CC BY
6
Как видно из табл. 2, фотоэлектроколориметрический метод определения СО не уступает по точности классическому методу Реберга при исследовании продуктов газовыделения полимеров. Однако на фотометрический анализ требуется 10—15 мин. вместо Р/г—2 часов по методу Реберга.
ЛИТЕРАТУРА
Ф а с м а н А. Б., Марков В. Д.. Сокольский Д. В. Ж. прикл. химии, 1965, в. 4, с. 791. — Ciuhandu G., Stud. Cercet. Sti. med., Timisoara, 1955, m. 2, N. 1—4, с. 130. — Ciuhandu G„ Stud. Cercet. Chim., 1956, 4, N. 3—4, c. 189. — С i u h a n d u G. P u s u v., D i а со п о v i с i M„ Z. analyt. Chem., 1965, Bd. 208, S. 81.
Поступила 12/X 1965 г
УДК 612.563:612.791-088.8
критерий оценки термоэлектрических датчиков и испытания некоторых их конструкций для измерения температуры кожи
В. В. Яковлев, Б. А. Утехин
При физиологической оценке различных средств индивидуальной защиты и прежде всего разнообразных конструкций костюмов для выявления теплообмена человека широко используют метод термометрии кожи (Н. К- Витте; П. И. Гуменер; Я- Куно; Н. Н. Мищук; П. В. Рамза-ев; Harden; и др.). Как известно, температуру поверхности человеческого тела измеряют с помощью электротермометров. Любой радиоэлектронный прибор, выпускаемый промышленностью, приведен к какому-то общепринятому стандарту, что удостоверяет прилагаемый к нему паспорт. Помимо усилителя и регистратора, в каждом медицинском приборе имеется датчик-преобразователь, призванный трансформировать физиологический сигнал в электрический. Несмотря на его небольшие размеры, именно он в большей части случаев служит виновником ошибок.
В задачу настоящего исследования входило обоснование конструкции датчика посредством экспериментальной оценки его в физиологических и физических опытах. Сейчас еще не существует общепринятых показателей, по которым можно было бы оценить любой термоэлектрический преобразователь. Литературные данные и результаты собственных исследований позволили нам прийти к выводу, что основными критериями оценки термодатчиков могли бы быть влияние увлажнения поверхности кожи на показания термометров, влияние температуры окружающего воздуха на показания термометров, влияние давления датчиков на кожу, влияние смещения датчиков по кожной поверхности, инерционность.
Помимо физиологических исследований, мы проводили опыты на физическом стенде (В. В. Яковлев и Б. А. Утехин).
Степень достоверности информации, получаемой с помощью той или иной конструкции датчика при увлажнении кожи, наступающем при потоотделении, выявляли следующим образом. Измеряли температуру кожи в области нижней трети ладонной поверхности предплечья с помощью преобразователя, подлежащего испытанию, как на сухой кожной поверхности, так и после увлажнения физиологическим раствором, имеющим температуру, равную той, которая регистрировалась на данном участке. Затем экспериментальные данные сравнивали с теми, которые получены одновременно с первыми, с помощью сетчатого преобразова-
теля, не препятствующего как было показано нами ранее, выделению и испарению пота (В. В. Яковлев и Б. А. Утехин).
Ошибка измерения при данном виде испытания, по-видимому, будет находиться в прямой зависимости от величины потоотделения и степени препятствия испарению датчиком и в обратной зависимости от влажности окружающего воздуха.
Влияние температуры окружающего воздуха на точность измерения температуры поверхности тела с помощью термопар отмечал Н. А. Ремизов еще в 1935 г. Наши исследования, проведенные с термисторными датчиками и термометрами сопротивления, показали, что значительная часть данных Н. А. Ремизова может быть распространена и на эти виды преобразователей. В частности, эксперименты на физическом стенде при перепаде температуры окружающего воздуха, равном 20°, подтвердили, что ошибка измерения при использовании некоторых видов датчиков (см. ниже) может достигать 4—6°.
