Устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления Советский патент 1993 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для поверки пьезоэлектрических датчиков Давления.

Известно устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления, содержащее закрепленную на основании стойку с

отверстием для установки поверяемого датчика давления в виде электромеханического генератора колебаний, установленного на основании с помощью кронштейна. Электромеханический генератор колебаний выполнен в виде упругого элемента в форме

параллелограмма из упругих пластин со стержневым резонатором, расположенным в одной из его диагоналей, и с двумя хвостовиками, расположенными снаружи по направлению другой диагонали. При этом один из хвостовиков жестко связан с регулируемым опорным винтом, установленным в кронштейне, а другой хвостовик расположен напротив отверстий стойки по его оси, причем резонатор снабжен системой возбуждения и съема колебаний с регистратором.

Известное устройство имеет ограниченное применение. Оно, например, не обеспечивает, при необходимости, задание сложных механических воздействий на испытуемый пьезодатчик, кроме того,имеющаяся конструкция устройства не позволяет осуществлять регулируемым опорным винтом дистанционные задания и контроль параметров механических воздействий в условиях, моделирующих различные предельные режимы эксплуатации пьезодатчиков давления, например, при линейных перегрузках, вибрациях, температуре и др.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является известное устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления, содержащее закрепленную на основании стойку с отверстием для установки поверяемого датчика давления, выход которого подключен на регистрирующий прибор, и механизм на- гружения чувствительного элемента датчика давления в виде электромеханического генератора колебаний, установленного на основании с помощью кронштейна. Электромеханический генератор -колебаний выполнен в виде упругого элемента в форме параллелограмма из упругих пластин со стержневым резонатором, расположенным в одной из его диагоналей и с двумя хвостовиками, расположенными снаружи по направлению другой диагонали. При этом один из хвостовиков жестко связан с регулируемым опорным винтом с микрометрической подачей, установленным в кронштейне, через пьезоэлектрический преобразователь, подключенный на вход внешнего генератора электрических колебаний, а другой - расположен напротив отверстия стойки по его оси, причем резонатор снабжен системой возбуждения и съема колебаний с регистрирующими приборами. Недостатком известного устройся ва является его ограниченные эксплуатационные возможности. Оно, например, не позволяет производить оценку чувствительности испытуемого датчика давления, например, только к пульсациям давления, т.е. отдельно переменную составляющую заданного давления при комбинированном воздействии на испытуемый датчик, как статического/гак и динамического давления, созданного механизмом нагружения. Особую трудность вызывает оценка чувствительности датчика давления при задании сложного воздействия, наприp мер, модулированных по частоте колебаний, так как система измерения заданных механизмом нагружения воздействий не обеспечивает выделение переменной составляющей этого воздействия и ее оцен5 ку, а выходной сигнал поверяемого датчика давления, по которому судят о его чувствительности, оценивается регистрирующим прибором, только по суммарному воздействию динамической и статической составля0 ющих, заданных механизмом нагружения.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства.

Поставленная цель Достигается тем, что в известное устройство введены датчик ус5 корения, жестко закрепленный на обращенной в сторону резонатора торцевой поверхности хвостовика, расположенного напротив отверстия стойки для установки поверяемого датчика давления, причем ось

0 его чувствительности совпадает с осью хвостовиков, весовой эквивалент датчика ускорения, жестко закрепленный на свободной торцевой поверхности другого хвостовика, последовательно соединенные первый мас5 штабный усилитель, первый анализатор спектра и первый регистратор, а также последовательно соединенные второй масштабный усилитель, второй анализатор спектра и второй регистратор, при этом

0 аход первого масштабного усилителя соединен с выходом датчика ускорения, а второй масштабный усилитель снабжен входными клеммами для подключения к поверяемому датчику давления.

5 Положительный эффект, возникающий при эксплуатации предлагаемого устройства заключается в том, что при поверке датчика давления может производиться спектральная оценка его чувствительности

0 к динамической составляющей заданного входного воздействия, в том числе, отдельно по каждой его спектральной составляющей, при задании сложного комбинированного воздействия, включаю5 щего в себя как статические,так и динамические компоненты.Причем динамическая составляющая может быть задана, исходя из возможности механизма нагружения, достаточно сложной формы, например, модулированной по частоте.

На чертеже представлено предлагаемое устройство..

