Технологическая ячейка для измерения удельной электропроводности пота на кожных покровах

Возможными причинами поражения электрическим током могут быть следующие факторы: неожиданное появление напряжения там, где его в нормальных условиях не должно быть; прикосновение человека к неизолированным токоведущим частям; несогласованность и ошибочные действия обслуживающего персонала; случайное прикосновение к токоведущей детали из-за незнания, спешки, действия отвлекающих факторови т. д.

При эксплуатации прибора возможно несколько путь протекания тока "рука-рука", "рука-нога" при непосредственном касании электродов. Если человек, стоящий на земле, касается рукой неизолированных токоведущих частей, то ток протекает по пути "рука - нога".Изоляция человека от земли может обеспечиваться сопротивлением пола и обуви. В этом случае ток проходит по пути "рука - рука" или "голова - рука".

Оценка опасности электропоражения заключается в расчете (или измерении) протекающего через тело человека тока Ih или напряжения прикосновения Uпр и в сравнении этих величин с предельно допустимыми их значениями (Ihдоп и Uпрдоп ) в зависимости от продолжительности воздействия тока.

Оценка электропоражения проводится в нормальном режиме работы электроустановки и в аварийном, т. е. в режиме, при котором могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с установкой (например, при замыкании электропитания установки на ее корпус или другие электропроводящие части в результате нарушения изоляции).

Оценка опасности в таких случаях позволяет определить необходимость применения способов и средств защиты, а максимально возможные и предельно допустимые значения тока, проходящего через тело человека, или допустимые напряжения прикосновения служат исходными данными для их проектирования и расчета.

Максимально возможные значения тока, протекающего через тело человека, рассчитываются по формулам, представленным в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Формулы для расчета электрического тока, проходящего через тело человека I при однопроводном прикосновении в двухпроводных сетях переменного тока

В таблице 8.1 приняты следующие обозначения: R₁, R₂, R₃ -- активное сопротивление изоляции фазных проводов по отношению к земле; С₁, С₂, С₃, -- электрическая емкость фазных проводов по отношению к земле; Z -- реактивное сопротивление фазных проводов по отношению к земле (Z=R+1/jwC), где w = 2рf-- круговая частота); U_ф -- фазное напряжение; U_л-- линейное напряжение (U_л= *U_л); R_сh -- полное сопротивление в цепи тела человека; U-- напряжение двухпроводных сетей переменного тока.

При расчетах I_h по формулам, приведенным в таблице1 Z и R при нормальном режиме работы электрических сетей напряжением до 1000 В принимаются равными 500 кОм.

При расчете полного сопротивления в цепи тела человека R_сh, которое включает в себя сумму сопротивлений тела человека R_h, обуви R_оби основания (пола или грунта), на котором стоит человек R_ос, сопротивление собственного тела человека следует принимать равным 6 кОм при U_пр< 50 В.

Ток прикосновения при нормальном режиме работы:

I_h=U/(2R_ch+R)=0,018 мА (9.1)

Ток прикосновения при аварийном режиме работы:

r_зм=4Ом

R_э=R₂*r_зм/(R₂+r_зм)=7,99 Ом (9.2)

I_h=UR₁/(R₁*R_э+R₁*R_ch+ R_ch* R_э)=1,49 мА(9.3 )

Предельно допустимые (наибольшие допустимые) значения напряжения прикосновения и токов, проходящих через тело человека, для нормального (неаварийного) и аварийного режимов работы электроустановок приведены в таблицах 9.2 и 9.3.

Таблица 9.2 -Предельно допустимые значения прикосновения U_прдоп и тока,проходящего через тело человека I_h при нормальном (неаварийном)режиме работы установок

Примечание. Настоящие нормы (таблица 2) соответствуют продолжительности воздействия тока на человека не более 10 мин в сутки. Для лиц, выполняющих работу в условиях высокой температуры (более +25°С) и влажности воздуха (относительная влажность более 75 %), приведенные нормы должны быть уменьшены в три раза[27].

Рассчитанный ток прикосновения при нормальном режиме работы значительно меньше предельно допустимого тока.

Чем дольше человек находится под действием тока, тем серьезнее последствия(рисунок 9.1). Для переменного тока допустимыми величинами являются:

1 для 500 мА - 0,1 секунды

2 для 65 мА - 1 секунда

3 для 1 мА - нет ограничений

Рисунок 9.1 - Последствия влияния электрического тока на организм человека

Таблица 9.3 - Предельно допустимые значения напряжения прикосновения U_пр и тока, проходящего через тело человека I_h при аварийном режиме работы установок

Электробезопасность персонала обеспечивается конструкцией электроустановок, организационными и техническими мероприятиями, а также техническими способами, средствами и приспособлениями.

Организационные мероприятия включают в себя требования к персоналу (возраст, медицинское освидетельствование, обучение, проверка знаний и др.); осуществление допуска к проведению работ; организацию надзора за проведением работ и др.

