Роль конденсаторов в медицинской технике: применение и особенности

Конденсаторы играют важную роль в медицинской технике, обеспечивая надежное хранение и передачу электрической энергии. Они используются в различных устройствах, от дефибрилляторов до медицинских сканеров, обеспечивая стабильное питание и снижая риск возникновения сбоев.

В следующих разделах статьи мы рассмотрим, как конденсаторы помогают улучшить точность и эффективность работы медицинского оборудования, а также какие преимущества они приносят для пациентов и медицинского персонала. Мы также поговорим о последних технологических разработках в области конденсаторов, которые делают медицинскую технику еще более совершенной и безопасной.

Применение конденсаторов в медицинском оборудовании

Современная электроника направлена на две основные тенденции: уменьшение размеров и повышение надежности. Уменьшение размеров позволяет создавать устройства, которые можно носить с собой, а повышение надежности обеспечивает безотказную работу и доступность техники.

Низкая степень надежности может нанести серьезный ущерб производителю и привести к огромным финансовым потерям из-за устранения неисправностей в уже выпущенной продукции. Ненадежность коммуникационного оборудования и сетей приводит к существенным потерям для пользователей. Однако, выход из строя медицинского оборудования может стоить человеческой жизни, что не может быть оправдано финансовыми потерями.

Поэтому, применение надежных и безопасных компонентов, таких как конденсаторы, является важным аспектом в проектировании медицинского оборудования. Они обеспечивают электрическую стабильность и защиту от перенапряжения, что значительно увеличивает надежность и безопасность медицинской техники.

В нашей статье мы расскажем о возможностях новых кремниевых конденсаторов компании Murata, которые способствуют повышению надежности имплантируемых медицинских устройств, предназначенных для улучшения качества и продолжительности жизни людей. Сегмент рынка медицинской техники, связанный с имплантируемыми устройствами, продолжает активно развиваться и расширяться. Они помогают сократить зависимость от медицинских учреждений и повысить уровень самостоятельности в повседневной жизни.

Ранее имплантируемые медицинские устройства в первую очередь ассоциировались с кардиостимуляторами. Однако теперь круг таких устройств значительно расширился. Эти импланты, которые нуждаются в хирургическом вмешательстве, могут быть временными или постоянными и предназначены для поддержки жизнедеятельности человека или замены необходимых функций.

В статье приведены рисунки (Рисунок 1 и Рисунок 2), иллюстрирующие возможные примеры таких устройств и их функциональность.

Сферы использования внутренних протезов

Компания Murata предлагает керамические конденсаторы, которые необходимы для создания надежных имплантируемых устройств. В настоящее время увеличивается число хронических заболеваний, в результате чего растет рынок имплантированных устройств. Объем этого рынка оценивается десятками миллиардов долларов и ежегодно увеличивается на 5%. Схематично на рисунке 1 показаны области применения имплантов.

Имплантируемые устройства должны иметь маленький размер, так как они частично или полностью встраиваются в тело человека. Однако, их надежность должна быть на высоком уровне. Чтобы достичь этого, она зависит не только от схемотехнических решений, но и от надежности компонентов. Керамические конденсаторы играют важную роль в электронных устройствах.

При выборе имплантов, главными критериями являются надежность, долговечность и минимальные размеры, а не только электрические параметры конденсаторов. Для уменьшения размеров используются бескорпусные компоненты из полупроводников, танталов и керамики, требующие отдельного технологического процесса для установки в конструкцию. Еще одна особенность подобных конденсаторов – уменьшение емкости их при старении или увеличении напряжения. Иногда, для выбора компонента с нужной емкостью, разработчику приходится увеличивать размеры импланта.

Для обеспечения максимального срока службы батарей в имплантах необходимо уменьшить ток потребления, который может зависеть от утечек конденсаторов, особенно между шиной питания и землей, поскольку все импланты питаются от батарей.

Керамические конденсаторы — привлекательная альтернатива для использования в имплантах вместе с кремниевой матрицей, которая имеет высокую интеграцию. Кремниевые конденсаторы, изготавливаемые по МОП-процессу, обладают рядом привлекательных свойств, включая экстремально низкий ток утечки. Такие конденсаторы емкостью в сотни нанофарад при напряжении 3,6 В имеют ток утечки на уровне пикоамперов, при этом не требуется отбирать компоненты по этому параметру во время производства.

Кроме того, КК характеризуется высокой устойчивостью параметров, которая превосходит аналоги. Например, температурная стабильность КК составляет не менее 0,002% при повышении температуры до 200°C, тогда как керамические конденсаторы могут потерять до 70% своей емкости уже при 100°C. Кроме того, у группы керамических конденсаторов X7R емкость значительно снижается при напряжении 6 В, а у других групп — до 90%. В отличие от них, уменьшение емкости КК не превышает 0,1% на каждый вольт емкостного напряжения.

