Аппаратура Цензурка-ВЧ

Назначение

Аппаратура «Цензурка-ВЧ» предназначена для оперативного измерения параметров и контроля работоспособности пьезоэлементов и пьезопреобразователей в процессе их производства и эксплуатации в диапазоне 1 кГц-2 МГц.

Измерение параметров пьезопреобразователей осуществляется в трех режимах:

- динамическом режиме (измерение параметров в резонансной области частот);

- в низкочастотной области (измерение электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1 кГц);

- при постоянном напряжении 100 В проводятся измерения сопротивления изоляции и сопротивления постоянному току.

Описание

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

,________ Uo

П Ro

Т и

Т Z

ТГ

Рисунок 1

U0 - опорное напряжение, U - падение напряжения на пьезоэлементе, R0 - резистор, Z - комплексный импеданс пьезопреобразователя

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

ЛЧМ сигнал формируется в ЭВМ программно в виде массива длиной N Напряжения Uo(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 Uo(o) и И(ш) на частотах f [k]= kFd/N, k = 0,* ,N/2 . Значения комплексной проводимости в полосе частот от 0 до Fd/2 рассчитываются с использованием измеренных величин.

Принцип работы при квазистатических измерениях на частотах 100 Гц и 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.

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.

Для измерения сопротивления изоляции и сопротивления постоянному току контролируемого пьезопреобразователя используется изолирующий усилитель. Измерения проводятся при подаче постоянного напряжения +100 В на пьезопреобразователь. При необходимости перед измерением проводится выдержка напряжения 100 В в течение 1 мин (длительность выдержки задается программным путем).

Аппаратура «Цензурка-ВЧ» (рисунок 2) является настольной приборной аппаратурой и состоит из двух основных частей: блока измерительного и управляющей ЭВМ (покупного изделия). Управляющая ЭВМ (ноутбук совместимый с персональными компьютерами фирмы IBM) с операционной системой Windows имеет специальное программное обеспечение (СПО), реализующие функции управления работой аппаратуры «Цензурка-ВЧ» и совместно с блоком измерительным измерение, расчет и отображение следующих параметров:

- активной составляющей полного электрического сопротивления;

- величины косинуса угла разности фаз между током и напряжением;

- электрической емкости преобразователя на 1 кГц;

- сопротивления изоляции преобразователя и внутреннего сопротивления постоянному току при подаче постоянного напряжения 100 В;

- тангенса угла диэлектрических потерь.

- резонансной частоты преобразователя;

- антирезонансной частоты преобразователя;

- добротности преобразователя;

- активного сопротивления преобразователя на частоте резонанса;

- коэффициента электромеханической связи преобразователя;

- электрофизические параметры материала пьезоэлемента (относительная диэлектрическая проницаемость, пьезомодуль, удельное объёмное электрическое сопротивление, скорость звука).

Рисунок 2 - Внешний вид аппаратуры «Цензурка-ВЧ»

Рисунок 2 - Панель передняя блока измерительного

Рисунок 3 - Панель задняя блока измерительного

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

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) аппаратуры «Цензурка-ВЧ» состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл SetupCHF_ver.1.0.0.exe), который предустанавливается при поставке аппаратуры. ПО аппаратуры исполняется на процессоре управляющей ПЭВМ. ПО аппаратуры рассматривается как метрологически значимое.

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

- измерение ёмкости и тангенса угла диэлектрических потерь пьезоэлемента или пьезопреобразователя на заданной частоте (1 кГц);

- измерение комплексной проводимости пьезопреобразователя в заданной полосе частот (1 -2000) кГц;

- определение значений резонансной и антирезонансной частот;

- расчет параметров эквивалентной схемы пьезопреобразователя в окрестности резонанса;

- расчет электрофизических параметров пьезоэлемента;

- измерение внутреннего сопротивления Ивнут постоянному току и сопротивлений изоляции R+ и R-;

- взаимодействие с оператором, отображение и сохранение результатов измерений, в том числе в графическом виде;

- накопление в базе данных результатов измерений, формирование, отображение в заданном оператором виде и сохранение отчетов о результатах измерений, получение их твердой копии на бумажном носителе.

Таблица 1

Уровень защиты ПО аппаратуры соответствует уровню «С».

