Принцип работы счетчика: Электросчетчик – устройство и принцип работы

Возьмите на заметку: электронные трехфазные счетчики обычно имеют журнал событий, в которых отмечаются все изменения в «работе» тока для своевременного устранения неисправностей.

Чтобы безошибочно снять показания с электросчётчика рекомендуется изучить данный материал: https://teplo.guru/elektrichestvo/schetchiki/kak-snyat-pokazaniya.html

Это поможет сократить расходы в случаи поломки или установки нового.

Электронный вариант счетчика на сегодняшний день пользуется большим спросом в квартирах и домах. Благодаря расширенным возможностям он предотвращает хищения энергии и может помочь сберечь деньги владельцу жилплощади.

Выбирая модель, не стоит скупиться: дешевый вариант, сделанный из непрочных материалов, прослужит намного меньше, чем более дорогой.

Смотрите видео, в котором на примере конкретной марки рассмотрены особенности электронных счетчиков электроэнергии:

Принцип работы электросчетчика: импульсный, индукционный и трехфазный

На чтение 5 мин Просмотров 403 Опубликовано 19.07.2019 Обновлено 27.06.2019

Первые приборы учета электроэнергии появились в 19 столетии. Объяснить это можно массовыми исследованиями электромагнетизма, которые проводили ученые. Сегодня электросчетчики делятся на несколько видов и устанавливаются во всех помещениях, где люди потребляют электричество. Основная его задача – стабилизировать и при правильном использовании свести к минимуму оплату за коммунальные услуги.

Классификация приборов учета электроэнергии

Все счетчики для электроэнергии классифицируются по видам в зависимости от типа подключения, конструктивных особенностей и измеряемых величин. Приборы делятся на прямо включаемые в силовую магистраль и устройства, которые подсоединяются к электрической цепи при помощи измерительных трансформаторов.

В зависимости от конструктивных особенностей электрические счетчики делятся на следующие виды:

Электрические счетчики классифицируют на несколько видов по измеряемым величинам и по количеству тарифов. В первом случае приборы учета бывают однофазными и трехфазными, во втором – одно- и двухтарифными.

Устройство и принцип работы электросчетчика

Чтобы в режиме реального времени и непрерывно производить учет активного энергопотребления переменного тока, требуется устанавливать однофазные или трехфазные индукционные приборы учета. Если же важен учет постоянного тока, который широко распространен на железной дороге и всех видах электротранспорта, монтируют электродинамические приборы учета.

Индукционные электрические счетчики оснащены диском, изготовленным из алюминия, при потреблении ресурса этот подвижный элемент вращается из-за вихревых потоков, созданных индукционными катушками. В данном случае встречаются две разные силы – магнитное поле индукционных катушек и магнитное поле вихревых токов. Образованные в результате токи протекают в цепи параллельной нагрузки. Каждая катушка оснащена сердечником, который намагничивается переменным током. Воздействие непрерывного переменного тока приводит к тому, что полюса электромагнитов постоянно изменяются. Это приводит к прохождению между ними магнитного поля. Именно оно тянет за собой алюминиевый диск, образуя вращение.

Скорость вращения диска прямо пропорциональна величине токов, находящихся в обеих катушках. При производстве электросчетчиков применяются простые соединительные приемы из механики, благодаря чему вращающийся диск связан с цифровыми показаниями на панели.

Учет потребляемого ресурса основывается на прямом напряжении напряжения и тока. Все данные подаются на индикатор, в усовершенствованных моделях данные сохраняются в памяти устройства.

Последние годы люди все чаще отдают предпочтение электронным двухтарифным конструкциям. Непрерывно увеличивающийся спрос объясним следующим перечнем достоинств:

• Приборы более точно считывают информацию, что позволяет сократить расходы на оплату коммунальных услуг.
• В сравнении с механическими электросчетчиками они имеют компактные размеры и более привлекательный внешний вид.
• Автоматически переключаются на дневной и ночной тарифы, участие человека не требуется. Еще на этапе производства прибор программируют на два временных интервала – с 07:00 до 23:00 и с 23:00 до 07:00.
• Усовершенствованные модели нуждаются в проверке один раз в течение 5-16 лет. Требуется такая проверка для правильности учета и начисления средств. Проверкой должна заниматься энергопоставляющая компания.

Первая проверка работоспособности устройства проводится еще в заводских условиях, дата обязательно должна быть указана в сопроводительной документации.

Среди недостатков двухтарифных приборов учета выделяют высокую стоимость и их ненадежность в сравнении с механическими аналогами. Как показывает практика, электронные модели чаще выходят из строя.

Принципиальная схема электросчетчика

Схема работы всех видов электрических приборов не имеет принципиальных отличий, все они похожи.

Для замера мощности задействовано несколько простых датчиков:

• Датчики напряжения, работа которых основывается на схеме известного делителя.
• Датчики тока на основе обыкновенного шунта, сквозь который проходит фаза электрической магистрали.

Сигнал, который фиксируется этими датчиками, мал, поэтому его требуется усиливать при помощи электронных усилителей. Потом осуществляется аналогово-цифровая обработка для трансформации сигналов и их перемножения.

Следующие этапы – фильтрация оцифрованного сигнала и вывод на дисплей прибора данных:

• интегрирования;
• индикации;
• передачи вычислений;
• преобразование.

В этой схеме используемые входные датчики не способны обеспечить измерения высокого класса точности векторов, следовательно, и расчет мощности.

Если требуется высокая точность измерений, схему дополнительно оснащают специальными измерительными трансформаторами.

Если в сравнении рассматривать принципиальную схему работы однофазного электронного прибора учета, в ней дополнительно ТН подсоединен к нулю и фазе, а ТТ – неотъемлемая составляющая разрыва фазного провода. Поскольку сигналы поступают из двух трансформаторов, дополнительное усиление сигнала не требуется. Все дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, он осуществляет управление дисплеем, оперативным запоминающим устройством и электронным реле. Выходной сигнал через ОЗУ может дальше передаваться в информационный канал.

Принцип работы электросчетчика

В каждую электрическую сеть квартиры или частного дома подключается электросчетчик, учитывающий потребленную электроэнергию. Отличительной особенностью данного прибора является его последовательное подключение. Это позволяет определять в полном объеме количество тока, проходящего через его обмотки. Принцип работы электросчетчика зависит от того, к какому типу относится тот или иной прибор.

Какие виды электросчетчиков бывают

В быту используются три вида счетчиков:

1. Механические или индукционные, несмотря на простоту и дешевизну, они отличаются большими погрешностями, невозможностью тарификации и другими недостатками.
2. Электронные счетчики обладают явными преимуществами в виде высокой точности, удобного интерфейса и многих других полезных функций.
3. Третий вид приборов учета относится к гибридным устройствам, в которых имеется механическая и электронная часть. Они используются достаточно редко, поэтому более подробно следует рассмотреть два первых типа электросчетчиков.

Принцип работы индукционного счетчика

Еще совсем недавно индукционные счетчики были неотъемлемой частью электрических сетей в квартирах. Счетное устройство в этих приборах представлено вращающимся алюминиевым диском и цифровыми барабанами, отображающими показатели расхода электроэнергии в реальном времени.

Принцип действия подобных устройств достаточно простой. Электромагнитное поле, возникающее в катушках счетчика, взаимодействует с диском, выполняющим функцию подвижного токопроводящего элемента. В однофазном индукционном счетчике выполняется параллельное подключение одной из катушек к обмотке напряжения, которая служит сетью переменного тока. Другая катушка подключается последовательно на участке между обмоткой тока или нагрузкой и генератором электроэнергии.

Действие токов, протекающих по обмоткам, приводит к созданию переменных магнитных потоков, пересекающих вращающийся диск. Их величина составляет пропорцию между потребляемым током и входным напряжением. В соответствии с законом электромагнитной индукции в самом диске происходит возникновение вихревых токов, протекающих по направлению магнитных потоков.

