1、4.2 模拟测验数据及分析 10五.项目体会 12一.概论1.1 漏电流介绍漏电流是指非功能性电流,涉及的种类有对地漏电流,外壳漏电流,患者漏电流及患者辅助漏电流。1.2 医用漏电流安全要求通用要求规定：防电击作用的电气绝缘必须有良好的性能，以使穿过绝缘的电流被限定在规定数值内。漏电流检测的重要性：能及时探知漏电流，对患者生命、健康提供保护。表1 各类医学仪器具体要求级别保护措施附加保护措施备注类基本绝缘保护接地需要报复接地设备类双重绝缘加强绝缘对使用的设备没有限制类医用安全超低压电源（mse1ve）要求特殊的电源设备内部电源仪器内部电源不能连接外部电源表2 各类型医学仪器漏电流准许值电流的路
2、径B型BF型CF型正常单一故障对地漏电流0.5外壳漏电流0.1患者漏电流0.05患者辅助漏电流0.011.3 选题依据 随着现代科学和医疗卫生技术的迅速发展，医疗器械已被广泛应用于疾病的诊断、保健和康复等各个方面。本文主要介绍了医用简易漏电流检测装置的原理及设计。在临床使用的医疗器械中电源是绝大多数有缘医疗器械的动力，当发生漏电时，极易对患者或医护人员生体造成伤害甚至危及生命，因此，需要对医用器械进行严格的漏电检测。漏电流检测仪用于测量以用电器设备的漏电流，包括：对地漏电流、外壳漏电流、患者漏电流和患者辅助电流的测量。仪器具有交、直流电流测试功，并采用真有效值测试电路，能够将测试的直流和11M
3、Hz各种频率复合波交流电流通过计算转换为有效值，且能进行标准所要求的各种开关组合测试。涉及医用电气设备的医疗事故中,漏电流引起的电机是主要原因之一因此,强制性国家标准中对医用电气设备漏电流的检测作出了明确的规定和要求,是按却检测的重要内容。由于一般常用测量仪表不符合国家标准的要求,给漏电流的检测带来了很大困难,使定期安全检测无法展开。购置专业检测仪器不仅价格昂贵,而且安全检测是定期进行的,检测仪器绝大部分时间处于闲置状态,经济效益不高,所以很多大小医院不远购置。本文涉及和研制的医用简易漏电流检测装置,符合国家标准的基本要求完全可以胜任常见医用仪器的检测,检测结果可靠,成本低,制作容易,一般医院
4、的医工科可以自行制作完成。该装置操作简单,使用方便,缺少工学知识背景的医护人员也能正确操作作使用。图1：漏电流检测仪二.漏电流检测原理基于欧姆定律，检测漏电流实际上是检测漏电流通过特定测量阻抗两端的电压降，算出电流值。（1）直接测量：直接测量电流大小（由于所要测量电流为0.01mA-10mA，普通电流表精度不够，结果测量不准确）（2）转换测量：通过阻抗得出电压大小，计算电流。医用电气设备漏电流的检测不同于一般的电流测量,在GB9706。1中对漏电流的检测有明确规定,检测漏电流实际上是检测漏电流通过特定测量阻抗两端的电压降,测量阻抗如图1线框内所示。图2测量阻抗电路图R1=10K5（要求R1,R
5、2,C1是无感元件）R2=1K1C1=0.015F5测量阻抗由R1,R2,C1串/并联组成,模拟人体的电容性阻抗,总阻抗Z,漏电流流经Z会产生电压降,有检测电压表V测量Z两端的电压值,再按照1K阻抗值计算出漏电流的电流强度,即得出漏电流的测量值。2.3 测量装置的频率特性频率Hz 图3：测量阻抗的频率特性从图频率特性可知,测量阻抗是随频率增高而降低的,高频率电流在测量阻抗上产生的电压降要小雨同样强度的低频漏电流,仍按低频时1K的测量阻抗计算,则高频漏电流的测量要小于实际电流强度,用这样的测量阻抗和计算方法来模拟随着漏电流频率增高对人体的点击作用减小的生理状况,从而可以对不同频率的漏电流规定相同
