Устройство для измерения диэлектрических параметров биологических суспензий Советский патент 1979 года по МПК G01N27/02 

:

Изобретение относится к технике измерения электрических и магнитных неличин и может быть использовано для определения состояния биологических o6irектов, в частности i суспензий макромолекул, по изменению их электрических сйеЛств, а также для определения малых изменений проводимости на фоне большой ионной проводимости раствора, например, для контроля химических реакций .

Известно устройство, предназначенное для измерения диэлектрических параметро проводящих объектов на низких частотах путем регистрации тока смещения, Устрсйство имеет измерительную ячейку, содержащую два или три электрода, соединенные с мостовой схемой ij .

Недостатком данного устройства является невозможность измерения на инфравнзких частотах.

Наиболее близким техническим решенвнем к данному изобретению можно считать измерительное устройство, содержащее генератор, первый выход которого соединен с измерительной и эталонной ячейками, каждая из которых имеет два токовых и два потенциальных электрода, причем ячейки связаны между собой посредством одной пары TOKOMjJX электродов, а каждый потенциальный электрод соединен со входом соответствующего усилителя, и регистрирующий прибор. & ходы усилителе каждой ячейки соединены с цепью накала соответствующего тв{ мистора. моста за счет разности в сопротивлени5К термис торов соо-рветствует разности проводимостей ячеек которая определяется частотной зависимостью диэлектрическсй проводимости биологической суспензии 2.

Устройство, содержащее термисторы

косвенного накала, не обладает необходимс 1 чувствительностью для измерений диэлектрическсА проводимости биологических суспензий на фоне большой сквоэцой проводимости в диапазоне низких частот, так как регистрируемый малый сигнал теряется в результате двойного Преобразования электрического b тепловой и затем снопа в электргпеский. Чтобы не происходило потери полезного сигнала, требуется осуществить тру нодостижимую температурную стабилизааию с точностьк большей чем lo, а также подобрать термисторы с совер. шекно одинаковыми теплофизическими характеристиками, что практически не пред ставляется возможным. Цель изобретения - расширение частотного диапазона в область низких част при измерении диэлектрических свойств биологических суспензий. Указанная пель достигается тем, что устройство дополнительно содержит инвертор, сумматор, синхронный детектор, усилитель постошшого тока, причем два входа инвертора соединеньг с выходами усилителей, ко входам которых подключены потенциальные электроды измерительной и эталонной ячеек, расположенные вблизи токовых электродов, связывающих ячейки, а выход инвертора соединен с первым входом сумматора, вторсй и третий входы которого подключены к cooi ветствующим выходам усилителей, ко входам которых подсоединены остальные потенциальные электроды измерительной и эталонной ячеек, выход сумматора соединен с первым входом синхронного детектора, ко второму входу которого подключен второй выход генератора, а выход синхронного детектора связан с геристри рующим прибором через усилитель, постоянного тока. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1, измерительную 2 и эталонную 3 ячейки, первые токовые электроды 4, 5, вторые токовые электроды б, 7, первый 8 и вто рсй 9 потенциальные электроды, третйс 10 и четвертый 11 потенциалыаге элекг роды, усилители 12, 13, 14 и 15, инвертор 16, сумматор 17, синхронный детектор 18, усилитель 19 постоянного тока и регистрирукяций прибор 2О, Выход генератора 1 соединен с токовыми электродами 4 и 5 ячеек 2 и 3, Электроды 6 и 7 соединены между собой Потенциальные электроды 8, 11, располо женные у токовых электродов 4, 5, соединены через усилители 12, 15 с сумматором 17 непосредственно, а потенциальные электроды 9, 10, расположенные у токовых электродов 6, 7, соединены через усилители 13, 14 с инвертором 16, ныход которого полклютон ко вхс-)ду cyNfwnтора 17. Сумматор 17, срп1хронньт{( детектор 18, усплитель 19 постоянного тока и регистрирующий прибор 20 соединены последовател но. Устройство работает следующим образом. Ячейку 2 наполняют исследуемой биологической суспензией, а.ячейку 3 - эталонным раствором (водным раствором NaCf.). Напряжение опорной чгастот., выбранной произвольно, подается на токовые электроды 4, 5 srieeK 2, 3. Сигналы V и V с потенциальных электродов 8,11, усиленные усилителями 12, 15, поступают на вход сумматора 17, а сигналы /2 и V3 с потенциальных электродов 9,1О, прошедшие через усилители 13, 14 и инвертор 16 поступают также на вход сумматора 17. Сигнал на выходе сумматора AV пропорционален разности активных сопротивлений ячеек лТ AV V -t-C-V - C-Vjl + Полученный разностный сигнал А V поступает на первый вход синхронного детектора 18, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 1. Выделенная постоянная составляющая усили ется усилителем 19 постоянного тока и регистрируется прибором 2О, Перед началом измерений балансируют активные проводимости ячеек 2, 3. Для этого, изменяя концентрацию ионов в эталонном раствора путем добавления водного раствора NaCE или HgO, добиваются, чтобы на опорной частоте активные сопротивленая обеих ячеек были равны. Тогда сигнал с выхода сумматора 17 будет равен О. Далее изменяют частоту напряжения с Генератора 1,. что вызовет изменение сопротивления измерительной ячейки 2 за счет частотной зависимости диэлектрической проницаемости биологической суспензии. Напряжение на потенциальных электродах 8, 9 будет отличат х:я от напряжения на электродах 10, 11 па В(гп1 чинудV-дRrt лQ, где дС и есть искомая величина диэлектрической проводимости. Дальнейшая регистрация величины ридет ранее описанным путем, и в результате показания регистрирующего прибора пропорцйонйльны д U g- (U.) Так как предлагаемое устройстрп осуществляет регистрацию непогр(лптпоин(), без преобразования С1тгна/ш, чувгттигежг- ,