Датчик для измерения температуры поверхности тела

Недостатком термисторов является нелинейная зависимость их сопротивления от температуры (рис. 5, кривая 2) и невысокая стабильность во времени, вследствие чего перед каждым измерением необходима калибровка прибора. Поэтому для постоянного длительного контроля за состоянием температуры пациента часто используют проволочные терморезисторы и термоэлектрические датчики (см. ниже), которые имеют стабильные во времени характеристики и линейную зависимость от температуры (кривая 1, рис. 5).

В основу работы термоэлектрических датчиков положено явление термоэлектричества. Суть его заключается в следующем: если путем сварки или спайки собрать замкнутую цепь из двух разнородных проводников или полупроводников и затем нагреть один из двух полученных спаев, то в цепи появится электрический ток (термоток). Составленная таким образом цепь называется термоэлементом или термопарой. Величина термотока i_T зависит от разности температур спаев и при постоянстве одного из них будет функцией температуры другого: .

Таким образом, термоэлектрический датчик непосредственно преобразует тепловую энергию в электрическую, т.е. относится к генераторным датчикам. При современной технологии спай проводников может быть сделан достаточно малым, поэтому термоэлектрический датчик может помещаться и в просвете обыкновенной инъекционной иглы. Такие иглы применяются для измерения внутримышечной или подкожной температуры внутри того или иного органа.

3. Датчики параметров сердечно-сосудистой системы

Для оценки функционирования сердечно-сосудистой системы используются такие характеристики, как пульс, систолическое и диастолическое давление, тоны и шумы сердца, импеданс тканей, различные показатели циркуляции крови и т.п.

Для регистрации частоты периферического пульса получили распространение пьезоэлектрические датчики, в которых используется прямой пъезоэффект – поляризация некоторых кристаллических диэлектриков - пьезоэлектриков при их механической деформации - растяжении, сжатии, изгибе и т.д.

К пьезоэлектрикам относятся кристаллы турмалина, кварца, сегнетовой соли. Пьезоэлектрический эффект обусловлен тем, что при деформации происходит смещение молекул или групп молекул, образующих пространственную решетку кристалла. В результате положительные ионы решетки оказываются сдвинутыми в одну сторону, а отрицательные – в другую, что приводит к нарушению симметрии и возникновению электрических зарядов разных знаков на противоположных поверхностях определенным образом вырезанной пластины пъезоэлектрика.

Например, для кварца S₄O₂ характерны структурные группировки, содержащие три иона кремния и шесть ионов кислорода, симметричные в отношении распределения зарядов (рис. 7а). При сжатии (рис. 7б) или растяжении (рис. 7в) ионы смещаются, и группировка становится полярной. Заряды на пьезоэлементах существуют, пока сохраняется деформация, и исчезают, когда она прекращается. Количественно пъезоэффект оценивается пьезомодулем d - коэффициентом пропорциональности между величиной возникающего заряда Q и приложенной силой – Р: