Пьезоэлектрический вибропреобразователь

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к пьезоэлектрическим вибропреобразователям со встроенными электронными устройствами (далее - ПВПЭ). Технический результат, получаемый при реализации заявленного решения, направлен на снижение эксплуатационных и временных затрат при периодических поверках вибропреобразователей и достигается за счет того, что в конструкцию пьезоэлектрического вибропреобразователя, введен постоянный резистор, последовательно соединенный с чувствительным элементом и снабженный выходным проводником, включенным в цепь "чувствительный проводник - постоянный резистор", что позволяет получить третий (искусственный) проводник и при поверках вибропреобразователя использовать способ поверки путем возбуждения его электрически нормированным сигналом, т.е. проводить поверку пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.

Полезная модель относится к области измерительной технике, в частности, к пьезоэлектрическим вибропреобразователям со встроенными электронными устройствами (далее-ПВПЭ).

Одной из основных характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя является коэффициент преобразования (далее - Кд), который определяют в аккредитованных лабораториях по методике, изложенной в ГОСТ Р 8.669-2009 «Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки». В тех случаях, когда демонтаж вибропреобразователя затруднен для доставки в лабораторию, он остается без поверки, так как доставить рабочий эталон для СИ вибрации к месту установки вибропреобразователя невозможно. Невозможность демонтажа ПВПЭ возникает на нефтехимических предприятиях, энергетических производствах, а также на объектах военного назначения из-за наличия длинных неотъемных выходных кабелей ПВПЭ, уложенных в кабельные трассы.

Известен вибропреобразователь, выполненный по электрической схеме, называемой дифференциальной, которая заканчивается тремя выводами из корпуса вибропреобразователя (патент РФ 2358244 «Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля», 2007 г., патентообладатель - ЗАО «МЕРА»). Используя имеющиеся выводы из преобразователя, описанный в патенте способ поверки предлагает по одному из сигнальных выводов и общему выводу подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы, а по другому сигнальному выводу и общему измерять сгенерированный преобразователем электрический сигнал. Благодаря этому, поверку пьезоэлектрического вибропреобразователя можно проводить без демонтажа с объекта контроля. Но описанный способ может быть применен только для вибропреобразователей, имеющих три выводных проводника, поскольку подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы и измерять выходное напряжение с них необходимо одновременно.

Серийно выпускаемые вибропреобразователи часто бывают изготовлены по двухпроводной схеме, например, пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий пьезоэлемент и встроенную электронику, (заявка 2001133134/09, 06.12.2001 г., заяви-тель Махов В.Н. и др). Данное решение выбрано в качестве прототипа. Отсутствие третьего выходного проводника не позволяет использовать известный способ поверки путем возбуждения электрически нормированным сигналом, т.е. проводить проверку пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.

Задачей заявленного решения является создание конструкции пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающей возможность проведения поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.

Поставленная цель достигается за счет того, что в конструкцию пьезоэлектрического вибропреобразователя, содержащего корпус с чувствительным элементом и встроенными электронными устройствами, введен постоянный резистор, один вывод которого последовательно соединен с чувствительным элементом, а второй - замкнут на корпус вибропреобразователя. В цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор" включен дополнительно проводник, соединенный с внешним генератором для подачи на электрическую схему вибропреобразователя нормированного напряжения, вызывающего обратный пьезоэффект его чувствительного элемента. Для измерения падения напряжения на встроенном в корпус вибропреобразователя постоянном резисторе, параллельно резистору, используя цепи заземления (корпус вибропреобразователя) и его соединения с генератором, подключается вольтметр.

