CC BY
50
3. Гиззатуллин А.Р. Газохроматографические методы анализа окружающей среды предприятий строительной индустрии / А.Р. Гиззатуллин, О.Р. Каратаев. А.В. Танеева, Е.А. Хамзина, В.Ф.Новиков. - Казань: Казанский государственный университет, 2006. - 260 с.
4. Vigdergaus M.S., Bankovskaya T.R. Preferred stationary phases for gas chromatography // Chromatographia. - 1976. - V 9. - P. 548-553.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭТАЛОННЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ1
© Сойко А.И.*
Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева,
г. Казань
Дан обзор поверочных установок для метрологической аттестации цифровых средств измерений артериального давления и частоты пульса, использующие комплектный метод поверки. Предложены основные принципы создания эталонных средств измерений артериального давления и частоты пульса.
Разработка установок для поверки и калибровки цифровых измерительных приборов артериального давления, использующих одновременное и взаимосвязанное воспроизведение размеров единиц давления и частоты пульса, является одной из важных научно-технических задач. Установки, использующие комплектный способ поверки таких приборов, должны обеспечивать требуемую точность измерений, соответствующую требованиям национальных и международных стандартов [1, 2].
В данной работе дан краткий обзор таких поверочных установок. Комплектный подход к поверке приборов для измерения артериального давления позволяет получить ряд преимуществ, среди которых увеличение производительности поверочных работ, определение их метрологических характеристик, присущих как единому целому и т.д. [5, 12]. Еще одним немаловажным достоинством рассматриваемых поверочных установок является возможность их использования и для поверки ИАД с манжетами на нижнюю треть плеча, которые в практическом обиходе получили название тонометров на запястье. Установки для комплектной поверки
1 Работа выполнена в рамках проведения научных исследований по гранту Президента РФ
для государственной поддержки молодых российских ученых № МК-6303.2010-08.
* Доцент кафедры «Стандартизация, сертификация и технологический менеджмент», кандидат технических наук.
позволяют воспроизводить значения сразу трех измеряемых величин: систолического РВо и диастолического РН0 давления, а также частоты сердечных сокращений/0, при этом сокращается время самой поверки.
Первой такой установкой стала установка УПАД-1 [3], разработанная и введенная в действие ФГУ «Тест-Татарстан». Входящий в состав поверочной установки задатчик пульсаций давления создает периодические колебания жидкости в цилиндре, имитирующем руку человека, путем толкания стержня электромагнита об его эластичное дно. Здесь пульсации давления передаются на компрессионную манжету через весь цилиндр, имитирующем руку, тогда как в реальном процессе пульсации давления передаются только по артерии, при этом конструктивно предусмотрено отсоединение компрессионной манжеты от поверяемого средства измерения для их подключения через элемент подсоединения к пневмосистеме установки, тогда как у ряда типов средств измерений отсоединение манжеты конструктивно не предусмотрено, и, следовательно, провести поверку такого средства на этой установке невозможно.
Как показали проведенные экспериментальные исследования, колебания, создаваемые задатчиком пульсаций давления, не всегда регистрируются алгоритмами поверяемых приборов. С целью уменьшения методической составляющей погрешности измерения и устранения указанных недостатков, в ФГУ «Тест-Татарстан» была разработана установка УПАД-2 [4], в которой пульсации давления передаются через тонкую трубку, имитирующую артерию руки человека, а передача давления через гидравлическую систему происходит без нарушения целостности поверяемого прибора.
С целью расширения функциональных возможностей поверочных установок и генерирования колебаний различных форм и амплитуд была поставлена задача разработки метода генераций пульсирующих потоков жидкости в измерительном канале [5]. На основании предложенного метода была разработана установка [6], в которой генерирование пульсирующих потоков достигалось специальным устройством - генератором переменного расхода [7] или пульсатором расхода [8].