Анализируя причины указанных ошибок (рис. 1), можно прийти к выводу, что они будут, по-видимому, тем большими, чем толще преобразователь и че« выше коэффициент теплопроводности у самого чувствительного элемента или армирующего его устройства.
Некоторые исследователи высказывали мнение о воздействии величины давления датчика на точность измерения температуры кожи. В специальных исследованиях мы подтвердили эти данные и одновременно показали, что изменение температуры с помощью точечных температурных датчиков (площадь элемента не более 1 мм2) и, в частности, карандашного типа от прибора ЭТМ-Зб без ограничителя может привести к ошибке, равной 2,5°. Для оценки датчика под углом зрения изложенных данных необходимо изучать степень искажения данных, получаемых при давлении груза на преобразователь не менее 70 г. Ошибкой можно пренебречь при максимально возможном давлении датчика на кожную поверхность, не превышающем 0,2—0,5 г/мм2. Для обеспечения этого необходимо использовать пружинящие устройства либо ограничители.
Четвертым критерием, определяющим качество датчика, являются сведения, получаемые при проведении испытаний, результаты которых свидетельствуют о величине разброса данных при смещении преобразователя по кожной поверхности. Нами было показано, что при измерении температуры кожи в 9 точках квадрата площадью 1 см2 результаты вследствие различной температуры этих точек отличаются на 0,5—1,0°. Это необходимо иметь в виду главным образом в тех случаях, когда пользуются точечными датчиками площадью менее 3—4 мм2. В качестве практических рекомендаций можно указать на необходимость установки датчиков в различных опытах в одних и тех же точках.
Рис. 1. Измерение температуры поверхности физического стенда различными термоэлектрическими датчиками.
По оси ординат — температура (в градусах); по оси абсцисс — время (в мин.); / — температура воздуха в камере, измеренная ртутным термометром; II, III и IV — температура наружной поверхности замши на физическом стенде, измеренная различными термисторными датчиками одной конструкции; V— температура наружной поверхности замши на физическом стенде, измеренная проволочным термоэлектрическим датчиком (сетчатый, высота 70 мк)\ VI — температура внутренней поверхности замши на физическом стенде, измеренная проволочным датчиком (сетчатый, высотой 70 мк); VII — температура воды внутрн физического стенда (металлический резервуар), измеренная ртутным термометром.
Следующим критерием, определяющим степень и возможности использования термоэлектрического датчика, служит инерционность. В ряде случаев она не имеет существенного значения, в частности при проведении исследований, в которых датчик в течение всего опыта находится на коже. Однако, когда температура измеряется фракционно или одномоментно, этот показатель играет серьезную роль.
Известно, что инерционность зависит главным образом от массы преобразователя, поэтому с целью ее уменьшения необходимо по возможности уменьшать массу датчика.
Мы исследовали инерционность при измерении температуры воды и кожной поверхности. В первом случае датчик погружали в воду с температурой 28°. При этом измеряли время, когда датчик полностью прогревался и данные становились стабильными. Во втором случае инерционность определяли временем, в течение которого показания становились стабильными, если степень нагретости воздуха в комнате была равна 19—20°, а температура кожи 31—33°.
Основные критерии оценки термоэлектрических датчиков характеризуют конструкцию преобразователя в целом. При работе с датчиками, с помощью которых измеряют температуру кожи, следует помнить о том, что любой из них может дать ошибку, порой довольно значительную (5—7° и более), если нарушается изоляция выводов проводов, соединяющих преобразователь с регистратором.
Все дело в том, что термоэлектрический датчик изменяет свое сопротивление под влиянием температуры. Однако оно может изменяться (уменьшаться) и при нарушении целостности изоляции проводов (порой не обнаруживаемом невооруженным глазом) за счет того, что электрический ток будет проходить дополнительно по смоченной потом поверхности тела, минуя датчик.
Для измерения надежности изоляции нами предложена солевая проба, заключающаяся в измерении температуры дистиллированной воды и физиологического раствора, находящегося в стеклянных стаканчиках, расположенных в термостате. Очевидно, чем больше повреждение проводов, тем выше разница и тем значительнее ошибка.
