Аппаратура для контроля параметров пьезоэлементов Цензурка-МА, 49533-12

Назначение

Аппаратура «Цензурка-МА» 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.

Измерение параметров пьезоэлементов осуществляется в двух режимах:

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

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

Описание

Схема измерений, реализованная в аппаратуре «Цензурка-МА», показана на рисунке 1.

и0

и

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

Рисунок 1.

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 -МА» используется сигнал с линейной частотной модуляцией.

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(w) и U(w) на частотах

f [к]= kFJN, к = 0,...,М/2.

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 Яо 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-МА»(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.

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-МА» и для подключения ее к персональному компьютеру. На задней панели расположены винты крепления задней крышки для пломбирования аппаратуры «Цензур-ка-МА» (рисунок 3).

1 - Технические требования по ГОСТ 18680-73. Пломбировать замазкой уплотнительной У-20 ТУ 38-105357-85. Рисунок 3 - Панель задняя блока измерительного - схема пломбировки

Программное обеспечение (ПО) аппаратуры «Цензурка-МА» состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл SetupCMA_ver.1.2.2.exe), который предустанавливается при поставке аппаратуры. ПО аппаратуры исполняется на процессоре управляющей ПЭВМ. ПО аппаратуры рассматривается как метрологически значимое.

ПО аппаратуры “Цензурка-МА”, 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). Таблица 1

В соответствии с разделом 6.6 МИ 3286-2010 уровень защиты ПО аппаратуры соответствует уровню «С».

В коде 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

11    7

Диапазон измерения электрической емкости, Ф    2 10 - 10"

3    1

Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь    2 10 - 10"

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

Пределы относительной погрешности установки частоты, %    ±0,1

Пределы относительной погрешности измерения частоты резонанса, % ±0,2 Пределы относительной погрешности измерения частоты антирезонанса, %    ±0,5

Пределы относительной погрешности измерения электрической емкости на частоте

1000 Гц:

для диапазона 210-11 Ф - 10-10 Ф, %    ±5

для диапазона 10-10 Ф - 10-7 Ф, %    ±2

Пределы относительной погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1000Гц:

для диапазона 2 10-3 - 3 10-2, %    ±20

для диапазона 310-2 - 10-1, %    ±10

Лист № 4

Пределы относительной погрешности измерения сопротивления на частоте резонанса, %

всего листов 6 ±10

±3

±6

±3

±6

±15

±1

Рассчитываемые параметры:

Пределы относительной погрешности измерения относительной

2    3

диэлектрической проницаемости в диапазоне 310 - 310, %

Пределы относительной погрешности измерения относительного резонансного промежутка в диапазоне 0,04 - 0,4, %

Пределы относительной погрешности измерения коэффициента электромеханической связи в диапазоне 0,25 - 0,8, %

Пределы относительной погрешности измерения пьезомодуля в динамическом режиме в диапазоне 30 - 600 пКл/Н, %

Пределы относительной погрешности измерения механической добротности в диапазоне 50 - 800, %

Пределы относительной погрешности измерения скорости звука в диапазоне 2,5 • 103 - 5 103 м/с, %

Производительность измерений при определении всех параметров (для однотипных элементов), не менее штук в мин.    4

Электрическая изоляция выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение синусоидальной формы частотой 50 Гц между сетевыми цепями и корпусом изделия:

1500 В

-    при нормальных условиях, не менее

Электрическое сопротивление изоляции между цепями питания изделия и его корпусом, не менее:

20 МОм

0,5 Ом 5 мин 8 ч

(220±22)В (50±1) Гц

40 Вт

-    в нормальных условиях применения

Электрическое сопротивление между заземляющим контактом сетевой вилки и корпусом изделия, не более

Время установления рабочего режима, мин, не более Время непрерывной работы в рабочих условиях, не менее при питании от сети переменного тока:

-    напряжением

-    частотой

Потребляемая мощность при номинальном напряжении, не более масса блока измерительного, не более    4 кг

масса изделия в потребительской таре, не более    15 кг

Габаритные размеры аппаратуры «Цензурка-МА»:

-    блок измерительный, не более    350 х 235 х 110 мм 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 аппаратуры «Цензурка-МА» и типографским методом на титульные листы эксплуатационной документации.

Комплектность

В комплект поставки входят:

-    блок измерительный;

-    эквиваленты №1, №1-01, №1-02 68.85.00.00.000, -01, -02;

-    набор RC цепей №1, №1-01 68.85.10.00.000, -01;

-    четырехполюсник для измерения АЧХ 68.85.11.00.000;

-    микро-ЭВМ типа IBM PC класса «Pentium» IV с монитором 17”-19” или ноутбук;

-    лазерный принтер;

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

-    паспорт (68.85.00.00.000 ПС);

-    руководство по эксплуатации (68.85.00.00.000 РЭ);

-    руководство оператора (68.85.00.00.000 РО);

-    методика поверки (68.85.00.00.000 МП);

Поверка

осуществляется по методике поверки 68.85.00.00.000 МП, утвержденной ГЦИ СИ ФБУ «Ростовский ЦСМ» 11.11.2011 г.

Перечень основного оборудования необходимого для поверки аппаратуры «Ценурка-

МА».

Таблица 2

Сведения о методах измерений

Сведения о методах измерений изложены в руководстве по эксплуатации «Аппаратуры для контроля параметров пьезоэлементов «Цензурка-МА» 68.85.00.00.000 РЭ.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к аппаратуре «Цензурка-МА»

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

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

Рекомендации к применению

Применяются вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений.