Стержневые электроды для сварки ММА — EWM AG
При выборе стержневых электродов следует принимать во внимание свойства материалов и технические вопросы сварки.
Краткий обзор
Тип
Обозначение
Описание
R, RR
Рутиловый
Универсальный стандартный электрод, капельный переход осуществляется каплями малого и среднего диаметра, хорошие механические свойства, положения сварки PA, PB, PC, PE, PF (PG частично)
RB
Рутилово-основной
Используется как универсальный электрод для достижения высоких показателей вязкости. Повышенные требования к навыкам сварщика и доработке шва
B
Основной
Применяется для достижения улучшенных механических свойств, капельный переход осуществляется каплями от среднего до крупного размера, плохо отделяющийся шлак, возможно применение в любых положениях, соблюдать время сушки электрода, если он подвергся воздействию влаги
RC
Рутилово-целлюлозный
Применяется в качестве альтернативы рутиловым электродам для надежной сварки в положении PG, незначительное количество шлака, повышенные требования к навыкам сварщика и доработке шва
C
Целлюлозный
Преимущественно используются для заварки корневых слоев в трубных соединениях (сварка трубопроводов) в положении PG, хорошие механические свойства, практически без шлака
Выбор с точки зрения технологии сварки
У каждого типа электродов есть особые сварочные характеристики, поэтому их используют для решения конкретных специальных задач.
Электрод с целлюлозным покрытием (C)
Из-за хорошей пригодности к сварке вертикальных швов (поз. PG) электрод с целлюлозным покрытием (C) используют при сварке круглых швов труб большого диаметра. При этом предпочтительной сферой применения является прокладка трубопроводов. По сравнению с вертикальной сваркой снизу вверх (PF) здесь уже для корневого слоя можно использовать относительно толстые электроды (4 мм). Это обеспечивает экономическую выгоду. Особенное преимущество рутилово-кислого смешанного типа (RA) заключается в отведении шлака в узких швах, в которых компактный шлак зажимается и с трудом отделяется. Шлак типа RA отличается пористостью и под ударами молотка распадается на маленькие кусочки, которые потом можно легко убрать.
Рутиловый электрод (R, RR)
Особые свойства рутилового электрода (R, RR), а именно хорошая способность к повторному зажиганию, простота удаления шлака и хороший внешний вид шва определяют сферы его применения. Это сварка прихватками, а также сварка угловых швов таврового соединения и верхних слоев, когда требуется полное удаление шлака и хороший внешний вид шва.
Рутилово-целлюлозный тип (RC)
Рутилово-целлюлозный тип (RC) можно использовать во всех позициях, включая вертикальный шов сверху вниз. Поэтому он универсален, особенно в условиях монтажа. В этой связи вариант с толстым покрытием, соответствующий более серьезным требованиям к внешнему виду шва, используется в универсальных целях, в первую очередь, на небольших предприятиях.
Рутилово-основной электрод (RB)
Рутилово-основной электрод (RB) благодаря более тонкому покрытию и особенной характеристике хорошо подходит для сварки корневых слоев, а также сварки в позиции PF. Предпочтительной сферой применения является прокладка трубопроводов малого и среднего диаметра.
Основной электрод (B)
Основной электрод (B) пригоден для сварки во всех позициях. Специальные типы подходят даже для сварки вертикальных швов сверху вниз. В любом случае, внешний вид шва несколько хуже по сравнению с другими типами. Однако внутренние характеристики свариваемого материала достаточно хороши.
Из всех типов основные электроды обладают лучшими характеристиками вязкости и наилучшей стойкостью к образованию трещин в свариваемом материале. В этой связи они используются там, где имеются сложные условия, связанные с пригодностью основных материалов к сварке, например, при сварке сталей, ограниченно пригодных к сварке или большой толщины. Кроме того, они подходят для сварки в ситуациях, в которых требуется большая вязкость соединения, например, в строительных конструкциях, которые впоследствии будут подвергаться воздействию низких температур. Благодаря низкому содержанию водорода этот тип хорошо подходит для сварки высокопрочных сталей.
Выбор с точки зрения свойств материалов
Характеристики прочности и вязкости наплавленного металла, как правило, должны соответствовать основному материалу. Для облегчения выбора электродов с этой точки зрения в полном обозначении стержневого электрода по EN ISO 2560-A содержатся сведения о минимальном пределе текучести, пределе прочности при растяжении и вязкости наплавленного металла и о некоторых сварочных свойствах.
Например, краткое обозначение E 46 3 B 42 H5 значит следующее: стержневой электрод для ручной сварки (E) с пределом текучести мин. 460 Н/мм2, пределом прочности при растяжении 530-680 Н/мм2 и минимальным удлинением 20 % (46). Энергия удара 47 Дж достигается при температуре до -30 °C (3). На электрод нанесено основное покрытие (B). После этого следуют необязательные сведения о выходе и виде применяемого тока. Электрод в данном примере имеет выход от 105 до 125 % и может использоваться только с постоянным током (4) во всех позициях кроме вертикального шва сверху вниз (2). Содержание водорода в наплавленном металле составляет менее 5 мл/100 г/наплавленного металла (H5). Если наплавляемый металл содержит другие легирующие компоненты кроме марганца, они указываются перед обозначением типа покрытия вместе с обозначением химических элементов и, возможно, с числовым обозначением содержания в процентах (напр. 1Ni).
Низкое содержание водорода важно при сварке сталей, в которых под действием водорода могут образовываться трещины, например, высокопрочных сталей.
Соответствующие сведения содержатся в обозначении содержания водорода.
Схожие системы обозначений имеются также для высокопрочных (EN ISO 18275), жаростойких (EN ISO 3580-A) и нержавеющих электродов (EN ISO 3581-A). У жаростойких и нержавеющих электродов помимо характеристик прочности у наплавляемых металлов и основных материалов должны совпадать свойства жаростойкости и коррозии. Таким образом, наплавляемый металл должен быть по возможности таким же, как и основной материал, или несколько более высоколегированным.
Стержневые электроды в магазине
Загрузить справочник по сварочным расходным материалам
что это такое и как использовать?
Екатерина
Время чтения: 5 минут
Наплавление металла электродом — это распространенный метод укрепления или ремонта сварного соединения.
Его суть заключается в нанесении дополнительного слоя расплавленного металла поверх уже имеющегося шва. Такая технология позволяет улучшить внешний вид соединения, исправить его физические характеристики (форму, протяженность и т.д.), придать дополнительную надежность и стойкость.
Словом, технология наплавки крайне полезна и нужна. Она осуществляется с помощью специальных наплавочных электродов. В этой статье мы кратко перечислим основные марки таких стержней, расскажем об их основных характеристиках и подробно опишем, как применять такие электроды в своей работе.
Содержание статьи
- Общая информация
- Разновидности
- Первая группа
- Вторая группа
- Третья группа
- Четвертая группа
- Пятая группа
- Шестая группа
- Применение
- Вместо заключения
Общая информация
Итак, наплавка металла— это метод восстановления или укрепления сварного шва. В ходе работ на поверхности соединения формируется новый слой.
Слоев может быть несколько, если это необходимо. Такая технология не похожа на формирование шва, важно не путать наплавку и сварку.
Для выполнения наплавки применяются электроды из особых групп, всего их 6. Каждая группа предназначена для определенных металлов, наделяет наплавочный слой индивидуальными свойствами и характеристиками. О группах мы поговорим позже. Изготовление наплавочных электродов регулируется ГОСТами №9466-75 и №10051-75.
Профессиональные сварщики могут применять для наплавки обычные электроды, не предназначенные для этих целей. Зачастую они используют марки, заточенные под сварку жаростойких и антикоррозийных сталей. Мы не рекомендуем новичкам и даже практикующим мастерам использовать обычные электроды в целях наплавки. Результат, скорее всего, разочарует вас. Здесь важен многолетний опыт и постоянная практика.
Разновидности
Выше мы писали, что наплавочные электроды подразделяются на 6 групп. Эти группы не условны, их можно считать полноценной классификацией.
