ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ
И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
(ВНИИФТРИ)

МЕТОДИКА
ПОВЕРКИ УСИЛИТЕЛЕЙ
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

МИ 196-79

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

1980

РАЗРАБОТАНА Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ)

Директор В.К. Коробов

Руководитель темы А.А. Сокова

Исполнитель И.А. Клочко

ПОДГОТОВЛЕНА К УТВЕРЖДЕНИЮ сектором госиспытаний и стандартизации ВНИИФТРИ

Руководитель сектора И.И. Турунцова

Исполнитель И.Ш. Генфон

УТВЕРЖДЕНА Научно-техническим советом ВНИИФТРИ 30 июля 1976 г. (протокол № 7)

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДИКА
ПОВЕРКИ УСИЛИТЕЛЕЙ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

МИ 196-79

Настоящая методика распространяется на усилители внутриклеточных потенциалов (УВП) с входным током не более 10^-11 А, предназначенные для измерения внутриклеточных потенциалов от 1 до 200 мВ в диапазоне частот от 1 до 10 кГц, с погрешностью 10 % и более, и устанавливает методы и средства их первичной и периодических поверок.

1. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ

При проведении поверки УВП выполняют операции, указанные в табл. 1.

Таблица 1

2. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

При проведении поверки УВП применяют средства измерения, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

3. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

При проведении поверки необходимо соблюдать условия, соответствующие нормальным, приведенным в ГОСТ 22261-77.

Перед проведением поверки устанавливают и подготавливают к работе УВП и применяемые средства измерения, прогревают применяемые приборы в соответствии с их эксплуатационной документацией, экранируют контактные соединения, подключают присоединительные устройства, заземляют все применяемые приборы и УВП.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

4.1. Внешний осмотр. При внешнем осмотре проверяют: наличие технического описания и инструкции по эксплуатации, наличие необходимой комплектности для проведения поверки, отсутствие механических повреждений, мешающих нормальному функционированию прибора.

Приборы не комплектные или имеющие механические повреждения к дальнейшей поверке не допускают.

4.2. Опробование. При опробовании на осциллографе проверяют действие органов управления и регулирования.

Приборы, имеющие неисправности, непригодны, и к дальнейшей поверке их не допускают.

4.3. Определение метрологических параметров.

4.3.1. Погрешность коэффициента усиления и его нестабильность определяют косвенным методом без электрода. Для этого измеряют напряжение на входе U_вх и на выходе U_вых поверяемого УВП. В качестве источника входного сигнала используют генератор синусоидального напряжения. Частота устанавливается равной 20 Гц.

Схема измерений приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема определения погрешности коэффициента
усиления и неравномерности АЧХ:

1 - генератор сигналов синусоидальной формы;
2, 4 - вольтметр переменного тока; 3 - УВП

Погрешность коэффициента усиления δ_у в процентах вычисляют по формуле

где k_и = U_вх/U_вых - измеренное значение коэффициента усиления; k_н - номинальное значение коэффициента усиления.

Нестабильность коэффициента усиления δ_н в процентах вычисляют по формуле

где U_вых1, U_вых2, U_вых3 и U_вых4 соответственно выходные напряжения, измеренные при постоянном уровне напряжения U_вх через 15, 30 и 45 мин после измерения напряжения U_вых1.

Значения погрешности коэффициента усиления и его нестабильность не должны превышать указанных в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.2. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики определяют косвенным методом по разности максимального и минимального значений амплитуд, измеряемых на выходе УВП. Сигнал, подаваемый на вход УВП, имеет синусоидальную форму; поочередно устанавливаются следующие значения частоты: 0, 20, 100 Гц, f_0,9/10 и f_0,9. Значение частоты f_0,9 приведено в эксплуатационной документации на поверяемый прибор, где также указано значение входного напряжения, которое поддерживается постоянным.

Схема измерения представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема определения входного тока:

1 - УВП; 2 - вольтметр постоянного тока

Рис. 3. Схема определения постоянной
времени усилителя ПОС:

1 - электрический эквивалент микроэлектрода;
2 - УВП; 3 - частотомер

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики δf в процентах рассчитывают по формуле

где  - значение измеренной амплитуды выходного сигнала УВП, максимально отличающейся от U₁₀₀ в положительную сторону, мВ;  - значение измеренной амплитуды выходного сигнала УВП, максимально отличающейся от U₁₀₀ в отрицательную сторону, мВ; U₁₀₀ - измеренная амплитуда выходного сигнала на частоте 100 Гц, мВ.

