СПОСОБ ПОВЕРКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ БЕЗ ДЕМОНТАЖА С ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ
METHOD OF INSPECTING PIEZOELECTRIC VIBRATION TRANSDUCER WITHOUT DISMANTLING FROM CONTROL OBJECT

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя (далее - ВП), входящего в состав средств измерения физических величин вибрации в случаях невозможности его демонтажа для периодической поверки.
д
Одной из основных характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя является коэффициент преобразования (далее К), который определяют при поверке прибора в установленный межповерочный интервал по стандартной методике [Методическая инструкция 1873-88 Виброметры с пьезоэлектрическими и индукционными преобразователями. Методика поверки.]. В тех случаях, когда демонтаж вибропреобразователя невозможен (например, если выходной кабель ВП неотъемный и находится в кабельной трассе большой протяженности), его поверка по стандартной методике требует доставки поверочной установки к месту нахождения ВП, что вызывает определенные трудности. Кроме того, размещение поверочной установки вблизи установленных ВП, к примеру, в условиях корабля невозможно.
Наиболее близким, взятым за прототип, является способ проверки работоспособности пьезоэлектрических ВП, при котором в цепь «ВП - согласующее устройство» вводят напряжение с частотой, лежащей в рабочем диапазоне частот датчика [Патент Российской Федерации №2176396 «Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра», 2001 г., патентообладатель Научно-производственное объединение измерительной техники]. При этом уровень сигнала на выходе согласующего устройства (СУ) зависит от емкости датчика и длины соединительного кабеля этой цепи. Постоянство величины выходного сигнала СУ при проверках является признаком целостности электрической цепи, т.е. сохранением свойств средства измерения. Способ отличается простотой в применении, но получаемая информация является неполной и пригодна лишь для определения целостности электрической цепи ВП - СУ.
Таким образом, существует потребность в создании способа поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающего получение полной и надежной информации о состоянии ВП, а также снижение трудоемкости процесса поверки.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта установки вибропреобразователь возбуждается нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон вибропреобразователя, путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала напряжения замещения механического возбуждения вибропреобразователя, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном в разрыв сигнальной цепи вибропреобразователя, возбужденного при первичной поверке заданным значением виброускорения на заданной частоте.
зам
зам1
пх.х
зам1
зам0
д
Техническим результатом заявляемого способа является возможность поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без его демонтажа с места установки и доставки в поверочную лабораторию благодаря использованию обратного пьезоэлектрического эффекта для возбуждения вибропреобразователя, установленного на объекте контроля, электрическим сигналом от синус-генератора, нормированным по величине напряжением U. При реализации заявленного способа с помощью дополнительного устройства (адаптера) определяют значение напряжения замещения U эквивалентной электрической схемы датчика, соответствующего коэффициенту преобразования холостого хода (х.х) - К, а при периодической поверке сравнивают значения U и U, затем по их соотношению, исходя из требований к погрешности коэффициента преобразования, делается вывод о качестве датчика, т.е. неуходе К из границ заданной погрешности.
Заявляемый способ позволяет учитывать индивидуальную длину соединительного кабеля до согласующего устройства, которая становится известной только после монтажа ВП на объекте контроля.
Заявленное решение не известно заявителю из доступных источников информации т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявленный способ содержит новую совокупность существенных признаков, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень». Заявляемый способ может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.
На фиг.1 показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения механического возбуждения ВП.
Схема содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, согласующее устройство 2, генератор 3, вольтметр 4 и резисторы 5.
зам
д
Напряжение U эквивалентно механическому возбуждению ВП (т.е. напряжению замещения холостого хода эквивалентной электрической схемы ВП) заданным виброускорением А. По измеренному отклику U вибропреобразователя вычисляют коэффициент преобразования, который по определению равен
зам
Напряжение U определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.
зам
Для этого при первичной поверке определяют дополнительную характеристику ВП, которая названа "напряжением замещения механического возбуждения вибропреобразователя", обозначаемым в тексте U. Технически это осуществляют следующим образом. ВП подключают, как показано на фиг 1.
2
Испытуемый вибропреобразователь закрепляют на вибростоле и задают виброускорение А=10 м/с на частоте ƒ=160 Гц.
вых1
вых1
вых2
вых1
вых2
вых1
зам
На выходе согласующего устройства появится электрический сигнал U. Фиксируют величину U. Останавливают вибровозбудитель и при A=0 подают через резистор R2 сигнал от генератора такой величины, чтобы выходное напряжение U согласующего устройства было равно U. По достижении U=U измеряют падение напряжения на резисторе R1, которое является искомым напряжением замещения U механического возбуждения ВП.
зам
Определяют величину U на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ВП. Результаты фиксируют.
зам
дi
2
Если от генератора синус-сигнала последовательно подать через резистор R2 напряжение U на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ВП, то на выходе появится сигнал U пропорциональный ускорению 10 м/с. Искомые коэффициенты преобразования вычисляют по формуле
дi
дi
K=U/10
дi
По результатам измерений К вычисляют неравномерность частотной характеристики ВП относительно коэффициента преобразования, вычисленного на частоте 160 Гц по формуле
зам
Таким образом, заменив механические нормированное воздействие на вибропреобразователь электрическим воздействием, мы получили одинаковое возбуждение вибропреобразователя. Нормированной мерой электрического возбуждения является напряжение U.
зам
Для примера изложены результаты определения U для вибропреобразователя мод. МВ43-10А:
F, Гц
А<sub>э</sub>, м/с<sup>2</sup>
U<sub>a</sub>, мВ
U<sub>зам</sub>, мВ
160
10,0
1004,5
22,20
Ниже приведены результаты измерения коэффициента преобразования вибропреобразователя мод. МВ43-10А №-62197. Измерения проводились в октавной полосе частот в диапазоне частот (20-10000) Гц. Тем самым получены результаты, позволяющие проследить изменение коэффициента преобразования с изменением частоты, т.е. определить неравномерность частотной характеристики, которую необходимо определять при поверке в соответствии с требованиями МИ 1873-88 (фиг.2):
Поверка МВ43-10А №-62197
методом замещения
Аэ,
F, Гц
U<sub>зам</sub>,мВ
U<sub>пр,</sub>мВ
м/с<sup>2</sup>
К, мВ/м/с<sup>2</sup>
Нер. ЧХ,%
20
21,70
103,3
10,0
10,33
-0,58
40
21,70
103,3
10,0
10,33
-0,58
80
21,70
103,4
10,0
10,37
-0,19
160
21,70
103,9
10,0
10,39
0,00
315
21,70
103,9
10,0
10,39
0,00
630
21,70
103,6
10,0
10,41
0,19
1250
21,70
104,0
10,0
10,40
0,68
2500
21,70
104,8
10,0
10,48
1,15
5000
21,70
105,1
10,0
10,55
1,54
8000
22,57
108,3
10,0
10,83
4,25
10000
23,80
112,1
10,0
11,21
7,89
Заявляемый способ дает возможность значительно уменьшить затраты на определение возможности применения виброизмерительных преобразователей (датчиков) в составе измерительных информационных систем при периодических поверках.