Изучение работы аппарата для гальванизации и лекарственного электрофореза с помощью осциллографа

Лабораторная работа № 16

Приборы и принадлежности: выпрямляющее устройство, изготовленное на основе аппарата АГН-32; осциллограф ОДШ-2; ампервольтметр АВО-5МI-Ш; реостат на 1000 Ом.

Цель работы: изучение устройства и основ работы аппарата для гальванизации и лекарственного электрофореза.

Большинство тканей тела человека содержит до 65% воды и является проводниками тока второго рода — электролитами. Электропроводность разных тканей различна. Хорошо проводят ток кровь, моча, лимфа, спинномозговая жидкость, паренхиматозные органы, мышцы. Плохими проводниками электрического тока являются жировая ткань, сухожилия, нервы, кости. Не проводят электрический ток роговой слой сухой кожи, ногти и волосы. В коже ток проходит через протоки потовых и сальных желез. Многослойность и различная электропроводность тканей организма обусловливают прохождение тока не прямолинейно, а по пути наименьшего сопротивления — по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам. Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей. Непрерывный постоянный ток напряжением 60 — 80 В используется как лечебный метод физиотерапии — гальванизация. Широко используется в лечебной практике воздействие на организм двух факторов: электрического и фармакологического — лечебный электрофорез. При этом на фоне действия постоянного тока как биологического раздражителя имеет место специфическая для каждого лекарственного вещества ответная реакция организма. Направленное движение в растворах электрических заряженных частиц — ионов используется для введения в организм лекарственных веществ, причем эти вещества вводятся в соответствии со знаком их заряда (плюс или минус) при диссоциации в растворе. Силу электрического тока дозируют по показаниям миллиамперметра. Указанная величина рассчитывается по плотности тока (0,05 — 0,1 мА/см²), умноженной на площадь раневой поверхности. Согласно закону Фарадея, количество выделившегося вещества на электроде пропорционально заряду q, прошедшему через электролит:

,

где k — электрохимический эквивалент, i — ток, t — время.

Из последнего выражения видно, что дозировка массы лекарственного препарата сводится к дозировке времени при стабильном значении тока. Стабильность тока, определяемая стабильностью напряжения, достигается использованием фильтров, действие которых будет описано ниже.

Аппараты для гальванизации — это генераторы выпрямленного переменного низкочастотного тока (50 Гц), преобразующие его в ток постоянного направления и напряжения. Широко используются в медицинской практике такие аппараты как: АГН-32 — аппарат для местной гальванизации, настольный; АГП-3 — для местной гальванизации, портативный; “Поток-1” для местной гальванизации и электрофореза; ГР-2 — для гальванизации полости рта; ГК-2 — устройство для гальванизации и электрофореза в четырехкамер

a)     б)   в)    

ных ваннах и другие.

Простейшая схема для выпрямления переменного тока показана на рис. 1a. В ней последовательно соединены вторичная обмотка трансформатора Т, диод D и сопротивление нагрузки R. Эта схема называется однополупериодной схемой, поскольку в ней ток проходит только в течение одного полупериода. Кривые, показанные на рис. 1 б,в, изображают напряжение вторичной обмотки трансформатора и ток i на сопротивлении R. В двухполупериодной схеме выпрямления (рис.2а) используются обе половины переменного тока, образующие после выпрямления пульсирующий ток на сопротивлении нагрузки R. Двухполупериодная схема имеет два диода, а вторичная обмотка трансформатора имеет вывод от средней (нулевой) точки. Оба диода работают поочередно. В первую половину периода работают один диод и одна половина обмотки трансформатора. Ток проходит в направлении, указанном стрелкой 1. Во вторую половину периода работают второй диод и вторая половина обмотки трансформатора. Ток проходит в направлении, указанном стрелкой 2. Кривая (б) на указанном рисунке изображает характер изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, кривые (в) и (г) — выпрямленные токи для каждого диода, кривая (д) — на нагрузочном сопротивлении R.

Для двухполупериодного выпрямления широко используется мостовая схема (рис. 3).