Для проектировщиков очень удобно использовать конденсаторы со стабильными параметрами, так как это дает возможность не учитывать факторы изменения емкости и напряжения в течение срока эксплуатации. Это значительно упрощает процесс разработки и позволяет выбирать более компактные размеры конденсаторов без риска недостаточной емкости. Кроме того, плотность емкости керамических конденсаторов может достигать 2200 НФ/м3, что является высоким показателем.

К тому же, сравнивая с конкурентами, конденсаторы данного типа обладают значительно большей надежностью. В процессе производства, при монтаже конденсатора в матрицу из кремния, его подвергают температурному воздействию в 100°C, а во время эксплуатации температура окружающей среды достигает 37°C. При таких условиях, в течение десяти лет планируемой эксплуатации, ожидаемая частота отказов конденсаторов группы X7R из керамики составит 11,5 ppm, танталовых конденсаторов – 5526 ppm, в то время как у КК — всего 1 ppm. Эта высокая надежность более чем достаточна для критически важных приложений, включая сферу применения, рассматриваемую в данной презентации.

Презентация "Применение конденсаторов" 

Эссе о применении конденсаторов было написано старшеклассницей Дарьей Выборновой из МБОУ МО Плавский район «Молочно-Дворская СОШ», и проверено учителем физики Л.Н. Шевцовой. Конденсатор – это электрический двухполюсник, способный хранить электрический заряд и энергию поля, и имеющий определенную или переменную емкость и низкую проводимость. Существует несколько разновидностей конденсаторов: По виду диэлектрика (воздушные, слюдяные, бумажные, керамические, электролитические), по форме обкладок (плоские, сферические) и по типу ёмкости (постоянные, переменные).

Конденсаторы находят применение в различных областях техники:

1. В современной радиотехнической и телевизионной аппаратуре, где они используются для создания колебательных контуров, их настройки и блокировки.
2. В радиолокационной технике для получения импульсов большей мощности.
3. В автоматике и телемеханике для создания датчиков на емкостном принципе.
4. В технике счетно-решающих устройств, где их применяют в специальных запоминающих устройствах.

5) В области электроизмерительной техники используют конденсаторы для создания образцов емкости и получения переменной емкости. 6) В лазерной технике они также находят широкое применение.

В современной электроэнергетике конденсаторы используют:

• для улучшения коэффициента мощности и эффективности работы промышленных установок;
• для компенсации продольной емкости дальних линий передач и регулирования напряжения в распределительных сетях;
• для отбора энергии от линий передач высокого напряжения и подключения специальной аппаратуры связи и защитной аппаратуры;
• для защиты от перенапряжений.

В других областях техники и промышленности конденсаторы используют:

• в металлургической промышленности для плавки и термической обработки металлов;
• в добывающей промышленности;
• в автотракторной технике для искрогашения в контактах и подавления радиопомех в схемах зажигания;
• в медицинской технике, например, в рентгеновской аппаратуре и устройствах электротерапии.

Применение конденсатора в медицине

Конденсатор – важное устройство, не только в электротехнике, но и в медицине. Он используется для хранения энергии и передачи электрических импульсов. В медицине конденсатор используется для регулирования сердечного ритма путем передачи электрических импульсов через электроды, прикрепленные к грудной клетке пациента. Также, конденсатор может использоваться для магнитно-резонансной томографии, где он создает сильное магнитное поле и обеспечивает точное изображение внутренних органов человека.

В медицине, конденсаторы находят применение в рентгеновской аппаратуре и в электротерапевтических устройствах.

Эта информация представлена на 9-м слайде презентации «Использование конденсаторов». Размер файла презентации составляет 511 КБ.

5klass.net представляет раздел Физика 10 класса, где можно ознакомиться с информацией о классификации, конструкции и основных параметрах конденсаторов, используемых в медицинской электронике. Данный раздел предлагает 9-й слайд презентации.

Использование конденсаторов в медицинской электронике: классификация, конструкции и основные параметры

Работа конденсатора основана на способности накапливать на обкладках электрический заряд при приложении к ним разности потенциалов.

Конденсаторы могут быть классифицированы по назначению на контурные, блокировочные, разделительные, фильтровые, термокомпенсирующие и подстроечные. По характеру изменения емкости они могут быть постоянными, переменными и полупеременными.

Три разновидности конденсаторов отличаются материалом диэлектрика: газообразным, жидким и твёрдым. Конденсаторы с газообразным диэлектриком включают переменные и полупеременные воздушные конденсаторы и газонаполненные постоянные. Конденсаторы с жидким диэлектриком, такие как маслонаполненные и с синтетической жидкостью, ограниченно применяются в радиоаппаратуре.

