CC BY
47
Н.А. Глущенко. — Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2003. — 152 с.
2. Бецкий, О.В. Миллиметровые волны и живые системы / О.В. Бецкий, В.В. Кислов, Н.Н. Лебедев. — М.: Радиотехника, 2003. — 176 с.
3. Будаговский, А.В. Дистанционное межклеточное взаимодействие / А.В. Будаговский. — М.: НПЛЦ «Техника», 2004. — 104 с.
4. Васильев, А.Н. Предпосевная обработка семян ячменя электроактивированным воздухом / А.Н. Васильев, А.Ф. Кононенко, А.С. Ерешко// Материалы 41-й НТК. — Челябинск: ЧГАУ, 2002. — Ч. 2. — С. 217-220.
5. Васильев, А.Н. Электротехнология и управление при интенсификации сушки зерна активным вентилированием / А.Н. Васильев. — Ростов-на-Дону: Терра Принт, 2008. — 240 с.
УДК 616.618.19:615.84
И.И. Гришин, доктор техн. наук А.С. Морозов, аспирант
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
ПАРАМЕТРЫ ОБЛУЧАЮЩИХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТА КОРОВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПОЛЕМ
Модернизация оборудования сельского хозяйства является важной задачей, к решению которой необходимо привлечь интеллектуальные и производственные ресурсы. Молочное производство относится к отраслям, нуждающимся в инновационных решениях, связанных с усовершенствованием ветеринарно-технического электрооборудования. Одна из центральных проблем, которую необходимо решать, является заболевание коров воспалением молочной железы — маститом. Современные способы лечения можно разделить на медикаментозные и физиотерапевтические. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. Однако одним из наиболее перспективных и эффективных способов лечения является УВЧ-терапия. Разработки в этом направлении позволят улучшить процесс лечения и совместить процесс лечения с технологией по уходу за животными. Лечение высокочастотным полем на современных установках относится к экологически чистым технологиям, которые устраняют выбраковку продукции животноводства, и может стать альтернативой антибактериальным препаратам, применяемых при заболевании маститом.
Рис. 1. Схема крепления конденсаторных пластин:
* — излучающие электроды
Целью статьи является исследование параметров излучателей УВЧ поля, выбор оптимальных размеров и формы при применении их в сухостойный период. Мастит возникает как в период запуска, так и в период лактации животных, поэтому целесообразнее всего производить профилактику или лечение мастита в это время. Одним из наиболее важных элементов лечебной УВЧ-аппаратуры являются излучатели. Так, наиболее распространенной в последние годы была конструкция излучателей в виде усеченного конуса, которые закрепляются в доильных стаканах. Ряд недостатков, присущих таким электродам, нуждается в доработке. Другой тип излучателей, применяемых при лечении мастита, имеет форму пластин, крепящихся на боковую часть вымени, как показано на рис. 1.
Данный способ позволяет эффективно подводить УВЧ-энергию к вымени животного. Параллельное включение излучателей обеспечивает более равномерное распространение электромагнитного поля в тканях вымени, что является одним из главных критериев при подобном лечении.
Как известно, животные ткани имеют различную проводимость, некоторые по свойствам ближе к диэлектрикам, другие к проводникам, это затрудняет построение аналитической картины поля внутри вымени при лечении. При рассмотрении УВЧ-излучателей используют картину квазистатического поля, так как длина волны при облучении составляет более 7 м, а параметры облучаемого объема не превышают 0,5 м. Главной задачей является расчет параметров излучающих пластин. Они должны соответствовать таким требованиям:
1. Иметь площадь пластин, при которой во время работы лечебной установки не наступает ожог облучаемой ткани.
*
2. Иметь форму удобно располагающихся на вымени и эффективно подводить высокочастотную энергию к вымени.
3. Размеры пластин должны соответствовать размерам вымени наибольшего количества животных при лечении мастита.
Ожоги, как показывает практика применения излучателей, получаются при мощности более 0,007 Вт/мм2 при времени воздействия от 7 до 10 мин и 0,01 Вт/мм2 при времени более 5 мин. Из этого следует, что первое требование зависит в большей степени от дозы самого излучения. Следовательно, наиболее эффективно использовать при лечении мастита в сухостойный период параллельные пластины, так как поле, излучаемое ими, наиболее равномерно. Исключения составляют края конденсаторных пластин, где поле не равномерно [1, 2].
Для расчета размеров излучателей следует ввести параметры пластин, в данном случае рассмотреть излучатели П+ и П----это положительно и отрица-
тельно заряженные излучатели. Площадь и форма будут зависеть от напряженности поля между пластинами, которая в свою очередь зависит от мощности генератора. Как известно, поверхностная плотность заряда д вычисляется следующим образом:
5 =
q
S п
(1)
где q — абсолютная величина положительного суммарного заряда на пластинах П+ и П-(кл); 5пл — площадь пластин, м2.