Значение неравномерности амплитудно-частотной характеристики не должно превышать указанного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.3. Входную емкость С_вх определяют методом непосредственной оценки при помощи измерителя емкостей на входной клемме УВП с отключенным электродом. Значение входной емкости не должно превышать указанного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.4. Входной ток определяют косвенным методом, измеряя методом непосредственной оценки напряжение на выходе УВП, вызванное прохождением входного тока УВП через калибровочное сопротивление R_к, измеряемое в МОм. Схема измерения приведена на рис. 3.

Входной ток УВП в амперах вычисляют по формуле

где k_н - установленный коэффициент усиления (максимальное его значение); U_вых - измеренное напряжение на выходе УВП при подключенном сопротивлении R_к, мВ; U₀ - измеренное напряжение на выходе УВП при замкнутом сопротивлении R_к, мВ.

Максимальное допустимое значение U₀ оговаривается в эксплуатационной документации. Значение сопротивления калибровочного резистора также приведено в эксплуатационной документации.

Полученное значение входного тока не должно превышать указанного в эксплуатационной документации.

4.3.5. Постоянную времени усилителя контура ПОС Т₀ определяют косвенным методом по частоте резонанса f_р системы «электрический эквивалент микроэлектрода - усилитель», измеряемой на границе срыва генерации. Схема измерений приведена на рис. 4. При подключенном ко входу усилителя электрическом эквиваленте микроэлектрода ручкой регулировки глубины ПОС добиваются самовозбуждения системы, затем глубину ПОС уменьшают до границы срыва генерации. Частоту резонанса f_р в килогерцах измеряют частотомером, подключенном к входу усилителя.

Рис. 4. Схема определения шумового сопротивления
усилителя контура ПОС:

1 - генератор сигналов прямоугольной формы;
2 - электрический эквивалент микроэлектрода;
3 - усилитель внутриклеточных потенциалов;
4 - вольтметр переменного тока (шумовых
напряжений); 5 - осциллограф

Постоянную времени усилителя контура ПОС в миллисекундах определяют по формуле

где R_э и С_э - параметры электрического эквивалента микроэлектрода в МОм и пФ, указанные в эксплуатационной документации; С_вх - емкость входа усилителя, пФ, определенная в п. 4.3.3. Значение постоянной времени Т₀ не должно превышать приведенного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.6. Шумовое сопротивление усилителя контура ПОС R_шк определяют косвенным методом, измеряя в критическом режиме работы системы «электрический эквивалент микроэлектрода - УВП» на ее выходе методом непосредственной оценки длительность среза контрольного импульса и среднее квадратическое напряжение шума. Схема измерения приведена на рис. 5. Процедура измерений: от генератора прямоугольных импульсов через переходную емкость C₁, встроенную в электрический эквивалент микроэлектрода, на вход УВП подают контрольный сигнал и по отсутствию выброса на его переходной характеристике, контролируемой на выходе УВП осциллографом, устанавливают критический режим.

Рис. 5. Схема определения дрейфа нуля:

1 - термостат; 2 - УВП; 3 - самописец

Затем измеряют длительность среза импульсной переходной характеристики t_0,37 от вершины пика до уровня 0,37 ее спада. После этого выключают генератор прямоугольных импульсов и вольтметром шумового напряжения на выходе УВП измеряют среднее квадратическое значение напряжения шума  в милливольтах.

Шумовое сопротивление R_шк в килоомах рассчитывают по формуле

где k₀ - коэффициент усиления УВП, определенный по п. 4.3.3; С_вх - емкость входа усилителя, пФ, определенная по п. 4.3.4; Т₀ - постоянная времени усилителя контура ПОС, мкс, определенная по п. 4.3.6, мкс; N - постоянный коэффициент, равный 4⋅10^-6 Дж. Полученное значение R_шк не должно превышать указанного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.7. Дрейф нуля находят косвенным методом по отклонению от нулевого уровня напряжения на выходе УВП, измеряемого методом непосредственной оценки при подключенном к входу УВП сопротивлении R_э.

Нулевой уровень устанавливают через 30 мин после включения УВП.