Первая группа
К первой группе относятся твердосплавные электроды для наплавки. Среди них можно выделить марки ОЗН-300М, ОЗН-400М, НР-70, ЦНИИН 4. С помощью таких электродов можно наплавить слой металла, устойчивый к ударной нагрузке и трению. Еще одна важная характеристика — слой будет низколегированным и низкоуглеродистым.
Вторая группа
С помощью второй группы электродов можно наплавить металл, который отличается низким содержанием легирующих элементов и средним содержанием углерода. Наплавленный слой так же устойчив к ударным нагрузкам, в том числе при температурах до +600 градусов. Выделим марку ЭН-60М, электроды ЦН 14, ОЗШ-3 и ОЗИ-3.
Третья группа
Третья группа — это электроды для наплавки стойкие к абразивному износу. Слои легированные и углеродистые, хорошо переносят ударные нагрузки. Основные марки: ОЗН-6 , ОЗН-7, ВСН-6, Т-590.
Четвертая группа
Четвертая группа — электроды для наплавки стали, металл получается высоколегированным и углеродистым.
Полученные слои обладают стойкостью к высокому давлению и высоким температурам прямо во время эксплуатации. Следует выделить марки ОЗШ-6 , УОНИ-13, ОЗИ-5.
Читайте также: Электроды марки УОНИ
Пятая группа
Электроды из пятой группы позволяют наплавить аустенитный металл с высоким содержанием легирующих элементов в составе. Наплавленный слой крайне устойчив к коррозии и изнашиванию, выдерживает трение и высокие температуры (до 600 градусов). К данной группе относится марка ЦН 6Л.
Шестая группа
Последняя, шестая группа это электроды, с помощью которых наплавляется крайне устойчивый металл. Он способен переносить высочайшие температуры (до 1100 градусов), не деформируется и выдерживает самые тяжелые эксплуатационные условия. Основные марки — ОЗШ-6 и ОЗШ-8.
Применение
Наплавка электродом— это непростой процесс. И здесь недостаточно просто правильно подобрать электроды. Важно понимать принцип этой технологии и знать особенности.
Исходя из оглавления вы могли понять, что наплавка — это формирование дополнительного слоя (или нескольких слоев) на поверхности уже существующего шва. Это действительно так. Но что насчет количества слоев? Это сложный вопрос, на который нельзя дать однозначный ответ.
Количество слоев зависит от многих факторов: типа металла, эксплуатационных условий, применяемой марки электродов и пр. Некоторые марки нельзя использовать для формирования более одного слоя, например. Поэтому каждый случай индивидуален и вам поможет только опыт проб и ошибок.
Наплавляемый вами слой не должен быть глубоким. Помните, что этот метод совершенно отличается от привычного формирования сварного шва. Здесь важно, чтобы наплавленный металл не начал смешиваться с основным. Зачастую металлы все же перемешиваются, но постарайтесь избежать этого.
Следите, чтобы шов под наплавочным слоем не деформировался и не коробился. Не нужно наплавлять «с запасом». Количество наплавленного металла на поверхности шва должно быть умеренным.
Чтобы не было деформаций наплавляйте металл небольшими отрезками. Наплавку каждого последующего валика проводите с противоположной стороны.
Не забывайте подготавливать металл перед наплавкой. На поверхности шва не должно быть грязи, краски или следов масла. Очистите поверхность и обезжирьте.
Если вы будете соблюдать эти несложные рекомендации, то сможете получить плотный качественный шов без деформаций и дефектов. Помните, что ваша цель — улучшить уже имеющийся сварной шов, а не усугубить положение. Шов должен стать эстетичнее, прочнее и качественнее предыдущего. Ведь в этом и заключается вся суть наплавки как технологии.
Вместо заключения
Наплавка — это не такая простая технология, как может показаться на первый взгляд. Но при правильном подборе электродов и с минимальным опытом все же можно добиться достойного результата. При выборе марки обращайте свое внимание на состав металла, с которым будете работать. Поскольку состав электрода должен быть идентичным.
youtube.com/embed/ze4YpFBoCDk» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»> Похожие публикации
Электроды для супердрелей: особенности и типы
24.08.2018
Разберемся в применении и особенностях различных типов электродов.
Латунный электрод наиболее универсален, подходит для обработки различных марок сталей черных, нержавеющих, закаленных или сплавов алюминия.
Медный электрод в основном используется для обработки твердых сплавов, сплавов на основе меди.
Электрод зажат в электрододержателе, через каналы электрода подается диэлектрик под давлением от 10 до 50 бар. Генератор формирует разряд между деталью или электродом. Непрерывное вращение электрода обеспечивает равномерность обработки и износа электрода. Высокое давление позволяет выводить шлам из зоны обработки и охлаждать электрод. Это стабилизирует процесс и облегчает получение заданных параметров.
Самым дешевым и простым является одноканальный электрод, но для обработки одноканальным электродом существует ряд ограничений.
При вращении одноканального электрода в процессе обработки образуется шип из обрабатываемого материала. Шип снижает качество промывки, препятствует удалению шлама и может контактировать с электродом. Всё это может серьёзно затруднить процесс при сверлении глубоких отверстий. Соответственно основное применение одноканальных электродов — это сверление сквозных или неглубоких отверстий.
Многоканальный электрод лишен этих недостатков и идеально справляется с задачами сверления глубоких (до 500 диаметров) и глухих отверстий (отсутствует шип.) Для решения подобных задач отлично подходит многоканальный электрод.
Геометрические характеристики отверстия обеспечиваются керамической направляющей. Керамика выбрана как материал-изолятор высокой твёрдости стойкий к механическому износу.
| Параметры Латунь\Сталь | Результат | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D, mm | Ton | Toff | IP | Stab | Gap | Servo | Cap | Press | Скорость | Износ | Знач. |
| 0,5 | 16 | 5 | 5 | 0 | 0 | 4 | 8 | 40 | 22–30 | 100% и выше | mm |
| 18 | 5 | 6 | 0 | 0 | 4 | 16 | |||||
| 18 | 5 | 7 | 0 | 0 | 4 | 24 | |||||
| 1 | 19 | 5 | 10 | 0 | 0 | 5 | 24 | 40 | 18–20 | 60% и выше | mm |
| 22 | 5 | 11 | 0 | 0 | 5 | 24 | |||||
| 25 | 5 | 12 | 0 | 0 | 5 | 24 | |||||
| 1,5 | 22 | 5 | 13 | 0 | 0 | 5 | 24 | 35 | 10–15 | 45% и выше | mm |
| 25 | 5 | 14 | 0 | 0 | 5 | 24 | |||||
| 2,0 | 22 | 5 | 15 | 0 | 1 | 4 | 28 | 25 | 7–12 | 30% и выше | mm |
| 25 | 5 | 15 | 0 | 1 | 4 | 28 | |||||
| 2,5 | 26 | 5 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 20 | 5–10 | 25% и выше | mm |
| 28 | 5 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | |||||
| 3,0 | 28 | 5 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 20 | 5–7 | 25% и выше | mm |
| 30 | 5 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | |||||
Рекомендованная проводимость воды: 40 µS/CM.
Износ электрода = Линейный износ электрода/Толщина детали * 100%.
| Параметры Медь\Твердый сплав | Результат | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D, mm | Ton | Toff | IP | Stab | Gap | Servo | Cap | Press | Скорость | Износ | Знач. |
| 0,5 | 9 | 10 | 5 | 0 | 2 | 4 | 24 | 50 | 5–6 | 300% и выше | mm |
| 1 | 9 | 10 | 10 | 0 | 0 | 4 | 24 | 40 | 5–6 | 300% и выше | mm |
| 1,5 | 15 | 10 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 50 | 5–6 | 200% и выше | mm |
| 2,0 | 20 | 10 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 40 | 3–4 | 200% и выше | mm |
| 2,5 | 25 | 10 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 35 | 3–4 | 150% и выше | mm |
| 3,0 | 30 | 10 | 15 | 0 | 2 | 4 | 28 | 30 | 2–3 | 150% и выше | mm |
Рекомендованная проводимость воды: 40 µS/CM.
Износ электрода = Линейный износ электрода/Толщина детали * 100%.