Прохождение тока в первый полупериод показано стрелкой 1, во второй полупериод — стрелкой 2. Выпрямленное пульсирующее напряжение содержит постоянную и переменную составляющие. Поскольку выпрямитель должен питать нагрузку постоянным напряжением, поэтому переменная (вредная) составляющая должна быть исключена с нагрузочного сопротивления, а оставлена лишь постоянная составляющая. Пульсации выпрямленного напряжения несинусоидальные, следовательно, переменная составляющая содержит ряд гармоник. Наибольшую величину имеет первая, амплитуда которой U_m1. У однополупериодного выпрямителя постоянная составляющая напряжения U₀ составляет 0,32 от максимального значения (рис.4а), а амплитуда первой гармоники переменной составляющей U_m1=0,5U_max. Частота переменной составляющей равна частоте переменного тока сети (50 Гц). В двухполупериодном выпрямителе U_o ~ 0,64 U_max, a U_вх ~ 0,42 U_max. B последнем случае постоянная составляющая больше переменной, частота пульсаций — удвоенная (100 Гц). В этом преимущество двухполупериодного выпрямителя перед однополупериодным. Чтобы ток и напряжение в нагрузочном сопротивлении R были постоянными, необходимо сгладить пульсации при помощи фильтра. Задачей фильтра является пропускание постоянной составляющей в нагрузочное сопротивление и устранение переменной составляющей.

Различные схемы сглаживающих фильтров показаны на рис.5. Наиболее распространенный индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр показан на рис.5а. Конденсаторы (обычно электролитические) фильтра имеют емкость порядка единиц или десятков микрофарад. Дроссель делается со стальным сердечником с обмоткой в несколько тысяч витков и имеет индуктивность несколько единиц или десятков Гн. Переменные составляющие выпрямленного тока при частоте 50, 100 Гц и более высоких частотах проходят конденсатор С₁, обладающий небольшим сопротивлением для этих частот, и возвращаются в выпрямитель. Дроссель обладает большим индуктивным сопротивлением и почти не пропускает эти токи. Для постоянной составляющей медный провод дросселя имеет небольшое сопротивление, поэтому потеря постоянной составляющей напряжения на дросселе незначительна. Часть переменного тока, прошедшего дроссель, замыкается через конденсатор С₂ и в сопротивление R не подается.

Чем больше индуктивное сопротивление дросселя и чем меньше емкостное сопротивление конденсатора, тем лучше сглаживаются пульсации. Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость достаточно велика так что выполняется условие:

1/w_пC << R,

где w_п — частота пульсаций.

Первый конденсатор фильтра С₁ не только сглаживает пульсации, но и значительно повышает постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Это объясняется тем, что он быстро заряжается от выпрямителя при нарастании напряжения, а затем медленно разряжается через дроссель на сопротивление R, при этом напряжение падает не так быстро как при отсутствии С₁. Таким образом, чем больше сопротивление R, тем меньше ток разряда конденсатора и тем меньше спад на нем напряжения. При увеличении R напряжение будет выше и пульсации будут сглажены лучше. На рис. 4б сплошной линией показано изменение напряжений на конденсаторе С₁ при однополупериодном выпрямлении, а штрихами дан характер изменения выпрямленного напряжения без наличия фильтра. Из указанного рисунка видно, что пульсации сглаживаются, а постоянная составляющая значительно повысилась и может составить 0,8 ¸ 0,9 от U_max.

Для лучшего сглаживания пульсаций иногда применяют фильтры из двух — трех звеньев. На рис. 5б показан двухзвенчатый фильтр. Конденсатор С₁, дроссель L₁ и конденсатор С₂ составляют одно звено. Одновременно конденсатор С₂ является входным или первым конденсатором для второго звена фильтра, в которое входят дроссель L₂ и конденсатор С₃. Когда необходимый выпрямленный ток мал и допустима некоторая потеря постоянного напряжения, вместо дросселя включают резистор R_ф (рис. 5в) с сопротивлением порядка единиц или десятков кОм.

Анализ показывает, что пульсация, т.е. изменение напряжения на первом конденсаторе фильтра DU₁, определяется выражением:

, (1)

где n _п — частота пульсаций.

Величина, показывающая, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации, называется коэффициентом фильтрации или коэффициентом сглаживания К_ф.

Для индуктивно-емкостного (дроссельного) фильтра LC₂ величина К_ф вычисляется по формуле:

. (2)

Для реостатно-емкостного фильтра R_фС₂ указанная величина определяется выражением:

. (3)

Величину пульсации DU₂ на выходе фильтра можно оценить следующим приближенным выражением:

DU₂ = DU₁/К_ф. (4)

Измерив при выключенном фильтре переменную составляющую напряжения U_эф вольтметром на сопротивлении R нагрузки, а постоянную составляющую U_o при включенном фильтре, коэффициент пульсаций К можно определить по формуле:

. (5)

Дата добавления: 2014-01-04