дится в просвет сосуда и соединяется эластичной трубкой со штуцером 6, причем предварительно измерительный резервуар заполняется физиологическим раствором.

Описанный датчик применен в манометре ЭММ-1, который предназначен для измерения артериального и венозного давления. В комплект манометра помимо датчиков, использующих механотрон 6МХ1С, входит электронный блок, который обеспечивает питание механотрона и измерение его выходного сигнала. Манометр ЭММ-1 выпускается серийно двух- и четырехканаль-ным, причем каждый канал, снабженный отдельным датчиком, для регистрации давления имеет выход на самописец типа Н-327 (или Н-338).

Измерение давления прибором, как правило, обеспечивается с погрешностью ±57о двумя различными датчиками, один из которых (с «мягкой» мембраной) рассчитан на диапазон О-25 и 0-50 мм рт. ст., а второй (с более жесткой мембраной) - на диапазоны 0-150 и О-250 мм рт. ст.

На основе механотронных преобразователей созданы приборы для регистрации изменения объема концевых фаланг пальцев человека - плетизмографы. В датчике пальцевого плетизмографа (рис. 7.1,6) мембрана 1 выполняется из очень эластичного тонкого материала (например, из тонкой резины). Центр мембраны через тягу 2 связан со штырем механотрона 3, который укреплен в корпусе 4. Мембрана является одной из стенок резервуара 5, который манжетой 6 связан с пальцевой камерой 7 датчика. При помещении концевой фаланги пальца 8 в камеру 7 с помощью резиновой прокладки 9 вокруг пальца создается герметичное уплотнение. Пульсовое колебание объема концевой фаланги пальца (у здорового человека оно составляет 40-50 мм) вызывает изменение давления в резервуаре 5, в результате чего мембрана / прогибается и перемещает штырь механотрона 3, с помощью которого регистрируется пле-тизмограмма - кривая изменения во времени объема концевых фаланг пальцев. В плетизмографических датчиках целесообразно использовать механотроны типов 6МХ1Б и 6МХ9Б, имеющие кинематические системы малой жесткости.

При этом, обладая достаточно высокой чувствительностью, механотронные плетизмографы позволяют регистрировать изменения объема концевой фаланги пальцев человека с точностью до 0,01 мм. 214

Большой практический интерес представляет механотронный манограф [90], предназначенный для плетизмографических измерений (окклюзионная плетизмография, определение тонуса вен и артерий и т. п.), а также для регистрации объемной скорости дыхания (пневмография).

На рис. 7.1,в представлена схема механотронного датчика сфигмографа - прибора для графической регистрации пульсовых колебаний крупных кровеносных сосудов, например сонной, лучевой и бедренной артерий [90]. Датчик состоит из механотрона 1, укрепленного в корпусе 2, и легкого подвижного цилиндра 3 (так называемого пелота), который соединяется с корпусом датчика посредством двух эластичных мембран 4, имеющих прорезь для уменьшения жесткости подвижной системы. В нерабочем состоянии пелот датчика несколько выступает за мягкую резиновую воронку 5. При работе датчика его пелот прижимается к стенке сосуда, причем мягкая воронка способствует устранению напряжения кожи мышечных тканей в области исследования. Пульсирующие перемещения стенок исследуемого сосуда передаются пелоту и фиксируются механотронным преобразователем. В качестве последнего в сфигмографах целесообразно использовать сверхминиатюрные механотроны типов 6МХ1Б и 6МХ2Б, имеющие диапазоны измеряемых перемещений соответственно О-140 мкм и ±100 мкм.

Следует отметить, что простые манометрические датчики на основе механотронных преобразователей перемещений имеют ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются невысокая точность, обусловленная влиянием на показания датчика атмосферного давления, и сравнительно большие габариты (например, погрешность измерений датчика монометра ЭММ-1 составляет 5%, габариты 50X70X120 ммз и масса 0,4 кг).

Рис. 7.2. Манотронный датчик артериального давления

Эти недостатки отсутствуют в манометрах, использующих в качестве датчиков давления манотроны. Принципиальная конструкция и электрическая схема включения манотрона типа 6МДХ11С, применяемого для измерения артериального давления прямым спосо-.бом, представлены на рис. 7.2. Измерительный резервуар / манотрона и его мембрана 2 выполнены из нержавеющей стали. Соединение измерительного резервуара с кровеносным сосудом осуществляется с помощью соединительного штуцера 3 и канюли 4. Манотронный манометр имеет следующие параметры:

Диалазоны измеряемых давлений, мм рт. ст. . . . Qi-300;

I)-160 и 0-50

Чувствительность по току к давлению, кмА/мм рт. ст.

не менее.............5

Погрешность измерений, "/о, не более ..... 1,5

Для проведения,различных исследований в области -оториноларингологии и косметологии необходимо измерять максимальный объемный расход воздуха при вдохе и выдохе как через рот, так и через нос. Для этих из- мерений применяются так называемые пневмотахомет-рЬ1 [91].

I Измерительный блок j

Рис. 7.3. Механотронный пневмотахометр

Конструкция механотронного пневмотахометра изображена на рис. 7.3. Пневмотахометр состоит из рас-ходомерной трубки с диафрагмой, механотронного датчика давления и измерительного блока.