Вихревые токи и магнитные потоки начинают взаимодействовать между собой в диске. В результате, появляется электромеханическая сила, которая и приводит к созданию вращающегося момента. Таким образом, возникает пропорция между полученным вращающимся моментом и произведением двух магнитных потоков, возникающих в обмотках тока и напряжения, умноженных на синус сдвига фазы между ними.

Нормальная работа индукционного электросчетчика возможна только при условии фазового сдвига, равного 90 градусам. Такой сдвиг можно получить, разложив магнитный поток обмотки напряжения на две части. Получается, что диск прибора вращается с частотой, пропорциональной активно потребляемой мощности. Поэтому непосредственный расход электроэнергии будет находиться в пропорции с количеством оборотов диска. Полученные данные о потреблении передаются на механическое счетное устройство, ось которого связана с осью подвижного диска с помощью зубчатой передачи. Такая конструкция обеспечивает синхронное вращение обоих элементов.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

До недавних пор все измерения потребленной электроэнергии осуществлялись с помощью индукционных счетчиков. Постепенно, с развитием микроэлектроники, произошел существенный сдвиг в деле совершенствования приборов учета и контроля потребляемой электроэнергии. Были созданы современные цифровые электронные системы управления с применением новейших микроконтроллеров. Это позволило многократно повысить точность измерений, а отсутствие механики значительно повысило надежность счетчика.

Для электронных электросчетчиков разработана специальная элементная база и методы обработки поступающей информации. После обработки цифровых данных стал возможен одновременный подсчет не только активной, но и реактивной мощности. Данный фактор приобретает важное значение при организации учета в трехфазных сетях. В результате, были созданы многотарифные электросчетчики, учитывающие накопленную энергию в течение определенного времени суток. Данные приборы способны автоматически определять тот или иной тариф.

Простейшая цифровая система на основе обычного микроконтроллера применяется в тех случаях, когда необходимо измерить импульсы, вывести информацию на дисплей и обеспечить защиту при аварийном сбое. Такие устройства являются цифровыми аналогами механических электросчетчиков. В этой системе поступление сигнала происходит через определенные трансформаторные датчики. Далее он идет на вход микросхемы-преобразователя.

Снятие частотного сигнала, поступающего на вход микроконтроллера, осуществляется на выходе микросхемы. Микроконтроллер подсчитывает все поступившие импульсы и преобразует их в полученное количество энергии (Вт*ч). Когда поступающие единицы накапливаются, их общее значение выводится на монитор и фиксируется во внутренней флэш-памяти на случай исчезновения напряжения в сети и других сбоев. Это позволяет вести непрерывный учет потребляемой электроэнергии.

Работает многотарифный электронный счетчик электроэнергии по собственному алгоритму. Последовательный интерфейс позволяет обмениваться информацией с внешним миром. С его помощью задаются тарифы, устанавливается и включается таймер времени, поступает информация о накопленной электроэнергии и т.д. Энергонезависимая оперативная память разделяется на 13 банков данных, сохраняющих информацию о количестве энергии, накопленной по разным тарифам. Первый банк учитывает всю энергию, накопленную от начала работы счетчика. В следующих 12 банках производится учет накоплений за 11 предыдущих месяцев и за текущий период.

Таким образом, принцип действия электросчетчика в электронном варианте, позволяет изменять тарифы в соответствии с заранее установленным расписанием. Через специальный разъем можно подключиться к прибору и выяснить объем электроэнергии, оплаченной потребителем.

Электросчетчики. Виды и работа. Как выбрать и применение

Любая квартира или дом должны быть оборудованы устройствами учета потребления различных ресурсов, стоящих денег. Счетчики тепла и воды допускается не устанавливать, либо можно поставить их позже. А вот электросчетчики должны быть обязательно.

Электросчетчики расхода электрической энергии являются основным устройством, учитывающим ее потребление. По показаниям этого счетчика начисляется оплата за электроэнергию. Поэтому, необходимо знать, какой тип прибора лучше для вашего дома или квартиры. Энергетические компании постоянно пытаются всеми средствами навязать нам установку новых счетчиков энергии.

Старые электросчетчики класса 2,5 не способных учесть расход электроэнергии минимальной мощности, например, электронных устройств, включенных в дежурном режиме. У последних моделей счетчиков имеется класс точности от 0,5 до 2. Давайте разберемся, какие виды счетчиков энергии существуют, и какой прибор подойдет для вашего жилья или другого объекта, потребляющего электричество.

Виды электросчетчиков

Электросчетчики разделяются по следующим типам:

• Индукционные.
• Электронные.

Электрический счетчик индукционного типа работает по принципу магнитного поля, образующегося двумя катушками: напряжения и тока. Магнитное поле воздействует на диск, и заставляет его совершать вращательное движение. Диск в свою очередь приводит в действие счетный механизм. При повышении напряжения и тока в сети диск будет вращаться быстрее, и накручивать показания расхода энергии.

Точность таких приборов оставляет желать лучшего, и равна 2,5. Но такие счетчики считаются одними из самых надежных, недаром у них срок гарантии 15 лет.

Такой тип устройства действует непосредственно, измеряя силу тока и напряжение в сети. Никаких промежуточных звеньев и механизмов у него нет, поэтому и потери точности также нет. Параметры выдаются на дисплей и сохраняются в памяти счетчика в цифровом виде.

Перечислим достоинства электронных счетчиков:

• Компактные размеры.
• Функция проведения учета по нескольким тарифам.
• Возможность дополнительной установки микросхемы для повышения класса точности.
• Точное и быстрое определение показаний, так как прибор оснащен цифровым дисплеем.
• Обмануть такой счетчик очень трудно, из-за возможности самокорректировки показаний.
• Стандартный обычный интерфейс позволяет применять счетчики в системах автоматического учета и контроля.

Из недостатков следует отметить недостаточную надежность в сравнении с счетчиками индукционного типа, а также повышенная стоимость.

Счетчик, учитывающий расход электричества по одному тарифу не имеет каких-либо особенностей, так как работает только по одному типу учета.

Подробнее можно рассмотреть двухтарифные электросчетчики. Сегодня многие люди хотят сэкономить электричество, чтобы платить за него как можно меньше. Это связано с производством бытовой техники повышенной мощности. За месяц пользования такой техникой накручивается внушительная сумма денег. Если установить счетчик на два тарифа, то можно сэкономить немного денег.

Действие счетчика заключается в том, что стоимость электроэнергии в разное время суток различна.

В этом имеют интерес электростанции, которые производят электричество. Утром и вечером нагрузка на электростанцию повышается, так как потребители в это время больше пользуются электричеством. В итоге электростанция вынуждена работать неравномерно. Это влияет на износ оборудования, расход топлива и т.д. Поэтому ввели двухтарифные счетчики.

Днем они работают таким образом, что в разное время суток стоимость электроэнергии различается. Это дает определенный стимул потребителям применять бытовые приборы в то время, когда это им выгоднее.

• Экономия денежных средств. Прибор окупается за 1 год.
• Помощь для электростанций в снижении ремонтных работ и экономии топлива.
• Уменьшение вредных выбросов, загрязнения атмосферы.

Обычно два последних пункта не играют роли для потребителя, поэтому остается одно основное достоинство – экономия денег.

• Не для всех регионов стоимость электричества вечером и днем выгодна для рядового потребителя.
• После установки счетчика с двумя тарифами учета нужно уметь правильно использовать бытовую технику, в противном случае экономия будет равна нулю.

Устанавливается один из типов счетчика, в зависимости от типа сети питания в доме.

Это свойство прибора определяет погрешность в процентах во время учета энергии. Сегодня по правилам нужно использовать счетчики класса точности не менее 2.

Это одна из важных характеристик. Ее необходимо учитывать при выборе прибора, основываясь на расчете потребления мощности за сутки от потребителей, то есть, какая общая нагрузка по току образуется у вас в квартире. В продаже имеются счетчики для нагрузки по току 5-100 ампер.

Современные электрические счетчики фиксируются на DIN рейку, либо на болты.

