Устройство для автоматического измерения сопротивления и проводимости биологических объектов

Устройство для автоматического измерения сопротивления и проводимости биологических объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистичесинх

Республик («>737866 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

®) . K>

G 01 R 27/00 (22) Заявлено 040177 (21) 2440748/18-21 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень Но 20

Дата опубликования описания 05. 06. 80 (53) УДК 621.317,3 (088. 8) Е. В. Жевнерова, С. В. Жевнеров, P. Ф. Погорелова и Ю. И. Урывский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

И ПРОВОДИМОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к биофиэическим исследованиям, в частности к электронно-цифровым устройствам для измерения параметров проводимости биологи5 ческих объектов. Изобретение может быть использовано при длительных экспериментах с древесными растениями с целью определения параметров проводимости как фактора, определяющего ус- 1О тойчивость растения к неблагоприятным условиям и повреждающим факторам.

Делесообраэно применение измерителя в медицине с целью определения пригодности трансплантантов, сыворотки, крови, клеточных суспенций.

Известно устройство для автоматического измерения сопротивления, содержащее источник тока, два трансформатора, усилитель, детектор, RC-цепь, мо-20 дулятор, буферный элемент, индикаторный прибор (1).

Недостатками устройства являются отсутствие цифровой индикации, а алгоритм работы устройства не позволяет 25 осуществить непосредственное измерение значения проводимости.

Устройство имеет узкий динамический диапазон, низкую точность измерения сопротивления, большой вес, невы-3р сокую надежность, обусловленную применением трансформаторов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое состоит из магнитного усилителя, имеющего две обмотки управления, функционального преобразователя цифра-сопротивление, компаратора, опорного генератора, блока индикации, узла сброса (2).

На обе обмотки управления магнитного усилителя подается напряжение от одного источника питания.

В исходном состоянии весовое сопротивление функционального преобразователя минимально, выходной. сигнал с магнитного усилителя, максимальный, генератор счетных импульсов запрета.

Измеряемое сопротивление подключено последовательно с одной иэ обмоток управления магнитного усилителя.

При подаче сигнала к измерению устанавливается или подтверждается исходное состояние блока индикации и функционального преобразователя, запускается генератор, и счетные импульсы начинают поступать одновремен. но в функциональный преобразователь и блок индикации.

737866

Весовое сопротивление функционального преобразователя увеличивают до тех пор, пока воздействие первой об- мотки управления магнитного усилителя не будет скомпенсировано воздействием второй обмотки, включенной последовательно с весовым сопротивлением функционального преобразонателя. Тогда обрабатывает компаратор, настроенный на сигнал холостого хода магнитного усилителя. Сигнал с, компаратора поступает в узел сброса, где опрокидывает триггер уйравления, При этой з апира ется генератор, прекращается поступление счетных импульсов в функциональный преобразователь и блок индикации.

Идет съем показаний. Через некоторое время культивибратор управления, находящийся н узле сброса, вновь опро кидывает триггер управления, устанавливает в исходное состояние функциональный преобразователь и блок инди кации, запускает генератор и цикл измерения повторяется ннонь.

При измерении малого сопротивления, равного единичному приращению весового сопротивления функционального преобразователя (например 1 кОм

-при установленном приращении весового сопротивления 1 кОм/импульс), магнитный усилитель получает наибольшее возмущающее .ноэдейстние, поэтому частота генератора счетных импульсов должна быть достаточно низкой.

При измерении сопротивлений Иоста точно высоких значений, например

50 кОм и выше, возмущающие воздействия магнитного усилителя малы и уменьшаются с ростом величины измеряемого сопротивления, поэтому частота генератора может быть достаточно высокой, С целью устойчивой работы при из- мерении малых сопротивлений и уменьшения времени при изменении больших сопротивлений генератор счетных импульсов выполнен переменной частоты.

Частота меняется от 0 до 300 Гц по возрастающей экспоненте.

Недостатками известного устройства являются узкий динамический диапазон, определяемый свойствами магнитного усилителя, требования к высокой временной и температурной стабильности высоких сопротйвлений функционального преобразователя, невозможность изме рения"прбводимости, низкая точность измерения, определяемая свойствами магнитного усилителя.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона без снижения томности измерения.

Для достижения цели устройство для

-автоматического измерения сопротивления и проводимости биологических объектов, содержащее генератор, уси= лйтель, выход кот6рого связан" с входом функционального преобразователя напряжения — частота, а вход — с био

I логическим объектом и последовательно соединенные блок сброса и индикатор, снабжено управляемым источником тока, блоком формирования длительности импульсов и тремя ключами, причем . выход генератора через первый ключ соединен с первым входом индикатора и выходом функционального преобразователя, последний из которых через второй ключ связан с первым нходом блока выделения, выход которого подключен к одному контакту третьего ключа, связанному с втбрым входом индикатора, последний через другой контакт третьего ключа соединен с первым выходом блока сброса, при этом второй выход рлока сброса подключен ко второму вхо- ду блока выделения, а выход управляемого источника тока подключен к вышеупомянутому входу функционального пре образователя.

