Способ измерения частотной характеристики объекта Советский патент 1991 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования динамической прочности деталей и узлов турбоагрегатов, в частности рабочих колес малоразмерных турбин с густорасположенными лопатками«

Цель изобретения - повышение точности измерения частотной характеристики малоразмерного рабочего колеса турбины с густорасположенными лопатками.

На фиг,1 представлена схема установки, реализующей способ; на

фиг.2 - график изменения температу- ры сегнетоэлектрического преобразователя по времени Т Т (Ј), на фиг.З - график изменения напряжения, подаваемого на электроды сегнетоэлектрического преобразователя, по времени U U И)1,, на фиг, - .график относительного содержания жидкой фазы в кристаллической решетке сегнетоэлектрического преобразователя , по времени (J (J (С) .

На фиг. приняты следующие обозначения - рабочая температура, при которой проводят измерения; Т

о

СД

и Т2 соответственно нижний и верхний предел рабочего интервала температур, при котором наилучшим образом проявляются сегнетоэлектричес- кие свойства преобразователя}

т,

2

Т к - точка Кюри;. U

и 10

рабочее напряжение} U - напряжение, подаваемое на электроды преобразователя в период его охлаждения на воздухе, когда Т TЈ ; U2 - напряжение, подаваемое на электроды преобразователя в период его охлаждения на воздухе, когда Т Т0 ; 0 и игЈио; УО - относительное содержание жид- J5

кой фазы, обеспечивающее гармоническое смещение ионов кристаллической решетки.

Установка для измерения частотной характеристики рабочего колеса турбины (фиг, 1) состоит из пьезокера- мического возбудителя 1 гармонических колебаний, питающегося от электрического генератора 2, частота которого контролируется электронно- счетным частотомером 3, Механические колебания исследуемого объекта улавливаются емкостным датчиком 5, который установлен на испытываемом объекте k. Датчик 5 электрически связан с блоком 6 преобразования сигналов, состоящим из колебательного контура с емкостью-подстройкой С и электрического генератора высокой частоты (ГВЧ), которые настраиваются на одну и ту же частоту (1 МГц). Блок преобразования сигналов имеет авто- номное питание от блока 7 питания и электрически связан с осциллографом 8.

Установка для осуществления способа работает следующим образом.

1 В исследуемом объекте 4 (рабочем колесе турбины) возбуждают гармонические колебания на резонансных частотах путем преобразования электрического сигнала, получаемого на выходе электрического генератора 2, в смещение ионов кристаллической решетки, содержащей в качестве основной сегнетоэлектрическую фазу, с помощью пьезокерамического возбудителя гар монических колебаний. Колебания рабочего колеса турбины k улавливаются емкостным датчиком 5f образующим с лопаткой рабочего колеса турбины переменную емкость, а обратно преобразуются в электрический сигнал с

1698651 4

помощью блока 6 преобразования сиг налов. Амплитудные характеристики колебаний снимаются посредством осциллографа 8, а частотные характеристики - посредством электронно- счетного частотомера 3. Высокая чувствительность системы обеспечивается включением в блок 6 преобразования сигналов электрического генератора высокой частоты и колебательного контура.

Пьезокерамический возбудитель 1 представляет собой неоднородную систему, содержащую наряду с основной сегнетоэлектрической фазой включения из других фаз.

Составляющие эту систему кристаллы (зерна) имеют различные размеры, форму и дефекты кристаллической решетки, которые заполняются частицами жидкости, препятствующей индукции дипольных моментов в атомах и ионах, что искажает картину гармонических колебаний ионов кристаллической решетки и снижает точность измерений. Для повышения точности измерений необходимо предварительно уменьшить содержание жидкой фазы в пьезокерамическом возбудителе 1, что осуществляется следующим образом.