Устройство состоит из поверяемого пьезоэлектрического датчика давления 1, подключенного одновременно на вход регй- стрирующего прибора 2, и через первый масштабный усилитель 3, первый узкополосный анализатор спектра 4, на вход первого регистратора 5 и закрепленного в стойке 6, которая установлена на основании 7, расположенном на поролоновом амортизаторе 8, кронштейн 9, закрепленный на основании 7, предназначен для установки регулируемого опорного винта 10 с микрометрической подачей. Между регулируемым опорным винтом 10 и хвостовиком 11 упругого элемента 12 электромеханического генератора колебаний механизма нагружения установлен пьезоэлектрический преобразователь 13, представляющий из себя пьезоэ- лемент, работающий в режиме обратного пьезоэффекта и жестко связан с ними. В состав электромеханического генератора колебаний входят два электромагнита: возбудитель 14 и адаптер 15, включенные со- вместо с механическим резонатором 16 в автогенераторный режим работы по известной схеме. Кроме того; адаптер 15 соединен с регистрирующими приборами 17,18. Свободный хвостовик 19 упругого элемента 12 с помощью опорного винта 10 поджимается к чувствительному элементу поверяемого датчика 1. Датчик ускорения 20 жестко закреплен на обращенной в сторону резонатора торцевой поверхности хвостовика 19, а его весовой эквивалент 21 на свободной торцевой поверхности хвостовика 11. Выход датчика ускорения 20 подключен через второй масштабный усилитель 22, снабженный входными- клеммами (на чертеже не по- казано), второй узкополосный анализатор спектра 23 на вход второго регистратора 24. Внешний генератор электрических колебаний 25 подключен к пьезоэлектрическому преобразователю 13.

Устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления работает следующим образом..

При подаче с внешнего генератора электрических колебаний 25 на пьезоэлектрический преобразователь 13 электрического сигнала определенной формы, последний возбуждается этим сигналом и его механические колебания через хвосто- вики 11,19 упругого элемента 12 передаются чувствительному элементу поверяемого пьезодатчика давления 1. В результате на выходе пьезодатчика давления 1 появится Сигнал, который регистрируется прибором

2. Таким образом производится интегральная оценка чувствительного поверяемого датчика давления 2. При одновременном включении внешнего генератора электрических колебаний 25, подающего электрический сигнал на пьезоэлектрический преобразователь 13, и электромеханического генератора колебаний механизма нагружения возникают механические колебания упругого элемента 12 сложной формы, например, модулированные по частоте, которые через хвостовик 19 воздействуют га чувствительный элемент поверяемого пьезодатчика давления 1. Параметрами механических колебаний можно дистанционно управлять в довольно широ-- ких пределах, управляя пьезоэлектрическим преобразователем 13 с помощью внешнего генератора электрических колебаний 25. Регулируемый микрометрический опорный винт 10 обеспечивает наиболее оптимальные условия работы механизма нагружения, создавая заданное усилие поджатия. Сигналы, снимаемые с адаптера 14 регистрируются приборами 17, 18, обеспечивая контроль параметров механических колебаний механизма нагружения. Прибор 2 регистрирует выходной сигнал поверяемого датчика давления 1, по величине которого судят о чувствительности датчика давления 1 к заданному совокупному входному воздействию, включающему в себя комбинацию двух компонент - статическую и динамическую составляющие, причем в данном случае динамическая составляющая задана Сложной формы, в виде модулированных по частоте колебаний механизма нагружения. Оценка только динамической составляющей заданного входного воздействия и определение чувствительности поверяемого датчика давления 1 только к этой составляющей, при задании сложного входного воздействия, производится следующим образом. Датчик ускорения 20 вырабатывает на своем выходе сигнал, пропорциональный ускорению, с которым хвостовик 19 действует на чувствительный элемент поверяемого датчика давления 1. С учетом массы, являющейся для данного механизма нагруженмя величиной постоянной, можно сказать, что на чувствительный элемент поверяемого датчика давления 1 действует переменная сила, величина кото- оой может быть определена по известной формуле 3:Такимобразом, динамическая составляющая заданного входного воздействия оказывается пропорциональной величине ускорения, измеренного датчиком ускорения 20, закрепленным на хвостовике 19. Затем выходной сигнал датчика ускорения 20 через второй масштабный усилитель 22 поступает на вход узкополосного анализатора спектра 23, обеспечивающего получение амплитудно-частотного спектра этого сигнала в виде отдельных гармониче- ских составляющих, пропорциональных величине только динамической компоненты заданного входного воздействия. Одновременно также выходной сигнал поверяемого датчика давления 1 поступает через первый масштабный усилитель 3 на вход первого узкополосного анализатора спектра 4,обеспечивающего получение амплитудно-частотного спектра этого сигнала в виде отдельных гармонических составляющих, Оценка чувствительности поверяемого датчика 1 в этом случае проводится сравнением амплитудно-частотного спектра входного воздействия и амплитудно-частотного спектра выходного сигнала поверяемого датчика давления 2 отдельно по каждой гармонической составляющей на соответствующих частотах. По результатам этого сравнения можно судить о чувствительности поверяемого датчика давления 1 к переменным дав-

