Введение к работе
Актуальность работы.
Современные устройства генерации колебаний потоков жидкости входят в состав различных контрольно-испытательных установок для приборов контроля нормируемых параметров, таких как, например, расход или давление различных природных сред. Одним из типов таких установок являются установки, используемые для поверки измерителей артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС). Важно, что по результатам измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений проводят первичную диагностику заболеваний сердечно-сосудистой системы. Поэтому особое значение приобретают вопросы, связанные с количественной оценкой этих величин.
Осциллометрический метод, использующийся для измерения АД цифровыми автоматизированными приборами, представляет собой регистрацию пульсаций давления воздуха в манжете, которые, в свою очередь, вызваны пульсовыми изменениями объема артерий при их сдавливании манжетой. Последующий анализ зависимости амплитуды пульсаций от уровня давления в манжете позволяет определить искомые значения АД. Главными преимуществами приборов, реализующих этот метод, являются исключение субъективной составляющей погрешности измерения, зависящей от индивидуальных особенностей человека-оператора, а также возможность попутно с артериальным давлением автоматически измерять и частоту сердечных сокращений.
Неуклонно увеличивается количество цифровых приборов, поставляемых в Россию. При этом вопросы, связанные с поверкой измерителей АД и ЧСС, стоят очень остро. Действующие нормативные документы, такие как Р 50.2.032-2004 «ГСП. Измерители артериального давления неинвазивные. Методика поверки», ГОСТ Р 51959.1-2002 «Сфигмоманометры (измерители артериального давления) неинвазивные. Часть 1. Общие требования» прописывают положения, связанные с проведением поэлементной поверки. В данном случае возрастает время проведения поверки, отсутствует возможность проведения процедуры одновременного и взаимосвязанного сличения по результатам измерения и давления, и частоты, не учитываются внутренние связи внутри поверяемого прибора.
Гораздо более эффективной альтернативой является комплектная поверка. Она подразумевает реализацию процедуры сличения сразу по двум параметрам (давлению и частоте) одновременно, учитывая внутренние связи внутри поверяемого прибора. Кроме того, максимально автоматизированная процедура поверки сокращает время ее проведения, а при внедрении соответствующих установок в производство позволяет повысить показатели статистического контроля качества выпускаемых приборов за счет увеличения производительности поверки.
Однако разработанное ранее средство комплектной поверки (патент на изобретение № 2301020) позволяет поверять только измерители АД и ЧСС с
плечевыми манжетами. В связи с этим актуальной является разработка установок для комплектной поверки измерителей АД и ЧСС как с плечевыми, так и с запястными манжетами, обладающими большей универсальностью и более высокой производительностью.
Объектом исследования данной работы является поверка цифровых измерителей АД и ЧСС.
Предметом исследования данной работы является установка для комплектной поверки измерителей АД и ЧСС.
Цель работы: разработка установок для комплектной поверки измерителей АД и ЧСС с применением усовершенствованных метода и устройства генерации колебаний потоков жидкости.
Задачи исследования.
Провести экспериментальное исследование точности цифровых измерителей АД и ЧСС с плечевыми и запястными манжетами.
Разработать устройство генерации колебаний потоков жидкости и определить формы и амплитуды импульсов генерируемого расхода жидкости в гидравлическом замкнутом контуре поверочных установок.
Разработать гидравлический имитатор давления и частоты для расширения номенклатуры поверяемых измерителей АД и ЧСС.
Методы и средства исследования.
Рассматриваемые в работе теоретические аспекты решаемых задач базируются на основе методов планирования эксперимента, положений классической гидродинамики, методов проектирования контрольно-измерительной и испытательной техники. Цифровые измерители АД и ЧСС, используемые при проведении экспериментальных исследований (1055 измерений), имеют свидетельства о поверке государственного образца. При обработке результатов экспериментов использовались математические методы анализа данных.
Научная новизна работы.
1. Усовершенствован метод генерации пульсирующих потоков,
заключающийся в выработке измерительного сигнала различных форм и амплитуд и
основанный на использовании специальных профилей выходных окон устройства
генерации колебаний, реализованных в виде различных геометрических фигур.
Впервые выявлены и экспериментально установлены регрессионные соотношения средних значений АД и ЧСС, необходимые для расчета расхода и давления рабочей жидкости в измерительных модулях поверочных установок.
Разработано устройство генерации колебаний, реализованное на базе усовершенствованного метода, позволяющее создавать пульсирующие потоки жидкости в гидравлических каналах поверочных установок и генерировать измерительные сигналы различных форм и амплитуд.
Практическая значимость работы.
1. Осуществленная аппаратурная реализация метода генерации пульсирующих
потоков в виде установок для комплектной поверки измерителей АД и ЧСС с
параллельным и последовательным соединением измерительных модулей позволяет
производить поверку измерителей АД и ЧСС как с плечевыми, так и с запястными
манжетами.
2. Разработанный гидравлический имитатор давления и частоты,
представляющий собой гидравлическую систему двух измерительных модулей,
позволяет производить комплектную поверку измерителей АД и ЧСС как с
плечевыми, так и с запястными манжетами.
На защиту выносятся:
Устройство генерации колебаний потоков жидкости в гидравлических каналах поверочных установок, основанное на использовании специальных планок, которые позволяют формировать измерительные сигналы различных форм и амплитуд.
Гидравлический имитатор давления и частоты с двумя измерительными модулями, позволяющий производить поверку измерителей АД и ЧСС как с плечевыми, так и с запястными манжетами.
Экспериментально установленные регрессионные соотношения средних значений АД и ЧСС, которые позволяют рассчитывать требуемые величины расхода и давления рабочей жидкости в измерительных модулях гидравлического имитатора давления и частоты.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов, содержащихся в диссертации, обеспечивается теоретическим обоснованием на основе методов биологической гидромеханики, совпадением теоретических результатов с данными эксперимента, а также экспертизами Федерального института промышленной собственности с выдачей патентов РФ.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на XV Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2007); Международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире» (Санкт-Петербург, 2007); Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2008); молодежной Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в торговле и экономике» (Казань, 2008); V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики» (Казань, 2009); Международной научной конференции «Научные исследования современности. Выпуск 1» (Киев, 2010); Международной научной конференции «Осенние научные чтения» (Киев, 2010).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 19 печатных работах, из них две статьи в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК РФ, три патента на изобретение и три патента на полезную модель; одна монография.
Личный вклад автора.
Автором усовершенствован метод генерации пульсирующих потоков жидкости. Автором разработаны и созданы установки для комплектной поверки измерителей АД и ЧСС, устройство генерации колебаний потоков жидкости. Автором разработана методика проведения эксперимента, проведены экспериментальные исследования, обработка, анализ и обобщение полученных результатов.
Соответствие диссертации научной специальности.
Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий и затрагивает следующие области исследования:
1) усовершенствование метода генерации пульсирующих потоков
соответствует п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование
существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной
среды, веществ, материалов и изделий» Паспорта специальности;
2) разработка устройства генерации колебаний потоков жидкости и установок
для комплектной поверки измерителей артериального давления и частоты
сердечных сокращений соответствует п. 3 «Разработка, внедрение и испытания
приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и
изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами» Паспорта
специальности.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 101 наименование, двух приложений. Работа без приложений изложена на 120 страницах машинописного текста, включая 33 рисунка, 23 таблицы.
