Обработка экспериментальных данных

Лабораторная работа № 2

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Без разрешения

Преподавателя

стенд не включать!

Экспериментальная часть

Описание измерительного стенда

Исследование электрического сопротивления тела человека осу­щест­в­ля­ется на лабораторном стенде (рис. 1), позволяющем измерить ве­ли­чи­ну полного сопротивления тела человека Z_h на разных частотах пере­мен­ного напряжения U_h и оценить параметры эквивалентной схемы (рис. 2).

Рис. 1. Схема лабораторного стенда

 

Рис. 2. Эквивалентная схема протекания тока через тело человека:

1 – электроды; 2 – эпидермис; 3 – внутрен­ние ткани и органы, включая дерму; I_h – ток, протекаю­щий через тело человека; U_h – напряжение, при­ложенное к электродам; R_н – активная со­ставляющая сопротив­ления наружного слоя кожи; C_н – ём­кость условного конденсатора, обклад­ками которого являются электрод и хорошо про­водящие ток ткани тела человека, а диэлектриком – эпидермис; R_вн – активное сопротивление внут­ренних тканей, включая дерму.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. Начертить таблицу 1, используя следующие значения частот: 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000, 20000, 50000 и 90000 Гц.

Таблица 1

Фамилия, И.О. испытуемого
Переменный ток, Uh = 1 В
Частота ƒ, Гц	S1 = 3 см2	S2 = 10 см2
M	Io, мкА	Ih, мкА	Zh, кОм	M	Io, мкА	Ih, мкА	Zh, кОм
···
90 000

Указанные в таблице частоты устанавливаются переключателями «N» и «ƒo »: ƒ = N · ƒo.

2. Включить тумблер «Сеть» (при этом загорается сигнальная лампа).

3. Установить переключатель «Род тока» в положение «~ » (переменный).

4. Установить тумблер «Площадь электродов» в положение «S1 ».

5. Для каждого значения частоты, указанного в табл. 1, измерить ток через тело человека I_h = М·I_o, мкА, где М – масштаб измерения; I_o - показание микроамперметра. Для этого:

6. Один из членов бригады (испытуемый) накладывает ладони на электроды площадью S1, обеспечивая плотный контакт каждой ладони со всей поверхностью соответствующего электрода. Плотность контакта в процессе исследования должна быть одинаковой.

7. Установить переключатель «М » измерителя тока в такое положение, при котором стрелка прибора I_o находится на участке шкалы от 20 до 50 мкА. Записать значения М и I_o в таблицу 1 в строку, соответствующую выбранному значению частоты f (в столбцы для площади S1).

Звуковой сигнал в момент считывания показаний со шкалы прибора I_o указывает на срабатывание схемы ограничения тока I_h и недостоверного измерения. В этом случае в таблицу 1 записывается знак «*».

8. Убрать ладони с электродов, установить следующее значение частоты и повторить пп. 6 – 8.

Внимание. Время контакта ладоней с электродами должно быть минимально необходимым (примерно 2 – 3 с) для установки значения «М » и незамедлительной фиксации I_o. Это время следует поддерживать в процессе эксперимента по возможности постоянным.

9. Установить тумблер «Площадь электродов» в положение «S2 » и повторить измерения по пп. 6 – 8, записывая значения М и I_o в столбцы для площади S2.

10. Рассчитать для каждого значения частоты переменного напряжения и площади электродов величину тока через тело человека I_h = М·I_o.

Обработка экспериментальных данных

1. Для каждого значения частоты f и площади электродов рассчитать зна­че­ние сопротивления тела человека Z_h по формуле Z_h = 1000 ·U_h / М·I_o, кОм, где U_h = 1В – величина переменного напряжения. Вычисленные значения Z_h занести в таблицу 1.

2. Рассчитать параметры R_вн ,R_н и С_н эквивалентной схемы сопро­тив­ления тела человека (рис. 2) для электродов площадью S1 и S2:

– из табл. 1 на частоте 10 Гц находим Z_{h 10} и принимаем активное сопро­тив­ление тела человека R_h = 2 ·R_н + R_вн = Z_{h 10};

– из табл. 1 на частоте 90000 Гц находим Z_{h 90000} и принимаем R_вн = Z_{h 90000}, полагая, что на такой большой частоте ёмкостные сопротивления X_Сн конден­саторов С_н намного меньше активного сопротивления внут­ренних тканей R_вн (X_Сн << R_вн) и полностью шунтируют активные сопротив­ления наружного слоя кожи R_н;

– на основе полученных величин R_h и R_вн вычисляем величины активных сопротив­лений наружного слоя кожи по формуле R_н = 0,5· (R_h – R_вн);

– определение величин ёмкостей С_н:

Комплексное сопротивление тела человека определяется по эквива­лентной схеме рис. 2:

где — реактивное сопротивление ёмкости С_н,

— частота переменного напряжения.

Модуль комплексного сопротивления тела человека

= .

Возведя в квадрат левую и правую части уравнения, получим

,

откуда и определим величину ёмкости С_н для частоты f:

.

Здесь С_нf измеряется в мкФ, R_н и Z_hf в кОм, f в кГц.

По приведённой формуле рассчитать величины ёмкостей С_н на частоте 50 Гц для электродов S1 и S2 и сравнить их между собой.

Результаты расчётов занести в табл. 2.

Таблица 2

Электроды	Rвн, кОм	Rн, кОм	Сн, мкФ
S1
S2

Содержание отчёта

1. Эквивалентная схема цепи протекания тока через тело человека.

2. Необходимые для расчёта формулы.

3. Таблицы с экспериментальными и расчётными данными.

4. Графики зависимостей Z_h1 =F₁ (f) и Z_h2 = F₂ (f) для электродов площадью S1 и S2 в одной координатной системе. Частоты f на графике откладывать через одинаковые расстояния.

5. Расчёт параметров эквивалентной схемы для цепи протекания тока

частотой 50 Гц через тело человека для электродов S1 и S2.