Установки для исследования и контроля параметров пьезоэлементов Пьезо-П

Назначение

Установки для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П» (далее установки ИКПП «Пьезо-П»), предназначены для измерения электрического сопротивления, электрической емкости, тангенса угла диэлектрических потерь, частоты резонанса и антирезонанса в диапазоне рабочих частот.

Описание

Принцип измерений, реализованный в установках ИКПП «Пьезо-П», показан на рисунке 1.

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

В установках реализован цифровой способ измерений, позволяющий возбуждать пьезоэлемент или преобразователь широкополосным сигналом, спектр которого охватывает заданную область частот. В качестве такого сигнала 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(o) и U(o) на частотах f Гk 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.

Контроль параметров пьезоэлементов осуществляется в двух режимах: - динамическом режиме (контроль параметров в резонансной области частот);

Лист № 2

Всего листов 5 - квазистатическом режиме (контроль параметров на частоте 1000 Гц).

У становки ИКПП «Пьезо-П» (рисунок 2) являются аппаратурой настольного типа и состоит из:

- блока измерительного;

- эквивалентов пьезоэлементов ЭПЭ-1201, ЭПЭ-1202, ЭПЭ-1203;

- наборов RC цепей НРЕЦ-1741, НРЕЦ-1742;

- микро-ЭВМ типа IBM PC или ноутбука;

- лазерного принтера;

- специального программного обеспечения, установленного в ЭВМ и реализующего заданные функции.

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 - Внешний вид установки ИКПП «Пьезо-П»

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 установки входит набор эквивалентов и RC цепей, четырехполюсник для измерения АЧХ.

На задней панели измерительного блока расположены разъемы для питания установки ИКПП «Пьезо-П» и для подключения ее к персональному компьютеру. На задней панели расположены винты крепления задней крышки для пломбирования установки (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 установок ИКПП «Пьезо-П» состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл Piezo-P_Full_2.2.2246.0.exe), который предустанавливается при поставке аппаратуры. ПО аппаратуры исполняется на процессоре управляющей ЭВМ. ПО аппаратуры рассматривается как метрологически значимое.

ПО установки «Пьезо-П», 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).

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1

Уровень защиты ПО установок по Р 50.2.077-2014 соответствует уровню «высокий».

В кодах ПО присутствует процедура контроля за контрольной суммой исполняемого

файла. При запуске ПО установок 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 установок и измеренные данные достаточно защищены с помощью специальных средств защиты от преднамеренных и не преднамеренных изменений.

Пределы допустимой основной абсолютной погрешности

измерения тангенса угла диэлектрических потерь на

частоте 1000 Гц:                                                     ±(2- 10-3+540-3 -IgS^);