Способ измерения электропроводности биологических жидкостей Советский патент 1987 года по МПК A61B5/53 A61B5/05 

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

Цель изобретения - новышение точности измерения электропроводности биологи- 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 ячейка.

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 термоста- билизации.

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

ивы.х - -ц и,.

где Увых - амплитуда импульса напряжения на выходе измерительной цепи. В; Un.x - амплитуда импульса напряжения, подаваемая на вход измерительной цепи. В;

R - величина эталонного сопротивле- ния, включенного в цепь отрицательной обратной связи. Ом; Кяч - величина активного сопротивления исследуемой биологической жидкости. Ом.

Выражая величину активного сопротив- 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- ния на выходе измерительной цепи от удельной электропроводности исследуемой биологической жидкости:

UliblX UB

5-Кэ

(2)

площадь электродов измерительной

ячейки,

расстояние между электродами, м; удельная электропроводность исследуемой биологической жидкости, См-м.

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

Для измерения электропроводности биологической жидкости последней заполняют

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 Ти прикладываемого к ячейке при заданной относительной погрешности 5 измерения активного сопротивления R (без учета аппаратурной погрешности), определяют частоту f гармонического сигнала, при измерении на которой активного сопротивления R относительная погрешность б не превышает заданного значения.

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

А

R

,

(3)

- круго вая частота.

Условие удовлетворения заданной относительной погрещности измерения можно представить следующим неравенством:

-Е.100 б

(4)

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

.100

(5)

В результате математических преобразований выражение (5) сводится к виду:

Ч.Ат;-(-.5Р:-у,

100(6)

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

45

R -,

(7)

г- t

(8)

где f - удельное электрическое сопротивление исследуемой жидкости, Ом-м; е - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости; ЁО-электрическая постоянная (в системе 8,85-10-2 ф/м); t - расстояние между электродами, м; 5 -площадь электродов, Подставив в выражение (6) вместо R и С их значения из соотношений (7) и (8) соответственно, получают:

100

/ lUU 2 1

(1об-(Г Из теории сигналов известно отношение, связывающее длительность одиночного прямоугольного импульса Ти- с его эквивалентной частотой f.

f--eV

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 5 удельном сопротивлении 5 и относительной диэлектрической проницаемости 6 :

Т -

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

R

-шзФиг.

10

данные об относительной диэлектрической проницаемости крови, равной 200, и задаваясь относительной погрешностью измерения $, равной 0,1 %, подставляя значение удельного сопротивления и относительной диэлектрической проницаемости крови в выражение для Ъ (11) получают, что длительность прикладываемого одиночного прямоугольного импульса напряжения должна 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, 15 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 пропорционально времени воздействия электрическим током на ис- 25 следуемую пробу.

Формула изобретения

Способ измерения электропроводности биологических жидкостей, включающий по30 дачу на измерительную ячейку с исследуемой жидкостью электрического сигнала с последующей обработкой последнего, ог- личающийся 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.

20

I t

:

Фиг.З

Изобретение относится к медицине, предназначено для исследований физико- механических 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 при- йора, 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