Есть электросчетчики, которые можно использовать только в теплых отапливаемых помещениях, но имеются и уличные исполнения моделей приборов. Вы должны сами выбрать, для каких условий лучше подойдет прибор.

Во-первых, учитывайте характеристики мощности счетчика. Чтобы сделать правильный выбор по мощности, а правильнее будет сказать, по силе тока, нужно рассчитать, с какими устройствами вы будете работать дома. Обычно в инструкции на бытовую технику указывают мощность в киловаттах.

Сложите все мощности устройств, сделайте небольшой запас на случай приобретения дополнительных бытовых приборов. Если общая мощность получилась не выше 10 киловатт, то приобретайте модель на 60 ампер. Если мощность за сутки получается более 10 киловатт, то необходимо купить счетчик на 100 ампер.

Во-вторых, решите для себя, электронный прибор, либо механический, 1-тарифный, либо 2-тарифный. Это вы должны решить самостоятельно, так как у всех разные финансовые возможности и предпочтения. При возникновении трудностей с выбором, лучше обратиться к специалистам.

Для дачного участка рекомендуется выбирать однотарифное исполнение прибора, так как экономить энергию один раз в неделю нецелесообразно, а в остальное время получится переплата за дневной тариф.

В-третьих, необходимо выбрать прибор по типу крепления. Рекомендуется исполнение с креплением на DIN рейку, так как это универсальное крепление.

В-четвертых, производитель прибора играет далеко не последнюю роль. Качественные изделия можно найти только известных отечественных и зарубежных производителей, пользующихся популярностью. Перед этим лучше почитать отзывы людей о разных моделях, так как лучшим оценщиком являются люди, которые уже применили в работу разные модели устройств.

• Для гаража лучше выбрать прибор более мощный, так как возможно подключение мощного электроинструмента, причем сразу несколько штук.
• При покупке счетчика обращайте внимание на дату поверки, которая обычно указана в паспорте, а также пломбировку корпуса. Дата поверки должна быть менее 2-х лет для 1-фазного исполнения, и менее 1 года для 3-фазного исполнения.
• Вам могут предлагать приобрести счетчик с автоматической системой учета, заплатив за это больше денег. Эта функция никакой пользы для вас не даст, так как она облегчает контроль показаний только энергосбыту. Для вас это окажется обычной переплатой денег.
• Отечественные производители изготавливают электросчетчики с хорошим качеством, не хуже импортных моделей. Подробно ознакомьтесь с моделями электросчетчиков, отзывами о них на различных форумах, сделайте выбор наиболее дешевого образца, но не уступающего по надежности.
• Нельзя забывать и о возможном ремонте изделия. Необходимо найти информацию о ремонтопригодности выбранного вами устройства, о его стоимости и технического обслуживания.
• Важным моментом является выбор прибора учета по его шумности, так как после установки различные устройства могут создавать неприятные звуки и шумы.
• Электросчетчики индукционного типа имеют малый период между поверками, поэтому лучше приобрести прибор с электронной начинкой, у которого межповерочный период наиболее длительный. Этим вы сэкономите финансовые расходы на оплату обязательной процедуры поверки электросчетчика.
• Счетчики с механическим устройством счета многие умельцы научились отматывать, и этим нарушать законодательство. Однако в России все еще продолжается пользоваться некоторой популярностью такая «экономия» денег на обмане компаний, обеспечивающих электроэнергией население.
• Если сделали все-таки выбор электросчетчика с механической конструкцией счетного механизма, то перед приобретением обязательно проверьте его. Эта процедура проверки производится следующим образом: прокрутите слегка диск от руки, если диск продолжает вращаться по инерции, это свидетельствует о исправности механизма и годности его к эксплуатации. Если же диск заедает, либо не вращается свободно по инерции, то это считается неисправностью. От такой покупки лучше отказаться.

Похожие темы:

Назначение, устройство, принцип работы счетчиков электрической энергии

Назначение, устройство, принцип работы

Для учета электрической энергии, выработанной на станциях и переданной потребителям, применяют счетчики электрической энергии. Их устанавливают на шинах генераторного напряжения, на отходящих линиях и на стороне НН понизительных подстанций потребителей. Для учета активной энергии применяют однофазные типов СО, СОУ или трехфазные индукционной системы типов САЗ (САЗУ), а для реактивной энергии — счетчики типов СР4 (СР4У). В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С — счетчик, О — однофазный, А — активной энергии, Р — реактивной энергии, У — универсальный, 3 и 4 — для трех- и четырехпроводных сетей.
Обмотки счетчиков рассчитаны на включение непосредственна в сеть и через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Счетчики для непосредственного включения изготовляются на 5, 10, 20, 30 и 50 А, а через трансформаторы тока — до 2000 А, вторичный номинальный ток счетчика при этом для всех случаев будет 5 А. Номинальные напряжения счетчиков для обмоток непосредственного включения: 127, 220 и 380 В, а через трансформаторы напряжения—100 В. При наличии трансформаторов счетчики можно подключать к шинам станций с рабочими напряжениями 500, 600 В или 3, 6, 10 и 35 кВ.
На однофазных трансформаторных подстанциях мощность 4 — 10 кВ-А, напряжением 6—10/0,23 кВ устанавливают счетчик активной энергии СО2М. Его присоединяют к трансформатору тока, установленному за однофазным трансформатором, поэтому он учитывает всю электроэнергию, проходящую через трансформатор. Счетчик имеет подогрев — тепловое сопротивление ПЭ-75.
На однотрансформаторных подстанциях потребителей напряжением 6—10/0,4 кВ, мощностью 100—250 кВ-А устанавливают трехфазные индукционные счетчики активной энергии типов СА4У или СА4И. Счетчики электроэнергии предназначены для четырехпроводной цепи и имеют семь выводов: по два для подключения к каждому из трех трансформаторов тока и один для подключения к нулевому проводу. Такие счетчики устанавливаются со стороны низкого напряжения силового трансформатора до шин, к которым подключены отходящие низковольтные линии, поэтому они учитывают всю электроэнергию, пропускаемую трансформатором.
Конструктивно механизм счетчика монтируется на литой стойке, расположенной в прямоугольном стальном или пластмассовом цоколе, закрывается пластмассовой крышкой. Универсальные счетчики имеют на лицевой стороне крышки съемный щиток и устройство для его опломбирования. Счетчики выпускаются, классом точности 2,0 за исключением счетчиков реактивной энергии непосредственного включения, которые имеют класс точности 3,0.
Устройство и принцип их работы рассмотрим на примере однофазного счетчика типа С0-2М (рисунок 1).
В пластмассовом корпусе расположен стальной сердечник 1, снабженный обмоткой напряжения. Она выполнена из большого числа витков провода малого диаметра и включается в цепь параллельно. Токовая обмотка 4 намотана на сердечник 5 и состоит из малого числа витков провода большого диаметра. Эта обмотка включается в цепь последовательно и рассчитана на номинальный ток 5 А. Между сердечниками имеется воздушный зазор, в котором может свободно вращаться алюминиевый диск 3, закрепленный на оси 2. Для регулировки счетчика служит установленный на стальной скобе постоянный магнит 7. Выводы обмоток подключаются к четырем клеммам б счетчика, которые закрываются крышкой и пломбируются.

Рисунок 1 – Электрический счетчик

При включении счетчика по его обмоткам текут токи, создающие магнитный поток в воздушном зазоре. Этот поток пересекает алюминиевый диск и индуктирует в нем вихревые токи. Взаимодействие токов в диске с магнитным потоком в обмотках вызывает появление механической силы, приводящей диск во вращение. Диск связан зубчатой передачей со счетным механизмом счетчика, дающим показания в кВт • ч.
В схеме включения однофазного счетчика (рисунок 2, а) фазный провод подключается к первой клемме Г (генераторный зажим), а нулевой провод — к третьей клемме Г. Провода, отходящие к электроприемникам, подключаются ко второй и четвертой клеммам, обозначенным буквой Н (нагрузка).
Для измерения расхода электроэнергии в трехфазных электроустановках можно воспользоваться тремя однофазными счетчиками, включенными в каждую фазу по схеме, приведенной на рисунок 2, б. При этом расход энергии определяется как сумма показаний трех счетчиков. Значительно удобнее, однако, пользоваться трехфазными счетчиками, которые представляют собой три однофазных счетчика, собранных в одном корпусе и имеющих общий счетный механизм.

