Аппаратура для контроля параметров пьезоэлементов Цензурка-МА2

Назначение

Аппаратура «Цензурка-МА2» предназначена для оперативного измерения в процессе производства параметров пьезоэлементов и пьезопреобразователей: частоты резонанса и антирезонанса, сопротивления на частоте резонанса, емкости на низкой частоте, тангенса угла диэлектрических потерь.

Контроль параметров пьезоэлементов осуществляется в двух режимах: - динамическом режиме (контроль параметров в резонансной области частот); - квазистатическом режиме (контроль параметров на частоте 1000 Гц).

Описание

Принцип измерений, реализованный в аппаратуре «Цензурка-МА2», показан на рисунке 1.

Рисунок 1. U0 - опорное напряжение, U - падение напряжения на пьезоэлементе, R0 -резистор, Z - комплексный импеданс пьезоэлемента или преобразователя.

В аппаратуре реализован цифровой способ измерений, позволяющий возбуждать пьезоэлемент или преобразователь широкополосным сигналом, спектр которого охватывает заданную область частот. В качестве такого сигнала в аппаратуре «Цензурка-МА2» используется сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

ЛЧМ сигнал формируется в ЭВМ программно в виде массива длиной N. Напряжения U0(t) и U(t) подаются на вход двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а полученные таким образом отсчеты - через буферное запоминающее устройство в управляющую ЭВМ, где подвергаются дискретному преобразованию Фурье с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье. В результате получаются два комплексных

массива длиной N/2 каждый, соответствующие значениям U0(®) и U(®) на частотах

f [k 1 = kFd/N, k = 0,* ,N/2

d                . Значения комплексной проводимости в полосе частот от 0 до Fd/2 рассчитываются с использованием измеренных величин.

Принцип работы при квазистатических измерениях на низкой частоте 1000 Гц аналогичен, только в качестве АЦП используется 16-ти разрядный АЦП (относительно медленно действующий), который подключается к измерительному резистору Ro с помощью коммутатора входов (на рисунке не показан).

Для расчета требуемых параметров преобразователя используется многоконтурная эквивалентная схема, динамическая часть которой состоит из нескольких соединенных параллельно RLC-цепочек. Количество контуров эквивалентной схемы определяется по числу максимумов активной составляющей проводимости в заданной полосе частот.

Аппаратура «Цензурка-МА2»(рисунок 2) является аппаратурой настольного типа и состоит из блока измерительного, управляющей ЭВМ (персональный компьютер IBM PC Pentium IV в настольном виде или ноутбук) и печатающего устройства. Управляющая ЭВМ с операционной системой Windows имеет специальное программное обеспечение, реализующие функции управления работой аппаратуры, обработки результатов измерений, отображения измеренной и обработанной информации, ведения баз данных для контролируемых пьезоэлементов.

Рисунок 2 - Аппаратура «Цензурка-МА2»

Блок измерительный представляет собой закрытый металлический корпус с органами управления и индикации на лицевой панели, где так же расположен разъем для подключения пьезоэлементов. В состав аппаратуры входит набор эквивалентов и RC цепей, четырехполюсник для измерения АЧХ.

На задней панели измерительного блока расположены разъемы для питания аппаратуры «Цензурка-МА2» и для подключения ее к персональному компьютеру. На задней панели расположены винты крепления задней крышки для пломбирования аппаратуры «Цензурка-МА2» (рисунок 3).

Рисунок 3 - Панель задняя блока измерительного. Схема пломбировки.

1 - Технические требования по ГОСТ 18680-73. Пломбировать замазкой уплотнительной У-20 ТУ 38-105357-85.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) аппаратуры «Цензурка-МА2» состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл Setup_Full_CMA_2.exe), который предустанавливается при поставке аппаратуры. ПО аппаратуры исполняется на процессоре управляющей ПЭВМ. ПО аппаратуры рассматривается как метрологически значимое.

ПО аппаратуры “Цензурка-МА2”, предназначено для решения следующих основных задач:

- расчет комплексной проводимости пьезоэлемента;

- расчет эквивалентных и электрофизических параметров;

- взаимодействие с оператором, отображение и сохранение результатов измерений, в том числе в графическом виде, отбраковка пьезоэлементов по установленным критериям;

- накопление в базе данных результатов измерений, формирование, отображение и сохранение отчетов о результатах измерений, в том числе гистограммных, получение их твердой копии.

Коды программы не могут быть модифицированы простыми программными средствами (защита на уровне структуры двоичного файла при его компиляции в среде разработки).

аблица 1

Уровень защиты ПО аппаратуры соответствует уровню «С».

В кодах ПО присутствует процедура контроля за контрольной суммой исполняемого файла. При запуске ПО аппаратуры происходит проверка текущей контрольной суммы кода программы с записанной контрольной суммой. В случае отличия этих контрольных сумм программа аппаратуры останавливается и на экран выводится сообщение об ошибке проверки контрольной суммы. Метрологически значимая часть ПО аппаратуры и измеренные данные достаточно защищены с помощью специальных средств защиты от преднамеренных и не преднамеренных изменений.

Технические характеристики

Диапазон рабочих частот, кГц                                           1 - 500

Диапазон измерения электрической емкости, Ф                          240-11 - -10’

7

Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь                                                          240-3 - -10-1

Диапазон измерения сопротивления на частоте резонанса, Ом                                                        10 - 5-103

Пределы допускаемой основной относительной погрешности установки частоты, %                                                                           ±0,1

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

частоты резонанса, %                                                              ±0,2

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

частоты антирезонанса, %                                                         ±0,5

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения

электрической емкости на частоте 1000 Гц, пФ:                        ±(1 пФ+540-3^ Сизм)

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения

тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1000Гц, пФ:         ±(240+540чд5изм)

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

сопротивления на частоте резонанса, %

Рассчитываемые параметры:

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости, %:

- для диапазона измерения емкости от 2-10-11 до 10-10 Ф

- для диапазона измерения емкости от 10-10 до 10-7 Ф

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

относительного резонансного промежутка в диапазоне от 0,04 до 0,4, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

коэффициента электромеханической связи в диапазоне от 0,25 до 0,8, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

пьезомодуля в динамическом режиме в диапазоне от 30 до 600 пКл/Н, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

механической добротности в диапазоне от 50 до 800, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения

скорости звука в диапазоне от 2,5-103 до 5-103 м/с, %