Технические мероприятия в действующих установках со снятым напряжением при работах в электроустановках или вблизи их предполагают отключение установки (или ее части) от источника; снятие предохранителей; отсоединение концов питающих линий; применение заземления и др.

Для предотвращения возможности поражения электрическим током необходимо использование средств, изоляция которых выдержит рабочее напряжение электроустановок и с помощью которых допускаются работы в электроустановках под напряжением и изолируют руки работников от токоведущих частей или частей, оказавшихся под напряжением.

Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока. Напряжение питания не превышает данные значения, поэтому выполнение защиты не обязательно.

Основная изоляция токоведущих частей должна покрывать токоведущие части и выдерживать все возможные воздействия, которым она может подвергаться в процессе ее эксплуатации. Удаление изоляции должно быть возможно только путем ее разрушения [28].

Наиболее опасен переменный ток частотой 20 - 100 Гц. При частоте меньше 20 Гц и больше 100 Гц опасность снижается. Токи частотой свыше 500000 Гц не вызывают электрические удары, но дают термические ожоги. Так как диагностика проводится при частоте тока 1кГц и рассчитанное значение тока прикосновения при аварийном режиме работы I_hменьше наибольшего допустимого значения для переменного тока частотой 400Гц, следовательно, разрабатываемая технологическая ячейка имеет высокую степень безопасности и его эксплуатация не угрожает здоровью пациентов и персонала.

9.2 Выводы

Произведен расчет токов прикосновения при нормальном и аварийном режимах работы. Обеспечена электробезопасность при эксплуатации технологической ячейки для измерения удельной электропроводности пота на кожных покровах. Технологическая ячейка имеет высокую степень безопасности и ее эксплуатация не угрожает здоровью пациентов и персонала.

Заключение

В результате дипломного проектирования рассмотрены существующие методы диагностирования гипергидроза: проба Минора, метод гравиметрии и эвапометрии. Так же рассмотрены методы измерения сопротивления и проводимости кожи и биологических тканей, приведены примеры измерительных приборов: устройство для отбора и исследования проб пота, устройство для исследования интенсивности потоотделения.

Проведенный анализ показал, что на сегодняшний день нет четких количественных показателей, которые объективно говорили о наличии гипергидроза и его степени. В настоящей работе поставлена задача разработки простого, экономически выгодного и вместе с тем объективного устройства диагностики повышенного потоотделения проблемных зон человека.

В данной работе представлена методика измерения импеданса биоткани, в ходе которой сопротивление замерялось на нескольких частотах. По результатам этих измерений выбрана одна частота f=1кГц, вносимая наименьшую ошибку.

Разработана структурная схема технологической ячейки для измерения удельной электропроводности кожных покровов, которая включает следующие блоки: питания, измерительный мост, генератор частоты 1кГц, блок микроконтроллерный, клавиатуры, индикации, усиления. Также разработана схема электрическая принципиальная проектируемой технологической ячейки.

В результате выполнения дипломного проекта разработан алгоритм работы технологической ячейки для измерения удельной электропроводности кожных покровов. В соответствии с алгоритмом микроконтроллер вычисляет значение удельной электропроводности, данное значение отображается на жидкокристаллическом индикаторе и может быть передано на компьютер.

Разработана плата печатная и сборочный чертеж технологической ячейки для измерения удельной электропроводности кожных покровов. Рассчитанная вероятность безотказной работы равна 85 процентам, что гарантирует надежную работу.

Также разработан сборочный чертеж изделия, удовлетворяющий современным требованиям.

Рассчитанный уровень технологичности больше единицы, что соответствует достаточной степени обработки на технологичность. Разработан комплект технологической документации.

В результате технико-экономического обоснования инвестиций по производству технологической ячейки для измерения удельной электропроводности пота на кожных покровах были получены следующие значения показателей его эффективности:

1 Чистый дисконтированный доход за четыре года производства составит 75687.9 тысяч рублей;

2 Все инвестиции окупятся на третий год;

3 Рентабельность инвестиций составляет 34.9 %.

Таким образом, производство нового вида изделия является эффективным и инвестиции в его производство целесообразны.

Произведен расчет токов прикосновения при нормальном и аварийном режимах работы. Обеспечена электробезопасность при эксплуатации технологической ячейки для измерения удельной электропроводности пота на кожных покровах. Технологическая ячейка имеет высокую степень безопасности и ее эксплуатация не угрожает здоровью пациентов и персонала.

Список используемых источников

[1] Федеральный лечебно-реабилитационный центр Росздрава[Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.sweat.ru/-Дата доступа: 20.01.2011.

[2] Центр Лечения Гипергидроза[Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа:http://ladoni.ru/-Дата доступа: 20.01.2011.

[3] Стебунов, С.С. Первичный гипергидроз: диагностика и лечение / С.С. Стебунов. -- Минск., 2007. -- 209 с.

[4] Центр Лечения Гипергидроза[Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.hyperhidrosis.ru-Дата доступа: 28.01.2011.