Рисунок 2 – Схемы включения счетчиков:
а — однофазного, б — трёх однофазных в трёхфазную сеть, в — трехфазного

В схеме включения трехфазного трехэлементного счетчика типа СА4 (рисунок 2, в) три фазы подаются на зажимы Г, трехфазная нагрузка подключается на зажимы Н, а на зажимы О подается нулевой провод.
Схемы включения всегда приводятся на обратной стороне крышки счетчика любого типа, закрывающей контакты.
Токовая обмотка счетчика для установки в квартире рассчитана на номинальный ток 5 А, но в современных жилых домах имеются большие многокомнатные квартиры, которые потребляют значительно большую силу тока. В целом же по дому токовая нагрузка может доходить до нескольких сотен ампер. Ясно, что в цепь с такими токами счетчики непосредственно включать нельзя. Для понижения переменного электрического токи большой силы до значения, удобного для измерения стандартными измерительными приборами, предназначен трансформатор тока, или измерительный трансформатор.
Трансформатор тока типа ТК-20 (рисунок 3) имеет стальной сердечник 2 с обмотками. Первичная обмотка 3 с выводами Л1 и Л2 выполнена из провода большого сечения, рассчитанного на ток, который необходим для нормальной работы электроустановки. Вторичная обмотка 4 и выводы И1 и И2 вторичной обмотки подключены к клеммнику 1. Она имеет такое количество витков, чтобы при номинальном токе первичной обмотки в ней индуктировался ток 5 А.

Рисунок 3 – Трансформатор тока ТК-20

Трансформаторы тока выпускаются с разными коэффициентами трансформации: 10/5, 15/5, 20/5 А и применяются в зависимости от величины рабочего тока потребителя.
В настоящее время планируется введение в эксплуатацию систем автоматического учета потребления энергии. Создание таких систем стало возможным благодаря разработке электронных счетчиков. Например, счетчики электрической активной энергии электронные прямого включения типа «Энергия – 9» предназначены для учета электрической активной энергии в однофазных цепях переменного тока частотой 50 Гц, в зависимости от исполнения по одному или нескольким дифференцированным во времени тарифам.
Счетчики, в зависимости от исполнения, обеспечивают также:
– формирование базы данных, содержащей измерительную информацию;
– передачу интерфейсными каналами измерительной информации, хранимой в базе данных, устройствам учета электрической энергии высшего уровня.
Область применения счетчиков – учет электрической энергии на промышленных (мелкомоторных) предприятиях и в коммунально бытовой сфере в условиях применения дифференцированных во времени тарифов на электрическую энергию.
Счетчики, имеющие последовательный интерфейс и телеметрический импульсный выход могут быть применены в автоматизированных системах учета и контроля электрической энергии.

Схемы включения

В схеме включения однофазного счетчика совместно с трансформатором тока (рисунок 4, а) первичная обмотка трансформатора Л1 — Л2 включена последовательно в линейный провод с большим током, а токовая обмотка счетчика подключена ко вторичной обмотке трансформатора тока (выводы И1 — И2). Как и в обычной схеме, обмотка напряжения должна быть подключена к фазному и нулевому проводу. С этой целью на схеме между выводами Л1 и И1 сделана перемычка, а третий зажим счетчика соединен с нулевым проводом.
Схемы включения трех однофазных, а также одного трехфазного счетчика совместно с трансформаторами тока приведены на рисунок 4, 6, в.
В случае, если счетчик работает с трансформатором тока, для определения действительного расхода электроэнергии необходимо расход, показанный счетчиком, умножить на коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

Рисунок 4 – Схемы включения счетчиков с трансформаторами тока:
а — однофазного, б—трехфазного, в — трех однофазных в трехфазную сеть

Принцип Коултера, подсчет и определение размеров частиц

Во время контракта с ВМС США в конце 1940-х Уоллес Х. Коултер разработал технологию подсчета и определения размера частиц с использованием измерений импеданса. Технология была в основном разработана для быстрого подсчета клеток крови путем измерения изменений электропроводности, когда клетки, взвешенные в проводящей жидкости, проходят через небольшое отверстие. В настоящее время более 98% автоматических счетчиков клеток используют эту технологию, которая называется принципом Коултера.За последние семьдесят пять лет эта технология также использовалась для определения характеристик тысяч различных промышленных твердых частиц.

Beckman Coulter, в которых используется этот принцип, называются приборами Coulter Counter . Лекарства, пигменты, наполнители, тонеры, продукты питания, абразивы, взрывчатые вещества, глина, минералы, строительные материалы, материалы для покрытий, металлы, фильтрующие материалы и многие другие типы образцов были проанализированы с использованием принципа Коултера.Этот метод можно использовать для измерения любых твердых частиц, которые могут быть взвешены в растворе электролита. Обычно можно измерять частицы размером от 0,4 мкм до 1600 мкм. Было задокументировано более 8000 ссылок на использование этой технологии.

В приборе Coulter Counter трубка с небольшим отверстием на стенке погружается в стакан, содержащий частицы, взвешенные в электролите с низкой концентрацией. Два электрода, один внутри апертурной трубки и один снаружи трубки, но внутри химического стакана, помещаются, а путь тока обеспечивается электролитом при приложении электрического поля (рис. 1).Затем измеряется импеданс между электродами. Апертура создает так называемую «зону восприятия». Частицы низкой концентрации, взвешенные в электролите, можно подсчитать, пропустив их через отверстие. Когда частица проходит через отверстие, объем электролита, эквивалентный погруженному объему частицы, вытесняется из зоны восприятия. Это вызывает кратковременное изменение импеданса в апертуре. Это изменение можно измерить как импульс напряжения или импульс тока.Высота импульса пропорциональна объему обнаруженной частицы. Если предполагается постоянная плотность частиц, высота импульса также пропорциональна массе частицы. Эта технология также называется апертурной.

Используя схемы счетчика и анализатора амплитуды импульсов, можно измерить количество и объем каждой частицы, проходящей через отверстие. Если объем жидкости, проходящей через отверстие, можно точно контролировать и измерять, можно также определить концентрацию образца.В современных приборах Coulter Counter , таких как Multisizer ™ 4e, счетчики частиц и измерители, импульсы оцифровываются и сохраняются с несколькими ключевыми параметрами, которые описывают каждый импульс, такими как высота импульса, ширина импульса, отметка времени, площадь импульса и т. Д. Эти параметры позволяют прибору лучше различать шум и реальные импульсы, а также нормальные и искаженные импульсы по разным причинам, когда частицы проходят через апертуру. Сохраненные импульсы можно использовать для отслеживания изменений выборки в течение периода времени измерения, если импульсы расположены во временной последовательности.На практике объем частиц часто выражается в виде эквивалентного сферического диаметра. Затем измеренный объем (или размер) частиц можно использовать для получения гранулометрического состава.

