 3 ил.

1297799

Для осуществления предлагаемого способа используют устройство, содержащее генератор 1 одиночных импульсов напряжения, измерительную цепь 2, содержащую операционный усилитель 3, к инвертирующему входу которого присоединена измерительная ячейка 4, а в цепь отрицательной обратной связи — эталонное сопротивление

5, измерительный прибор 6 и блок 7 термостабилизации.

Измерительная цепь 2 реализует линейную функцию преобразования, т.е.

U ных — — 1- их

Кэ (1)

25 где 1)-|х — амплитуда импульса напряжения на выходе измерительной цепи, В; — амплитуда импульса напряжения, подаваемая на вход измерительной цепи, В;

R. — — величина эталонного сопротивле- 30 ния, включенного в цепь отрицательной обратной связи, Ом;

R — величина активного сопротивления исследуемой биологической жидкости, Ом.

Выражая величину активного сопротив- 35 ления исследуемой биологической жидкости через параметры измерительной ячейки и ее удельную электропроводность и подставляя в выражение (1), получают равенство, отражающее прямо пропорциональную зависимость амплитуды импульса напряже- 40 ния на выходе измерительной цепи от удельной электропроводности исследуемой биологической жидкости:

S Rý а (2)

45 где S — площадь электродов измерительной ячейки, м ; ь — расстояние между электродами, м;

Х вЂ” удельная электропроводность исследуемой биологической жидкости, См м

Использование измерительной цепи, реализующей передаточную функцию указанного вида, позволяет исключить погрешности измерения, связанные с нелинейностью функции преобразования измерительной цепи.

Для измерения электропроводности биологической жидкости последней заполняют

Изобретение относится к медицине, а именно к способам для исследования физико-механических свойств биологических жидкостей с диагностическими целями.

Цель изобретения — повышение точности измерения электропроводности биологи- 5 ческих жидкостей.

На фиг. 1 изображена эквивалентная схема замещения измерительной ячейки без учета поляризационных явлений; на фиг. 2— структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — измерительная !

О ячейка. измерительную ячейку 4, размещенную в блоке 7 термостабилизации и подключенную к инвертирующему входу операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого включено эталонное сопротивление 5. Выход измерительной цепи 2 соединяют с входом измерительного прибора 6, запускают генератор 1 одиночных импульсов напряжения и регистрируют значение измеряемой величины измерительным прибором 6.

Для определения минимально допустимой длительности импульса напряжения Т., прикладываемого к ячейке при заданной относительной погрешности Б измерения активного сопротивления К (без учета аппаратурной погрешности), определяют частоту f гармонического сигнала, при измерении на которой активного сопротивления R относительная погрешность оне превышает заданного значения.

Значение модуля импеданса схемы (фиг. 1) можно записать в следующем виде:

- с, (3) где сд=2л(— круговая частота.

Условие удов,летворения заданной относительной погрешности измерения можно представить следующим неравенством: .1ВОХ 6 (4)

Подставив вместо Z в выражении (4) его значение из выражения (3) получают

R. .!()O<3 (5)

В результате математических преобразований выражение (5) сводится к виду: гияс (oo-Л ) 1 (6) (7) 1 g6

С= И=5

Г (8) где у — удельное электрическое сопротивление исследуемой жидкости, Ом.м; е — относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости; ео — электрическая постоянная (в системе СИ Ea = 8,85.1 О Ф/м); (— расстояние между электродами, м;

5 — площадь электродов, м ;

Подставив в выражение (6) вместо R u

С их значения из соотношений (7) и (8) соответственно, получают:

Для измерительной ячейки, имеющей форму плоского конденсатора, справедливы следующие соотношения:

1297799 (10) Формула изобретения

Фиг.1

Со ста в ител ь A. Ш п икало в

Редактор Н. Тупица Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 728/4 Тираж 596 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из теории сигналов известно отношение. связывающее длительность одиночного прямоугольного импульса Т с его эквивалентной частотой f.

Подставив в неравенство (9) значение f из равенства (10), получают условие для минимально допустимой длительности одиночного прямоугольного импульса напряжения, прикладываемого к измерительной ячейке с исследуемой биологической жидкостью при заданных относительной погрешности измерения Е, удельном сопротивлении з и относительной диэлектрической проницаемости с:

Для количественного определения минимально допустимой длительности импульса необходимо принять во внимание наихудший вариант, т.е. такой, при котором наиболее явно проявляется влияние паразитной емкости. Это соответствует измерению электропроводности крови, так как она среди биологических жидкостей обладает наибольшим удельным сопротивлением и наибольшей относительной диэлектрической проницаемостью, обусловленной наличием в ней большого количества форменных элементов, являющихся по своей природе диэлектриками в широком частотном диапазоне.

Принимая данные о значении удельного электрического сопротивления крови, которые лежат в пределах 1,48 — 1,76 Ом, и данные об относительной диэлектрической проницаемости крови, равной 200, и задаваясь относительной погрешностью измерения, равной 0,1 о, подставляя значение удельного сопротивления и относительной диэлектрической проницаемости крови в выражение для Т (11) получают, что длительность прикладываемого одиночного прямоугольного импульса напряжения допжна быть более 0,2 мкс.

Принимая во внимание возможности существующей в настоящее время стандартной измерительной аппаратуры, длительность импульса может быть принята равной 1 мкс. Дальнейшее увеличение длительности импульса является нецелесообразным, так как эквивалентная частота его начинает принимать такие значения, при которых усиливается влияние явлений поляризации электродов и электролиза.

Использование монополярного одиночного импульса напряжения прямоугольной формы достаточно короткой длительности позволяет значительно снизить поляризацию электродов и количество продуктов электролиза, которое п ропорционально времени воздействия электрическим током на исследуемую пробу.

Способ измерения электропроводности биологических жидкостей, включающий поЗО дачу на измерительную ячейку с исследуемой жидкостью электрического сигнала с последующей обработкой последнего, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, к измерительной ячейке с исследуемой жидкостью приклады35 вают одиночный монополярный импульс напряжения прямоугольной формы длительностью от 0,2 до 1 мкс.