Однако конденсаторы третьего вида, которые используют твёрдый диэлектрик, наиболее распространены и имеют самое большое количество типов. Конденсаторы этого вида подразделяются на группы в зависимости от материала диэлектрика и присваиваются сокращенные обозначения. Например, керамические конденсаторы имеют номинальное рабочее значение.

В данной спецификации приведены различные типы конденсаторов, имеющих разный диапазон напряжения и материал диэлектрика. Например, есть конденсаторы с напряжением до 16000 В (К10) и свыше 1600 В (К15), которые могут быть стеклянными (К21), стеклокерамическими (К22), стеклоэмалевыми (К23) или слюдяными (К31). Также есть бумажные конденсаторы с фольговыми обкладками, которые подходят для напряжений до 2 кВ (К40) и выше 2 кВ (К41), а также бумажные конденсаторы с металлизированными обкладками (К42).

Кроме того, существуют электролитические фольговые алюминиевые (К50), танталовые или ниобиевые (К51) и танталовые объёмно-пористые (К52) конденсаторы, а также оксидно-полупроводниковые (К53) и оксидно-металлические (К54) конденсаторы. Для некоторых конденсаторов характерен вакуумный диэлектрик (К61), а другие имеют полистирольные обкладки с фольгой или металлизацией (К70 и К71), фторопластовую плёнку (К72) или полиэтилентерефталатные обкладки (К73 и К74).

В спецификации также есть комбинированные плёночные (К75) и лакопленочные (К76) конденсаторы, поликарбонатные и полипропиленовые плёночные (К77 и К78) и некоторые другие типы конденсаторов. Некоторые из них могут быть переменными вакуумными (КП1) или подстроечными воздушными (КТ22) и с твёрдым диэлектриком (КТ4). Конденсаторы, используемые в тонкопленочных гибридных и полупроводниковых ИС, обычно имеют твёрдый диэлектрик.

Современное производство конденсаторов ориентировано, главным образом, на изготовление керамических, пленочных, электролитических и оксидно-полупроводниковых моделей (рис.80). Варианты конструкций конденсаторов могут быть пакетными, трубчатыми, дисковыми, литыми секционированными, рулонными и многопластинчатыми.

Пакетные конструкции наиболее характерны для конденсаторов, изготовленных из слюды (рис.1,а — в), стеклоэмали, стеклокерамики и некоторых керамических материалов. Конденсаторы пакетной конструкции собираются из пластинок слюды и металлизированных обкладок, нанесенных на поверхность, которые чередуются в пакете 4. Обкладки соединяются фольговыми полосками 1, которые располагаются на торцах пакета и к которым припаиваются выводы 6, выполненные в виде проволочек или лент. Для создания обкладок применяют вжигание пасты на основе серебра. Конструкции пакетного типа опрессовывают и покрывают влагозащитной эмалью.

Изображено на Рис. 1 слюдяной конденсатор с металлизированными обкладками. Пластины в сборке обозначены буквой а, пакет пластин после сборки — б, а опрессованный конденсатор — в. Элементы на схеме обозначены следующим образом: фольговая полоска — 1, пластинка из слюды — 2, металлизированная обкладка — 3, пакет пластин — 4, обжимка — 5, проволочный вывод — 6, пластмассовая опрессовка — 7.

Некоторые керамические конденсаторы (рисунок 2, а и б) имеют трубчатую форму. Внешнюю и внутреннюю поверхности керамических трубок 6, толщина стенок которых составляет 0,25 мм и более, покрывают серебряными обкладками 4 и 5 методом вжигания. Для подключения гибких проволочных выводов 1 присоединяют внутреннюю обкладку к внешней поверхности трубки и создают изолирующий "поясок" 2. В миниатюрных конденсаторах провода припаивают к обкладкам без создания перехода или закручивания. Трубчатые конденсаторы покрыты влагостойким эмалевым покрытием, которое помогает определить стабильность их емкости по цвету.

Керамические конденсаторы могут быть представлены в двух типах: трубчатом и дисковом. Трубчатый вид и дисковая конструкция также могут быть различены по их общему виду и конструкции. У трубчатых конденсаторов есть проволочные выводы (1), тогда как у дисковых конденсаторов их может быть два (2, 4) — верхний и нижний.

Внешняя и внутренняя обкладки конденсатора (4, 5) сделаны из керамики, а проводящие элементы соединены припоем (3). Для некоторых постоянных и полупеременных керамических конденсаторов характерна дисковая конструкция (см. рис. 3, а, б). Серебряные обкладки (2, 4) вшиты в обе плоскости диска и имеют форму полумесяца или круга (в зависимости от типа жёсткого крепления проволочных выводов (1) и пайки проволочных выводов к обкладкам). Дисковые конденсаторы, так же, как и другие керамические конденсаторы, могут быть покрыты цветной эмалью.