При скорости подсчета и определения размера до 10 000 частиц в секунду выполнение типичного измерения с помощью прибора Coulter Counter занимает менее одной минуты. Точность измерения размеров может быть лучше 1%. Размер апертуры обычно составляет от 20 до 2000 мкм. Каждое отверстие можно использовать для измерения частиц в диапазоне размеров от 2 до 80% номинального диаметра.Следовательно, возможен общий диапазон размеров частиц 0,4-1600 мкм. Однако способность технологии анализировать частицы ограничена теми частицами, которые можно соответствующим образом суспендировать в растворе электролита. Таким образом, верхний предел может составлять 500 мкм для песка и только 75 мкм для частиц карбида вольфрама. Более того, нижний предел размера ограничен электронным шумом, генерируемым в основном внутри самой апертуры. Выбор наиболее подходящего размера отверстия зависит от измеряемых частиц.Если измеряемый образец состоит из частиц, размер которых в основном находится в диапазоне диаметров 30: 1, можно выбрать наиболее подходящую апертуру. Например, апертура 30 мкм позволяет измерять частицы диаметром от 0,6 до 18 мкм. Апертура 140 мкм позволяет измерять частицы размером примерно от 2,8 до 84 мкм. Если измеряемые частицы покрывают более широкий диапазон, чем может измерить одна апертура, необходимо использовать два или более отверстий, а результаты испытаний могут перекрываться, чтобы обеспечить полное распределение частиц по размерам.

Самое высокое разрешение для анализа размера частиц

Во время измерения по принципу Коултера, когда частица проходит через чувствительную зону, когда жидкость всасывается из контейнера, объем электролита, эквивалентный погруженному объему частицы, вытесняется из чувствительной зоны. Это вызывает кратковременное изменение сопротивления в апертуре. Это изменение сопротивления можно измерить как импульс напряжения или тока. Измеряя количество импульсов и их амплитуды, можно получить информацию о количестве частиц и объеме каждой отдельной частицы.

Количество импульсов, обнаруженных во время измерения, – это количество измеренных частиц, а амплитуда импульса пропорциональна объему частицы. Поскольку это процесс измерения отдельных частиц, он обеспечивает самое высокое разрешение, которое может достичь любой метод определения характеристик частиц. Диаметр частиц может быть определен с разрешением измерения напряжения или тока, которое может быть очень точным с использованием современной электронной техники. Амплитуда распределения может быть определена с точностью до одной частицы.

Преимущества такого высокого разрешения многочисленны, наиболее очевидным из которых является способность отображать детали распределения частиц по размерам. При измерении гранулометрического состава обычно каждое распределение, независимо от того, отображается ли оно кумулятивно или дифференцированно, состоит из нескольких сотен точек данных в предварительно установленном диапазоне размеров. Каждая точка данных называется корзиной. Поскольку каждая частица измеряется, каждая ячейка представляет собой набор частиц в заданном диапазоне размеров. В зависимости от широты распределения общий диапазон размеров может быть сброшен до более тонкого деления, поэтому отображаются детали распределения (т.е., каждый лоток можно предварительно настроить для покрытия меньшего диапазона размеров).

Другие преимущества включают мелкую разницу между двумя частицами и более точные статистические значения, рассчитанные на основе распределения. На рисунках ниже показан образец, измеренный с помощью счетчика клеток Beckman Coulter Multisizer 4e и отображенный в различных диапазонах размеров. Данные импульса были преобразованы в более тонкий набор ячеек на правом рисунке, в котором отображается более подробная информация о распределении.

Цифровой импульсный процесс

В приборах принципа Коултера изменение электрического сопротивления из-за прохождения частиц через апертуру определяется с помощью быстрой электронной схемы.Обнаруженные сигналы мгновенно преобразуются в цифровые сигналы со скоростью несколько миллионов раз в секунду. Затем цифровой сигнал записывается для каждого импульса в виде параметров импульса (то есть времени, высоты, ширины импульсов и т. Д.). Поскольку большинство измерений направлено на подсчет частиц или распределение по размерам, записанная высота импульса преобразуется в размер частиц с использованием калибровочной константы и помещается в одну из предварительно установленных ячеек размера. Распределение частиц по размерам и их подсчет являются совокупным результатом всех измеренных импульсов.Все зарегистрированные параметры импульса по-прежнему доступны для целей, отличных от стандартного, полного гранулометрического состава. Эти параметры можно вычесть или отсортировать (т. Е. Обрабатывать по-разному в зависимости от конкретных приложений). Например, если оператор хочет получить масштабное распределение, показывающее каждую деталь распределения, то может быть выбран более узкий диапазон размеров, и все импульсы могут быть отсортированы и помещены в новый набор более мелких интервалов. Другой пример обнаружен, когда высоты (или размеры) импульсов сортируются во временной последовательности (для выборок с узким распределением по размерам) t отслеживают изменение выборки во время измерения.Еще один пример – использование одного графика зависимости высоты импульса от ширины импульса для нахождения информации о форме частиц.

Когда частица проходит через отверстие, она создает сопротивление. Чем крупнее частица, тем больше сопротивление, тем больше напряжение. Каждый всплеск напряжения прямо пропорционален размеру ячейки. Сегодня каждый современный гематологический анализатор так или иначе зависит от принципа Коултера.

Уоллес и Джозеф Коултер

Высокоскоростной автоматический счетчик клеток крови и анализатор размера клеток

Схема из заявки на патент на первый счетчик сошников

Оригинальная заявка Coulter на патент 1953 г.

Первая коммерческая версия счетчика Coulter

Рисованные рекламные эскизы первого прилавка Coulter

Счетчик Coulter, модель F

Счетчик сошников, модель F

Был разработан метод использования счетчика F Coulter Counter для подсчета эритроцитов коз, которые меньше и больше, чем у людей.Образцы крови были взяты у 25 коз, и клетки были подсчитаны с использованием 100- и 70-микронных пробирок. Также производился визуальный подсчет части каждого образца. Результаты были проанализированы статистически, чтобы определить, какая апертура даст наиболее точные и воспроизводимые результаты по сравнению с ручным подсчетом. Было обнаружено, что подсчеты, полученные с помощью 100-микронной апертурной трубки, существенно не отличались от ручных подсчетов.

Эта технология нашла коммерческий успех в медицинской промышленности, где произвела революцию в гематологии.Эритроциты, лейкоциты и тромбоциты составляют большинство форменных элементов в крови. Когда цельная кровь человека с антикоагулянтом разбавляется изотоническим физиологическим раствором, принцип Коултера может применяться для подсчета и определения размера различных клеток, составляющих цельную кровь. Первое коммерческое применение принципа Коултера в гематологии появилось в 1954 году с выпуском счетчика Коултера Модель А (разработанного Уоллесом и его братом Джозефом Р. Коултером.

В течение десятилетия буквально каждая больничная лаборатория в Соединенных Штатах имела счетчик Коултера , и сегодня каждый современный гематологический анализатор так или иначе зависит от принципа Коултера.

Как работает счетчик Коултера: наука и история

Что находится внутри счетчика сошников

Вы иммунолог или сотрудник лаборатории, занимающийся подсчетом тонн клеток? Тогда вы, должно быть, наткнулись на неуловимый счетчик Коултера! Этот прибор известен тем, что подсчитывает тысячи клеток всего за несколько секунд, что позволяет лучше планировать эксперименты. По этой причине вам может понравиться его использование, но знаете ли вы его принцип? Читайте дальше, чтобы узнать немного об истории технологии прибора и принципах его работы.

Как это было разработано

Прежде чем мы углубимся, мы должны знать, что гемоцитометр и счетчик Коултера – это совершенно разные вещи. Также известный как счетная камера, подсчет клеток с помощью гемоцитометра выполняется вручную под микроскопом. Счетчик Coulter основан на сложной технологии, использующей напряжение и электричество для определения количества ячеек.
Перед Второй мировой войной медицинские технологи потратили много часов на подсчет эритроцитов с помощью гемоцитометра (широко известного как счетная камера), но этот метод привел к низкой точности и воспроизводимости.После атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки доктор Уоллес Х. Коултер осознал необходимость простого, быстрого и точного подхода к подсчету эритроцитов в больших популяциях, что является показателем восстановления после радиационного воздействия. Вскоре доктор Коултер и его брат разработали и усовершенствовали свой метод Коултера, и этот принцип быстро изменил динамику подсчета клеток. [1]

Что такое принцип Коултера?

