Источники погрешностей при регистрации медицинских аппаратов

4) Электролитическая  поляризация электродов.

Поляризация – собирательный термин, объединяющий ряд различных по своей природе явлений. Наиболее часто поляризацией называют процесс перемещения зарядов под действием электрического поля и образование вследствие этого электродвижущей силы (э.д.с), направленной против внешнего поля. 
Поляризация по своей природе делится на несколько видов. Электронная поляризация представляет собой смещение электронов на своих орбитах относительно положительно заряженных ядер в атомах и ионах. В результате такого смещения атом или ион превращается в индуцированный, наведенный диполь с направлением, противоположным внешнему полю. Время возникновения электронной поляризации, называемое временем релаксации, равняется 10-16 – 10-14 с.Электролитическая поляризация возникает между электродами, опущенными в раствор электролита, при пропускании через них электрического тока. При наложении разности потенциалов на электроды произойдет перераспределение потенциалопределяющих ионов в диффузионной части двойного электрического слоя: в области катода концентрация ионов (катионов) увеличится, в области анода – уменьшится. В этой связи между электродами возникнет э.д.с. поляризации, направленная против внешней э.д.с. Следовательно, и в случае электролитической поляризации появление э.д.с. обусловлено смещением зарядов, которое проявляется как изменение концентрации ионов в при электродной зоне. Время релаксации электролитической поляризации измеряется величинами порядка 10′4- 102 с.Описанные явления поляризации присущи биологическим объектам. При наложении внешней разности потенциалов в тканях возникает противоположно направленная э.д.с, которая значительно уменьшает внешнее поле, обусловливает высокое удельное сопротивление тканей току и приводит к его уменьшению. При этом вначале возникают те виды поляризации, которые имеют меньшее время релаксации. 
Лечебные физические факторы способны вызывать различные виды поляризации в тканях организма. Поляризационные явления во многом определяют особенности поглощения физических (прежде всего электротерапевтических) факторов, глубину их проникновения и многие стороны их физиологического и лечебного действия. В некоторых тканях поляризация затухает медленно, чем обеспечивается длительное последействие многих физиотерапевтических процедур. В физиотерапевтической практике необходимо учитывать наличие поляризационных эффектов, в частности поляризации электродов, с помощью которых электрический ток подводится к биологическим тканям, и как нежелательное или побочное явление.

5)Специфические  погрешности датчиков.

Можно выделить следующие погрешности индуктивного датчика:

1) Погрешность  от нелинейности характеристики. Мультипликативная составляющая  общей погрешности. Из-за принципа  индуктивного преобразования измеряемой  величины, лежащего в основе работы  индуктивных датчиков, является существенной и в большинстве случаев определяет диапазон измерения датчика. Обязательно подлежит оценке при разработке датчика.  

2) Температурная  погрешность. Случайная составляющая. Ввиду большого числа зависимых  от температуры параметров составных  частей датчика составляющая погрешность может достичь больших величин и является существенной. Подлежит оценке при разработке датчика.  

3) Погрешность  от влияния внешних электромагнитных  полей. Случайная составляющая  общей погрешности. Возникает  из-за индицирования ЭДС в обмотке датчика внешними полями и из-за изменения магнитных характеристик магнитопровода под действием внешних полей. В производственных помещениях с силовыми электроустановками обнаруживаются магнитные поля с индукцией Тл и частотой в основном 50 Гц. Поскольку магнитопроводы индуктивных датчиков работают при индукциях 0,1 – 1 Тл, то доля от внешних полей составит 0,05–0,005% даже в случае отсутствия экранирования. Введение экрана и применение дифференциального датчика снижают эту долю примерно на два порядка. Таким образом, погрешность от влияния внешних полей должна приниматься в рассмотрение только при проектировании датчиков малой чувствительности и с невозможностью достаточной экранировки. В большинстве случаев эта составляющая погрешности не является существенной.  

4) Погрешность  от магнитоупругого эффекта. Возникает  из-за нестабильности деформаций  магнитопровода при сборке датчика  (аддитивная составляющая) и из-за  изменения деформаций в процессе  эксплуатации датчика (случайная  составляющая). Расчеты с учетом наличия зазоров в магнитопроводе показывают, что влияние нестабильности механических напряжений в магнитопроводе вызывает нестабильность выходного сигнала датчика порядка, и в большинстве случаев эта составляющая может специально не учитываться. 

5) Погрешность  от тензометрического эффекта  обмотки. Случайная составляющая. При намотке катушки датчика  в проводе создаются механические  напряжения. Изменение этих механических  напряжений в процессе эксплуатации  датчика ведет к изменению  сопротивления катушки постоянному току и, следовательно, к изменению выходного сигнала датчика. Обычно для правильно спроектированных датчиков , т. е. эту составляющую не следует специально учитывать.  

6) Погрешность  от соединительного кабеля. Возникает  из-за нестабильности электрического сопротивления кабеля под действием температуры или деформаций и из-за наводок ЭДС в кабеле под действием внешних полей. Является случайной составляющей погрешности. При нестабильности собственного сопротивления кабеля погрешность выходного сигнала датчика. Длина соединительных кабелей составляет 1–3 м и редко больше. При выполнении кабеля из медного провода сечением сопротивление кабеля менее 0,9 Ом, нестабильность сопротивления . Поскольку полное сопротивление датчика обычно больше 100 Ом, погрешность выходного сигнала датчика может составить величину . Следовательно, для датчиков, имеющих малое сопротивление в рабочем режиме, погрешность следует оценивать. В остальных случаях она не является существенной.  

7) Конструктивные  погрешности. Возникают под действием следующих причин: влияние измерительного усилия на деформации деталей датчика (аддитивная), влияние перепада измерительного усилия на нестабильность деформаций (мультипликативная), влияние направляющих измерительного стержня на передачу измерительного импульса (мультипликативная), нестабильность передачи измерительного импульса вследствие зазоров и люфтов подвижных частей (случайная). Конструктивные погрешности в первую очередь определяются недостатками в конструкции механических элементов датчика и не являются специфическими для индуктивных датчиков. Оценка этих погрешностей производится по известным способам оценки погрешностей кинематических передач измерительных устройств.  
 

8) Технологические  погрешности. Возникают вследствие технологических отклонений взаимного положения деталей датчика (аддитивная), разброса параметров деталей и обмоток при изготовлении (аддитивная), влияния технологических зазоров и натягов в соединении деталей и в направляющих (случайная). Технологические погрешности изготовления механических элементов конструкции датчика также не являются специфическими для индуктивного датчика, их оценка производится обычными для механических измерительных устройств способами. Погрешности изготовления магнитопровода и катушек датчика ведут к разбросу параметров датчиков и к затруднениям, возникающим при обеспечении взаимозаменяемости последних.  

9) Погрешность  от старения датчика. Эта составляющая  погрешности вызывается, во-первых, износом подвижных элементов  конструкции датчика и, во-вторых, изменением во времени электромагнитных характеристик магнитопровода датчика. Погрешность следует рассматривать как случайную. При оценке погрешности от износа во внимание принимается кинематический расчет механизма датчика в каждом конкретном случае. На стадии конструирования датчика в этом случае целесообразно задавать срок службы датчика в нормальных для него условиях эксплуатации, за время которого дополнительная погрешность от износа не превысит заданной величины. Электромагнитные свойства материалов изменяются во времени. В большинстве случаев выраженные процессы изменения электромагнитных характеристик заканчиваются в течение первых 200 часов после термообработки и размагничивания магнитопровода. В дальнейшем они остаются практически постоянными и не играют существенной роли в общей погрешности индуктивного датчика.

Проведенное выше рассмотрение составляющих погрешности  индуктивного датчика дает возможность  оценить их роль в формировании общей  погрешности датчика. В большинстве случаев определяющими являются погрешность от нелинейности характеристики и температурная погрешность индуктивного преобразователя. 

6) Нелинейные искажения усилителей

Нелинейные  искажения. Нелинейные искажения вызваны  нелинейностью   системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного. Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник. Типовые значения КНИ : 0 % — синусоида; 3 % — форма, близкая к синусоидальной; 5 % — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % — сигнал прямоугольной формы. 
 
 
 
 

7) Частотные искажения усилителей

Частотные искажения. Частотные искажения вызваны  не идеальностью амплитудно-частотной  характеристики системы обработки  и передачи сигнала. Показателем степени частотных искажений, возникающих в каком-либо устройстве, служит неравномерность его амплитудно-частотной характеристики, количественным показателем на какой-либо конкретной частоте спектра сигнала является коэффициент частотных искажений.

Коэффициент частотных искажений — отношение  коэффициента передачи на средних частотах к его значению на данной частоте.