Узгодження індуктора з джерелом живлення і вибір обмотувального дроту.

Міністерство освіти і науки України

Прилади магніторезонансної терапії

Методичні вказівки до виконання практичних робіт

для студентів спеціальності 7.05100307, 8.05100307 «Медичні прилади і системи» денної та заочної форм навчання

Луцьк 2014

УДК 681.2

П 68(07)

До друку _____________Голова Навчально-методичної ради Луцького НТУ

Електронна копія друкованого видання передана для внесення в репозитарій Луцького НТУ __________________ директор бібліотеки

(підпис)

Затверджено Навчально-методичною радою Луцького НТУ,

протокол № від "" 2014 р.

Рекомендовано до видання Навчально-методичною радою факультету екології та приладо-енергетичних систем Луцького НТУ,

протокол № від "" 2014 р.

_________________Голова навчально-методичної ради ФЕПЕС

(підпис)

Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри приладобудування Луцького НТУ, протокол № від "" 2014 р.

Укладач: ________________Ю.С. Лапченко, к. т. н., доцент Луцького НТУ

(підпис)

Рецензент: ______________В.Ю. Заблоцький, к. т. н., доцент Луцького НТУ

(підпис)

Відповідальний

за випуск: _______________В.І. Марчук, д. т. н., професор Луцького НТУ

(підпис)

П68(07)

Прилади магніторезонансної терапії: методичні вказівки до виконання практичних робіт для студентів спеціальності 7.05100307, 8.05100307 – «Медичні прилади і системи» / уклад. Ю.С. Лапченко. – Луцьк : Луцький НТУ, 2014. – 24 с.

Видання містить методичні вказівки щодо виконання практичних робіт.

Призначене для студентів спеціальності 7.05100307, 8.05100307 – «Медичні прилади і системи» денної та заочної форм навчання.

© Лапченко Ю.С., 2014

ЗМІСТ

Зміст
Вступ
Теоретичні відомості
Практична робота №1
Практична робота №2
Практична робота №3
Додатки
Інформаційні джерела

ВСТУП

Із давнини до нас доходять відомості про лікувальні властивості магнітних полів. Кожен відомий лікар минулого пропонував власний рецепт використання магнітів. Вважалося, що магніт відтягує грижу, знімає переломи, витягує жовтуху і водянку, заспокоює болі різного походження, заліковує рани, відновлює порушену чутливість шкіри.

Сучасна медицина, відкинувши містичні уявлення про магніти, продовжує дослідження впливу магнітного поля на організм людини. Було доведено, що постійне магнітне поле, впливаючи на мозок, викликає гальмування його кори, що приводить до зниження порогу больової чутливості, а також підсилює регенеративну здатність тканин, пришвидшує репараційні процеси в ранах. Нагромаджений досвід спостережень за розсмоктуванням рубців, що утворилися після операції, під дією постійного магнітного поля. Існують дані про те, що попереднє "омагнічення" біологічних об’єктів зменшує їх смертність при радіоактивному ураженні.

Магнітотерапія – метод, за якого на організм людини діють постійними (ПМП) або змінними низькочастотними магнітними полями (ЗМП). На відміну від високочастотних електромагнітних полів дія ПМП і ЗМП низької частоти практично не спричиняє теплову дію. Магнітотерапія є одним із методів фізіотерапії, яка у своєму арсеналі нараховує близько 80 лікувальних методів.

Магнітотерапія, як метод фізіотерапії має найменше протипоказань, а показань до застосування цього методу дуже багато. Нині магнітотерапія знаходить широке застосування для лікування різних хвороб. Однак при індустріальному підході до лікування місце магнітотерапії серед інших фізіотерапевтичних методів остаточно не визначене. Разом з тим магнітотерапія має деякі переваги: невелика кількість протипоказань, безпечність та простота виконання процедур.

Магнітне поле – силове поле, яке діє на рухомі електричні заряди і на об’єкти, у яких є магнітний момент. Розрізняють магнітні поля постійні та змінні, а останні – низької, високої та ультрависокої частоти.

До джерел магнітного поля відносять: змінне електричне поле; намагнічені тіла, провідники із струмом і рух зарядів. Природа цих джерел єдина: магнітне поле обумовлене рухом заряджених мікрочастинок (електронів, протонів, іонів), а також наявністю у цих мікрочастинок власного магнітного моменту.

Теоретичні відомості

Узгодження індуктора з джерелом живлення і вибір обмотувального дроту.