Когда клетки, взвешенные в растворе с низкой концентрацией, проходят через небольшое отверстие, разделенное двумя электродами, они вызывают изменение сопротивления в электрической цепи.Изменение сопротивления пропорционально объему частицы, вытесненной в маленьком отверстии (рис. 1). Изменение сопротивления в зависимости от времени дает нам пики напряжения. Количество пиков равно количеству частиц, а высота пика указывает размер частицы.

Рис. 1. Принцип Коултера.

Большинство современных приборов для подсчета клеток основано на принципе счетчика Коултера. Этим инструментам требуется всего несколько секунд для анализа более 10 000 ячеек в диапазоне диаметров от 0.4 мкм и 1600 мкм.

Как работает счетчик сошников?

Счетчик Coulter имеет следующую базовую конструкцию. Стакан, заполненный электролитом низкой концентрации с интересующими частицами, имеет отрицательный электрод (анод). В этот стакан помещается небольшая трубка с положительным электродом (катодом). В этой трубке есть небольшое отверстие, которое действует как «чувствительная зона» (рис. 2).

Рис. 2. Простое изображение счетчика Коултера.

Вся эта установка работает как замкнутая цепь при приложении электрического поля.Когда частицы проходят через зону чувствительности, объем электролита, равный объему частицы, перемещается. Это приводит к изменению сопротивления. Изменение сопротивления во времени дает нам импульсы напряжения, которые предоставляют информацию о количестве и размере частиц.

Применение метода Коултера

Метод Коултера широко используется не только в медицинских и исследовательских лабораториях, но и во многих других отраслях промышленности благодаря следующим преимуществам:

• Не зависит от оптических и химических свойств частицы.
• Не требует колориметрии или флуоресценции.
• Может использоваться для любых частиц, способных вытеснять жидкость.
• Низкое энергопотребление.
• Обнаруживает отдельные частицы.

Варианты принципа сошника

Модификации принципа Коултера привели к различным вариациям проточной цитометрии и микрофлюидики. Например, был разработан новый метод измерения конкретных концентраций белка с использованием метода Коултера в микрожидкостной среде.Поскольку это метод без меток [2], его можно использовать для обнаружения различных биополимеров, таких как ДНК, белок и клетки крови. [3]

Moxi Go II – это комбинация счетчика Коултера и проточного цитометра, позволяющая одновременно определять размер клетки и ее первичную флуоресценцию. Этот инструмент также различает мертвые и живые клетки.

Многие приборы имеют возможность изменять размер зоны чувствительности в зависимости от размера исследуемой частицы.У компании Izon есть еще одна разновидность прибора, в которой маленькая трубка заменена пластиковой мембраной с отверстием. Эту мембрану можно растягивать или расслаблять для открытия или закрытия апертуры, что обеспечивает более широкий динамический диапазон анализа.

Заключение

Coulter позволяют быстро, надежно и точно определять количество клеток. Эти инструменты изменили динамику подсчета клеток в медицинской и исследовательской отраслях, особенно в гематологии. Единственный недостаток метода Коултера – это невозможность определить жизнеспособность клетки, но это не имело значения для других отраслей промышленности при анализе таких частиц, как пигменты, глины, минералы и другие материалы.

Вы когда-нибудь использовали инструмент Coulter или его усовершенствованные варианты? Поделитесь своим опытом в комментариях ниже, чтобы помочь своим коллегам-ученым!

Список литературы

1. Грэм, доктор медицины. Принцип Коултера: воображаемое происхождение. Cytometry 2013; 83 (12): 1057–1061. DOI: 10.1002 / cyto.a.22398.
2. Rodriguez-Trujillo R et al. Обнаружение белков без метки с помощью микрофлюидного счетчика Коултера. Датчики и исполнительные механизмы B: Chemical 2014; 190: 922–927. DOI: 10.1016 / j.snb.2013.09.038.
3. Zhang H et al. Методы подсчета частиц в микрофлюидных приложениях. Микрофлюидика и нанофлюидика 2009; 7 (6). DOI: 10.1007 / s10404-009-0493-7.

Вам это помогло? Тогда поделитесь, пожалуйста, со своей сетью.

Принцип Коултера для анализа невидимых частиц в белковых составах

AAPS J. 2011 Mar; 13 (1): 54–58.

Мэтью Н.Rhyner

Бизнес-центр по определению характеристик частиц, Beckman Coulter, Inc., 11800 SW 147th Ave, Miami, Florida 33196 USA

Business Center, Beckman Coulter, Inc., 11800 SW 147th Ave, Miami, Florida 33196 USA

Сообщено приглашенными редакторами: Стивеном Шайром и Томом Лауэ

Получено 21 сентября 2009 г .; Принято 23 ноября 2010 г.

Abstract

Принцип Коултера можно использовать для анализа невидимых частиц в белковых препаратах. Этот подход имеет несколько преимуществ, в том числе: ортогональный принцип работы, высокую чувствительность, способность обнаруживать очень маленькие частицы, отличную воспроизводимость и информацию о размерах с высоким разрешением. В этом мини-обзоре обсуждаются некоторые важные соображения, которые необходимо учитывать при использовании принципа Коултера для анализа невидимых частиц в белковых препаратах.

Ключевые слова: Принцип Коултера, белковые агрегаты, невидимые, USP 788

ВВЕДЕНИЕ

Применение принципа Коултера – это хорошо зарекомендовавший себя метод подсчета и определения размера частиц, состоящих из самых разных материалов. Некоторые стандарты Американского общества испытаний и материалов (ASTM) основаны на принципе Коултера. Эти разнообразные приложения включают эффективность фильтрации воды (1), определение характеристик хроматографической среды (2), подсчет клеток (3) и оценку тонера чернил (4).В последнее время промышленные и академические исследователи заинтересовались применением принципа Коултера к невидимым частицам в белковых препаратах (5-7). Реализованный таким образом принцип Коултера имеет преимущества по сравнению с техникой затемнения света, используемой в Фармакопейном протоколе США 788 (USP 788). К ним относятся: ортогональный подход, высокая чувствительность, способность обнаруживать очень маленькие частицы, отличная воспроизводимость и информация о размерах с высоким разрешением. В этом мини-обзоре описывается принцип Коултера, объясняется, почему он является привлекательным инструментом для анализа невидимых частиц, и обсуждаются ключевые соображения по дизайну эксперимента для характеристики невидимых частиц в белковых составах.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА COULTER

Принцип Коултера основан на том факте, что объекты, помещенные в электрическое поле, будут изменять ток, протекающий в этом поле. Чтобы превратить это наблюдение в полезный инструмент, должны быть выполнены некоторые условия. Во-первых, необходимо установить электрическое поле в проводящей жидкости. Затем путь тока должен быть физически сужен, чтобы присутствие частиц в поле заставляло ток изменяться поддающимся обнаружению образом.Кроме того, частицы должны быть диспергируемыми в жидкости и достаточно разбавленными, чтобы только одна частица за раз попадала в зону обнаружения. Обычно частицы имеют электрическую проводимость, отличную от проводимости жидкости. В большинстве реализаций взвешенные частицы проталкиваются через сужение одновременно с электрическим током, в то время как ток измеряется. Когда отдельные частицы проходят через сужение, генерируются дискретные электрические импульсы, величина которых пропорциональна объему частиц.Таким образом, этот подход может обеспечить высокоточные подсчеты и измерения размеров с относительно небольшими ограничениями. Заинтересованным читателям предлагается ознакомиться с некоторыми из превосходных публикаций, в которых более подробно объясняется принцип Коултера и его приложения (8–10).

ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА ВИДИМЫХ ЧАСТИЦ В БЕЛКОВЫХ ФОРМУЛЯЦИЯХ

Есть несколько особенностей принципа Коултера, которые делают его привлекательным для анализа невидимых частиц в белковых препаратах. Во-первых, это ортогональный метод, который не зависит от оптических свойств образцов белка.Одним из ограничений методов, основанных на визуализации или блокировании света, является то, что показатель преломления интересующего агрегата должен существенно отличаться от показателя преломления окружающего раствора, чтобы его можно было обнаружить. Для невидимых белковых агрегатов, которые могут быть прозрачными, некоторые частицы могут быть пропущены световыми методами, особенно в образцах с очень высокими концентрациями белка. Принцип Коултера требует только, чтобы частица занимала объем в проводящей жидкости, что упрощает обнаружение небольших прозрачных агрегатов.