Сначала отключают электрическое напряжение, подаваемое на электроды 35 пьезокерамического возбудителя 1,

20

25

30

для предотвращения пробоя пьезокерамического элемента при последующем нагреве. атем элемент удаляют из зоны контакта с исследуемым объ40 ектом , чтобы сохранить вибрационные характеристики объекта от воздействия на объект высоких термических напряжений (фиг. 2-4, участок I-II). В дальнейшем нагревают

45 Пьезокерамический элемент до температуры, равной точке Кюри (3) (участок II-III), максимальному значению температуры Тк, при которой в элементе сохраняются сегнето5Q электрические свойства, позволяющие иметь в определенном интервале температур спонтанную поляризацию. На этом участке происходит частичное испарение частиц жидкости. На участгг ке III-IV происходит последующее испарение избыточной жидкости при постоянной температуре Т Тк, После достижения относительного содержания жидкой фазы значения, обеспеСначала отключают электрическое напряжение, подаваемое на электроды пьезокерамического возбудителя 1,

для предотвращения пробоя пьезокерамического элемента при последующем нагреве. атем элемент удаляют из зоны контакта с исследуемым объектом , чтобы сохранить вибрационные характеристики объекта от воздействия на объект высоких термических напряжений (фиг. 2-4, участок I-II). В дальнейшем нагревают

Пьезокерамический элемент до температуры, равной точке Кюри (3) (участок II-III), максимальному значению температуры Тк, при которой в элементе сохраняются сегнетоэлектрические свойства, позволяющие иметь в определенном интервале температур спонтанную поляризацию. На этом участке происходит частичное испарение частиц жидкости. На участке III-IV происходит последующее испарение избыточной жидкости при постоянной температуре Т Тк, После достижения относительного содержания жидкой фазы значения, обеспечивэющего гармоническое смещение ионоа кристаллической решетки ( (фиг,), пьезокерамический элемент охлаждают на воздухе до температуры Т Т0 (участок IV-VI). Затем элемент подводят в зону контакта с исследуемым объектом k (участок VI-VII) и на его электроды подают рабочее напряжение Utf. Дальнейшее измерение колебаний происходит при рабочих значениях параметров

Т0« ио.„ФоВ процессе охлаждения пьезокера- мического элемента на воздухе от температуры Т2 до температуры Т0 (фиг.З) на электроды пьезокерамического элемента может подаваться монотонно возрастающее напряжение (фиг. 3, участок V-VI), что позволит предотвратить возможную реориентацию части доменов под действием накопившихся зарядов и внутренних напряжений. При этом подаваемое напряжение не должно превышать значения U0, особенно, если Тл и U0 велики, для предотвращения пробоя пьезокерамического элемента.

Таким образом, изобретение позволит исключить влияние жидкой фазы, препятствующей индукции дипольных моментов в атомах и ионах, на гармонические колебания ионов кристаллической решетки, что повысит точность измерения по сравнению с прототипом.

Формула изобретения 1. Способ измерения частотной характеристики объекта, заключающийся в том, что с помощью пьезокерамического возбудителя возбуждают в объекте гармонические колебания на резонансной частоте, регистрируют колебания объекта, определяют амплитудно-частотную характеристику объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения частотной характеристики малоразмерного рабочего колеса с густорасположенными лопатками турбины, перед возбуждением колебаний пьеэо- керамический преобразователь нагревают до температуры, равной точке Кюри, испаряют при данной температуРе жидкость, находящуюся в порах пьезокерамического преобразователя, до достижения относительного содержания жидкой фазы, обеспечивающего гармоническое смещение ионов кристаллической решетки пьезокерамического материала преобразователя, охлаждают пьезокерамический преобразователь до рабочей температуры.

2. Способ по п.1, отлича юЩ и и с я тем, что, с целью предотвращения реориентации части доменов пьезокерамического материала во время охлаждения пьезокерамического преобразователя, на него воздействуют

направленным электрическим полем.

Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения - повышение точности измерения частотной характеристики малоразмерного рабочего колеса турбины с густорасположенными лопатками. Способ заключается в том, что с помощью пьезо- керамического возбудителя возбуждают в объекте гармонические колебания на резонансной частоте, регистрируют колебания объекта, определяют амплитудно-частотную хара ктеристику объекта. Способ отличается от известных способов тем, что перед возбуждением колебаний пьезокерамичес- кий преобразователь нагревают до температуры, равной точке Кюри, испаряют при данной температуре жидкость, находящуюся в порах пьезо- керамического преобразователя, до достижения относительного содержания жидкой фазы, обеспечивающего гармонические смещения ионов кристаллической решетки пьезокерамического материала преобразователя. Исключение жидкой фазы позволяет повысить точность измерений. 1 з.п. ф-лы, I) ил. сз Ј3SЈS

фиг.1