Технический результат достигается за счет того, что при введении в электрическую схему вибропреобразователя постоянного резистора небольшого сопротивления, влиянием которого на выходной сигнал можно пренебречь, появляется принципиальная возможность поверки ПВПЭ без демонтажа с объекта контроля. Размещение внутри корпуса дополнительного постоянного резистора и вывод от него наружу дополнительного проводника, позволяет воспользоваться методом возбуждения вибропреобразователя, изложенным в патенте 2358244. В настоящее время альтернативы данному способу поверки для датчиков с встроенными электронными устройствами (согласующее устройство, аналого-цифровой преобразователь, резистор и т.д.), входящих в измерительные информационные системы, нет. Необходимо отметить, что нельзя ввести конструктивные изменения в уже выпущенные вибропреобразователи, изготовленные по двухпроводной схеме, так как в любые изготовленные вибропреобразователи нет предусмотренного доступа внутрь конструкции. Это означает, что дополнительные резистор и проводник можно разместить только в процессе изготовления вибропреобразователя.

При механическом возбуждении вибропреобразователя на вибростоле нормированным значением виброускорения на этом резисторе происходит падение напряжения U_зам, пропорциональное величине виброускорения, которое является электрической мерой при поверке.

Для осуществления поверки возбуждают вибропреобразователь нормированным электрическим напряжением U_зам путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала последовательно на частотах, входящих в рабочий диапазон вибропреобразователя. Под действием этого напряжения чувствительный элемент ПВПЭ испытывает обратный пье-зоэффект, заключающийся в изменении линейных размеров чувствительного элемента и появлении заряда на выходе ПВПЭ, пропорционального виброускорению 10 м/с². Напряжение U_зам определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.

Заявленное решение неизвестно заявителю из доступных источников информации, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявляемый вибропреобразователь может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.

Заявленное решение поясняется графическим материалом (фиг.1).

На фиг.1 показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения механического возбуждения вибропреобразователя. Схема содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, свойства которого (в частности, коэффициент преобразования) зависят от числа чувствительных к вибрации пьезоэлементов 2, а также встроенный постоянный резистор 3, электронное устройство 8 (согласующее устройство), электронное устройство 7 (аналого-цифровой преобразователь), вольтметр 4, генератор 5, устройство измерения 6 и выходной проводник 9. В отличие от прототипа, в корпус вибропреобразователя 1 введен постоянный резистор 3, последовательно соединенный с чувствительным элементом 2 и снабженный выходным проводником 9, включенным в цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор". Постоянный резистор 3 заземлен на корпус вибропреобразователя 1 и соединен общим проводом с вольтметром 4, а проводник 9 соединен с внешним генератором 5.

При первичной поверке испытуемый вибропреобразователь закрепляют на вибростоле и задают виброускорение а=10 м/с² на частоте =160 Гц. На выходе ПВПЭ появляется сигнал U_вых1, измеряемый устройством 6. Фиксируют величину U_вых1 . Останавливают вибровозбудитель, подключают генератор 5 и вольтметр 4. При а=0 подают сигнал от генератора 5 такой величины, чтобы выходное напряжение U_вых2=U_вых1. Измеряют падение напряжения на резисторе 3, которое является искомым напряжением U_зам механического возбуждения ПВПЭ. Заносят это значение в паспорт.

Затем определяют величину U_зам на частотах октавного ряда, входящих в частотный диапазон ПВПЭ. Результаты фиксируют и заносят в паспорт прибора. Вычисляют коэффициенты преобразования на частотах октавного ряда по формуле

По результатам вычислений K_di , вычисляют неравномерность частотной характеристики ПВПЭ относительно коэффициента преобразования на частоте 160 Гц.

Таким образом, добавив в конструкцию ПВПЭ резистор 3 с проводником 9, соединенных по предложенной блок-схеме, можно заменить механическое воздействие на ПВПЭ воздействием электрического напряжения нормированного значения. Записанное в паспорте прибора значение U_зам используют в дальнейшем при периодических поверках прибора без демонтажа его с объекта эксплуатации.

1. Пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий корпус с чувствительным элементом и встроенными электронными устройствами, отличающийся тем, что в корпус вибропреобразователя введен постоянный резистор, последовательно соединенный с чувствительным элементом и снабженный дополнительно выходным проводником, включенным в цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор".

2. Пьезоэлектрический вибропреобразователь по п.1, отличающийся тем, что выходной проводник соединен с внешним генератором для подачи нормированного напряжения и вольтметром для измерения падения напряжения на встроенном в корпус преобразователя постоянном резисторе.