6、的容许值。2.4 相关规定GB9706.1中规定,检测电压表V对直流到小于或等于1MHz频率交流都必须有约1M或更高的输入阻抗。他必须指示测量侧康两端的直流,或交流,或有频率从直流到小于或等于1MHz频率分量的符合波形典雅的真正有效值,指示误差不超过指示值的5。三.漏电流测试仪设计3.1 漏电流检测框图检测电路整体框图如图4所示,漏电流经过测量阻抗（即图2中虚框内标准阻抗电路）后被转化成电信号,然后进行放大和真有效值转换。最后通过显示电路显示测量值。电路直接采用成品三位半数字电压表头,实现三维版数字显示,显示范围（0-1999）mV,对应漏电流（0-1999）A。图4检测装置电路整体框图3.2
7、 相关元件介绍3.2.1 AD637由图2可知,测量阻抗Z的作用是按特定的低通特性将电流转换成电压,接下来就要用真有效值电压表检测这个电压值。一般电压表使用频率范围只限于直流和交流50Hz左右,只是数值是测量正玄波事得有效值,测量非正弦波会产生很大误差,所以一般电压表不能呢个用来检测医用仪器的漏电流。为了实现对任意波形进行有效值的检测,我们采用了真有效值测量芯片AD637。3.2.1.1 简介AD637是美国模拟器件公司推出的系列单片TRMS/DC转换器,可测任意波形的真有效值。如图5是AD637的管脚排列,内部结构和外部连接图。3.2.1.2 特点:（1） 高精度:0.02%最大非线性,0.
8、1%的附加误差（峰值因素等于3）。（2） 宽度值:150kHz（20mV RMS输入）,1MHz（200Mv RMS输入）。（3） 宽电源输入范围:0V-7V（电源15V,连续输入）。3.2.1.3 管脚及其功能图5 AD637引脚图表3 管脚功能管脚号名称功能1BUFF IN输入缓冲2NC空脚3COMMON模拟公共端4OUTPUT OFFSET输出偏移5CS片选端6DEN INPUT分母输入端7Db OUTPUTdB格式输出8BUFF OUT均值滤波电容9Vin有效值输出10正电源11+Vs负电源1213RMS OUT信号输入14Cav输出缓冲3.2.1.4 应用电路单纯使用AD637输出真
9、有效值这个功能,则电路输入缓冲和输出偏移接到内部的模拟公共端,一起接地,dB输出悬空;输入缓冲悬空;CS通过一个外部的上拉电阻接Vs,降低系统在静态时的工作电流;外部的输入信号如果是交流信号,需要再输入端串接一个无极性的耦合电容;电容Cav作用是调整输出的直流信号纹波大小。图63.2.1.5 注意事项：AD637在输入信号为2MHz以下、有效值为0.7-7V范围内能保证测量误差=0.2%+0.5mV。当被测信号的有效值远小于1V时，会出现较大的测量误差，所以当被测信号幅度较小时，须在前级对被测信号进行放大，以保证测量精度。3.2.2 OP373.2.2.1简介（1）OP37可提供与OP27一样
10、的高性能，但前者的设计针对增益大于5的电路进行优化。这一设计变更将压摆率提高到17V/S，并将增益带宽积提高到63MHz。（2）OP37不仅具有OP07的低失调电压和漂移特性，而且速度更高、噪声更低。（3）低噪声低噪声折转频率以及高增益，能够使低电平信号得到精确的高增益放大。（4）利用偏置电流消除电路，OP37可实现10nA的低输入偏置电流和7nA的失调电流。（5）输出极具有良好的负载驱动能力引脚图及其功能图7 OP37引脚图OP37引脚的功能1-调零2-负输入3-正输入4-电源负5-NC6-输出7-电源正8-调零3.2.2.2 OP37特点 低噪声：80 nV峰峰值（0.1 Hz至10 Hz
11、），3 nV/Hz （1 kHz） 低漂移：0.2 V/C 高速：17 V/s压摆率，63 MHz增益带宽 低输入失调电压：10 V 出色的共模抑制比：126 dB（共模电压为11 V） 高开环增益：1,800,000 在增益大于5的应用可取代725、OP-07、SE5534 提供裸片形式 3.3 漏电流检测安装电路图图8 检测装置电路图检测安装电路如图 6 所示。漏电流经过测量阻抗装换成电压信号，输入宽频、高精密运放OP37。OP37 增益宽带不低于40MHz，设置为电压放大倍数40，通频带不低于1MHz;采取正向输入方式，具有高频输入阻抗。电压放大保证当漏电流为10时，经测量阻抗转换为10
