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
| Идентификацион ное наименование программного обеспечения | Номер версии (идентификацион ный номер) программного обеспечения | Цифровой идентиф икатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) | Другие идентификацио нные данные | Алгоритм вычисления контрольной суммы |
| Censurka HF | Verl.0.0 | 8bcead2b | Программное обеспечение аппаратуры «Цензурка-ВЧ» | CRC32 |
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
| Наименование установки или прибора | Тип, обозначение, изготовитель | Номер Госреестра | Основные технические характеристики |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Осциллограф цифровой Tektronix | TDS 3032b | 24021-02 | (0 - 300) МГц; ПГ ±0,002 % 1 мВ - 10 В; ПГ ±2 % |
| Измеритель параметров иммитанса HIOKI | 3532-50 | 31984-06 | 42 Гц - 5 МГц; ПГ: ±(0,08 - 20) по D ±(0,0013 - 0,3) |
| Тераомметр | Е6-13А | 4649-75 | (10-3 - 1013) Ом ПГ ±2,0% |
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.