Вторая привлекательная особенность – это чувствительность, линейность и воспроизводимость подхода. Типичные коэффициенты вариации для повторных измерений с использованием принципа Коултера составляют около 2%. Кроме того, линейность и воспроизводимость метода в любой жидкости с подходящей проводимостью хорошо известны, и это одна из причин, по которой принцип Коултера широко используется клиницистами для характеристики образцов крови пациентов. В качестве примера линейности подхода к анализу агрегатов белков на рис.показаны результаты экспериментов с образцами бычьего сывороточного альбумина (BSA), подвергнутого стрессу, в различных разведениях фосфатно-солевого буфера (PBS). В этом тесте составы BSA в концентрации 10 мг / мл подвергались интенсивному встряхиванию, а затем разбавлялись буфером PBS 1:10 и 1:20. Эти растворы вместе с контрольным образцом были представлены в Beckman Coulter Multisizer ™ 4 COULTER COUNTER® для анализа количества частиц. Как видно из рисунка, в этом случае было хорошее соответствие между двумя разными разбавлениями.

Образцы BSA под напряжением и без него, характеризуемые с использованием принципа Коултера. Общее количество частиц на миллилитр от 0,45 до 2,0 мкм для каждого образца следующее: напряженный BSA 10%, 1,39 × 106; подчеркнутый BSA 5%, 1,49 × 106; безударный BSA, 8,87 × 10 ⁴ ; BSA, 8,87 × 10 ⁴

Третьей привлекательной особенностью является способность обнаруживать очень маленькие агрегаты белка. Теоретически, если бы было достаточно небольшое сужение, принцип Коултера можно было бы использовать для подсчета частиц размером до нескольких нанометров.Фактически, некоторые ученые пытались сделать именно это (11). Однако у этого подхода есть много практических ограничений, которые выходят за рамки данного обсуждения. Для анализа белковых агрегатов лучшая в настоящее время реализация принципа Коултера позволяет подсчитывать и определять размер частиц размером до 0,4 мкм. Этот нижний предел очень близок к верхнему пределу чувствительности 0,1 мкм эксклюзионной хроматографии. На рисунке показаны результаты анализа различных субмикронных стандартов шариков с помощью Multisizer ™ 4.Результаты показывают, что прибор может обнаруживать различия в номинальном диаметре образца до 50 нм и что можно записать почти полное распределение по размерам шариков с размером 550 нм; Гранулы с длиной волны 500 и 400 нм также были измерены, однако, поскольку значительная часть этих образцов попадает ниже порогового значения чувствительности Multisizer в 400 нм, были получены неполные распределения. На рис. Ось x нанесена как функция объема (а не диаметра), чтобы подчеркнуть, что небольшие вторичные пики справа от основных пиков представляют собой дублеты главного пика (объем в центре пика почти равен ровно в два раза больше основного пика).Эти данные показывают, что принцип Коултера может разрешать частицы размером менее 1 мкм.

Субмикронные стандарты проанализированы в буфере SEC. Использовались стандарты трех разных производителей. Сокращения следующие: BC Beckman Coulter, PS Polysciences, DK Duke Scientific. Распределение размеров было нормализовано, чтобы дать наиболее часто встречающемуся размеру значение 100%.

СООБРАЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Несмотря на множество преимуществ для анализа невидимых белковых агрегатов, принцип Коултера не является идеальным инструментом.Исследователей обычно беспокоят требования к большому объему коммерческих счетчиков Коултера, потребность в некоторой минимальной проводимости в буферах для образцов и предполагаемая потребность в разбавлении. В дополнение к этим очевидным проблемам, такие вопросы, как обработка проб и чистота прибора, могут повлиять на подсчет твердых частиц. Тем не менее, все эти проблемы могут быть решены путем разработки подробных рабочих процедур. Здесь мы обсуждаем ключевые элементы оптимизированной процедуры анализа невидимых частиц в белковых препаратах.

Выбор Coulter Counter®

Доступно несколько моделей счетчиков Coulter, каждая из которых оптимизирована для конкретных приложений. Одна ошибка, которую допускают многие исследователи, – это извлекать слишком много информации из COULTER COUNTER®, предназначенного для выполнения неправильной задачи. В частности, некоторые модели предназначены исключительно для подсчета клеток и предоставляют некоторую ограниченную информацию о среднем размере. Очень важно, чтобы исследователи выбрали модель, подходящую для анализируемого образца. В более старых приборах или приборах, предназначенных исключительно для подсчета клеток, отсутствуют передовые схемы и цифровой импульсный анализ, необходимые для точного подсчета и размера невидимых частиц.Таким образом, рекомендуется выбрать COULTER COUNTER®, содержащий лучшую возможную электронику и систему обработки проб, чтобы обеспечить высокое качество, точность и прецизионность.

Выбор апертурной трубки

Для реализации принципа Coulter в коммерческих счетчиках Coulter используется стеклянная трубка, в стенку которой встроен точно просверленный рубиновый диск, ограничивающий ток и поток жидкости. Рубиновые диски называют отверстиями, а стеклянные трубки, в которых они находятся, – трубками с отверстиями.Основная причина выбора различных размеров апертуры заключается в том, что в зависимости от того, какая система COULTER COUNTER® используется, инструменты имеют максимальный динамический диапазон примерно 2–80% от диаметра установленной апертурной трубки. То есть система, оснащенная апертурой 100 мкм, чувствительна к частицам размером от 2 до 80 мкм для наиболее чувствительного прибора. Для подсчета и определения размера частиц размером менее 2 мкм необходимо использовать меньшие отверстия.

Важность проводимости буфера

Ограничения на проводимость буфера зависят от размера апертуры.Например, при использовании апертуры 20 мкм требуются растворы с более высокой проводимостью для достижения того же динамического диапазона, чем при использовании апертуры 100 мкм. Это связано с уменьшением общего количества тока, протекающего через меньшую апертуру в любой момент времени. Если буфер с низкой проводимостью используется с маленькой апертурой, общее сопротивление току намного больше, чем при использовании того же буфера проводимости в апертуре 100 мкм. На практике это означает, что можно было бы пожертвовать некоторой чувствительностью на нижнем конце динамического диапазона диафрагмы из-за повышенного электрического шума в результате повышенного сопротивления.Таким образом, исследователи, работающие с буферами, содержащими десятки миллимолярных солей, могут ожидать, что нижний предел динамического диапазона немного увеличится.

Важно отметить, что не все буферы с эквивалентной концентрацией соли имеют одинаковую проводимость. Например, много раз буферы для белковых композиций титруют NaOH или HCl для достижения желаемого pH, что увеличивает значительную концентрацию ионов без увеличения номинальной силы буфера. Таким образом, один образец 10-мМ гистидинового буфера может иметь значительно более низкий предел обнаружения, чем другой образец с идентичной концентрацией соли.Следует также повторить, что чувствительность к пониженной проводимости является функцией размера апертуры и электроники, используемой внутри COULTER COUNTER®. Правильный экспериментальный план и тестирование могут помочь определить те условия, которые наиболее приемлемы для конкретной интересующей белковой композиции.

Объем пробы

Коммерческие счетчики Coulter обычно используются для проб с очень высокой концентрацией частиц, таких как эритроциты или промышленные абразивы. Эти образцы содержат десятки миллионов частиц в каждом миллилитре суспензии, тогда как белковые составы обычно содержат менее 100 000 частиц на миллилитр.Поскольку принцип Коултера основан на том, что частицы проходят через апертуру по одной, высококонцентрированные образцы должны быть сильно разбавлены перед анализом с помощью COULTER COUNTER®. Чтобы обеспечить значительное разбавление, самые маленькие держатели образцов, доступные в настоящее время для коммерческих систем, предназначены для работы с минимальным объемом около 10 мл. Ученые обнаружили, что это довольно большой объем, особенно потому, что их образцы содержат намного меньше частиц и не нуждаются в разбавлении.К счастью, это всего лишь практический аспект дизайна, и счетчики Coulter можно адаптировать для небольших объемов. Недавно мы разработали процедуру, которая снижает требуемый объем пробы на 60% до 4 мл.