20 Старт-стопная схема выполнена на

)-к триггерах-.

Схема сброса и индикации выполнена на кварцевом генераторе, работающем в автоколебательном режиме и цифровом 5 счетчике-делителе с автоматической установкой нуля, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для автоматического измерения сопротивления и проводимости биологических объектов.

Устройство имеет дна режима работы, первый — режим измерения значения сопротивления R, нторой — режим измерения значения проводимости С, при этом в обоих иэ названных режимов осуществляется непосредственная цифровая индикация измеряемых параметров н общепринятых единицах измерения.

Устройство включает н себя управляемый источник 1 тока, биологический

4О объект 2, усилитель 3, функциональный преобразователь 4, генератор 5, индикатор б, блок 7 сброса, блок 8 выделения, ключи 9, 10 и 11.

Выход источника 1 тока соединен с

45 биологическим объектом 2 и входом усилителя 3, выход которого соединен с преобразователем 4. Выход генератора

5 подключается в режиме измерения значения проводимости G к сигнально5О му входу индикатора б. Выход функционального преобразователя 4 в режиме измерения значения сопротивления R подключается к сигнальному входу индикатора б, а в режиме измерения зна55 чения проводимости G к сигнальному

tl ю входу блока 8 выделения Вход Сброс индикатора 6 соединен с первым выходом . блока 7 сброса, в режиме измерения Ф сопротивления R второй выход блока

7 сброса подкзпбчен к командному входу индикатора 6, а третий выход блока 7 сброса соединен со входом Ориентация блока 8 выделения, В режиме измерения значения проводимости G биологического объекта 2 блок 8 выделе65 ния подключается выходом к командному

737866 входу индикатора 6 и сигнальным входам — к выходу функционального преобразователя 4.

Работа устройства"в режиме измерения значения сопротивления R биологического объекта 2 происходит следующим образом.

Временные диаграммы, характеризующие данный режим работы, представлены на фиг. 2.

Переключатель переводится в положение R. От управляемого эталонного источника 1 тока задается определенное значение тока, величина которого не зависит от сопротивления объекта и от времени, а абсолютное значение выбирается нйже порога повреждения биологического объекта 2.

При прохождении тока ) через биологический объект 2, на йоследнем возникает падение напряжения U величина которого меняется во времени из-за наличия поляризационной емкости объекта и достигает в конце концов установившегося значения (фиг. 2в), т. е.!

15

"б.о. = э я Rb,o., (1) 25

Ъь х.h. К1 6.о. (2) Это напряжение поступает на управляющий вход преобразователя 4 напряжение-частота с линейной модуляционной 45 характеристикой. Частота на выходе преобразователя 4 напряжение-частота

F», „ (фиг. 2d) определяется входйым найряжением U (фиг. 2с) и равна

Вых 6

50 — K U (3) вых и q вью.b. z < 6.о. х где К вЂ” коэффициент, характеризующий угол наклона модуляционной характеристики преобразователя 4 напряжение- 55 частота.

На выходе преобразователя 4 образуется импульсная последовательность (фиг. 2d) частота которой изменяется в соответствии с напряжением на биологическбм объекте 2 U<р,т. е. следит за изменением его сопротивления

R<„.С учетом (1) и (2) преобразует (3) так

К К . F R вых и t эт б.о. (4) 65 где R< — динамическое сопротивление объекта постоянному току.

Как правило, значение тока 3 вы-. бирается достаточно малым, поэтому дляэ0 эффективного преобразования информации о сопротивлении объекта (напряжение

Ugо) выходной зажим объекта подключают ко входу буферного масштабного усилителя 3, имеющего большое входное сопротивление и фиксированный коэффициент усиления. На выходе буферного масштабного усилителя 3 образуется напряжение U (фиг. 2c) согласВьп б но формуле

В моменты времени и т. д. (фиг. 2а) импульсная последовательность Рв,„ „ (фиг. 2d) с выходЫ функционального преобразователя 4 поступает"на сигнальный вход индикатора 6 в соответствии с командами блока 7 сброса. При этом сброс счетчика осуществляется импульсом малой длительности в моменты времени

ty и т. д.

В результате, в течение интервавремени т. д., на вход блока 6 индикации поступает количество импульсов М (фиг. 2е) в соответствии с формулой, вьа.я

0,6 (5)

1 где Р, — частота генерации схемы сброса и индикации.

