ВТОРАЯ ПРОФЕССИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА

В процессе создания любительских конструкций могут потребоваться приборы и оборудование, приобрести которые зачастую непросто. В таких случаях на помощь приходит смекалка, и умельцы делают всё необходимое своими руками. Мы расскажем о том, как можно сделать самый настоящий самописец-терморегистратор из старого электрокардиографа типа ЭК1Т-03М (рис. 1).

Этот прибор может потребоваться для измерения и регистрации температуры конкретной области (детали) в течение некоторого времени. Поясним на примере. Собирая мощный компьютер своими руками, вы можете столкнуться с проблемой перегрева процессора. Для его охлаждения потребуется система охлаждения, которая заведомо исключит риск выхода из строя «компьютерного мозга». Хорошо, если вы владеете соответствующей методикой расчётов. А если нет? Можно, конечно, сразу включить компьютер и посмотреть — «сгорит» процессор или нет? Вряд пи вас удовлетворит печальный исход такого эксперимента… Гораздо лучше проверить работоспособность системы охлаждения в модельных условиях, измеряя рост температуры радиатора, с которым впоследствии будет контактировать процессор. Используя при этом модельный источник тепла и терморегистратор, вы легко сможете подобрать параметры конструкции, при которых процессор будет гарантирован от перегрева.

Рис. 1. Внешний вид прибора:

1 — кнопка включения сети; 2 — индикатор включения сети; 3 — регулятор накала пера; 4 — вилка для подключения кабеля отведений; 5 — переключатель отведений; 6 — регулятор смещения пера; 7 — кнопка калибровки; 8 — кнопка переключения скорости; 9 — кнопка успокоения; 10 — кнопка записи; 11 — переключатель чувствительности

Рис. 2. Рулон термобумаги длиной 50 метров обеспечивает 30 минут непрерывной записи показаний прибора

Полезно упомянуть о принципе действия самодельного терморегистратора. В технике хорошо известны способы измерения температур при помощи термоэлектрических термометров (термопар). Термопара представляет собой два проводника из различного материала, составляющих общую электрическую цепь (см. рис. 3). Если температуры мест соединений (спаев) термопары неодинаковы, то возникает термо-ЭДС — и по цепи протекает ток. Термо-ЭДС тем больше, чем больше разность температур спаев. Соединив термопару с самописцем, получим устройство, позволяющее фиксировать изменения температур с течением времени.

Одноканальный электрокардиограф ЭК1Т-03М неплохо подходит для целей регистрации термо-ЭДС термопар. Действительно, электрокардиограф предназначен для измерения напряжений в диапазоне от 0,03 до 4 милливольт (мВ). Чувствительность прибора устанавливается переключателем и может составлять 5, 10 и 20 мм/мВ. При скорости движения ленты самописца в 25 мм/с рулона термобумаги 50-метровой длины (рис. 2) хватает примерно на полчаса непрерывной работы, что для любительских целей более чем достаточно.

Использование электрокардиографа как регистратора температуры, по сути, не требует никаких переделок. Необходимо только иметь дополнительно одну или несколько термопар и знать, как выполнить все необходимые подключения. Несмотря на то, что к электрокардиографу обычно прилагается инструкция, остановимся на некоторых основных моментах, важных с точки зрения измерения температур.

Рис. 3. Типы термопар:

1 — горячий спай; 2 — холодный спай; 3 — холодные спаи (хромель; алюмель; медь)

Прежде всего, необходимо подключить к прибору сетевой кабель и так называемый «кабель отведений», обычно состоящий из пяти проводов разного цвета. Согласно инструкции, при измерении кардиограмм провода кабеля отведений подсоединяются к электродам: R красный — на правой руке; L жёлтый — на левой руке; F зелёный — на левой ноге; N чёрный — на правой ноге; С белый — на грудной клетке. Для измерения температур будем использовать пары проводов, соответствующие трём стандартным отведениям: 1. R красный — L жёлтый (рука — рука); 2. R красный -F зелёный (правая рука — левая нога); 3. L жёлтый — F зелёный (левая рука — левая нога).

