ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области измерительной технике, в частности, к пьезоэлектрическим вибропреобразователям со встроенными электронными устройствами (далее-ПВПЭ).
Одной из основных характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя является коэффициент преобразования (далее - Кд), который определяют в аккредитованных лабораториях по методике, изложенной в ГОСТ Р 8.669-2009 «Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки». В тех случаях, когда демонтаж вибропреобразователя затруднен для доставки в лабораторию, он остается без поверки, так как доставить рабочий эталон для СИ вибрации к месту установки вибропреобразователя невозможно. Невозможность демонтажа ПВПЭ возникает на нефтехимических предприятиях, энергетических производствах, а также на объектах военного назначения из-за наличия длинных неотъемных выходных кабелей ПВПЭ, уложенных в кабельные трассы.
Известен вибропреобразователь, выполненный по электрической схеме, называемой дифференциальной, которая заканчивается тремя выводами из корпуса вибропреобразователя (патент РФ №2358244 «Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля», 2007 г., патентообладатель - ЗАО «МЕРА»). Используя имеющиеся выводы из преобразователя, описанный в патенте способ поверки предлагает по одному из сигнальных выводов и общему выводу подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы, а по другому сигнальному выводу и общему измерять сгенерированный преобразователем электрический сигнал. Благодаря этому, поверку пьезоэлектрического вибропреобразователя можно проводить без демонтажа с объекта контроля. Но описанный способ может быть применен только для вибропреобразователей, имеющих три выводных проводника, поскольку подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы и измерять выходное напряжение с них необходимо одновременно.
Серийно выпускаемые вибропреобразователи часто бывают изготовлены по двухпроводной схеме, например, пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий пьезоэлемент и встроенную электронику, (заявка №2001133134/09, 06.12.2001 г., заяви-тель Махов В.Н. и др). Данное решение выбрано в качестве прототипа. Отсутствие третьего выходного проводника не позволяет использовать известный способ поверки путем возбуждения электрически нормированным сигналом, т.е. проводить проверку пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.
Задачей заявленного решения является создание конструкции пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающей возможность проведения поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.
Поставленная цель достигается за счет того, что в конструкцию пьезоэлектрического вибропреобразователя, содержащего корпус с чувствительным элементом и встроенными электронными устройствами, введен постоянный резистор, один вывод которого последовательно соединен с чувствительным элементом, а второй - замкнут на корпус вибропреобразователя. В цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор" включен дополнительно проводник, соединенный с внешним генератором для подачи на электрическую схему вибропреобразователя нормированного напряжения, вызывающего обратный пьезоэффект его чувствительного элемента. Для измерения падения напряжения на встроенном в корпус вибропреобразователя постоянном резисторе, параллельно резистору, используя цепи заземления (корпус вибропреобразователя) и его соединения с генератором, подключается вольтметр.
Технический результат достигается за счет того, что при введении в электрическую схему вибропреобразователя постоянного резистора небольшого сопротивления, влиянием которого на выходной сигнал можно пренебречь, появляется принципиальная возможность поверки ПВПЭ без демонтажа с объекта контроля. Размещение внутри корпуса дополнительного постоянного резистора и вывод от него наружу дополнительного проводника, позволяет воспользоваться методом возбуждения вибропреобразователя, изложенным в патенте №2358244. В настоящее время альтернативы данному способу поверки для датчиков с встроенными электронными устройствами (согласующее устройство, аналого-цифровой преобразователь, резистор и т.д.), входящих в измерительные информационные системы, нет. Необходимо отметить, что нельзя ввести конструктивные изменения в уже выпущенные вибропреобразователи, изготовленные по двухпроводной схеме, так как в любые изготовленные вибропреобразователи нет предусмотренного доступа внутрь конструкции. Это означает, что дополнительные резистор и проводник можно разместить только в процессе изготовления вибропреобразователя.
зам
При механическом возбуждении вибропреобразователя на вибростоле нормированным значением виброускорения на этом резисторе происходит падение напряжения U, пропорциональное величине виброускорения, которое является электрической мерой при поверке.
зам
зам
2
Для осуществления поверки возбуждают вибропреобразователь нормированным электрическим напряжением U путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала последовательно на частотах, входящих в рабочий диапазон вибропреобразователя. Под действием этого напряжения чувствительный элемент ПВПЭ испытывает обратный пье-зоэффект, заключающийся в изменении линейных размеров чувствительного элемента и появлении заряда на выходе ПВПЭ, пропорционального виброускорению 10 м/с. Напряжение U определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.
Заявленное решение неизвестно заявителю из доступных источников информации, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявляемый вибропреобразователь может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.
Заявленное решение поясняется графическим материалом (фиг.1).
На фиг.1 показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения механического возбуждения вибропреобразователя. Схема содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, свойства которого (в частности, коэффициент преобразования) зависят от числа чувствительных к вибрации пьезоэлементов 2, а также встроенный постоянный резистор 3, электронное устройство 8 (согласующее устройство), электронное устройство 7 (аналого-цифровой преобразователь), вольтметр 4, генератор 5, устройство измерения 6 и выходной проводник 9. В отличие от прототипа, в корпус вибропреобразователя 1 введен постоянный резистор 3, последовательно соединенный с чувствительным элементом 2 и снабженный выходным проводником 9, включенным в цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор". Постоянный резистор 3 заземлен на корпус вибропреобразователя 1 и соединен общим проводом с вольтметром 4, а проводник 9 соединен с внешним генератором 5.
2
вых1,
вых1
вых2
вых1
зам
При первичной поверке испытуемый вибропреобразователь закрепляют на вибростоле и задают виброускорение а=10 м/с на частоте ƒ=160 Гц. На выходе ПВПЭ появляется сигнал U измеряемый устройством 6. Фиксируют величину U. Останавливают вибровозбудитель, подключают генератор 5 и вольтметр 4. При а=0 подают сигнал от генератора 5 такой величины, чтобы выходное напряжение U=U. Измеряют падение напряжения на резисторе 3, которое является искомым напряжением U механического возбуждения ПВПЭ. Заносят это значение в паспорт.
зам
Затем определяют величину U на частотах октавного ряда, входящих в частотный диапазон ПВПЭ. Результаты фиксируют и заносят в паспорт прибора. Вычисляют коэффициенты преобразования на частотах октавного ряда по формуле
di
По результатам вычислений K, вычисляют неравномерность частотной характеристики ПВПЭ относительно коэффициента преобразования на частоте 160 Гц.
зам
Таким образом, добавив в конструкцию ПВПЭ резистор 3 с проводником 9, соединенных по предложенной блок-схеме, можно заменить механическое воздействие на ПВПЭ воздействием электрического напряжения нормированного значения. Записанное в паспорте прибора значение U используют в дальнейшем при периодических поверках прибора без демонтажа его с объекта эксплуатации.