测试漏电流的MD网络测试盒
这个MD网络(Measurement Device Network)是根据国际电工委员会(IEC)和国家标准(如GB9706.1-2020)设计的人体模拟网络,用于测量医疗器械的漏电流,以确保其符合安全标准。一、MD网络测试盒的工作原理电路结构
从图片中可以看到,MD网络由以下元件组成:
[*]R1:电阻,通常为10kΩ。
[*]R2:电阻,通常为1kΩ。
[*]C1:电容,通常为0.015uf。
[*]Z:被测设备的漏电流路径。
这些元件共同构成了一个模拟人体阻抗的网络,其中R1和R2代表人体的电阻部分,而C1则模拟人体的电容特性。
二、工作原理当漏电流通过被测设备流向地时,它会流经MD网络中的各个元件。由于人体对交流电的阻抗不仅包含电阻成分,还包含电容成分,因此使用MD网络可以更准确地模拟人体在漏电流作用下的真实反应。
漏电流加权网络及其生理学依据
在医疗器械的安全标准中,直流电流、低频交流电流和高频交流电流对人体的生理影响存在显著差异。因此,标准中要求在测量漏电流时采用加权网络(R1+C1 与 R2 组合),以便更真实地反映不同频率下电流对人体的危害程度。
1. 直流与低频交流电流的影响根据 IEC TS 60479-1:2005 的研究结论:
[*]直流电流主要作用是产生持续的肌肉收缩,但相对不容易引起心室纤颤,因此允许的限值高于交流电。
[*]低频交流电流(约10 Hz ~ 1 kHz)与人体心脏的节律(通常为每分钟60~100次,即约1 Hz ~ 2 Hz)相互作用最为敏感。在工频(50 Hz / 60 Hz)下,电流最容易干扰心脏节律,甚至诱发心室纤颤,因此限值最严格。
2. 高频电流的影响当频率升高(>1 kHz)时,交流电流对心脏的刺激作用迅速减弱。IEC TS 60479-2:2007 指出,高频电流主要导致热效应和表浅感觉,对深层组织和心脏的危害大幅降低。
[*]因此,在漏电流测量中,引入 加权网络(如图 12 所示),其频率特性会对高频成分进行衰减。
[*]这样,虽然仪器实际测得的高频电流数值可能较大,但通过加权网络换算后,其等效的“对人体危害程度”被折算成相对较小的电流值。
3. 加权网络的意义图 12 所示的网络(R1=10 kΩ, R2=1 kΩ, C1=0.015 μF)本质上是一个频率加权的等效阻抗变换器:
[*]在低频段,电容C1阻抗较高,电流主要通过R2,使得测得电流接近实际流过人体的值。
[*]在高频段,C1逐渐导通,等效阻抗降低,从而使在R2上的测量结果变小。
[*]这意味着,高频电流在测量结果中被“折算”为对人体等效的低频电流效应。
4. 总结
[*]直流:影响相对较小,主要是肌肉持续收缩。
[*]低频交流:最危险,容易引发心脏纤颤,因此限值最低。
[*]高频交流:危害主要转为热效应,心脏风险降低,因此通过加权网络折算后读数较小。
这套原理正是为什么医疗器械标准(如 GB 9706.102-2021 / IEC 60601-1)规定要使用加权网络来测量漏电流,而不是直接读仪器的原始电流值。
三、测试漏电流在漏电流测试中,通常有两种测量方式:1. 加权漏电流测试
[*]通过 R1 与 C1 串联,再与 R2 并联 构成测量回路(即标准规定的“人体模拟网络”)。
[*]此时,直接测量流过 R2 的电流,就得到了加权后的漏电流。这个值已经考虑了不同频率电流对人体危害程度的加权修正。
2. 不加权漏电流测试
[*]去掉 R1、C1,仅保留 R2 作为测量回路。
[*]此时,测得的 R2 上电流值即为不加权漏电流,它代表了器械真实漏出的电流大小,而没有进行频率修正。
仪器使用
[*]示波器(带电流探头)或者高精度万用表,都可以直接测 R2 上的电流(RMS 值)。
[*]差别就在于:电路中是否加了人体等效网络(R1+C1)。
[*]高精度万用表、示波器直接测试R2 上的电流(RMS 值)得到的电压,再通过欧姆定律,除以R2,就可以得到漏电流的值。
[*]然后,依次针对不同的漏电流路径进行测试。
四、IEC 60601-1\GB 9706.1漏电流限值
IEC 60601-1 条款8.7.3漏电流限值
患者漏电流的容许值
[*]接触电流的容许值在正常状态下是 100μA,单一故障状态下是 500μA。
[*]对地漏电流的容许值在正常状态下是 5mA,单一故障状态下是 10mA。对于永久性安装 ME 设备的供电电路仅为该 ME 设备供电的,容许有更高的对地漏电流值。
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