Измеряемые величины давления Р и частоты пульса / подаются с блока управления на источник пульсаций давления, представляющий собой насос и генератор расхода [7, 8], создающий модулированный сигнал по амплитуде и частоте. Генератор расхода установлен в точке разветвления трубопровода и байпасной линии, при этом колебания происходят на параллельных участках гидравлического тракта колебательного контура, в которых последовательно [10] или параллельно [11] установлены два измерительного модуля 1 и 2. Параллельные участки гидравлического тракта образуют измерительный и байпасный каналы соответственно. Частота пульсаций обуславливается скоростью вращения ротора пульсатора, а амплитуды - величиной расхода. Измерительный модуль [9] представляет
собой сенсорный участок в виде эластичного цилиндра, в котором размещена эластичная трубка, имитирующая артерию руки человека, к которой подсоединен рабочий эталон давления.
Измерительный модуль 1 используется для поверки цифровых ИАД с манжетами на плечо, измерительный модуль 2 - для поверки цифровых ИАД с манжетами на запястье.
Рассматриваемые поверочные установки позволяют за одну операцию поверки сличить в точке показания поверяемого прибора с манжетой на плечо и / или прибора с манжетой на запястье с эталонными значениями, воспроизводимыми поверочными установками.
Значения воспроизводимости величин в конкретной точке, а также количество точек поверки измерительных приборов выбираются из соображений достоверности оценки метрологических характеристик поверяемого прибора в нормированных диапазонах измерений артериального давления и частоты пульса. Исследования метрологических характеристик показали, что относительная погрешность измерительных каналов давления и частоты соответствует погрешности третьего разряда, что не противоречит требованиям нормативных документов [1, 2].
При создании эталонных средств, предназначенных для поверки рабочих средств измерений, сформулируем основополагающие принципы, которые вытекают из требований метрологии, теоретических основ информационно-измерительной техники и теории автоматического управления:
1. принцип информативности, который характеризуется требуемым соотношением для эталонного и поверяемого средств измерений значений точности, быстродействия и чувствительности. Применение в рассматриваемых установках рабочих эталонов давления и частоты позволяют без проблем выдержать требуемое соотношение погрешностей 1 : 3, т.е. измерения при поверке будут однократными;
2. принцип инвариантности, характеризующий неподверженность результатов поверки воздействию изменения влияющих факторов: внешних воздействующих величин, внутренних параметров поверяемого и эталонного средств измерений и неинформативных параметров выходного сигнала поверяемого прибора;
3. принцип ненарушения характеризует минимальность воздействия эталонных средств на поверяемое для недопущения нарушения естественного функционирования последнего. Реализация данного принципа заключается в том, что рассматриваемые установки максимально приближенно к реальности воспроизводится процесс измерения артериального давления и частоты пульса;
4. принцип многофункциональности характеризуется экономически целесообразной универсальностью эталонного средства измерения. Это означает либо возможность проведения с его помощью
комплектной поверки средств измерений, либо, в крайнем случае, при поэлементной поверке возможность охвата за один проход максимального количества функциональных блоков поверяемых средств измерений;
5. принцип агрегатиености характеризуется возможностью оперативной перенастройки эталонной установки при изменении типа, размера поверяемого прибора. Данный принцип реализован в части возможности использования поверочных установок, как для поверки приборов с манжетами на плечо и на запястье, так и суточных мониторов артериального давления;
6. принцип технической реализуемости характеризует соответствие проекта наличию элементной базы и доступности применения при изготовлении материалов;
7. принцип надежности характеризует соответствие вероятности нормального функционирования эталонной установки в течение всего заданного срока, в заданных условиях, требуемому экономически целесообразному значению параметра надежности;
8. принцип оптимальности базируется на одновременном достижении минимальной сложности и стоимости эталонных установок при полном соответствии его метрологических и технических характеристик заложенным требованиям;
9. принцип эргономичности характеризует соответствие параметров эталонных установок оптимальной деятельности поверителя и соблюдению требований всех санитарных и гигиенических норм.
Выше перечисленные принципы реализованы в рассмотренных установках для поверки и калибровки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений. Одно из основных направлений их развития видится в моделировании основных физиологических процессов, связанных с процессом измерения у человека кровяного давления и частоты пульса. Это позволит повысить качество поверки цифровых средств измерения артериального давления и частоты пульса в соответствии с реализованными принципами.