12、mv电压信号，放大40倍后为400mV，以较大信号输入到AD637，使AD637工作在频率特性较好的区间，也具有1MHz以上的通频带。至于小于10的漏电流，由于符合安全检测的允许值，为简化放大电路不再考虑其通频带的问题。经过AD637真有效值转换后通过衰减电路，采取电阻分析的方法衰减和放大相同的倍数，最后送数字电压表显示。当被检测的漏电流大于100时，将双刀双置开关S拨至位置2，此时电压放大倍数4，信号被放大4倍后输入AD637，转换后的真有效值也衰减4倍，送数字电压显示。稳压管D的稳压值取6.2-6.8，防止过高电压输入损坏AD637。AD637第8脚接30微法左右的的电解电容，其作用是减少
13、输出电流电压的波动，使输出更加稳定。四.模拟测验及结果分析检测装置研制完成后进行了性能的测试。直接从运放OP37分别输入正、负直流电压和无直流分量、对称的正弦波、三角波、方波，检验对于上述波形真有效值的测量精度。4.1 模拟测验方法实验中输入的正、负直流电压由电池分压取得，其他输入信号由CALTEK ca1640-02型函数发生器产生，信号的幅度通过电压表（KENWOOD vt-181）和示波器（KENWOOD CS-4125,20NHZ）标定,真有效值测量电路的输出由DT9201A数字万用表直流电压档读取。根据有效值的计数公式：Vrms=先行计算出各种波形对应不同有效值的峰-峰值，调节函数发
14、生器达到计算得出的参数作为输入信号，输出信号不经过衰落，直接取自AD637的输出端。4.2 模拟测验数据及分析下面为直流信号检测结果；表2-表4分别为不同频率、不同真有效值正弦波、三角波和方波输入时对应的AD637输出值。 输入直流电压 AD637输出 +10mV （经运放放大40倍） 407mV -10mV （经运放放大40倍） 408mV +100mV （经运放放大40倍） 4.2V -100mV （经运放放大40倍） 4.02V 表4 不同频率、不同真有效值正弦波输入时对应的AD637输出值 正弦波频率 输入真有效值 20Hz50Hz1KHz10KHz100KHz300KHz1MHz10
15、mV（经放大放大40倍）403mV409mV419mV418mV415mV380mV371mV100mV（经放大放大40倍）4.02V4.07V4.19V4.18V4.16V3.80V3.75V 表5 不同频率、不同真有效值三角波输入时对应的AD637输出值三角波频率 输入真有效值404mV412mV413mV390mV384mV4.03V4.13V4.12V3.92V3.84V3.70V3.67V 表6 不同频率、不同真有效值方波输入时对应的AD637输出值方波频率输入真有效值400mV392mV381mV340mV100mV（经运放放大40倍）4.04V4.06V3.96V4.24V从检测
16、数据可以得出：（1）检测电路对于直流不同极性的信号具有良好的测量性能，指示误差均不超过指示值的2%。（2）检测电路对于三种典型波形真有效值检测效果良好，在100kHz频率范围内，指示误差均不超过指示值的5%。（3）在100kHz到300kHz频率范围内，误差开始增大，但多数误差在5%以内。当频率为1MHz,最大指示误差为15%。五.项目体会在项目实施的过程中可以对自己所学的相关专业知识有所加强并学习为学习的知识，在查找资料的过程中大大的提高自主学习的能了。若条件准许在第五阶段实施实物的制作过程中可以提高各组员的动手、团队合作、自主学习等多项技能。在项目完成的过程中提高自己的动手能力、团队合作能力与独立、自主学习的能力。