Расходомерная трубка 1 выполнена тонкостенной из легкого материала, например из алюминия. Она снабжена диафрагмой 2, встроенной в среднюю часть трубки, причем по обе стороны диафрагмы расположены патрубки 3 Vi 4. На верхней части трубки / укреплены насадка 5, которая может использоваться для контроля вдоха (выдоха) воздуха только ртом, и специальный воздухоприемник 6, выполненный в виде резервуара из мягкой резины, раздуваемого через ниппель 7. Воздухоприемник 6 служит для приема воздуха при выдохе (вдохе) как ртом, так и носом, герметично уплотняя область расположения рта и носа по переносице, щекам н подбородку.

Патрубки 3 и 4 расходомерной трубки соединены резиновыми шлангами 8 и 9 с патрубками 10 и механотронного датчика давления, содержащего герметичный цилиндрический корпус 12 и упругий чувствительный элемент-сильфон 13. Датчик построен по дифференциальному принципу (§6.1) и измеряет разность давлений по обе стороны сильфона 13.

Пневмотахометр работает следующим образом.

При вдохе или выдохе поток воздуха проходит через расходомерную трубку / и, встречая на своем пути диафрагму 2, создает по обе стороны последней разность статических давлений, которая пропорциональна скоростному напору. Указанная разность давлений через патрубки и резиновые шланги 8 и 9 передается на механотронный датчик давлений, вызывая перемещение сильфона, а следовательно, и штыря механотрона. При этом смещается подвижный анод механотрона и изменяется его ток. Изменение тока подвижного анода приводит к разбалансу мостовой измерительной схемы, причем напряжение разбаланса моста, измеряемое (или регистрируемое) прибором ИП, в конечном счете оказывается пропорциональным величине мгновенных расходов воздуха, определяемых амплитудами вдохов и выдохов. Шкала прибора ИП предварительно тарируется в единицах расхода воздуха.

Механотронный пневмотахометр обладает высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых расходов, возможностью регистрации результатов изме-

рений с помощью быстродействующих самописцев типа Н-327 или Н-338, простотой и удобством в эксплуатации.

7.2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНОТРОНОВ В ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

В физиологии и фармакологии механотроны широко используются для регистрации сократительной активности различных биологических объектов [92, 93].

На рис. 7.4 приведена принципиальная схема устройства для исследования изолированных мышечных объектов в так называемом изометрическом режиме, при котором измеряется усилие, развиваемое исследуемым объектом при практически неизменных его размерах. Устройство состоит из механотронного преобразователя усилий 1, штырь которого посредством гибкой тяги 2 соединен с мышцей 3, помещенной в физиологический раствор (сосуд 4) и раздражаемой электрическим током, подводимым электродами 5. Электрическая схема устройства представляет собой механотронный мост, выходным прибором которого обычно является самописец типа Н-338 или Н-327.

Специально разработанный на основе механотрона 6МХ1С датчик обеспечивал возможность измерения усилий от нескольких миллиграммов (10- Н) до ЗОХ XIН. Применяя промежуточные упругие элементы.

Рис. 7.4. Схема устройства д.тя изучения сокращения изолированных мыщечных объектов

удается поднять верхний предел измерений механотронного датчика до 20-30 Н и использовать его для изучения процесса сокращения крупных мышц (например, скелетных) [92].

Наличие высокой чувствительности к силам у механотрона особенно важно для изучения кинетики сокращений одиночных мышечных волокон, так как силы, развиваемые последними при сокращении, составляют 2-10-3 н и менее. При этом если при сокращении в нормальных физиологических условиях импульс силы, развиваемый одиночным волокном, длится 50-100 мс, то сокращение его в искусственно создаваемых условиях может происходить значительно быстрее. В первом случае преобразователь, воспринимающий импульс силы, должен иметь полосу пропускания частот около 300 Гц, при резонансной частоте около 1000 Гц, во втором-соответственно 1000 Гц при резонансной частоте приблизительно 2500 Гц и более.

Высокой резонансной частотой при достаточно высокой чувствительности к силам обладают механотроны 6МХ1Б (до 1300 Гц) и 6МХ2Б (630 Гц). Эти механотроны применяются в основном при изучении быстрых сокращений мышц и мышечных полосок.

Для изучения кинетики сокращений одиночных мышечных волокон в нормальных и искусственных условиях целесообразно использовать механотрон типа 6МХ9Б, имеющий резонансную частоту более 2500 Гц и чувствительность к силам более 3 мА/сН (или около З мА/гс). Механотрон, имеющий сверхминиатюрное оформление, легко устанавливается и крепится в измерительном узле прибора.

Для измерения артериального давления в физиологических и фармакологических экспериментах широко используется манотрон 6МДХ11С (рис. 7.2) [90, 92, 93]. Этот же манотрон был применен для измерения давления спинномозговой жидкости (ликвора), которая заполняет полости спинного и головного мозга.

В механотронном датчике ликворного давления (рис. 7.5) манотрон 1 типа 6МДХ11С снабжен насадкой в виде колпачка 2, изготовленного из оргстекла. Верхняя часть колпачка выполнена конической с наконечником, на который установлена шприцевая игла 5. Боковая поверхность колпачка имеет отверстие, плотно закупоренное резиновой пробкой 4.