Список литературы:
1. Р 50.2.032-2004 ГСИ. Измерители артериального давления неинва-зивные. Методика поверки. - Введ. 2004-06-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2004.
2. МОЗМ R 16-2 «Non-invasive automated sphygmomanometers», 2002.
3. Пат. № 2210974 Российская Федерация, МПК А61 В 5/02 Устройство для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса / В.А. Гогин, А.А. Варгин, Р.Н. Каратаев; заявители и патентообладатели КГТУ им. А.Н. Туполева, ФГУ «Татарстан-
ский центр стандартизации, метрологии и сертификации» - № 2001121612; заявл. 31.07.2001; опубл. 27.08.2003, Бюл. № 24.
4. Пат. № 2223031 Российская Федерация, МПК А61 В5/02. Установка для комплектной поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса / В.А. Гогин, A.A. Варгин, Р.Н. Каратаев; заявители и патентообладатели ФГУ «Татарстанский ЦСМ», КГТУ им. А.Н. Туполева - № 2002122148; заявл. 14.08.2002; опубл. 10.02.2004, Бюл. № 4.
5. Сойко А.И., Каратаев Р.Н. Поверочные установки измерителей артериального давления с использованием генераций пульсирующих потоков. - Казань: Отечество, 2009. - 132 с.
6. Пат. № 2301020 Российская Федерация, МПК А61В 5/22, G01L 25/00. Устройство для поверки автоматизированных сфигмоманометров / Р.Н. Каратаев, В.А. Гогин, А.И. Сойко и др.; заявители и патентообладатели ФГУ «Татарстанский ЦСМ», КГТУ им. А.Н. Туполева. - № 2005125025; заявл. 05.08.05; опубл. 20.06.07, Бюл. № 17.
7. Пат. № 2318190 Российская Федерация, МПК G01 F25/00. Генератор переменного расхода жидкости (варианты) / Р.Н. Каратаев, В.А. Гогин, А.И. Сойко и др.; заявители и патентообладатели ФГУ «Татарстанский ЦСМ», КГТУ им. А.Н. Туполева. - № 2006108275; заявл. 07.03.06; опубл. 20.02.08, Бюл. № 6.
8. Пат. № 2327119 Российская Федерация, МПК G01F 25/00, F15B 21/12. Пульсатор расхода / Р.Н. Каратаев, В.А. Гогин, А.И. Сойко, И.Н. Синицын и др.; заявители и патентообладатели ФГУ «Татарстанский ЦСМ», КГТУ им. А.Н. Туполева. - № 2006119763; заявл. 05.06.2006; опубл. 20.06.2008, Бюл. 17.
9. Пат. № 87341 Российская Федерация, МПК А61В 5/02, G01L 27/00. Модель руки человека для поверки измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений / Р.Н. Каратаев, А.И. Сойко, И.Н. Синицын и др.; заявитель и патентообладатель КГТУ им. А.Н. Туполева. -№ 2009123078; заявл. 16.06.09; опубл. 10.10.09, Бюл. № 28.
10. Пат. № 81886, Российская Федерация, МПК А61В 5/22, G01L 25/00. Поверочное устройство для автоматизированных сфигмоманометров / Р.Н. Каратаев, А.И. Сойко, И.Н. Синицын и др.; заявитель и патентообладатель КГТУ им. А.Н. Туполева. - № 2008144562; заяв. 11.11.08; опуб. 10.04.2009, Бюл. № 10.
11. Пат. № 2393758 Российская Федерация, МПК А61В 5/00, А61В 5/22 Устройство для поверки автоматизированных сфигмоманометров / Р.Н. Каратаев, А.И. Сойко, И.Н. Синицын и др.; заявитель и патентообладатель КГТУ им. А.Н. Туполева. - № 2008144585; заявл. 11.11.08; опубл. 10.07.2010, Бюл. № 19.
12. Сойко А.И. Современное состояние вопроса применения эталонных установок для поверки средств измерений артериального давления и частоты сердечных сокращений / А.И. Сойко, В.А. Гогин, Р.Н. Каратаев, Н.М. Ксенофонтова // Законодательная и прикладная метрология. - 2007. -№ 4. - С. 65-70.