Коды программы не могут быть модифицированы простыми программными средствами (защита на уровне структуры двоичного файла при его компиляции в среде разработки). 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 - 2000

Диапазон измерения активной составляющей полного электрического сопротивления на частоте резонанса, Ом                                    5 - 104

Диапазон измерения косинуса разности фаз между током и напряжением                                                       0±1

Диапазон измерения сопротивления изоляции и внутреннего

сопротивления постоянному току, Ом                                       103 - 1010

Диапазон измерения электрической емкости

на частоте 1 кГц, Ф                                                                5х10-10-5х10-7

Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь, %          1 - 100

Диапазон определяемых значений добротности                        2 - 600

Диапазон определяемых значений коэффициента

электромеханической связи                                                  0,1 - 0,7

Пределы допустимой относительной погрешности

установки частоты, %

Пределы допустимой относительной погрешности измерения

частоты резонанса, %

Пределы допустимой относительной погрешности измерения

частоты антирезонанса, %

Пределы допустимой относительной погрешности измерения сопротивления на частоте резонанса

для диапазона от 5 до 10 Ом вкл., %

для диапазона свыше 10 до 104 Ом, %

Пределы допустимой относительной погрешности

измерения косинуса разности фаз между током и напряжением, %

Пределы допустимой относительной погрешности измерения сопротивления изоляции и сопротивления постоянному току

для диапазона от 103 до 106 Ом вкл., %

для диапазона свыше 106 до 1010 Ом, %

Пределы допустимой относительной погрешности

измерения электрической емкости на частоте 1 кГц, %

Пределы допустимой относительной погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь

для диапазона от 1 до 6 % вкл., %

для диапазона свыше 6 до 100 %, %

Пределы допустимой относительной погрешности

определения добротности, %

Пределы допустимой относительной погрешности определения коэффициента электромеханической связи, %

Электрическая изоляция выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение синусоидальной формы частотой

50 Гц между сетевыми цепями и корпусом изделия:

- при нормальных условиях, В, не менее

Электрическое сопротивление изоляции между цепями питания

изделия и его корпусом, не менее:

- в нормальных условиях применения, МОм

Электрическое сопротивление между заземляющим контактом

сетевой вилки и корпусом изделия, не более, Ом

Время установления рабочего режима, мин, не более

Время непрерывной работы в нормальных условиях, ч, не менее

при питании от сети переменного тока:

- напряжением, В                                                       220+22

- частотой, Гц

Нормальные условия применения:

температура окружающего воздуха                                  (25 + 5) °С

относительная влажность воздуха                                    (60 + 20) %

Потребляемая мощность при номинальном напряжении:

- блока измерительного, В •А, не более                                        100

- управляющей ЭВМ - приводится в документации на это изделие

Масса аппаратуры «Цензурка-ВЧ»:

- блок измерительный, кг, не более                                           5

Габаритные размеры аппаратуры «Цензурка-ВЧ»:

- блок измерительный (дхшхв), мм, не более                           360^310x120

- габаритные размеры управляющей ЭВМ и печатающего устройства приводятся в документации на эти изделия.

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится методом металлографии на лицевую панель блока измерительно-коммутационного аппаратуры «Цензурка-ВЧ» и типографским методом на титульные листы эксплуатационной документации.

Комплектность

В комплект поставки входят:

- блок измерительный 68.91.01.00.000;

- управляющая ЭВМ;

- блоки эквивалентов для поверки (БЭП N1 ^ БЭП N5 )- 5 шт;

- программное обеспечение, установленное в ЭВМ и реализующее заданные функции;

- паспорт 68.91.00.00.000 ПС;

- руководство по эксплуатации 68.91.00.00.000 РЭ;

- методика поверки 68.91.00.00.000 МП.

Поверка

осуществляется по документу 68.91.00.00.000 МП «Аппаратура «Цензурка-ВЧ». Методика

поверки», утвержденному ГЦИ СИ ФБУ «Ростовский ЦСМ» « 29 » ноября 2013 г.

Перечень основного оборудования необходимого для поверки аппаратуры

«Цензурка-ВЧ» представлен в таблице 2.

Таблица 2

Сведения о методах измерений

Сведения о методах измерений изложены в руководстве по эксплуатации «Аппаратура «Цензурка-ВЧ» 68.91.00.00.000 РЭ.

Нормативные документы

ОСТ 11 044-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия.

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.

Рекомендации к применению

Применяются вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений.