Схемы включения генераторных датчиков в измерительную цепь: а) термопара, б) пьезодатчик.

/ О принципе работы упомянутых датчиков смотрите ниже/.

Параметрические датчики включаются в измерительные цепи с внешним источником питания, как постоянного (U=), так и переменного (U~) напряжения. Простейшей такой измерительной схемой является цепь последовательного включения датчика, которая изображена на рис. 3.

Рис. 3

Схема последовательного включения параметрического датчика в измерительную цепь.

При воздействии входной величины на параметрический датчик будет изменяться его параметр (R, L или С), вследствие чего будет изменяться и его сопротивление – активное R (для термо-, тензо- или фоторезисторов) и реактивное Z (- для индуктивного и - для емкостных датчиков, - частота переменного тока). Это приведет к регистрируемому изменению тока в цепи.

Однако наиболее распространенной измерительной цепью для параметрических датчиков является неравновесная мостовая схема (рис. 4а и б), где датчик включается в качестве одного из плеч моста. Предварительно перед началом измерения при отсутствии входной величины (Х=0) мост нужно уравновесить, т.е. добиться того, чтобы U_вых=0. Для моста постоянного тока (рис. 4а), например, равновесие достигается при условии:

, (1)

где R_д – активное сопротивление датчика,

R₁, R₂, R₃ – активное сопротивление остальных плеч моста.

Равновесие для моста переменного тока (рис. 4б) соблюдается при выполнении двух подобных равенств – соответственно для активных и реактивных составляющих полных сопротивлений Z_д, Z₁, Z₂, Z₃ плеч моста. Из равенства (1) видно, что состояние равновесия моста может быть достигнуто, например, регулировкой сопротивления одного из плеч моста (на рис. 4а - R₁, б - Z₁). При воздействии измеряемой входной величины будет изменяться сопротивление Z_д параметрического датчика (R_д, X_L =или X_C =), что приведет к нарушению равновесия моста и появлению регистрируемого выходного напряжения U_вых≠0.

А мост постоянного тока б мост переменного тока

Рис. 4

Неравновесная мостовая схема включения параметрического датчика.

Независимо от видов датчиков, они должны обеспечивать получение устойчивого с минимальными искажениями полезного сигнала, удобство размещения в необходимом месте, максимальную помехозащищенность, отсутствие побочного, раздражающего или другого, действия на организм, возможность стерилизации без изменения характеристик и многократного использования.

Рассмотрим основные виды датчиков: датчики температуры, параметров системы дыхания и сердечно-сосудистой системы.

2. Датчики температуры тела

Для измерения температуры тела человека или животного чаще всего используются находящиеся с ним в теплообмене проволочные или полупроводниковые терморезисторы. Эти датчики относятся к классу параметрических, т.к. с их помощью изменение температуры тела преобразуется в эквивалентное изменение электрического сопротивления терморезисторов (его параметра).

Различают два типа терморезисторов – проволочные (металлические) и полупроводниковые (называемые термисторами). Сопротивление проволочных терморезисторов увеличивается при повышении температуры (рис. 5, кривая 1), т.к. при этом усиливается тепловое колебательное движение ионов металла в узлах кристаллической решетки, затрудняя тем самым упорядоченное движение свободных электронов, концентрация которых практически не меняется при изменении температуры.

Рис. 5