лениям. Результаты спектрального анализа фиксируются первым 5 и вторым 24 регистраторами. Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа, так как позволяет производить не только интегральную оценку чувствительности от совокупного входного воздействия статической и динамической составляющих входного воздействия, но и спектральную оценку чувствительности только к динамической составляющей этого воздействия. Кроме того, устройство позволяет оценить при задании, например динамической составляющей входного воздействия в виде модулированного по частоте сигнала, чувствительность поверяемого датчика давления отдельно к каждой спектральной составляющей этого сигнала. Помимо этого, повышается точность оценки чувствительности поверяемого датчика давления в условиях действия на предлагаемое устройство линейных ускорений, совпадающих по направлению с осью чувствительности поверяемого датчика, например при одновременном испытании пье- зодатчика на центрифуге и т.п.

Использование: изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для поверки пьезоэлектрических датчиков давления, и позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства. Сущность изобретения: устройство содержит электро- мёханийеский генератор колебаний, управляемыйпьезоэлектрическим преобразователем 13 с помощью внешнего генератора 25, датчик ускорения 20, установленный на хвостовике 19 электромеха- -Нйческдго генератора, контактирующего с испытуемым Датчиком давления 1. Причем выход Датчика ускорения 20 подключен через вто|рой масштабный усилитель 20, второй узкополосный анализатор спектра 23 на вход второго регистратора 24, а выход испытуемого датчика давления 1 - через первый масштабный усилитель 3, первый узкополосный анализатор спектра 4, на вход первого регистратора 5 и регистрирующий прибор 2, Устройство работает следующим образом. После задания режима работы электромеханическому генератору колебаний для оценки динамической составляющей заданного входного воздействия необходимо выходной сигнал датчика ускорения 20 пропускать через второй узкополосный анализатор спектра 23 с тем, чтобы получить амплитудно-частотный спектр этого сигнала. Одновременно выходной сигнал испытуемого датчика давления 1 необходимо подать на первый узкополосный анализатор спектра 4 и получить амплмтуд- но-частотный спектр выходного сигнала испытуемого датчика. По величине соотношения гармонических составляющих этих сигналов на определенных частотах судят о чувствительности испытуемого датчика давления 1 к переменным давлениям. Предполагаемое устройство позволяет давать не только интегральную оценку чувствительности испытуемого датчика давления, но И спектральную - только к динамической составляющей входного воздействия. 1 ил. 3 О ел о

Формулаизобрет е н и я

Устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления, содержащее закрепленную на основании с.тойку с отверстием для установки поверяемого датчика давления, механизм нагружения чувствительного элемента датчика давления, установленный на основании с помощью кронштейна и выполненный в виде упругого элемента в форме параллелограмма из упругих пластин со стержневым резонатором, расположенным в одной из его диагоналей, и с двумя хвостовиками, расположенными снаружи по направлению другой диагонали, управляющий пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с генератором электрических колебаний, установленный в кронштейне между регулируемым опорным винтом и Одним из хвостовиков упругого элемента, при этом другой хвостовик упругого элемента расположен напротив отверстия стойки по его оси, а стержневой резонатор снабжен системой возбуждения

и съема колебаний с регистрирующими приборами, отл и ч а ю ще е с ятем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, в него введены датчик ускорения, жестко закрепленный на. обращенной в сторону резонатора торцовой поверхности хвостовика, расположенного напротив отверстия стойки для установки поверяемого датчика давления, причем ось его чувствительности совпадает с осью хвостовиков, весовой эквивалент датчика ускорения, жестко закрепленный на свободной торцовой поверхности другого хвостовика, последовательно соединенные первый масштабный усилитель первый анализатор спектра и первый регистратор, а также последовательно соединенные второй масштабный усилитель, второй анализатор спектра и второй регистратор, при этом вход первого масштабного усилителя соединен с выходом датчика ускорителя, а второй масштабный усилитель снабжен входными клеммами для подключения к поверяемому датчику давления.