Возврат к списку
Электроды сухоконтактные и бесконтактные биопотенциальные: методический обзор
Обзор
. 2010;3:106-19.
doi: 10.1109/RBME.2010.2084078.
Ю Майк Чи 1 , Ций-Пинг Юнг, Герт Каувенбергс
принадлежность
- 1 Факультет электротехники и вычислительной техники, Инженерная школа Джейкобса, Калифорнийский университет, Сан-Диего, Калифорния 92093, США. [email protected]
- PMID: 22275204
- DOI:
10.
1109/РБМЭ.2010.2084078
1109/РБМЭ.2010.2084078Обзор
Yu Mike Chi et al. IEEE Rev Biomed Eng. 2010.
. 2010;3:106-19.
doi: 10.1109/RBME.2010.2084078.
Авторы
Ю Майк Чи 1 , Цзы-Пинг Юнг, Герт Каувенбергс
принадлежность
- 1 Факультет электротехники и вычислительной техники, Инженерная школа Джейкобса, Калифорнийский университет, Сан-Диего, Калифорния 92093, США. [email protected]
- PMID: 22275204
- DOI:
10. 1109/РБМЭ.2010.2084078
1109/РБМЭ.2010.2084078Абстрактный
Недавний спрос и интерес к беспроводным мобильным системам здравоохранения вызвал значительный интерес к разработке альтернативных биопотенциальных электродов для физиологического мониторинга пациентов. Обычные электроды Ag/AgCl с влажным клеем, используемые сегодня почти повсеместно в клинических приложениях, обеспечивают превосходный сигнал, но громоздки и раздражают при мобильном использовании. Хотя электроды, которые работают без гелей, клеев и даже контакта с кожей, известны уже много десятилетий, они еще не получили никакого признания для медицинского применения. Кроме того, подробные сведения и сравнения между различными электродами недостаточно известны в литературе. В этой статье мы исследуем использование сухих/бесконтактных электродов для клинического применения, сначала объяснив электрические модели для сухих, изолированных и бесконтактных электродов и показав пределы рабочих характеристик вместе с данными измерений.
Похожие статьи
Нановолоконные тканевые сухие электроды для длительной регистрации биопотенциалов.
О Т.И., Юн С., Ким Т.Е., Ви Х., Ким К.Дж., Ву Э.Дж., Садлер Р.Дж. О ТИ и др. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2013 апр;7(2):204-11. doi: 10.1109/TBCAS.2012.2201154. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2013. PMID: 23853303
Датчик биопотенциала волокна.
Лободзинский С.М., Лакс М.М. Лободзинский С.М. и соавт. J Электрокардиол. 2006 окт; 39 (4 Дополнение): S41-6. doi: 10.1016/j.jelectrocard.2006.05.016. J Электрокардиол. 2006. PMID: 17015067
Сухие и бесконтактные датчики ЭЭГ для мобильных интерфейсов мозг-компьютер.
Чи Ю.М., Ван Ю.Т., Ван Ю., Майер С., Юнг Т.П., Каувенбергс Г. Чи Ю.М. и соавт. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2012 март; 20(2):228-35. дои: 10.1109/ТНСРЕ.2011.2174652. Epub 2011 12 декабря. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2012. PMID: 22180514
Сухие электроды для электрокардиографии.
Мезиан Н., Вебстер Дж.Г., Аттари М., Нимункар А.Дж. Мезиан Н. и соавт. Физиол Изм. 2013 сен;34(9):R47-69. дои: 10.
1088/0967-3334/34/9/r47.
Физиол Изм. 2013.
PMID: 24137716
Обзор.Изолирующие электроды: обзор передних концов биопотенциалов для диэлектрических интерфейсов кожа-электрод.
Спинелли Э., Хаберман М. Спинелли Э. и др. Физиол Изм. 2010 г., 31 октября (10): S183-98. дои: 10.1088/0967-3334/31/10/S03. Epub 2010 10 сентября. Физиол Изм. 2010. PMID: 20834109 Обзор.
1088/0967-3334/34/9/r47.
Физиол Изм. 2013.
PMID: 24137716
Обзор.Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Системный расизм в исследованиях ЭЭГ: соображения и возможные решения.
Чой Т., Бейкер Э., Ставропулос К. Чой Т. и др. Воздействовать на науку. 2021 26 мая; 3(1):14-20. doi: 10.1007/s42761-021-00050-0. Электронная коллекция 2022 март.
Воздействовать на науку. 2021.
PMID: 36042782
Бесплатная статья ЧВК.Последние достижения в области растягиваемых и переносных емкостных электрофизиологических датчиков для долгосрочного мониторинга состояния здоровья.
Улла Х., Вахаб М.А., Уилл Г., Карим М.Р., Пан Т., Гао М., Лай Д., Лин И., Мираз М.Х. Улла Х. и др. Биосенсоры (Базель). 2022 11 августа; 12 (8): 630. дои: 10.3390/биос12080630. Биосенсоры (Базель). 2022. PMID: 36005025 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Обзор биосенсоров на основе ЭМГ, ФМГ и ЭИТ и соответствующих взаимодействий человека и машины и биомедицинских приложений.
Чжэн З., У З., Чжао Р., Ни И., Цзин С., Гао С. Чжэн Зи и др. Биосенсоры (Базель). 2022 12 июля; 12 (7): 516.
дои: 10.3390/биос12070516.
Биосенсоры (Базель). 2022.
PMID: 35884319
Бесплатная статья ЧВК.
Обзор.Электроника кожи от биосовместимой сварки на месте благодаря липким проводникам.
Тан Л., Ян С., Чжан К., Цзян Х. Танг Л. и др. Adv Sci (Вейн). 2022 авг;9(23):e2202043. doi: 10.1002/advs.202202043. Epub 2022 26 июня. Adv Sci (Вейн). 2022. PMID: 35754311 Бесплатная статья ЧВК.
Миниатюризация носимых ЭЭГ-систем: записывающее оборудование и обработка данных.
Ким М, Ю С, Ким С. Ким М и др. Биомед Инж Летт. 2022 6 июня; 12 (3): 239-250. doi: 10.1007/s13534-022-00232-0. Электронная коллекция 2022 авг. Биомед Инж Летт. 2022. PMID: 35692891 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Воздействовать на науку. 2021.
PMID: 36042782
Бесплатная статья ЧВК.
дои: 10.3390/биос12070516.
Биосенсоры (Базель). 2022.
PMID: 35884319
Бесплатная статья ЧВК.
Обзор.Просмотреть все статьи «Цитируется по»
Типы публикаций
термины MeSH
Глава 4: Электроды – Алан Мэйси
Сравнение поляризуемых и неполяризуемых электродов
Размер и класс электрода
Соединение электрод-электролит-кожа
Проверка импеданса
Монополярный и биполярный
Шум
Серебряные/хлоридсеребряные электроды
Нержавеющая сталь, золото, олово , Электроды из углеродного состава
Тип геля электрода и содержание ионов – гипертонический, гипотонический и изотонический
Подготовка кожи к измерению биопотенциала
Влажные, сухие и емкостно-связанные поверхностные электроды
Артефакт движения
Точечные и полосковые электроды
Эквипотенциальные линии
Поляризующиеся и неполяризуемые электроды
Все электроды попадают в диапазон, определяемый двумя идеализированными типами электродов , а именно совершенно поляризуемый и совершенно неполяризуемый.
Эти типы электродов характеризуются наблюдаемыми последствиями при прохождении тока через соединение электрод/электролит. Совершенно поляризуемые электроды ведут себя как конденсаторы, потому что через переход протекает только ток смещения (переходный). Постоянный (непереходный) ток не протекает через идеально поляризуемые электроды. В случае совершенно неполяризуемых электродов постоянный ток легко протекает через соединение электрод/электролит и не требует определенного напряжения возбуждения для обеспечения потока электронов. Совершенно неполяризуемые электроды ведут себя как резисторы.
