способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля

Формула изобретения

Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта установки, при котором возбуждают вибропреобразователь, снимают значение напряжения на выходе и вычисляют коэффициент преобразования, по значению которого делают вывод о состоянии вибропреобразователя, отличающийся тем, что возбуждают вибропреобразователь 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.

Описание изобретения к патенту

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.

Одной из основных характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя является коэффициент преобразования (далее К_д), 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.

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_зам. При реализации заявленного способа с помощью дополнительного устройства (адаптера) определяют значение напряжения замещения U_зам1 эквивалентной электрической схемы датчика, соответствующего коэффициенту преобразования холостого хода (х.х) - К_пх.х, а при периодической поверке сравнивают значения U_зам1 и U_зам0, затем по их соотношению, исходя из требований к погрешности коэффициента преобразования, делается вывод о качестве датчика, т.е. неуходе К_д 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.

Напряжение U_зам эквивалентно механическому возбуждению ВП (т.е. напряжению замещения холостого хода эквивалентной электрической схемы ВП) заданным виброускорением А. По измеренному отклику U_д вибропреобразователя вычисляют коэффициент преобразования, который по определению равен

Напряжение U_зам определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.

Для этого при первичной поверке определяют дополнительную характеристику ВП, которая названа "напряжением замещения механического возбуждения вибропреобразователя", обозначаемым в тексте U_зам. Технически это осуществляют следующим образом. ВП подключают, как показано на фиг 1.

Испытуемый вибропреобразователь закрепляют на вибростоле и задают виброускорение А=10 м/с² на частоте =160 Гц.

На выходе согласующего устройства появится электрический сигнал U_вых1. Фиксируют величину U_вых1. Останавливают вибровозбудитель и при A=0 подают через резистор R2 сигнал от генератора такой величины, чтобы выходное напряжение U_вых2 согласующего устройства было равно U_вых1. По достижении U_вых2=U _вых1 измеряют падение напряжения на резисторе R1, которое является искомым напряжением замещения U_зам механического возбуждения ВП.

Определяют величину U_зам на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ВП. Результаты фиксируют.

Если от генератора синус-сигнала последовательно подать через резистор R2 напряжение U_зам на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ВП, то на выходе появится сигнал U_дi пропорциональный ускорению 10 м/с². Искомые коэффициенты преобразования вычисляют по формуле

K_дi=U_дi /10

По результатам измерений К_дi вычисляют неравномерность частотной характеристики ВП относительно коэффициента преобразования, вычисленного на частоте 160 Гц по формуле

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_зам для вибропреобразователя мод. МВ43-10А:

F, Гц	Аэ, м/с2	Ua, мВ	Uзам, 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	Uзам ,мВ	Uпр, мВ	м/с2	К, мВ/м/с2	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.