Керамические конденсаторы КЛС (керамические литые секционированные – рис. 4) и КЛГ (керамические литые герметизированные) характеризуются литой секционированной конструкцией. Горячая керамика используется при производстве конденсаторов методом литья. Толщина стенок равна не менее 100 мкм, а воздушный зазор (прорезь) между ними — 130-150 мкм.

Для создания обкладок используется серебряная паста, наносимая на поверхность стенок путем их окунания. На торцах пазов производится шлифовка для коммутации секций, после этого к ним припаивают проволочные выводы. Общие обкладки также нарастаются в процессе данного процесса.

На рисунке 4 изображены керамические литые секционированные конденсаторы. В их конструкции есть керамическая заготовка (1), поверхность выводной обкладки (2) и воздушный зазор (3).

Рулонная конструкция характерна для конденсаторов сухого типа из бумаги (на рисунке 5, а и б), пленки и электролитических материалов. Бумажные и пленочные конденсаторы производятся, свертывая фольговые обкладки (2), разделенные бумагой (1) или пленкой (толщина бумаги должна быть не менее 5 мкм, для пленки — 10-20 мкм, обкладки из алюминия — 80 мкм). Обкладки металлобумажных и металлопленочных конденсаторов создаются путем нанесения тонкого металлического слоя (менее 1 мкм) на поверхность ленты из диэлектрика.

Иллюстрация 5. Бумажный конденсатор в рулоне:

а) Конструкция; б) Внешний вид; 1) Бумажный материал; 2) Фольга; 3) Герметичный корпус; 4) Проволочный вывод.

Электролитические конденсаторы создаются путем укладки бумажной или тканевой ленты, насыщенной электролитом, между двумя полосками фольги (оксидированной и неоксидированной), а затем сворачивают их в рулон. Оксидная пленка алюминия (e = 10) или тантала (e = 25) толщиной в несколько микрометров служит диэлектриком.

С такой малой толщиной диэлектрика, электролитические конденсаторы имеют высокую удельную емкость. Электролит выполняет роль второй обкладки тем самым поддерживает требуемую электрическую прочность пленки при рабочих напряжениях от единиц до сотен вольт. Он также действует как ограничивающий гасящий сопротивление в схеме конденсатора. Толщина алюминиевой фольги составляет 50-100 мкм, а танталовой до 10 мкм.

Воздушные конденсаторы переменной емкости (рис. 6) имеют типичную структуру из многих пластин. Основными компонентами, необходимыми для создания таких конденсаторов, являются корпус 4, статорные и роторные секции, а также системы, которые способны подвесить ось и статор. Важным элементом является также токосъемник 6. Секция статора создается из пластин 5 в то время как секция ротора изготавливается из пластин 10 и 11, которые были закреплены на швеллерах и оси с помощью различных методов (таких как расчеканка, пайка, отбортовка и метод напряженных посадок). Ротор, как правило, заземлен на корпус, в то время как статор изолирован от него.

При вращении оси конденсатора изменяется взаимное положение статорных и роторных пластин в пределах от 0 до 180 градусов, что непосредственно влияет на площадь их перекрытия и, соответственно, на емкость устройства. Стоит отметить, что закон изменения емкости зависит от формы роторных пластин в большей степени, нежели от статорных. Для регулировки плавности вращения оси служит подпятник 8. Крайние пластины 10 ротора можно делать разрезными, изменяя емкость в небольших пределах и подгоняя ее под требуемое значение при заданном угле поворота, что соответствует закону изменения емкости данного конденсатора.

Рис. 6. Воздушный конденсатор переменной емкости с многими пластинами: 1 – зубчатая гребенка ротора, 2 – ось, 3 – насыпной шариковый узел подшипника, 4 – корпус, 5 – пластина статора, 6 – токосъемник, 7 – валик крепления, 8 – подпятник, 9 – планка крепления, 10, 11 – разрезные и неразрезные пластины ротора.

Характеристики конденсаторов всех типов определяются номинальной емкостью, классом точности, коэффициентом температурной стабильности емкости, номинальным рабочим напряжением, сопротивлением изоляции и частотными характеристиками. Конденсаторы переменной и полупеременной емкости дополнительно характеризуются законом изменения емкости при повороте, а также значением емкости в разных диапазонах.

Общая емкость (Ф) конденсатора может быть выражена формулой:

С = Q / U,

где Q – электрический заряд, хранимый на обкладках (Кл);

U – напряжение на обкладках (В).

Емкость (пФ) конденсаторов с плоскими электродами зависит от их размеров и материала:

Если обратиться к формуле, где S — площадь обкладки, см, d — толщина диэлектрика, см, а e — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, то можно рассчитать емкость многопластинчатых, пакетных и литых секционированных конденсаторов, выраженную в пФ, при условии знания числа пластин (обкладок), обозначенного буквой n.