Схематические изображения датчиков, объективно оцененных в стендовых и физиологических испытаниях, приведены на рис. 2.
Их основные характеристики следующие.
Датчик I, сетчатый, представляет собой зигзагообразно, в одной плоскости намотанный никелевый провод (диаметр 70 мк, сопротивление 80 ом).
Датчик II, термисторный, с горизонтально расположенным термистором типа МК МТ-16. В отличие от аналогичного преобразователя III чувствительный элемент лежит в одной плоскости с армирующей конструкцией. В конструкции же IV датчика он расположен перпендикулярно к кожной поверхности и плоскости датчика.
Датчик III, термисторный; чувствительный элемент в нем расположен таким образом, что при установке на теле он принимает положение, перпендикулярное к коже. Укрепляется датчик в средней части арки, которая упирается своими концами в диск, прикрепляемый к коже клеем № 88.
Датчик V представляет собой термистор, конструктивно выполненный в виде кольца и армированный оргстеклом.
Датчик VI, как и предыдущий, является типичным представителем плоскостных преобразователей, имеющим площадь соприкосновения с кожей, равную 400 мм2. В качестве чувствительного элемента нами используется проволочное термосопротивление.
Датчик VII имеет точечный микротермистор, располагаемый перпендикулярно к кожной поверхности. Отличительной его чертой является то, что он расположен на вершине конуса, конструктивно объединенного с приспособлением для укрепления его на теле.
Данные испытаний 7 различных видов преобразователей приведены в таблице.
Наилучшим образцом, отвечающим предъявляемым требованиям, является сетчатый датчик (/). Однако, учитывая его сравнительно большую хрупкость в работе, мы рекомендуем использовать преобразователь (//), который значительно прочнее первого, обладает более высо-
Результаты оценки некоторых видов термоэлектрических датчиков1
Вид испытания Номер конструкции датчика Примечание
1 2 з 4 5 6 7
Увлажнение по- 0 0,3 1,0 1,0 2,0 1.5 2,5 Ошибка измерения
верхности . . . 0,6 2.0 (в градусах)
Влияние темпера- 0,2 1,0 1,2 1,5 6.0 То же
туры окружаю-
щего воздуха
Влияние давления 0,1 0,2 0,7 0,2 0,2 0,4 0,7 Разность темпера-
датчика на кожу тур при давлении
(давление созда- датчиков на ко-
валось с помо- жу (в градусах)
щью гирек весом
5 и 70 г) ...
Инерционность в 1 5 30 10 60 45 70 (в сек.)
воде......
Инерционность на 2—3 15 75 60 75 165 210 (в сек.)
коже.....
1 За эталон принимали данные сетчатого датчика. Каждая цифра в этой графе представляет разность между температурой, измеренной сетчатым датчиком, и температурой каждого другого преобразователя.
ким температурным коэффициентом; показания же, полученные с его помощью, не намного отличаются от тех, которые достигаются при пользовании сетчатым преобразователем (/).
ш
ж
Рис. 2. Схематическое изображение датчиков (I—VII), объективно оцененных в физических и физиологических экспериментах.
При помощи датчика с горизонтально расположенным термистором мы провели множество физиологических опытов, в которых он зарекомендовал себя как надежный и удобный.
ЛИТЕРАТУРА
Витте Н. К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956.— Гуменер П. И. Изучение терморегуляции в гигиене и физиологии труда. М., 1962.— Куно Я. Перспирация у человека. М., 1961. — M и щук H. Н. Метод электрометрического исследования потоотделения и опыт его применения в эксперименте и клинике. Л., 1948. — Рамзаев П. В. Гиг. и сан., 1960, № 7, с. 64. — Р е м и з о в Н. А. Арх. биол. наук, 1935, т. 38, № 3, с. 815. — Яковлев В. В., Утехин Б. А. Бюлл. экспер. биол., 1965, № 10, с. 121, —Harden R., Scot. med. J., 1964, v. 9, p. 68.
Поступила 15/111 1966 г.
5 Гигиена и санитария, JVTs 11