Все электроды имеют потенциал полуэлемента, который измеряется относительно потенциала полуэлемента стандартного водородного электрода (SHE). Потенциал полуэлемента водородного электрода условно определяется как 0 вольт. Потенциал полуэлемента при условии, что через электрод не проходит ток, известен как равновесный потенциал (Ve). С неполяризуемым электродом потенциал электрода существенно не изменится по сравнению с его потенциалом в состоянии равновесия (состояние нулевого тока) даже при относительно больших токах, проходящих через соединение электрод/электролит.
Это связано с тем, что реакции электрод/электролит происходят быстро. С поляризуемым электродом потенциал электрода будет значительно отличаться от его потенциала в равновесии даже при относительно небольших токах, проходящих через соединение электрод/электролит. Это связано с тем, что реакции электрод/электролит протекают медленно.
Перенапряжение – это разница в потенциале электрода/электролита электрода между его равновесным и рабочим состояниями. Электрод находится в рабочем состоянии, когда течет ток. Перенапряжение состоит из трех элементов:
Резистивное перенапряжение (Vr)
Дополнительный потенциал, возникающий в результате протекания тока через соединение электрод/электролит из-за сопротивления этого соединения.
Перенапряжение активации (Ва)
Дополнительный потенциал, возникающий из-за разницы потенциалов активации между двумя обстоятельствами:
- Энергия активации (напряжение), необходимая для окисления атома металла и входа в электролит в виде катиона.
- Барьер энергии активации (напряжение), необходимый для восстановления катиона и осаждения атома металла на электроде.
Перенапряжение концентрации (Vc)
Дополнительный потенциал, возникающий в результате изменения концентрации ионов на границе раздела электрод-электролит при прохождении тока через соединение электрод/электролит.
Общее перенапряжение (Vp), где Vp = Vr + Va + Vc, представляет собой дополнительное напряжение, необходимое для того, чтобы заставить электродную реакцию протекать с требуемой скоростью. Рабочий потенциал анода всегда более положителен по отношению к катоду, чем равновесный потенциал.
Общий потенциал (Vt), связанный с рабочим электродом, равен его равновесному потенциалу (Ve) и его избыточному потенциалу (Vp), где:
Vt = Ve + Vp
Ни один электрод не является полностью поляризуемым или неполяризуемым , однако некоторые классы электродов могут приблизиться к этим характеристикам. Платиновые электроды представляют собой разумное приближение к идеально поляризуемым электродам, и они демонстрируют Vp, который в первую очередь является результатом Vc и Va.
Электроды Ag/AgCl ведут себя достаточно близко к совершенно неполяризуемым электродам и имеют Vp, который в основном является результатом только Vr. Обычно считается, что неполяризуемые электроды используются для регистрации биопотенциалов, а поляризуемые электроды лучше подходят для временной электрической стимуляции. Поляризуемые электроды можно использовать для записи биопотенциалов, но поскольку они ведут себя емкостно, эти электроды лучше подходят для высокочастотных измерений биопотенциалов. Поскольку неполяризуемые электроды ведут себя резистивно, они лучше подходят для регистрации биопотенциалов в диапазоне от высокой до очень низкой частоты.
Размер и класс электродов
В зависимости от интересующего измерения биопотенциала могут потребоваться электроды разных размеров и классов. Типы размеров и классов электродов:
- Микроэлектроды
- Электроды из тонкой проволоки
- Игольчатые электроды
- Поверхностные электроды
- Набор электродов
Микроэлектроды обычно представляют собой заполненные физиологическим раствором стеклянные электроды.
Это вытянутые стеклянные трубки, которые при заполнении физиологическим раствором соединяют очень маленькую открытую часть физиологического раствора с проводящим элементом. Стеклянную трубку вытягивают, когда ее подносят к источнику тепла, чтобы создать коническую трубку. Проводящий элемент, такой как платиновая проволока или гранулы Ag/AgCl, удерживается в большей части трубки. Когда трубка заполнена физиологическим раствором, физиологический раствор образует проводящий путь между проводящим элементом и открытым физиологическим раствором на кончике электрода. Наконечник можно сделать настолько крошечным, чтобы при размещении на поверхности клетки он мог соединиться с небольшим участком клеточной мембраны. Эта конфигурация позволяет измерять активность клеточных ионных каналов в области пластыря. Микроэлектроды можно использовать для межклеточных или внеклеточных измерений. Межклеточные измерения представляют собой записи из одной клетки, а внеклеточные измерения обычно записывают сигналы из нескольких ячеек.
Электроды из тонкой проволоки представляют собой отдельные жилы металлической проволоки, обычно платиновой или серебряной, с частичной изоляцией с покрытием, обычно эпоксидным. Изолирующее покрытие обычно наносится, чтобы обнажить только область на конце провода. Когда электрод из тонкой проволоки вводится в ткань, металлическая проводящая проволока будет полностью изолирована от окружающих тканей, за исключением кончика. Электроды из тонкой проволоки слишком велики, чтобы их можно было использовать в качестве межклеточных электродов. Электроды из тонкой проволоки используются в качестве внеклеточных электродов для сбора или ввода сигналов от или к группам клеток или в определенных объемах ткани. Электроды из тонкой проволоки могут быть различной длины и диаметра, подходящие для прецизионных микроскопических зажимных систем для ручного введения в ткань.
Игольчатые электроды представляют собой металлические электроды, подобные электродам из тонкой проволоки. Однако игольчатые электроды обычно намного больше и надежнее, чем тонкопроволочные.
Игольчатые электроды обычно изготавливаются из нержавеющей стали, однако могут использоваться различные металлические сплавы. Игольчатые электроды обычно частично изолированы, как электроды из тонкой проволоки, однако также используются неизолированные игольчатые электроды. При изоляции эпоксидным покрытием покрытие наносится так, чтобы обнажить только область на кончике иглы. Игольчатые электроды используются в качестве внеклеточных электродов. Игольчатые электроды обычно вводятся в ткань вручную.
Поверхностные электроды обычно представляют собой самые большие типы электродов. Эти электроды обычно прикрепляются к поверхности тела с помощью кольца с клейкой лентой или клейкого электродного геля. Поверхностные электроды изготавливаются из широкого спектра проводящих материалов, включая металлы, сплавы металлов, соединения металлов и проводящую резину или ткань. Наилучшими поверхностными электродами для записи биопотенциалов от очень низких до высоких частот являются электроды Ag/AgCl, которые имеют опосредованное электролитом соединение с поверхностью тела.
Проводящая резина и другие поляризуемые электроды лучше подходят для электрической стимуляции поверхности кожи, чем для измерения биопотенциалов. Однако для более высокочастотных измерений биопотенциалов все типы материалов электродов могут использоваться с разной степенью успеха. Относительно новым классом поверхностных электродов являются активные бесконтактные электроды, в которых используется электроника на конце электрода для установления полностью емкостного соединения с поверхностью тела. Эти электроды могут иметь очень хорошие характеристики в диапазоне частот биопотенциала, однако они не работают на нулевой частоте. Другие новые типы электродов включают растягиваемые проводящие тканевые электроды, которые можно использовать для сбора данных о биопотенциале у амбулаторных субъектов.
Массивы электродов могут иметь размеры от микроскопических до многих квадратных сантиметров. Массивы могут располагаться линейно, по кругу или в виде прямоугольной сетки. Очень маленькие массивы могут иметь встроенные точки электродов разной высоты, которые можно разместить на поверхности пучка нервных волокон, где точки электродов разной высоты могут пересекать разные волокна в пучке.
Массивы поверхности большего размера можно прикладывать к коже для сбора биопотенциалов в выбранной области. Классический массив поверхностных электродов — это система 10-20 ЭЭГ. Номенклатура «10-20» относится к расстоянию между электродами 10% и 20%, в зависимости от расположения электродов на коже головы. Электроды располагаются на расстоянии 10% или 20% от полного, спереди назад или справа налево, по окружности черепа. В этой системе работает 19активные электроды, каждый из которых обычно относится к правому уху, левому уху или суммированным ушам.
Соединение электрод-электролит-кожа
Соединение электрод-электролит-кожа может быть смоделировано как каскадный ряд цепей сопротивления/емкости и источников потенциала. Характеристики этих соединений важно учитывать при измерении сигналов биопотенциалов, генерируемых организмом, поскольку эти небольшие сигнальные токи должны проходить через соединения, подлежащие измерению. Сопротивления, емкости и потенциалы, связанные с этими соединениями, могут меняться в зависимости от типа электрода и электролита или времени, температуры и физического смещения.