Емкость трубчатых конденсаторов, выраженная в пФ, зависит от длины обкладок по образующей цилиндра (обозначается буквой l, см), а также от величин внешнего (D1) и внутреннего (D2) диаметров трубки, см.

Учитывая, что толщина трубки может быть найдена по формуле D= D1 – D2, можно рассчитать емкость конденсаторов рулонного типа, где b и l — ширина и длина обкладки, нанесенной на ленту, соответственно, а d — толщина диэлектрика. Емкость Выражается в пФ.

Удельная ёмкость (измеряемая в пикофарадах на сантиметр) является важной характеристикой конденсаторов, указывающей на их качество. Она определяется как отношение электрической ёмкости к объему конденсатора. Эта величина обозначается как Суд=С/V.

ГОСТ 2519-67 устанавливает ряд значений для определения номинальной ёмкости конденсатора, начиная с 1 пФ. Однако фактическая ёмкость может отличаться от номинальной, что определяется классом точности конденсатора (установленным в ГОСТ 9661073). Класс точности указывает на допустимые отклонения ёмкости от номинальной, выраженные в процентах. Каждый класс точности имеет свой ряд номинальных емкостей: для I класса (±5%) – ряд Е24; для II класса (±10%) – ряд Е12; для III класса (±12%) – ряд Е6 (цифра после буквы обозначает количество градаций значений емкости, умножаемых на 10, где n –целое число).

Для электролитических конденсаторов номинальные ёмкости выбираются из ряда 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000; 5000.

На рисунке 8 показаны сравнительные схемы двух типов конденсаторов: высокочастотного — а и низкочастотного (электролитического) — б.

Конденсаторы с диэлектриком из бумаги или пленки, имеющие ёмкость от 0,1 мкФ и выше, могут иметь следующее номинальное значение: 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 20; 40; 60; 80; 100; 200; 400; 600; 800; 1000.

Долгосрочная стабильность ёмкости конденсаторов зависит от температуры, влажности, старения, фонового излучения и других дестабилизирующих факторов. Температура влияет на ёмкость конденсаторов большей емкости, и это воздействие оценивается температурным коэффициентом емкости (1/°C) ТКЕ=DС/(СоDt), где Со – номинальная ёмкость конденсатора при обычной температуре, пФ; DС – отклонение ёмкости при изменении температуры на Dt, °С.

Большинство конденсаторов сохраняют постоянство температурной коэффициента изменения емкости в рабочих диапазонах температуры, то есть закон емкости от температуры приближен к линейному. Это особенно характерно для керамических конденсаторов высокой частоты, которые обозначаются буквами (П — плюс, М — минус, МПО — ноль) и цифрами, умноженными на 10 в степени -1 градус Цельсия, указывающими на значение температурного коэффициента изменения емкости. Конденсаторы могут быть окрашены эмалью определенного цвета и могут иметь знаковую отметку либо не иметь ее.

У конденсатора, согласно ГОСТ 21 415-75, есть три напряжения, которые определяют его электрическую прочность. Номинальное, максимальное напряжение при минимальной наработке и в указанных условиях. Испытательное, которое является проверкой прочности конденсатора и превышает номинальное. И наконец, перенапряжение, которое кратковременно подается на выводы конденсатора и превышает номинальное значение.

Конденсаторы, как известно, имеют определенное сопротивление изоляции, которое определяется токами утечки, вызываемыми током абсорбции и диссоциацией влаги на поверхности этих приборов. Это сопротивление зависит от температуры и влажности воздуха, поэтому, чтобы его повысить и обеспечить стабильную работу конденсаторов, их необходимо герметизировать. Керамические, слюдяные и пленочные конденсаторы обычно имеют сопротивление изоляции 10¸10 МОм, в то время как у бумажных и металлобумажных это значение равно 10¸10 МОм. Стоит отметить, что электролитические конденсаторы обладают значительными токами утечки, порядка нескольких миллиампер.

Конденсаторы имеют частотные свойства, которые включают в себя паразитную индуктивность и активные потери. В зависимости от того, где преобладают потери — в диэлектрике или в обкладках и выводах, эквивалентные схемы конденсаторов будут различаться. Часто эквивалентная схема высокочастотных конденсаторов включает паразитную индуктивность выводов Lв и потери в диэлектрике Rд (рис. 8, а).

Эквивалентная схема низкочастотных конденсаторов из бумаги или пленки аналогична схеме на рисунке 8, а. Когда дело касается электролитических конденсаторов, их возможное применение ограничивается потерями в электролите Rэ на определенных частотах. Как показано на рисунке 8, б, область возможного применения электролитических конденсаторов ограничена диапазоном от постоянного тока до звуковых частот.