На верхней панели прибора есть переключатель, который устанавливает режим измерений по конкретному номеру отведения.

Устанавливаем переключатель в положение 1-го отведения и подсоединяем к красному и жёлтому проводам выводы термопары. Места соединения проводов и термопар опускаем в термос со льдом (ниже мы поясним, для чего это делается). Аналогично подсоединяются термопары для двух других отведений — к ним имеются соответствующие положения переключателя. Терморегистратор почти готов к работе.

Где взять термопару? Изготовить её можно и самостоятельно по технологии, многократно описанной в технической литературе, и останавливаться на этом подробно вряд ли имеет смысл. Но если у вас есть мультиметр, то посмотрите внутрь его фирменной упаковки. Многим и невдомёк, что прилагаемый к прибору двойной тонкий провод в белой оплётке с крошечным шариком на конце как раз и является термопарой.

Перед тем как производить запись показаний термопар с помощью терморегистратора, следует оценить диапазон возможных измерений температуры. Вспомним — электрокардиограф ЭК1Т-03М предназначен для измерения напряжений в диапазоне от 0,03 до 4 милливольт (мВ). При этом термо-ЭДС хромель-копелевых термопар в диапазоне температур от 0 до 100°С меняется от 0 до 6,9 мВ. То есть такими термопарами, в данном случае, логично измерять температуры в несколько десятков градусов. Термо-ЭДС хромель-алюмелевых термопар в диапазоне температур от 0 до 100°С меняется от 0 до 4,09 мВ. Следовательно, появляется возможность регистрировать с помощью электрокардиографа температуры уже до 100°С. Если же использовать специальные платинородиевые термопары, то верхний предел определяемой температуры приблизится к 500°С.

При измерениях с помощью термопар необходимо помнить о поправке на холодный спай (рис. 3). Дело в том, что в процессе измерения температуры один спай цепи термопары, так называемый холодный спай, должен находиться при 0°С (в термосе со льдом), а другой — горячий спай — в среде, температуру которой надо измерить. Таблицы термо-ЭДС различных термопар составлены именно для случая, когда холодный спай находится при 0°С. Если по каким-либо причинам не удаётся поместить холодный спай в среду с температурой 0°С и он находится при комнатной температуре (например, при 20°С), то в этом случае возникающая термо-ЭДС соответствует разности температур горячего и холодного спаев и при определении температуры нужно ввести так называемую поправку на холодный спай. Для этого следует измеренную термо-ЭДС сложить с термо-ЭДС, соответствующей температуре холодного спая (20°С), и по полученному значению определить температуру, используя табличные данные.

Перед включением прибора необходимо установить в отсек лентопротяжного механизма рулон регистрирующей термобумаги. Запись сигнала будет производиться специальным тепловым пером, которое в процессе работы нагревается примерно до 300°С. Электрокардиограф имеет специальную кнопку калибровки «1mV», нажатие которой позволит записать на ленту специальные калибровочные сигналы, указывающие на чувствительность прибора (рис. 4). Кнопкой «М» запускается лентопротяжный механизм регистратора и тепловое перо записывает на ленте изменение термо-ЭДС термопары.

Рис. 4. Запись калибровочного сигнала 10 мм/мВ

Рис. 5. Запись колебаний температуры в 10 — 15 градусов

На рис. 5 приведена запись показаний хромель-копелевой термопары при ежесекундном опускании её в ёмкость с подогретой водой. Хорошо видны рост и падение температуры горячего спая при установленной чувствительности и калибровочном сигнале 10 мм/мВ. Самописец-регистратор температуры на базе старого кардиографа работает.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электрокардиограф ЭК1Т-03М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 2-я редакция, 1985 г.

2. Теория и техника теплофизического эксперимента, Москва, Энергоатомиздат, 1985 г.

3. Зубарев В., Александров А., Охотин В. Практикум по технической термодинамике, Москва, Энергоатомиздат, 1986 г.