Соединение электрод-электролит в основном состоит из металлического элемента, находящегося в контакте с электролитом. В этой ситуации происходит взаимодействие электрона/иона металла/иона электролита. Ионы металла входят в электролит и ориентируются относительно электронов в металле и ионов электролита в электролите. Это ориентационное наслоение приводит к распределению заряда (половинному потенциалу) на переходе металл-электролит. Простая модель цепи для перехода электрод-электролит может быть описана как сопротивление, параллельное последовательному сопротивлению и емкости, и комбинированная сеть, включенная последовательно с источником напряжения (полупотенциал). На низких частотах этот импеданс в основном резистивный и высокозначный. На промежуточных частотах этот импеданс становится более емкостным и быстро падает с увеличением частоты. На высоких частотах этот импеданс становится резистивным и малозначительным.
Соединение электролит-кожа характеризуется взаимодействием электролита с верхним слоем кожи (эпидермисом).
Сам эпидермис состоит из слоев. Верхний слой, роговой слой, состоит из мертвых клеток кожи. Эти мертвые клетки создают импеданс и ведут себя как полупроницаемый барьер при контакте с электролитом. Ионы под этим барьером ориентируются относительно ионов в электролите, поэтому возникает потенциал. Простая модель цепи контакта электролит-электрод с кожей может быть описана как два сопротивления (сопротивление электролита и сопротивление дермы) последовательно с параллельным сопротивлением и емкостью (со стороны эпидермиса), а комбинированная сеть последовательно соединена с источником напряжения (со стороны кожи). потенциал). На низких частотах этот импеданс в значительной степени является резистивным и высокозначным. На промежуточных частотах в этом импедансе преобладает емкостная характеристика, и он быстро падает с увеличением частоты. На высоких частотах этот импеданс становится резистивным при низких значениях.
Сопротивление соединения электрод-электролит-кожа уменьшается с увеличением площади поверхности электрода.
И наоборот, очень маленькие кожные электроды будут иметь высокий импеданс соединения электрод-кожа. По мере уменьшения площади контакта электродов к записывающему усилителю предъявляются все более высокие требования. Это связано с тем, что входной импеданс записывающего усилителя должен быть намного больше (в 100 раз больше), чем импеданс электродного источника, чтобы минимизировать нагрузку. По мере увеличения импеданса источника и нагрузки соответствующие проводники, идущие от соединения электрод-кожа к входу усилителя, становятся восприимчивыми мишенями для окружающих токов смещения в локальной среде. Соответственно, в этих случаях необходимо защитное экранирование для контроля и перенаправления мешающих токов смещения от чувствительных входных проводников.
Проверка импеданса
Проверка импеданса между парой электродов, прикрепленных к поверхности кожи, представляет собой простой метод проверки качества проводимости соединений электродов с кожей. Для высококачественной записи биопотенциалов лучше всего иметь низкий импеданс соединения электрод-кожа.
Как правило, хорошее измерение импеданса соединения электрод-кожа, состоящее из последовательной комбинации двух электродов Ag/AgCl диаметром 1 см и объема ткани между ними, будет составлять 10 кОм или меньше. Почти весь измеренный импеданс приходится на два контакта электрода с кожей (например, около 5 кОм каждый), а объем ткани обычно имеет гораздо более низкий импеданс (например, менее 100 Ом). Это измерение импеданса с двумя выводами лучше всего выполнять на частоте, которая находится в средней полосе спектра интересующего сигнала. Поверхностные биопотенциалы имеют наибольшую энергию сигнала в диапазоне 1-300 Гц. Следовательно, где-то от 10 до 30 Гц является разумной тестовой частотой, потому что число в этом диапазоне является примерно серединой логарифма общего усиленного спектра сигнала. Двухконтактная проверка импеданса электрод-кожа с использованием постоянного тока ненадежна из-за влияния равновесных полупотенциалов электрод/электролит, перенапряжений и потенциалов кожи.
Монополярный и биполярный
При размещении электродов на теле субъекта для любого измерения сигнала требуется два электрода.
Это связано с тем, что сигнал должен иметь эталон, относительно которого измеряется сигнал. Для многих типов записей биопотенциалов, таких как ЭКГ, ЭЭГ и ЭМГ, один эталон может использоваться со многими «активными» сигналами. Этот тип измерения биопотенциала называется униполярной записью. Когда глобальное референтное отведение не используется, измерение биопотенциала называется биполярной записью
Все измерения биопотенциалов по своей сути являются дифференциальными измерениями напряжения. Это означает, что усилитель просто сообщает о напряжении, измеренном между двумя электродами. Электрод сравнения — это всего лишь один из этих двух электродов, считающихся «эталоном». И, автоматически, другой электрод (в дифференциальной паре) считается «активным» или «входным».
Шум
Все электроды издают шум при прикреплении к поверхности кожи. Этот шум имеет несколько компонентов; тепловой компонент, связанный с сопротивлением соединения электрод-кожа, «остроконечный» неустойчивый компонент, связанный со спорадическим переносом ионов, медленно движущийся «дрейф», связанный со смещением потенциала между кожей и электродом, и «артефакт движения», который может иметь «шипообразные» или «дрейфовые» аспекты, возникающие в результате физического смещения электрода на поверхности кожи.
Электроды из серебра/хлорида серебра
Электроды из серебра/хлорида серебра (Ag/AgCl) обладают лучшими характеристиками из всех типов электродов. Наибольшую проблему при использовании этих электродов обычно вызывает шум, связанный с артефактом движения. Электроды Ag/AgCl считаются практически неполяризуемыми. Неполяризуемость означает, что в соединении электрод/электролит не будет возникать перенапряжение активации или концентрации в результате протекания тока через электрод. Такое поведение создает очень стабильный электрод для использования в записи биопотенциалов. Слой AgCl, расположенный между слоем Ag и электролитом, оказывает стабилизирующее действие на соединение электрод/электролит, уменьшая шум в соединении, при условии, что электрод Ag/AgCl находится в контакте с электролитом, который содержит достаточно высокое концентрация ионов хлора. Спеченные электроды Ag/AgCl обладают самой высокой стабильностью, а электроды с покрытием Ag/AgCl работают почти так же хорошо.
Потенциал полуэлемента электрода Ag/AgCl обычно оценивается примерно на 0,22 вольта выше, чем потенциал полуэлемента водородного электрода, который произвольно определяется как 0 вольт. Этот потенциал полуэлемента будет варьироваться в зависимости от проводящего электролита. Если концентрация ионов электролита достигает насыщения, потенциал полуэлемента снижается примерно до 0,20 вольт. Когда концентрация ионов ниже, как в морской воде, потенциал полуэлемента увеличивается примерно на 0,27 вольта. Когда для записи биопотенциалов используются два электрода Ag/AgCl, потенциалы полуклеток нейтрализуются в контуре измерения, поэтому усилитель регистрирует только сигнал биопотенциала, очевидный в объеме ткани.
Электроды из золота, олова, нержавеющей стали, углеродного состава
Любой металл, такой как золото, серебро, олово или нержавеющая сталь, можно использовать в качестве кожного электрода. Золото и олово часто используются для записи некоторых видов биопотенциалов, обычно ЭЭГ.
Исторически сложилось так, что коллодий (клейкий и проводящий электродный гель) использовался с оловянными или золотыми чашечными электродами для записи ЭЭГ с высокой плотностью. Эти конфигурации электрод-гель обеспечивают очень низкий импеданс контакта с кожей головы, небольшую площадь контакта с клеем и являются прочными для постоянного использования.
Металлические электроды поляризуемы. Поляризуемость означает, что соединение металлического электрода, геля и кожи будет со временем развивать потенциал смещения, поскольку ток проходит через соединение. Эта характеристика делает электрод менее пригодным для записи низкочастотных биопотенциалов (менее 0,1 Гц), потому что различные смещения потенциалов могут маскировать лежащие в основе медленные сигналы биопотенциалов.