В 2003 году было выпущено учебное пособие "Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника" авторства Петрова К.С. СПб: Питер. Книга содержит 512 страниц.

В 2002 году вышел учебник "Аналоговая и цифровая электроника", написанный Опадчим Ю.Ф., Глудкиным О.П. и Гуровым А.И. Под ред. О.П. Глудкина. Издательство — "Горячая Линия — Телеком".

Книга включает в себя 768 страниц.

В 2005 году был издан справочник "Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА", написанный Н.Н. Акимовым, Е.П. Ващуковым, В.А. Прохоренко и Ю.П. Ходоренок.

Издательство — "Беларусь".

Книга содержит 591 страницу.

В рамках данной работы была проведена классификация, а также рассмотрены конструкции и основные параметры конденсаторов, используемых в медицинской электронике. Объем текста составил 13809 символов с пробелами, таблиц не было, но было использовано 8 изображений.

Представление о применении конденсаторов

Вы можете помочь другим пользователям, став первым, кто поделится своим мнением о данной презентации.

Оставить свой комментарий

Электрокардиостимулятор: устройство и применение

Конденсатор — это устройство, которое включается в множество медицинских устройств и аппаратов. В данном докладе мы исследуем его суть и его применение в лечении с помощью электрокардиостимулятора.

Конденсатор – это важная деталь в электрической цепи, которая состоит из двух электродов, способных накапливать, сохранять или переносить электрический ток на другие устройства.

Конструкция этих электродов представляет собой облицовку конденсатора, где заряды являются противоположными. Чтобы обеспечить работоспособность устройства, между пластинами электродов помещается диэлектрик — элемент, который не дает пластинам непосредственно соприкасаться.

Цели использования конденсатора определяют его назначение и функции.

Одно из назначений конденсатора — общее использование. Такие конденсаторы содержат низковольтные элементы и могут использоваться в маленьких устройствах, таких как телевизионный пульт, радио, чайник и прочие.

Высоковольтные конденсаторы используются для поддержки производственных и технических систем, функционирующих при высоком напряжении в цепи постоянного тока.

Импульсные конденсаторы формируют резкий скачок напряжения, который подается на принимающую панель устройства.

Пусковые конденсаторы применяются для запуска, включения и выключения устройств, таких как пульт или блок управления.

Конденсаторы, используемые в спутниковом, телевизионном и военном оборудовании, выполняют помехоподавляющую функцию и используются в цепи переменного тока.

Современный электроэнергетический комплекс использует конденсаторы в различных областях:

• для повышения коэффициента мощности в индустриальных установках;
• для создания продольной компенсационной емкости на дальних линиях электропередач и для регулировки напряжения в распределительных сетях;
• для отбора емкостной энергии с высоковольтных линий передач и подключения к ним защитной аппаратуры и приборов связи;
• для защиты сети от перенапряжений;
• для использования в мощных импульсных генераторах тока и схемах импульсного напряжения;
• для процесса разрядной электрической сварки;
• для запуска конденсаторных электродвигателей и создания требуемого сдвига фаз дополнительных обмоток двигателей;
• в осветительных приборах, основанных на технологии люминесцентных ламп;
• Конденсатор может быть использован для подавления радиочастотных помех, возникающих в результате работы электронного оборудования и электротранспорта.

Конденсатор является обязательным компонентом в любом электрическом устройстве. А в медицине он тоже не остается без применения.

Например, в рентгеновском оборудовании он используется для стабилизации электрического тока и предотвращения искажений изображений.

Конденсатор — один из важнейших элементов рентгеновской аппаратуры, которая используется во всех городских и частных больницах. Без его функционирования не обойтись при выполнении медицинских процедур.

Точно так же в устройствах электротерапии необходим конденсатор, который играет ключевую роль в процессе лечения.

Современные медицинские приборы, включая лазеры, используются для лечения травм и внутренних заболеваний. С каждым годом они становятся все более распространенными, благодаря появлению новых принципов в их действии.

Лазерное оборудование нашло применение во многих областях медицины, включая офтальмологию, онкологию, пластическую хирургию и медико-биологические исследования, за последние 50 лет.

Устройство электрокардиостимуляции

Электрокаридиостимулятор — это специальное медицинское оборудование, которое применяется для коррекции сердечного ритма.

Основная цель кардиостимулятора (устройства для контроля ритма сердца) заключается в поддержании или установлении нормальной частоты сокращения сердечной мышцы. Это требуется, если у пациента слишком медленный пульс или есть электрофизиологическое разобщение между предсердиями и желудочками. Кроме того, существуют наружные кардиостимуляторы для проведения тестовых функциональных испытаний.