В противном случае излучатели будут накладываться друг на друга.
При излучении часть энергии проходит через соседние пластины из-за искривления линий напряженности на краях конденсаторных пластин от центра [1]. От этого происходит нагрев соседних излучателей, что влияет на их эксплуатационные показатели и приводит к некачественной работе. Из этого накладываем второе требование:
d = a2r,
где а — коэффициент, учитывающий нагрев соседних пластин.
Значение а меньше единицы и зависит от используемого диэлектрика на поверхности пластин, а также свойств среды, через которую проходит электромагнитное излучение и мощности самого излучения.
Напряженность электромагнитного поля определяется так [2]:
E (хо, Уо, Zo) = -grad(9) = (Ex, Ey, Ez),
где x0, y0, z0 и x, y, z — координаты_произвольных точек и точек на плоскости излучателя; E (х0, y0, z0) — напряженность электростатического поля, В/м; ф — электро-
Т. Z7 ЭФ Z7 дф
статический потенциал, В; Ex =----------; Ey =----;
дф дхо dyo
Ez =-----; — частные производные электростатическо-
dZo
го потенциала.
Животных можно разделить на три группы: первотельные, у которых размер вымени наименьший; коровы от 3-х до 6-ти лактаций и третья группа — более 6 лактаций. Если сделать пластины на среднее или большое вымя, их невозможно будет применять при меньших обрабатываемых объемах.
Физиологически размеры вымя отличаются у каждой коровы и в основном представляют овальную форму, близкую к круглой, поэтому аппроксимируем и будем рассматривать ее как окружность с радиусом г (рис. 2), накладываем первое требование к размерам пластин:
d < 2г,
где г — приближенный радиус вымени, d — линейные размеры пластин.
В свою очередь ф зависит от площади пластин, а также поверхностной плотности заряда, упрощенно можно рассмотреть так:
Я
ф =
-g( Xi, Уі, Zi),
(2)
где к — постоянная, зависящая от диэлектрических параметров; 5 — площадь пластин П+ и П-; g(xi, у;, z\) — функция, зависящая от координат расположения пластин и произвольных точек, в которых будут искать потенциал.
Из формул (1) и (2) можно заключить, что с уменьшением площади пластин потенциал и напряженность поля увеличиваются. Максимальный охват облучаемого объема достигается увеличением площади пластин, которая в свою очередь зависит от физиологических параметров животных. Следовательно, находим максимальную площадь для пластин исходя из параметра d. При исследовании размеров вымени оказалось, что отношение длины вымени к глубине приблизительно равно 1 [3], в данном случае погрешность составляет несколько процентов и не имеет значительного влияния. Наибольшие размеры по высоте и по длине будут равны.
Рассмотрим площади излучателей и для этого выразим их через ^ Для пластин 1 (рис. 3) d = а,
а
Рис. 3. Сравнение излучателей разной формы:
1 — излучатель квадратной формы; 2 — излучатель круглой формы: а — длина электрода 1;
Я — радиус электрода 2
для круглых электродов d = 2Я. Сравним площади излучателей:
51 = d2; 52 = п—.
1 2 4
Из отношения 51 к 52 видим, что площадь квадратной пластины больше круглой в 4/п раз, следовательно, можно заключить, что форма с большей площадью является более выгодной по отношению к круглой, так как при максимальной плотности излучаемой энергии, при которой не наступает ожог, поверхность излучателя больше у квадратной пластины. Далее при исследовании конкретной формы заболевания можно установить опти-
мальную мощность, при которой животное выздоравливает.
Применением электродов данной конструкции достигается сразу двойной эффект: с увеличением площади электромагнитное поле охватывает наибольший объем живой ткани, а также позволяет увеличить полезную мощность на 27 % по сравнению с круглыми излучателями.
Рассмотренная методика позволяет найти параметры излучателей квадратной формы, рассчитанные на три группы животных.
Практическое применение электродов данной конструкции позволит наиболее эффективно использовать свойства УВЧ-терапии при заболевании коров маститом, снизит затраты на использование медикаментов и ветеринарного персонала, а также позволит проводить профилактику заболеваний без выбраковки молока и осуществлять лечение в процессе технологического ухода за животными.
Список литературы
1. Калашников, С.Г. Электричество: учеб. пособие. — 5-е изд., испр. и доп. / С.Г. Калашников. — М.: Наука, 1985. — 576 с.
2. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники: в 2-х т.: учебник для вузов. — Т. 2. — 3-е изд., пе-рераб. и доп. / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчан. — Л.: Энер-гоиздат, 1981. — 416 с.
3. Крупный рогатый скот. Содержание, кормление, болезни, диагностика и лечение: учеб. пособие. — СПб.: Лань, 2007. — 624 с.