[5] Пат. 1085590 СССР, ПМК А 61 В 10/00. Устройство для отбора и исследования проб пота / Буряк Л.И., Беляев А.А.; заявитель и патентообладательДнепропетровский ордена Трудового Красного Знамени медицинский институт -- № 3448168/28--13; заяв. 31.05.82; опубл. 15.04.84

[6] Пат. 1334 U Республика Беларусь, МПК А 61 В 10/00. Устройство для исследования интенсивности потоотделения / Соколов С.М., Ганжа В.Л., Федорович С.В., Скепьян Н.А., Пилькевич Р.Н.; заявители и патентообладатели гос. учреждение "Республиканский научно-практический центр гигиены", гос. науч. учреждение "Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова" НАН Беларуси -- № u 20030382; заяв. 03.09.03; опубл. 30.03.04

[7] Метод Фолля[Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://s5s.ru/foll.htm/-Дата доступа: 30.01.2011.

[8] Пат. 2145186 Российская Федерация, ПМК А 61 В 5/05, А 61 Н 39/00. Способ Карасева А.А. измерения электропроводимости ткани биологического объекта / Буряк Л.И., Беляев А.А.; заявитель и патентообладатель Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени медицинский институт -- № 3448168/28--13; заяв. 31.05.82; опубл. 15.04.84

[9]Пат.747917 USA МПКA61B 5/05 A61B5/04.MEASIIRIMI.M SYSTEM VM1 ELECTRODE FOR MEASUKIV: SKIN IMPEDANCE IN ЛSMALL REGION OF SKIN/ Woo-young Jang, Young-baePark, Sang-hoon Shin, Jin-wook Choi;Assignee: Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, filed - jul. 23. 2003; publ - jun. 24. 2004

[10] Пат РФ 2175213 МПК A61B5/053, A61H39/02Устройство для измерения электрокожного сопротивления Авторы:Плахова Н.М.,Селезнев А.Т. / Заяв: Воронежская государственная медицинская академия имени Н.Н. Бурденко, Плахова Наталья Михайловна,Селезнев Александр Тихонович

[11] Ким, В.М. "Формальное описание показателей электропунктурной диагностики и их структурная факторизация для популяционных задач." - М. : Паимс, 1998 - с. 224.

[12] Черныш, И.М. "Обоснование выбора реперных точек в электропунктурной диагностике." Сборник материалов конгресса / И.М.Черныш, А.А. Гуров "Традиционная медицина -- 2000". Элиста, 27-29 сентября 2000 г. М.,2000. -c.590.

[13] Сташин, В. В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В. В. Сташин, А. В. Урусов, О. Ф. Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -c.460.

[14] Титце, У. Полупроводниковаясхемотехника: справочное руководство. / У.Титце, К.Шенк, Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 512 с.

[15] Костюкевич, А. А. Технология средств медицинской электроники : метод. указания / А. А. Костюкевич. - Минск :БГУИР, 2006. - 31с.

[16] Носенко, А.А Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. Методическое пособие в 4-х частях. Часть 2. Расчет экономической эффективности инвестиционных проектов/ А.А. Носенко, А.В. Грицай. - Минск: БГУИР, 2002 - 56 с.

[17] Промдекс [Электронный ресурс]- Москва, 2009. - Режим доступа: http://www.95364.promdex.com- Дата доступа: 01.05.2011.

[18] Белэлектрод[Электронный ресурс]- Минск, 2007. - Режим доступа: http://www.belel.by- Дата доступа: 01.05.2011.

[19]Резонит [Электронный ресурс]- Москва, 2009. - Режим доступа:http://www.fr4.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[20] Адгезия [Электронный ресурс]- Минск, 2008. - Режим доступа: http://chemi.by- Дата доступа: 01.05.2011.

[21] Запчасти и оборудование[Электронный ресурс]- Москва, 2011. - Режим доступа:http://service4service.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[22]Моспровод [Электронный ресурс]- Москва, 2009. - Режим доступа:http://www.mos-provod.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[23] Альфалидер [Электронный ресурс]- Минск, 2004. - Режим доступа: http://www.alider.by- Дата доступа: 01.05.2011.

[24] Терраэлектроника[ Электронный ресурс]- Москва, 2004. - Режим доступа:http://www.terraelectronica.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[25] Радиотех-Трейд [Электронный ресурс]- Москва, 1997. - Режим доступа:http://www.rct.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[26] Эк-зип [Электронный ресурс]- Москва, 1997. - Режим доступа:http://www.zip-2002.ru- Дата доступа: 01.05.2011.

[27] Михнюк, Т.Ф. Охрана труда: учеб. пособие для студентов учреждений, обеспечивающих получение высшего образования по специальностям в области радиоэлектроники и информатики/ Т.Ф. Михнюк. -- Минск: ИВЦ Минфина, 2007. - 320 с.

[28] Проект Русский Кабель [Электронный ресурс]- Москва, 1999. - Режим доступа: http://www.ruscable.ru - Дата доступа: 29.04.2011.

Размещено на Allbest.ru