Электроды из углеродного состава представляют собой гибкие проводящие электроды, состоящие из резины, пропитанной углеродом. Эти электроды используются в качестве стимулирующих электродов, как правило, при чрескожной стимуляции нервов.
Эти электроды очень шумные и не подходят для регистрации биопотенциалов общего назначения.
Тип электродного геля и содержание ионов – гипертонический, гипотонический и изотонический
Для электродных гелей (электролитов) чем выше содержание хлористых солей, тем лучше проводимость электрода. Предварительно гелевые поверхностные электроды с более высоким содержанием соли полезны для проведения быстрых и высококачественных измерений биопотенциалов после того, как электроды приложены к поверхности кожи. Кроме того, влажные (жидкие) гели дополнительно ускоряют этот процесс, так как электролит легче и быстрее мигрирует в поверхностные слои кожи. Электроды с высокой проводимостью обычно имеют меньше артефактов из-за низкого импеданса между электродом и поверхностью кожи.
По мере снижения содержания хлористых солей в электролите снижается проводимость электрода. Однако, когда содержание хлоридов падает до 10% или менее, электрод/электролит можно все чаще использовать для долговременной записи (более 2 часов) с меньшей вероятностью раздражения кожи.
Кроме того, если электролит инкапсулирован в гидрогель, он мягче воздействует на кожу, чем влажные (жидкие) гели с той же концентрацией соли. Электролиты на основе гидрогеля не будут мигрировать на поверхность кожи так легко и быстро, как влажные гели. Для 24-часовой регистрации биопотенциалов, не требующей изотонических электролитов, обычно подходит гидрогелевый электролит с содержанием хлоридных солей 4–5%.
В электродах с лучшими характеристиками используется проводящий, полужидкий, податливый слой между кожей и фиксированным проводящим элементом электрода. Этот слой обычно представляет собой проводящий гель. Гель обычно изготавливается на водной основе и включает ионное содержание, полученное в результате добавления хлоридной соли. Гипертонический гель имеет большее ионное содержание, чем характерно для поверхности кожи. Гипотонический гель имеет ионное содержание меньше, чем характерно для поверхности кожи. Изотонический электродный гель имеет такую же ионную концентрацию, что и эккринные железы кожи.
Для измерения электрокожной активности важно использовать электрод с аналогичным (изотоническим) содержанием хлоридной соли на поверхности кожи, чтобы не перенасыщать или не перенасыщать эккринные железы. Кожный пот является слабым электролитом и может считаться тонизирующим эквивалентом примерно 0,3% (0,05 молярного) раствора хлоридной соли. Использование изотонического электродного геля создает основу для неинвазивных измерений EDA, поэтому эти измерения будут иметь минимальное влияние на химический состав участка кожи. На практике для измерений EDA обычно подходит электролит с концентрацией хлоридной соли от 0,1% до 0,5%, при этом концентрации в диапазоне от 0,3% до 0,5% несколько более стабильны при использовании электродов Ag/AgCl из-за более высокой концентрации электролита. Cl- ионное содержание.
Обычный физиологический раствор, который изотоничен плазме человека по отношению к мембранам эритроцитов, представляет собой примерно 0,9% (0,153 молярный) раствор хлоридной соли.
При воздействии физиологического раствора эритроциты не уменьшаются и не увеличиваются в размерах.
Проблема с изотоническими и гипотоническими гелями для электродов заключается в том, что они приводят к высокому контактному сопротивлению электрода. Этот более высокий импеданс может привести к увеличению шума из-за возможного снижения общего коэффициента подавления синфазного сигнала усилителя и влияния токов смещения, возникающих из-за окружающей среды. Также будет повышен тепловой шум из-за более высокой действительной части импеданса контакта. Импеданс соединения электрод/кожа сильно зависит от типа электролита и концентрации хлористых солей. Например, гидрогелевый электрод с концентрацией хлорида 4% будет иметь импеданс примерно в 10 раз выше, чем влажный электрод с жидким гелем с концентрацией хлорида 10%, после первого нанесения на кожу.
Гипертонический электродный гель полезен для получения высокой проводимости соединения электрода с кожей. Соединение электрода с высокой проводимостью полезно при регистрации биопотенциалов, поскольку более низкий контактный импеданс приводит к улучшению коэффициента подавления синфазного сигнала усилителя, снижению влияния токов смещения, возникающих в окружающей среде, и снижению высокочастотного шума.
Использование гипертонического геля для электродов может кратковременно увеличивать низкочастотный дрейф базовой линии, поскольку перенос ионов происходит через соединение электрод-кожа. Однако через некоторое время (несколько минут) базовый уровень обычно становится более стабильным. Гипертонический гель для электродов не влияет на качество измерений биопотенциалов, состоящих из высокочастотной информации, такой как общие сигналы ЭМГ, ЭКГ или ЭЭГ. Умеренно гипертонический электродный гель (молярность Cl в диапазоне 0,5-2,2M) при использовании с электродами Ag/AgCl, по-видимому, обеспечивает стабильные базовые потенциалы электродов и улучшает качество измерений для всех медленных записей биопотенциалов, включая уровень кожного потенциала/ответ , электрогастрограмма и медленный корковый потенциал.
Следующая реакция определяет потребность в Cl- в гелях:
Ag + Cl- <=> AgCl + e-
Необходимо достаточное количество ионов хлорида в электролите для поддержания общего потенциала электрода (Vt) стабильность.
Как правило, для регистрации биопотенциалов молярность ионов хлора в электролите от 0,5 до 2,5 (моль/л) в сочетании с электродами Ag/AgCl обеспечивает наиболее стабильную конфигурацию электрод/электролит/поверхность кожи. Спеченные (обычно многоразовые) электроды Ag/AgCl имеют самую высокую стабильность, а покрытые (обычно одноразовые) электроды Ag/AgCl работают почти так же хорошо.
NaCl Электролит Химия:
NaCl содержит один атом натрия и один атом хлора на молекулу. Натрий имеет атомный вес 22,99 г/моль, а хлор имеет атомный вес 35,45 г/моль. Соответственно NaCl имеет молекулярную массу в граммах:
(1) * (22,99) + (1) * (35,45) = 58,44 грамм/моль
Концентрация в процентах (масса на объем) представляет собой количество граммов химического растворенного вещества на 100 миллилитров раствора. Умножьте процентную концентрацию на 10, чтобы получить количество граммов растворенного вещества в одном литре раствора.
Примеры :
5% раствор NaCl содержит (5 * 10) или 50 граммов NaCl в одном литре раствора.
Чтобы определить молярность (моль/л) раствора, разделите число граммов на молекулярную массу грамма:
50 граммов / (58,44 грамма/моль) = 0,856 молярного раствора NaCl
0,3%-ный раствор NaCl будет иметь (0,3 * 10) или 3 грамма NaCl на один литр раствора. Чтобы определить молярность (моль/л) раствора, разделите количество граммов на грамм молекулярной массы:
3 грамма / (58,44 грамма/моль) = 0,051 молярного раствора NaCl
Для определения молярности ионов Cl- или Na+ в растворе определите отношение атомов к молекулам. В случае растворов NaCl молярность будет одинаковой для ионов NaCl, Na+ и Cl-, поскольку в каждой молекуле хлорида натрия имеется один атом натрия и один атом хлора.
Подготовка кожи к измерению биопотенциалов
Для обеспечения максимальной проводимости электрода по отношению к коже кожу следует слегка натереть мягкой абразивной салфеткой, такой как ELPAD компании BIOPAC. Не рекомендуется использовать спиртовую салфетку для улучшения проводимости, так как это только высушит поверхность кожи.
Легкая шлифовка верхнего слоя эпидермиса эффективно удалит омертвевшие клетки кожи и подготовит участок кожи к созданию пути с высокой проводимостью после нанесения гелеобразного электрода.