В таблице приведены данные для образца, содержащего смесь гранул размером 2, 5, 10 и 20 мкм. Смешанный образец подавали в Beckman Coulter Multisizer ™ 4 COULTER COUNTER® как с обычным объемом образца 10 мл в чашке объемом 20 мл, так и в недавно адаптированный сосуд для образца объемом 5 мл, заполненный 4 мл образца.Из каждого сосуда для образцов отбирали трехкратные серии по 100 мкл каждая. CV, представленные в таблице, показывают, что разница между разными сосудами для образцов находится в пределах дисперсии, измеренной для повторных прогонов из одного и того же сосуда для образцов. Это указывает на то, что сосуд для образца на 5 мл является приемлемой заменой большего сосуда на 20 мл. Важно отметить, что этот результат достигается без существенной модификации инструмента и требует только адаптера для подставки для образца.

Таблица I

Сравнение результатов трехкратного подсчета для объемов смешанного образца объемом от 4 до 10 мл

Статистическая точность также показывает тенденцию к увеличению количества частиц

. уменьшается.Это наблюдение справедливо для всех методов подсчета частиц и представляет собой проблему для разработки процедур подсчета белков. Частота появления частиц в белковых композициях обратно пропорциональна размеру этих частиц. То есть более крупные частицы встречаются реже, чем более мелкие частицы, что также относится к смешанному образцу, используемому при создании таблицы. Поскольку более крупные частицы встречаются реже, чем более мелкие частицы, обычно будет трудно получить точные измерения их концентрации в образцах, что затрудняет разработку руководящих принципов контроля качества.В таблице представлено более подробное исследование статистической точности подсчета частиц по принципу Коултера. Данные показывают, что когда общее количество частиц в заданном диапазоне размеров превышает 10 000, CV обычно составляет 1% или ниже. Однако, когда общее количество частиц падает ниже 10 000, CV резко возрастает до 9% при общем количестве частиц около 100. Хотя это просто пример принципа, согласно которому ошибка увеличивается с уменьшением размера образца, важно соблюдать Имеется в виду, что исследования в области методов подсчета частиц для белковых растворов растут.Большинство белковых составов, как правило, имеют очень низкие концентрации частиц, что указывает на то, что руководящие принципы статистической точности должны иметь более высокие допуски, особенно при увеличении размера частиц.

Таблица II

Статистическая точность 31 измерения латексных шариков 10 мкм при различных концентрациях

Важность надежной процедуры очистки

Для обеспечения стабильных результатов с небольшим количеством артефактов COULTER важно обеспечить COULTER ® очень чистая как перед использованием, так и во время тестирования образцов.Если система не использовалась в течение некоторого времени и во внутренней системе обработки жидкости произошло застаивание жидкости, рекомендуется тщательно очистить систему путем многократных промывок сильным чистящим раствором. Это удалит все кристаллы соли, водоросли и другие загрязнения, которые могли образоваться во время простоя системы. Кроме того, очень важно регулярно чистить апертурную трубку во время анализа пробы. Один хороший способ добиться этого – использовать слабый мыльный раствор, который можно промывать через апертурную трубку между последовательными образцами.Чтобы проверить чистоту апертурной трубки, исследователи могут подать в прибор хорошо профильтрованный холостой буферный раствор и измерить количество частиц. Если в холостом растворе счетчики высоки, необходимо очистить отверстие. Однако, если этап очистки включен как часть стандартной экспериментальной процедуры, можно ожидать точных и воспроизводимых подсчетов.

ВЫВОДЫ

Таким образом, принцип Коултера – это хорошо зарекомендовавший себя метод, который используется в быстро расширяющейся области подсчета невидимых частиц в белковых препаратах.Его преимущества включают: ортогональный подход, чувствительность, линейность, воспроизводимость и способность обнаруживать очень маленькие невидимые агрегаты (в настоящее время до 0,4 мкм). При правильном дизайне эксперимента могут быть выбраны условия, обеспечивающие получение информативных и надежных данных о характеристиках частиц в различных буферах и с небольшими объемами образцов. Таким образом, принцип Коултера следует использовать как дополнительный, ортогональный метод к USP 788 для анализа невидимых частиц в белковых препаратах.

Список литературы

1. Американское общество испытаний и материалов. Стандартный метод испытаний для измерения количества частиц и гранулометрического состава в образцах партии для оценки фильтра с использованием счетчика частиц с электрическим сопротивлением. 1992. Обозначение F662. ASTM International, West Conshohocken

2. Американское общество испытаний и материалов. Стандартный метод определения гранулометрического состава хроматографических сред методом электрической зоны зондирования. 1995. Обозначение E1772.ASTM International, West Conshohocken

3. Американское общество испытаний и материалов. Стандартный тестовый метод для автоматизированного анализа клеток – метод электрической зоны зондирования для подсчета и определения размеров суспензий отдельных клеток. 2001. Обозначение F2149. ASTM International, West Conshohocken

4. Американское общество испытаний и материалов. Стандартный метод измерения размера частиц сухого тонера. 2002. Обозначение F577. ASTM International, West Conshohocken

8.Колтер WH. Средство для подсчета взвешенных в жидкости частиц, Патент США 2656508. 20 октября 1953 г.

Что такое сцинтилляционный счетчик – принцип работы

Основной принцип работы сцинтилляционного счетчика заключается в взаимодействии излучения со сцинтиллятором, который производит серию вспышек различной интенсивности. Сцинтилляционный счетчик – Принцип действия – Описание

Сцинтилляционный счетчик или сцинтилляционный детектор – это детектор излучения, который использует эффект, известный как сцинтилляция . Сцинтилляция – это вспышка света , возникающая в прозрачном материале при прохождении частицы (электрона, альфа-частицы, иона или фотона высокой энергии). Сцинтилляция происходит в сцинтилляторе, который является ключевой частью сцинтилляционного детектора. Обычно сцинтилляционный детектор состоит из:

• Сцинтиллятора .Сцинтиллятор генерирует фотоны в ответ на падающее излучение.
• Фотоприемник . Чувствительный фотодетектор (обычно фотоумножитель (ФЭУ), камера с зарядовой связью (ПЗС) или фотодиод), который преобразует свет в электрический сигнал, и электроника для обработки этого сигнала.

Основной принцип работы заключается в взаимодействии излучения со сцинтиллятором, который производит серию вспышек различной интенсивности. Интенсивность вспышек пропорциональна энергии излучения.Эта особенность очень важна. Эти счетчики подходят для измерения энергии гамма-излучения ( гамма-спектроскопия ) и, следовательно, могут использоваться для идентификации изотопов, излучающих гамма-излучение.

– принцип работы

Работа сцинтилляционных счетчиков резюмируется в следующих пунктах:

Ссылки:

Радиационная защита:

1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley , 8/2010.ISBN-13: 978-0470131480.
2. Стабин, Майкл Г., Радиационная защита и дозиметрия: Введение в физику здравоохранения, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
3. Мартин, Джеймс Э., Физика для радиационной защиты, 3-е издание, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
4. U.S.NRC, КОНЦЕПЦИИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
5. Министерство энергетики, внедрения и контроля США. Справочник по основам DOE, том 2 от 2 июня 1992 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. J.Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс.Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник DOE по основам, тома 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

См. Также:

Мы надеемся, что эта статья «Сцинтилляционный счетчик – принцип работы » поможет вам.Если это так, даст нам на боковой панели. Основная цель этого сайта – помочь общественности узнать интересную и важную информацию о радиации и дозиметрах.

Основной принцип пропорциональных счетчиков – Описание