В настоящее время активно разрабатываются электрокардиостимуляторы, которые не требуют постоянной замены. В их конструкцию постепенно вводится элемент — конденсатор. Этот элемент уже широко применяется в медицине и создаются сложнейшие электрические устройства для лечения. Очевидно, что конденсатор является неотъемлемым элементом таких устройств.

Дата добавления: 2021-10-20; просмотров: 2500; Если вам нужна помощь в написании работы, мы всегда готовы помочь!

Расскажите о нас друзьям:

Российские ученые в стремлении переменить принципы оживления организма и внедрить новейшие технологии импульсной дефибрилляции

Идея импульсной дефибрилляции, которая первоначально определила направление физиологии для оживления организма, была создана Н.Л. Гурвичем, Г.С. Юньевым и Л.С. Штерном на основе первых экспериментов, проведенных с импульсной дефибрилляцией на животных в 1939 году (Гурвич Н.Л., Юньев Г.С. «О восстановлении нормальной деятельности фибриллирующего сердца теплокровных посредством конденсаторного разряда»). Работы Гурвича и Юньева фактически определили начало исследований в этой области не только в России, но и во всем мире (первые исследования в США начались на 6 лет позже и использовали материалы работы наших соотечественников).

В 1952 году на опытном электромеханическом заводе Всесоюзного электротехнического института им. Ленина в Москве, был выпущен первый в мире серийный импульсный дефибриллятор с монополярным импульсом, созданный Н.Л. Гурвичем. В настоящее время этот институт является Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина».

Для обеспечения потребности отечественной медицины в дефибрилляторах, помогал Львовский завод радиоэлектронной медицинской аппаратуры (Львовский завод РЭМА), выпуская конденсаторный дефибриллятор системы Н.Л. Гурвича под названием ИД-1-ВЭИ (импульсный дефибриллятор первый Всесоюзного электротехнического института) начиная с 1968 года.

Изображение представляет собой одну из модификаций конденсаторного дефибриллятора системы Н.Л. Гурвича ИД-1-ВЭИ, который производится на электромеханическом заводе ФГУП ВЭИ.

После публикации монографии Гурвича "Фибрилляция и дефибрилляция сердца" в 1957 году, направление в физиологии оживления организма сменило свой курс на разработку аппаратов дефибрилляции с использованием биполярного импульса. В 1972 году, на 24 года раньше, чем дефибриллятор аналогичного действия ForeRunner™ в США, на Львовском заводе РЭМА был изготовлен первый в мире серийный импульсный дефибриллятор с биполярным импульсом ДИ-03 "с универсальным питанием для машин скорой помощи". Важно отметить, что ДИ-03 использовал для дефибрилляции квазисинусоидальный биполярный импульс (импульс Гурвича-Венина или импульс Гурвича), который обладал рядом преимуществ перед монополярным, трапецеидальным биполярными импульсами, а также прямолинейными биполярными импульсами дефибрилляторов ZOLL MedicalCorporation (AED Plus®, AED Pro®, R Series®) и продвигаемых с помощью маркетинговых инструментов дефибрилляторов METRAX GmbH (PRIMEDIC™ HeartSave, HeartSave 6, HeartSave 6S с прямолинейным биполярным импульсом).

Фигура. Показаны квазисинусоидальные биполярные импульсы для нагрузочного сопротивления Rн, равных 50, 100 и 150 Ом.

Иллюстрация. Импульсный дефибриллятор ДИ-03 с биполярным импульсом и универсальным питанием для машин скорой помощи.

Безусловное лидерство России в области физиологии оживления организма сохранялось до распада СССР. Это было обусловлено как огромным творческим и научным потенциалом ученых, инженеров и техников, так и характерными для политики Советского Союза ограничениями на импортную продукцию. В 1978 году на Львовском заводе РЭМА началось производство аппарата ЭЛИТАН-01 для кратковременной электроанестезии при дефибрилляции сердца у пациентов с противопоказаниями к медикаментозному наркозу. В 1991 году Ижевским мотозаводом (ныне АО «Ижевский мотозавод «Аксион-холдинг») было освоено производство уникального дефибриллятора-монитора ДКИ-Н-04 с биполярным импульсом, разработанного ЦКБ «ДЕЙТОН» из города Зеленограда, который не имел аналогов в мире. А дефибриллятор ДФР-02-УОМЗ с монитором ЭКГ и кардиорегистратором, выпускаемый с 2003 года Производственным объединением «Уральский оптико-механический завод» (ныне входит в холдинг «Швабе»), основан на разработках 1995 года, когда импортные изделия только начали вытеснять российскую продукцию.

В новом тысячелетии были введены в эксплуатацию импульсные дефибрилляторы с «отечественным изделием» статусом. ООО «Концерн «Аксион» поставлял в Российскую Федерацию дефибриллятор-монитор ДКИ-Н-11 «Аксион» с функцией автоматической наружной дефибрилляции, а также НПФ «БИОСС» (г. Зеленоград) поставлял автоматические дефибрилляторы с биполярной трапецеидальной формой импульса АВД-1 и АВД-1П (в настоящее время они сняты с производства). Однако, отечественным службам и подразделениям (кардиологические отделения, отделения интенсивной терапии и реанимации, операционные, рентгенохирургические отделения, приемные отделения, отделения функциональной диагностики, реабилитационные отделения, станции скорой и неотложной медицинской помощи, Центры Медицины катастроф, Спасательные медицинские подразделения Министерства Обороны и т.д.) требовались импортные дефибрилляторы, которые были дорогими и не отличались отечественными по схемотехнике и используемым технологиям.

Конденсаторы, применяемые в устройствах импульсной дефибрилляции

Первоначально накопительные разрядные конденсаторы, применяемые в ипульсной дефибрилляции, были самым ограничивающим фактором любых устройств с различной схемотехникой и методом создания/передачи импульса, именно они фактически определяли:

<

ul>

габариты и массу дефибрилляторов. Например, конденсатор с бумажным диэлектриком (22 мкФ, 6 кВ), используемый в дефибрилляторе ИД-1-ВЭИ, имел вес 13 кг, а в 70-х годах прошлого века наиболее эффективным решением проблемы материалоемкости дефибрилляторов был пленочный (металлобумажный) конденсатор К-75-11 емкостью 100 мкФ и рабочим напряжением 2 кВ от НПО «Позитрон», который весил только 2 кг.

В Ленинграде был использован разрядной блок, содержащий 4 шт. К-75-11, который имел массу 8 кг. Это устройство не отличалось компактностью и было специально разработано Серпуховским филиалом ВЭИ им. Ленина для использования в дефибрилляторах ДИ-03 и ДКИ-01.

Другие конденсаторы, такие как металлобумажный конденсатор ДС-7-16 от К75-49 НИИ ГИРИКОНД, а также электролитические конденсаторы, которые не обладали способностью к самовосстановлению и имели больший размер, начали использоваться для уменьшения веса дефибрилляторов. Однако, это приводило к ухудшению качества их работы в момент оживления организма.

Изображение металлобумажного конденсатора ДС-7-16, произведенного Серпуховским филиалом ВЭИ им. Ленина, посвящается конденсаторостроению.

К разрядным конденсаторам для импульсной дефибрилляции предъявляются строгие требования в отношении ёмкости, плотности энергии, рабочего напряжения (желательно от 4-6 кВ), ресурса работы (большое количество заряд-разрядных циклов), времени зарядки (должно быть минимальным), утечки тока (отсутствие), способности к самовосстановлению. В настоящее время этим требованиям в основном отвечают современные металлизированные конденсаторы с пленочным полимерным диэлектриком. Однако для импульсных дефибрилляторов, способных спасти жизнь людей, необходимы специальные разработки пленочных сегментированных конденсаторов с большим ресурсом работы, рабочим напряжением, высокой плотностью накапливаемой энергии и минимальной потерей ёмкости после местного пробоя и самовосстановления.

Компания "Нюкон" разрабатывает целевые конденсаторы с сегментированным пленочным диэлектриком специально для прогрессивных моделей компактных дефибрилляторов в рамках своей собственной программы по реализации отраслевых планов по импортозамещению и популяризации продуктов с национальным брендом "Сделано в России". Пленочные сегментированные конденсаторы серии IP1Wс с контролируемой способностью к самовосстановлению, производимые на конденсаторном заводе "Нюкон", представляют собой безусловно отечественное изделие с рабочим напряжением от 1000 до 6000 В постоянного тока, номинальной ёмкостью до 500 мкФ, плотностью энергии до 500 Дж/л, коэффициентом рассеяния (при 120 Гц) 2,5х10-3, диапазоном рабочих температур от -40 до +65 °C и ресурсом работы до 10000 заряд-разрядных циклов, что делает их среди отечественных и зарубежных аналогов лидерами по электрическим и эксплуатационным свойствам.

Применение конденсаторов в телеаппаратуре

Анализ использования конденсаторов в составе телевизионной аппаратуры, акцент на их функциональности, воздействие на качество сигнала и работы приборов. Доступ к содержанию предоставляется только автору заплаченного проекта.

Исследование применения конденсаторов в радиоэлектронике для создания колебательных контуров, настройки цепей и достижения иных задач. Доступ к содержанию предоставляется только автору заплаченного проекта.

Конденсаторы в роли фильтров и стабилизаторов напряжения

Рассмотрение практической значимости конденсаторов, используемых как фильтров и стабилизаторов напряжения в электронике, а также их влияния на качество передаваемого электрического сигнала. Доступ к содержанию предоставляется только автору заплаченного проекта.