После применения можно проверить надежное гальваническое соединение электрода с кожей путем проверки импеданса. EL-CHECK компании BIOPAC можно использовать для измерения импеданса между любыми двумя поверхностными электродами. Поскольку каждое соединение электрод/электролит образует полуэлемент, измерения импеданса более точно измеряются на некоторой частоте, находящейся в полосе биопотенциалов. EL-CHECK работает путем подачи постоянного тока 3,5 мкА (среднеквадратичное значение) частотой 25 Гц через электроды, подвергающиеся проверке импеданса. Сообщается полная петля последовательного импеданса, включая импеданс соединения электродов/кожи и соединительного тела. В идеале показание должно составлять 10 000 Ом или меньше (примерно 5 000 Ом на электрод). На практике усилители биопотенциала BIOPAC очень устойчивы к импедансу электрода/кожи, даже превышающему 50 000 Ом.
Тем не менее, записи самого высокого качества всегда будут сопровождаться переходами электрод/кожа с импедансом 10 000 Ом или меньше.
Влажные, сухие и поверхностные электроды с емкостной связью
Влажные электроды содержат слой электролита между кожей субъекта и проводящей подложкой электрода (обычно Ag/AgCl). Этот тип электродов обеспечивает самый низкий уровень шума и самую высокую ширину полосы пропускания сигнала. Эти электроды также оптимальны для измерения биоэлектрических потенциалов с очень низкой частотой, поскольку они обеспечивают прямой путь тока к источнику сигнала. В сухих электродах между токопроводящим электродом и поверхностями кожи не используется никакого электролита, кроме кожного пота. Сухие электроды, при прямом контакте с кожей, могут обеспечивать как гальванические (с прямой связью), так и емкостные (связанные по току смещения) пути электрического тока между поверхностью кожи и электродом. Сухой электрод, который не обеспечивает прямого пути тока, считается имеющим только емкостную связь.
Проводящий материал, покрытый электроизолирующим слоем, может быть использован в качестве сухого электрода без пути тока с прямой связью и может функционировать как электрод с емкостной связью даже при размещении непосредственно на поверхности кожи. Электроды с емкостной связью могут воспринимать биопотенциалы на некотором расстоянии от места регистрации. Эти электроды работают только за счет токов смещения, поэтому они все больше не могут передавать сигналы с уменьшающейся частотой. Поскольку сухие электроды не содержат слоя электролита, их легче наносить, чем влажные электроды.
Артефакт движения
Артефакт движения включает диапазон сигналов, которые могут быть созданы во время любого движения, которые действуют для маскировки интересующих сигналов. Артефакт движения имеет много источников, в следующем списке указаны некоторые часто встречающиеся артефакты:
1. Соединения электрод-электролит-поверхность кожи
Все множественные соединения на границе электрод-электролит-кожа вызывают потенциалы.
Эти потенциалы чувствительны к артефакту движения. Когда электрод прижимается к коже, изменения потенциала могут легко достигать величины 1 мВ. При движении электрода из стороны в сторону относительно кожи можно легко получить потенциал около 500 мкВ. Кроме того, соединение электрод-электролит может создавать артефакты при механическом воздействии. Электрод Ag/AgCl производит сигнал до 1,5 мВ при перемещении в электролите. Этот потенциал можно уменьшить, устранив движение электролита относительно электрода Ag/AgCl, поместив соединение электролит/электрод на одном конце небольшой полости. Инертная сетка используется для удержания геля в этой небольшой полости рядом с электродом.
2. Потенциальные изменения кожи, связанные с растяжением
Верхний поверхностный слой кожи несколько более отрицателен (примерно 5 мВ), чем нижележащие слои. Этот потенциал считается потенциалом соединения между электролитом и нижележащими слоями кожи. Растяжение кожи вызывает снижение величины этого потенциала.
Если поверхностный электрод разместить поверх кожи, подверженной растяжению, электрод будет передавать это изменение напряжения. Путем легкого шлифования поверхности кожи этот потенциал кожи может быть существенно снижен.
3. Трибоэлектрический эффект
Трибоэлектрический эффект представляет собой образование электрического заряда в результате трения между определенными типами материалов. Статическое электричество в значительной степени возникает из-за трибоэлектрического эффекта. В контексте артефакта движения трибоэлектрический шум — это внутренний шум, создаваемый изгибанием или вибрацией кабеля, который может передавать очень слабый сигнал до усиления. Движения кабеля могут привести к трению между различными проводниками и изоляторами кабеля. В свою очередь, это трение может генерировать трибоэлектрический шум. Этот электрический шум, вызванный трением, может легко превысить величину интересующего сигнала.
Для снижения трибоэлектрических помех в кабельных системах можно использовать специальный малошумящий кабель.
Этот кабель сводит к минимуму возможность трения между слоями кабеля, использует материалы, которые создают низкий трибоэлектрический шум при контакте, и включает проводящие слои для отвода любых возникающих трибоэлектрических зарядов.
4. Закон Фарадея, эффект Холла и закон Ленца
Закон Фарадея:
Любое изменение магнитного поля электрической цепи вызовет появление в цепи электродвижущей силы (напряжения).
E (вольты) = B (тесла) xL (метры) xV (метры/сек)
Эффект Холла:
Когда движущиеся заряды (ток) проходят в проводнике, перпендикулярном магнитному полю, возникает перепад напряжения (напряжение Холла) будет развиваться поперек (поперек) тока в проводнике.
Закон Ленца:
ЭДС индукции в электрической цепи из-за изменения магнитного поля генерирует ток, противодействующий изменению магнитного поля. Соответственно, этот ток приведет к механической силе, противодействующей движению магнитного поля относительно цепи.
В частности, в контексте артефакта движения любая проводящая цепь, движущаяся в магнитном поле, будет генерировать напряжение. Магнитное поле Земли составляет примерно 50 мкТесла. Проводник длиной 1 метр, движущийся через это поле со скоростью 1 метр в секунду, с ориентацией, максимально пересекающей силовые линии, приведет к генерируемой ЭДС 50 мкВ между концами проводника.
5. Сдвиг тока смещения
Когда на два изолированных проводника подается переменная разность напряжений, между проводниками протекает ток смещения. Этот принцип ярко проявляется в работе конденсатора или линии передачи. При движении между проводниками величины тока смещения будут изменяться по мере изменения расстояния между проводниками. Расстояние между проводниками обратно пропорционально эффективной емкости между проводниками.
В типичной лабораторной среде заряд изолированного субъекта будет зависеть от величины тока смещения и связанных с ним путей в окружающей среде.
Прежде всего, величины тока смещения будут определяться локальными высокоуровневыми источниками переменного напряжения в окружающей среде. Как правило, самым крупным источником является сеть электроснабжения, поставляющая электроэнергию. Напряжение будет варьироваться от 120 В переменного тока до 240 В переменного тока, а частота переменного тока — от 50 Гц до 60 Гц.
Когда субъект перемещается в среде, в которой присутствует такое описанное переменное напряжение (ЭДС), эта ЭДС наводит на субъект переменный заряд. Переменный заряд на объекте будет варьироваться по величине в зависимости от потока токов смещения, окружающих объект. По мере того, как объект приближается к источнику ЭДС, при прочих равных условиях заряд на объекте будет приближаться к уровню источника ЭДС.
6. Магнитогидродинамика
Магнитогидродинамика — раздел физики, изучающий поведение электропроводящих жидкостей в магнитных полях. Наблюдаемое поведение во многом подчиняется закону Фарадея и закону Ленца.
Магнитогидродинамические (МГД) явления очень выражены и легко наблюдаются при выполнении измерений ЭКГ у субъекта во время процедур магнитно-резонансной томографии.
Воздействие постоянного магнитного поля на кровоток внутри сосудистой системы человека приводит к МГД-эффекту. Этот эффект приводит к дополнительному сигналу напряжения (эффект Холла), который накладывается на сигнал ЭКГ. Это наложение делает невозможным выполнение обычного диагностического анализа сигнала ЭКГ, если к сигналу не применяется специальная математика для компенсации МГД-эффекта.
Максимальный кровоток в аорте наблюдается во время систолы, что соответствует сегменту ST на ЭКГ. Из-за эффекта Холла максимальный эффект МГД возникает во время сегмента ST, что приводит к подъему зубца Т. Кроме того, абсолютный кровоток (ударный объем) будет уменьшаться в присутствии магнитного поля в соответствии с законом Ленца.
