Стенд для контроля электрофизических параметров пьезоэлементов

Основные
Тип
Год регистрации 2013
Дата протокола Приказ 622 п. 46 от 25.06.2013
Класс СИ 28.03
Срок действия сертификата ..
Страна-производитель  Россия 
Тип сертификата (C - серия/E - партия) E

Назначение

Стенд для контроля электрофизических параметров пьезоэлементов (стенд КЭПП) предназначен для контроля совокупности электрофизических параметров пьезоэлементов в процессе производства: частоты резонанса и антирезонанса, емкости на низкой частоте, тангенса угла диэлектрических потерь, сопротивления на частоте резонанса.

Контроль параметров пьезоэлементов осуществляется в двух режимах:

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

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

Описание

Принцип измерений, реализованный в стенде КЭПП, показан на рисунке 1.

Рисунок 1.U0 - опорное напряжение, U - падение напряжения на пьезоэлементе, R0 -

резистор, Z - комплексный импеданс пьезоэлемента или преобразователя.

В стенде КЭПП реализован цифровой способ измерений, позволяющий возбуждать пьезоэлемент широкополосным сигналом, спектр которого охватывает заданную область частот. В качестве такого сигнала в стенде КЭПП 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). 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(®) и U(®) на частотах

f [k 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.

Стенд КЭПП (рисунок 2) является изделием настольного типа и состоит из блока измерительного, управляющей ЭВМ (персональный компьютер IBM PC Pentium IV в настольном виде или ноутбук) и устройства паспортизации (принтер). Управляющая ЭВМ с операционной системой Windows имеет специальное программное обеспечение, реализующие функции управления работой стенда КЭПП, обработки результатов измерений, отображения измеренной и обработанной информации, ведения баз данных для контролируемых

пьезоэлементов.

Рисунок 2 - Стенд КЭПП

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 стенда КЭПП входит набор эквивалентов пьезоэлементов и RC цепей, четырехполюсник для измерения АЧХ.

На задней панели измерительного блока расположены разъемы для питания стенда КЭПП и для подключения его к персональному компьютеру. На задней панели расположены винты крепления задней крышки для пломбирования стенда КЭПП (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 (ПО) стенда КЭПП состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл Setup_Full_StendKEPP.exe), который предустанавливается при поставке стенда КЭПП. ПО стенда КЭПП исполняется на процессоре управляющей ПЭВМ. ПО стенда КЭПП рассматривается как метрологически значимое.

ПО стенда КЭПП, 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).

аблица 1

Наименование программного обеспечения

Идентификаци онное наименование программного обеспечения

Номер версии (идентификаци онный номер) программного обеспечения

Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода)

Алгоритм вычисления контрольной суммы

Программное обеспечение стенда КЭПП

StendKEPP

ver.1.2.1

8b16d033

CRC32

Уровень защиты ПО стенда КЭПП соответствует уровню «С».

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 - 500

Диапазон измерения электрической емкости, Ф                        240-11 -1-10’7

Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь                                                         240-3 - 1-10-1

Диапазон измерения сопротивления на частоте резонанса, Ом                                                      10 - 5-103

Пределы допускаемой основной относительной погрешности

установки частоты, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения частоты резонанса, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения частоты антирезонанса, %

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности

измерения электрической емкости на частоте 1000 Гц, пФ:                ±(1 пФ+540-3^ Сизм)

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности

измерения тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1000 Гц, %:

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения сопротивления на частоте резонанса, %

Рассчитываемые параметры:

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения коэффициента электромеханической связи, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения поперечного пьезомодуля, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения механической добротности, %

Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения скорости звука, %

Развернуть полное описание