При вибраному матеріалі дроту (мідь або алюміній) потужність, що розсіюється індуктором в одиниці об'єму, а отже, і нагрівання індуктора пропорційні квадрату щільності струму, що виходить з формули . Для певних умов експлуатації допустима щільність струму зазвичай відома заздалегідь. Так, наприклад, при примусовому водяному охолодженні вона може бути близько 100 А/мм², а застосування надпровідності дозволяє підвищити її ще у багато разів, що нині широко використовують для отримання сильних магнітних полів. Враховуючи останні досягнення по створенню так званих високотемпературних надпровідників, не виключено застосування надпровідності в магнітотерапевтичних апаратах наступних поколінь, а водяне охолодження було передбачене ще на початку століття в апараті Мюллера. Проте сучасні магнітотерапевтичні апарати працюють без примусового охолодження, і відомо, що для забезпечення малопомітного нагрівання індуктора щільність струму за нормальних умов експлуатації повинна складати 2÷2,5 А/мм² для мідного дроту і 1,5÷2 А/мм² для алюмінієвого дроту. Перевищення вказаних значень веде до розігрівання індуктора, а зменшення їх - до невиправданого зниження магнітної індукції.

Для того, щоб щільність j струму була рівна заданою, вихідна напруга джерела живлення індуктора повинна мати певну величину, тобто повинно бути погоджено з індуктором. Якщо Z - повний опір індуктора (Ом), визначений формулою , a S_пр переріз дроту (мм²), то в загальному випадку вихідна напруга джерела живлення

, В (1)

а необхідна потужність його дорівнює твору сили струму на напругу

, В∙А, (2)

чи може бути розрахована за формулою , де для циліндричного соленоїда активна потужність:

, (3)

За допомогою приведених формул можливо і рішення зворотної задачі: узгодження індуктора з конкретним джерелом живлення. Виготовлення індуктора пов'язане передусім з вибором дроту (діаметр, матеріал). Перехід від мідного дроту до алюмінієвого пов'язаний зі збільшенням його діаметру на 13% і зменшенням маси провідника більш ніж в 2,2 разу, якщо число витків, струм, опір індуктора, а отже, і споживана потужність залишаються незмінними. Маса - надзвичайно важливий параметр індуктора при експлуатації апарату. Вона зазвичай складає не менше 0,5 кг і часто перевищує 1,5 кг у призначених для локальної дії індукторів, виготовлених з мідного дроту. При контактній дії розміщення важкого індуктора на тілі, особливо на хворобливій ділянці, травмує хворого, а при дистанційній дії підвищується вимога до конструкції індукторотримача. Нарешті, очевидна значущість зменшення маси переносних апаратів. Тому перехід до алюмінієвого дроту безумовно прогресивний при виготовленні індукторів магнітотерапевтичних апаратів, незважаючи на пов'язані з ним деяке збільшення перерізу обмотки і, отже, габаритів.

Інтенсивність поля будь-якого індуктора пропорційна числу ампер-витків (Iw), а при фіксованій щільності струму з урахуванням формули j=I/S_np - твірній поперечного перерізу провідника на число витків (S_npw), тобто об'єму провідника. Отже, одне і те ж поле можна отримати при великому числі витків тонкого дроту, малому струмі і високій напрузі або при малому числі витків товстого дроту, великому струмі і низькій напрузі. Для заданої магнітної індукції теоретично байдуже, які значення співмножників вибрати для досягнення результату, і здається, що переріз дроту може бути довільним. Проте на практиці це не так.

З одного боку, зі збільшенням перерізу дроту знижується відносна товщина ізоляції і, отже, збільшується коефіцієнт λ заповнення обмотки провідником. Проте збільшення перерізу дроту зумовлює збільшення сили струму і, отже, ускладнює комутацію ланцюгів, хоча необхідну потужність джерела живлення, визначену формулою (2), легше реалізувати підвищенням напруги. Крім того, при невеликому діаметрі котушки важко намотувати товстий дріт.

З іншого боку, зменшення сили струму пов'язане зі збільшенням числа витків тоншого дроту, менш міцного і при малому діаметрі (0,1 мм і менше), що легко обривається. Зменшення діаметру дроту і одночасне зростання кількості витків підвищують трудомісткість процесу намотування, і кількість витків при серійному виробництві намагаються обмежити.

В результаті компромісу, якщо немає особливих вимог, частіше вибирають діаметр дроту, близький до 0,5 мм, силу струму близько 0,5 А і кількість витків, що не перевищує 1000 - 2000.