При этом F определяется по формуле

Р ых я О,Б

N (6) 1

Q- — у (7)

R т. е. получению цифрового эквивалента величины, обратной сопротивлению биологического объекта 2.

Как и в первом режиме работы устройства,при прохождении тока эт через биологический объект 2 на последнем возникает падение напряжения 0, „ в соответствии с формулой (1), которое усиливается буферным масштабным усилителем 3 (фиг. Зс) и,далее поступает на вход функционального преобразователя 4 напряжение-частота с линейной модуляционной характеристикой, на выходе которого образуется импульсная последовательность (фиг. Зй) в соответствии с формулой (3) и (4). Эта импульсная последовательность поступает на

Задавая определенные значения 3 э, К, К и F<, легко получить индикацию непосредственно величины сопротивления в общепринятых единицах из мерения.

Работа устройства в режиме измерения значения электрической проводимости биологического объекта 2 происходит следующим образом. (Временные диаграммы, характеризующие данный режим работы, представлены на фиг. 3).

Переключатель переводится в положение, при котором от управляемого эталонного источника тока 1 задается определенное-значение тока, величина которого, как и в первом режиме работы, не зависит от электрических параметров объекта и от времени, а абсолютное значение выбирается ниже порога повреждения биологического объекта 2.

Режим цифрового измерения значения электрической проводимости биологического объекта 2 сводится к определению обратной зависимости 737866 сигнальный вход блока 8 выделения, на вход Ориентация которой в моменты времени t„, t, 1 и т. д. постуЪ у пают ориентирующие импульсы с блока

° 7 сбро а, возвращающие с блока 8 выделения в исходное состояние.

В реэулЬтате на командный вход индикатора 6 поступает импульс Т, разрешающий прохождение серии импульсов Гр„ « . (фиг. 3e) опорного генератора 5, через сигнальный вход блока б индикации на счетчик в течение времени действия импульсов Т по командному входу индикатора 6.

Длительность импульса на выходе старт-стопной схемы Т (фиг. 3f) определяется мгновенной частотой следо- 15 вания Импульсов преобразователя 4, напряжение-частота, так как роль старт-стопной схемы сводится к выделению периода импульсной последовательности F »„>,òo есть: 20 . и (8)

"выем.п "g < Зэк 6.о.

Таким образом, длительность импульса Т„ обратно пропорциональна сопротив->» лению биологического объекта 2 и или,что то же самое, пропорциональна его электрической проводимости G р.

На вход счетчика блока б индика- ции поступает количество импульсов

N, пропорциональное значению электрической проводимости G4. биологическо ю го, объекта 2 в соответствии с формулой

on,сан.

6.о оя.гни Т ььц.п, F

on. гни, Е 1 Ущ бо.

Выбирая значения постоянных вхо-. дящих в формулу (9), легко получить нейосредственно индикацию в единицах проводимости. Сброс блока б индикации, 4() как и н первом режиме работы,осуществляется в,момент времени и т. д, (фиг. 3) .

Изобретение может быть использова но при длительных"экспериментах с древесными растениями, в медицине при определении пригодности трансплантантов и позволит автоматизировать научные эксперименты значительной продолжительности во времени при существенном повышении точности измеряемых параметров. Наряду с приложением возможно эффективное использование данного электронного устройства в промыаленности полимеров и в пищевой промышлен-. ности. Устройство реализуется с помощью средств микроэлектроники, экономично, что позволяет создавать на баse его передвижные установки для экспресс-анализа в полевых условиях.

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения сопротивления и проводимости биологических объектов, содержащее генератор, усилитель, выход которого связан с входом функционального преобразователя, а вход — с биологическим объектом, и последовательно соединенные блок сброса и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона без снижения точности измерения, устройство снабжено управляемым источником тока, блоком формирования длительности импульсон и тремя ключами, причем выход генератора через первый ключ соединен с перным входом индикатора и выходом функционального преобразователя, последний из которых через второй ключ связан с первым нходом блока выделения, выход которого подключен к одному контакту третьего ключа, связанному с вторым входом индикатора, последний через другой контакт третьего ключа соединен с первым выходом блока сброса, при этом второй выход блока сброса подключен ко второму входу блока выделения, а выход управляемого источника тока подключен к вышеупомянутому входу функционального преобразователя.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 280646, кл. G 01 R 27/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 398894, кл. G 01 R 27/02, 1973 (прототип) . 7378бб

hen (Ы

О Оаэи.

llrt4 J ф

Составитель В. Скоробогатова

Редактор А, Долинич Техред И.Асталош Корректор В. Синицкая

Заказ 2563/7 ьи (й

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, ИосКва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная 4