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.
Uo
Ro
U
Z
Рисунок 1- Uo - опорное напряжение, U - падение напряжения на пьезоэлементе, Ro -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(w) и U(w) на частотах
. 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);
- квазистатическом режиме (контроль параметров на частоте 1000 Гц).
Установки 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.
1
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
Идентификационные данные (признаки) | Значение |
Идентификационное наименование ПО | Piezo-P |
Номер версии (идентификационный номер) ПО | ver.2.2.2 |
Цифровой идентификатор ПО | 58291886 |
Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО | CRC32 |
Другие идентификационные данные (если имеются) | - |
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.
Технические характеристики
Диапазон рабочих частот, кГц
1 - 500;
10 - 5103; 210-11 - 1 10-7;
210-3 - 1 10-1;
±0,1;
±0,2;
±0,5;
±10;
Диапазон измерения электрического сопротивления на частоте резонанса, Ом
Диапазон измерения электрической емкости, Ф Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь
Пределы допустимой основной относительной погрешности установки частоты, %
Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения частоты резонанса, %
Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения частоты антирезонанса, %
Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения электрического сопротивления на частоте резонанса, %
Пределы допустимой основной абсолютной погрешности измерения электрической емкости на частоте 1000 Гц: ±(1 пФ+5 10-3 Сизм);
Пределы допустимой основной абсолютной погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1000 Гц:
Производительность измерений при определении всех параметров (для однотипных элементов), не менее штук в мин 4;
±(2 10-3+5 10-3 1в5изм);
Электрическое сопротивление изоляции между цепями питания изделия и его корпусом, в нормальных условиях, МОм, не менее: 20;
Потребляемая мощность при номинальном напряжении, Вт, не более 40;
Время непрерывной работы в рабочих условиях, ч, не менее
8;
220+22;
50±1;
4;
при питании от сети переменного тока:
- напряжением, В
- частотой, Гц
Масса блока измерительного установки ИКПП «Пьезо-П», кг, не более
Габаритные размеры установки блока измерительного ИКПП «Пьезо-П» (дхшхв), мм, не менее 350*235* 110.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится методом металлографии на лицевую панель установки ИКПП «Пьезо-П» и типографским методом на титульные листы эксплуатационной документации.
Комплектность
В комплект поставки входят:
Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П» Паспорт (68.98.00.00.000 ПС)
1 шт. 1 шт. 1 шт. 1 шт.
Руководство по эксплуатации (68.98.00.00.000 РЭ)
Методика поверки (68.98.00.00.000 МП)
Поверка
осуществляется по методике поверки 68.98.00.00.000 МП «Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П». Методика поверки», утвержденной ФБУ «Ростовский ЦСМ» 10.04.2015 г.
Таблица 2. Перечень основного оборудования необходимого для поверки.
Наименование средства измерений | Тип, обозначение, изготовитель | Номер Г осреестра | Основные технические характеристики |
Осциллограф цифровой Tektronix | TDS 3032b | 24021-02 | (0-300) МГц; ПГ ±0,002 % |
Измеритель параметров иммитанса HIOKI | 3532-50 | 31984-06 | 42 Гц - 5 МГц; ПГ: ±(0,08-20) по D ±(0,0013-0,3) |
Сведения о методах измерений
Сведения о методах измерений изложены в руководстве по эксплуатации «Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П». Руководство по эксплуатации» (68.98.00.00.000 РЭ).
Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к установкам для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П»:
ОСТ 11 044-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия.
ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.
Лист № 5 Всего листов 5
ГОСТ Р 8.764-2011 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений электрического сопротивления.
ГОСТ 8.371-80 ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений электрической емкости.