Точечные и ленточные электроды
Точечные электроды представляют собой поверхностные электроды, которые обычно создают круглую или полукруглую контактную область с кожей посредством нанесенного электролита.
Ленточные электроды имеют линейный контакт с кожей. В этом последнем случае линия соприкосновения имеет определенную ширину, и эта ширина устанавливается на сравнительно большом расстоянии. Ленточные электроды идеально подходят для создания эквипотенциальных линий для четкого определения конкретных точек измерения в объемном проводнике. Область контакта полоски более проводящая, чем подлежащая ткань; таким образом, полоска принуждает все точки контакта с кожей вдоль периферийной полоски к одному и тому же потенциалу. Этот тип электродов полезен для измерений импедансной кардиографии и плетизмографии.
Эквипотенциальные линии
Эквипотенциальная линия — это линия вдоль тела субъекта, которая должна поддерживаться при одном и том же потенциале. В некоторых типах регистрации биопотенциалов, таких как измерения биоимпеданса, исследуемые объемы ткани обычно ограничиваются эквипотенциальными линиями. Типичные измерения биоимпеданса включают импедансную кардиографию, импедансную плетизмографию и импедансную пневмографию.
При измерениях импедансной кардиографии между верхней частью шеи и нижней частью туловища вводится постоянный и переменный ток, а электроды контроля напряжения располагаются внутри этого ограниченного объема. Как правило, электроды контроля напряжения используются для установления эквипотенциальных линий в нижней части шеи и средней части туловища.
Эквипотенциальная линия может быть установлена на поверхности тела субъекта с помощью ленточных или точечных электродов. В общем, более эффективно и прямо использовать ленточные электроды для создания эквипотенциальной линии, потому что низкий импеданс электрода автоматически устанавливает эквипотенциальную линию вдоль границы контакта электрода с кожей. Для создания окружной эквипотенциальной линии требуется не менее двух точечных электродов.
Характеристики дрейфа — электроды и электролиты:
- http://lib.tkk.fi/Diss/2006/isbn9512269562/article3.pdf
Общее обсуждение биопотенциальных электродов:
- http://www. unc.edu/~finley/BME422/Webster/c05.pdf
- http://www.angelfire.com/planet/ehuigen/scriptie.pdf
- ftp://ftp.seu.edu.cn/Pub2/EBooks/Books_from_EngnetBase/pdf/8594/ch048.pdf
- http://users.rowan.edu/~polikar/CLASSES/ECE404/Lecture6.pdf
- http://www.groupes.polymtl.ca/gbm8320/Ch8_P1_Electrodes_web.pdf
- http://web.mnstate.edu/marasing/CHEM480/Handouts/Chapters/Electrodes%20and%20Potetiometry.pdf
- http://www.ece.queensu.ca/Current-Students/Undergraduate/Course-Homepages/ELEC-408/files/ELEC408_ElectrodeTheoryNotes_Nov09.pdf
- http://www.fis.uc.pt/data/20062007/apontamentos/apnt_134_5.pdf
- http://m.authorstream.com/presentation/chandana-2132523-biopotential-electrodes/
- http://www.groupes.polymtl.ca/gbm8320/Ch8_P1_Electrodes.pdf
- http://www.
Стимуляция электродами:
- http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/1450-9903/2008/1450-902035K.pdf
Диссертация по электродам — общий объем:
- http://dspace. cc.tut.fi/dpub/bitstream/handle/123456789/21164/hokajarvi.pdf?sequence=1
- http://dspace.
Хранение и стабильность электродов Ag/AgCl
- http://psychology.uchicago.edu/people/faculty/cacioppo/jtcreprints/tgce90.pdf
Типы электродного геля:
- http://books.google.com/books?id=_yoRtbPnreYC&pg=PA63&lpg=PA63&dq=hydrogel+versus+wet+electrode+gel+skin+irritation&source=bl&ots=wBlYRb0qof&sig=bFn0IUnbPWRz5ZoyBcs0x4O97Tc&hl=en&sa=X&ei=HeIUU72iC4bmoASXn4KgBQ&ved=0CCkQ6AEwAA# v=onepage&q=гидрогель%20против%20мокрый%20электрод%20гель%20кожа%20раздражение&f=false
- https://mn.uio.no/fysikk/english/research/projects/bioimpedance/publications/papers/gels.pdf
- http://books.google.com/books?id=_yoRtbPnreYC&pg=PA63&lpg=PA63&dq=advantages+of+hydrogel+electrodes+over+wet+gel&source=bl&ots=wBlZS4Ytuf&sig=ixB5KYLQvsR9YJ6qd_iDf_xaFu8&hl=en&sa=X&ei=VYskU46RFaPz2QXtuYEY&ved=0CCkQ6AEwAQ#v =onepage&q=преимущества%20из%20гидрогеля%20электродов%20над%20влажного%20геля&f=false
- https://iopscience. iop.org/article/10.1088/0967-3334/31/10/E01
Модель импеданса кожи к электроду:
- http://www.biomedical-engineering-online.com/content/12/1/26/figure/F1
Сухие электроды и электроды с емкостной связью:
- http://www.isn.ucsd.edu/papers/bsn10.pdf
- http://www.isn.ucsd.edu/papers/rbme10.pdf
- http://escholarship.org/uc/item/4z4898fb
Методы подготовки кожи:
- http://www.general-devices.com/rx-ecg-artifact
Артефакт движения — Текстильные электроды:
- http://www.biomedical-engineering-online.com/content/12/1/26
Потенциал кожи, связанный с растяжением:
- http://iopscience.iop.org/0967-3334/17/2/003
Шум в записи биопотенциалов:
- http://www.angelfire.com/planet/ehuigen/literatuurstudie.pdf
Генератор скакалки:
- http://cse. ssl.berkeley.edu/segwayed/lessons/exploring_magnetism/magnetism_and_electromagnetism/guide_activity3.pdf
- http://cse.
Измерения EDA:
- https://mn.uio.no/fysikk/english/research/projects/bioimpedance/publications/papers/gels.pdf
Магнитогидродинамическое искажение на МРТ:
- http://www.cinc.org/2011/preprints/144.pdf
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3096481/
- http://www.academia.edu/210857/Theoretical_Analysis_of_induced_potentials_due_to_blood_flow_under_the_static_ Magnetic_field_of_MRI
unc.edu/~finley/BME422/Webster/c05.pdf
cc.tut.fi/dpub/bitstream/handle/123456789/21164/hokajarvi.pdf?sequence=1
iop.org/article/10.1088/0967-3334/31/10/E01
ssl.berkeley.edu/segwayed/lessons/exploring_magnetism/magnetism_and_electromagnetism/guide_activity3.pdf
Обе эталонные камеры можно повторно наполнять специальным высокотемпературным эталонным электролитом. При заказе съемный кабель необходимо заказывать отдельно с соответствующим подключением рН-метра. Если не указано иное, длина погружения составляет 150 мм. 
Д. малошумящий кабель DL
Стерилизуемые комбинированные электроды предназначены для многократных циклов стерилизации паром при температуре 130°C. Компенсация давления должна осуществляться во время всех циклов стерилизации. Электроды имеют кольцевое керамическое соединение, что устраняет проблему загрязнения, которая обычно возникает при использовании стерилизуемых электродов. Электроды доступны как в камерах с одинарным, так и с двойным спаем. Электрод с двойным спаем рекомендуется использовать вместо одинарного для долговременной стабильности и использования. Благодаря этой специальной конструкции внутренний эталонный спай представляет собой герметичный эталон Ag/AgCl со специальным эталонным раствором высокотемпературного геля KCl. Внутреннее кольцевое керамическое соединение устраняет проблемы загрязнения. Внешний переход является многоразовым, а электролит можно заменять и менять во время использования. Как для одинарного, так и для двойного перехода требуется специальный высокотемпературный гелеобразный раствор эталонного электролита.
Электрод серии DL (съемный свинцовый) используется в узлах датчика VLC, арт. № 4051001. Кабель заказывается отдельно.