Рис. 6. Схема определения погрешности
напряжения калибратора амплитуды:

1 - источник постоянного напряжения; 2 - вольтметр постоянного тока;
3 - УВП; 4 - осциллограф

В зависимости от конструкции УВП дрейф нуля определяют в виде одной из двух зависимостей - температурной или временной. Схема измерения приведена на рис. 6. Процедура измерения: для определения температурной зависимости дрейфа нуля УВП помещают в термостат и, изменяя его температуру от 20 до 40 °С за 15 мин, записывают значение U_дрТ на самописце.

Дрейф нуля при t = °С в милливольтах рассчитывают по формуле

где  - максимальные отклонения от нулевого уровня за 15 мин через 15, 30, 45 и 60 мин после начала записи, мВ; t_н и t_к - температуры в начале и конце записи дрейфа соответственно; k - коэффициент усиления УВП.

Дрейф нуля U_дрТ за 15 мин в милливольтах определяют при температуре 20 °С и рассчитывают по формуле

где  - максимальные отклонения от нулевого уровня за 15 мин через 15, 30, 45 и 60 мин после начала записи, мВ.

Значение R_э оговорено в эксплуатационной документации.

Значение дрейфа нуля не должно превышать указанного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

4.3.8. Погрешность напряжения калибратора амплитуды определяют методом полного замещения сигналов калибратора постоянным напряжением, подаваемым на вход УВП и контролируемым на его выходе осциллографом. Процедура измерений: при включенном калибраторе амплитуды усиление на осциллографе устанавливают так, чтобы сигнал калибратора амплитуды занимал 60 - 80 % рабочей части экрана. На вход УВП от источника постоянного напряжения при включенном калибраторе подают сигнал, контролируемый вольтметром и подбираемый до совпадения амплитуд обоих сигналов на экране осциллографа.

Погрешность напряжения калибратора амплитуды δ_к в процентах определяют по формуле

где U_н - напряжение калибратора амплитуды, приведенное в эксплуатационной документации, мВ; U_к - постоянное напряжение на входе УВП, контролируемое вольтметром, мВ. Значение погрешности напряжения калибратора амплитуды УВП не должно превышать указанного в эксплуатационной документации на поверяемый прибор.

5. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

5.1. Результаты поверки заносят в протокол, в котором указывают: наименование поверяемого прибора; его номер; тип; год выпуска; организацию, проводившую поверку; результаты поверки; дату поверки. Протокол подписывает поверитель.

5.2. На УВП, прошедшие поверку в соответствии с требованиями настоящей методики, выдают аттестат установленной формы или делают отметку в паспорте.

5.3. УВП, не удовлетворяющие требованиям настоящей методики, признают непригодными, к применению не допускают, и на них выдают справку с указанием причин непригодности.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ МИКРОЭЛЕКТРОДА

Электрический эквивалент микроэлектрода применяют для определения постоянной времени и шумового сопротивления (эквивалентного сопротивления шума) усилителя контура ПОС.

Рис. 1. Схема электрического эквивалента микроэлектрода:

1 - генератор сигналов прямоугольной формы;
2 - электрический эквивалент микроэлектрода; 3 - УВП

Электрический эквивалент (рис. 1) состоит из RC - цепи, емкостной параметр которой можно изменять с помощью переключателя П.

Рис. 2. Функциональное расположение узлов и деталей
электрического эквивалента микроэлектрода

Подведение контрольного сигнала к сопротивлению R1 осуществляется через емкость С1. Гнездо Г1 предназначено для подключения генератора сигналов прямоугольной формы, гнездо Г2 - для соединения входа УВП с электрическим эквивалентом микроэлектрода.

Конструктивно электрический эквивалент микроэлектрода выполнен в виде металлического ящика (из латуни и алюминия) с толщиной стенок не менее 1,5 мм. В центре ящика расположен сменный высокоомный резистор R1 (рис. 2), сопротивление которого благодаря специальным зажимам можно выбрать из входящих в комплект электрического эквивалента микроэлектрода резисторов 30, 50, 100, 500 и 1000 МОм.

Характеристики электрического эквивалента микроэлектрода следующие: выходное сопротивление (гнездо «Вход УВП») - 30 МОм ±5 %; 50 МОм ±5 %; 100 МОм ±5 %, 500 МОм ±10 % и 1000 МОм ±10 %; суммарная распределенная емкость корпуса сменного резистора не более 0,05 пФ; выходная емкость 14; 19; 24; 29 и 34 пФ ±10 %; напряжение наводки на вход УВП не более 40 мкВ_эф; сопротивление изоляции гнезда «Вход УВП» не менее 10 ГОм.