RU133605U1

RU133605U1 - PIEZO ELECTRIC VIBRATOR

Info

Publication number: RU133605U1
Application number: RU2012141724/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Иванов; Борис Владимирович Косенков; Виктор Алексеевич Ураков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "МЕРА"
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2013-10-20

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к пьезоэлектрическим вибропреобразователям со встроенными электронными устройствами (далее - ПВПЭ). Технический результат, получаемый при реализации заявленного решения, направлен на снижение эксплуатационных и временных затрат при периодических поверках вибропреобразователей и достигается за счет того, что в конструкцию пьезоэлектрического вибропреобразователя, введен постоянный резистор, последовательно соединенный с чувствительным элементом и снабженный выходным проводником, включенным в цепь "чувствительный проводник - постоянный резистор", что позволяет получить третий (искусственный) проводник и при поверках вибропреобразователя использовать способ поверки путем возбуждения его электрически нормированным сигналом, т.е. проводить поверку пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля. The utility model relates to the field of measurement technology, in particular, to piezoelectric vibration transducers with built-in electronic devices (hereinafter - PVPE). The technical result obtained by the implementation of the claimed solution is aimed at reducing operating and time costs during periodic calibrations of vibration transducers and is achieved due to the fact that a permanent resistor is introduced into the design of the piezoelectric vibration transducer in series with the sensing element and equipped with an output conductor connected to the circuit " sensitive conductor - permanent resistor ", which allows you to get a third (artificial) conductor and when calibrating vibration ovatelya verification method used by exciting it electrically normalized signal, i.e. to verify the piezoelectric vibration transducer without removing it from the control object.

Description

Полезная модель относится к области измерительной технике, в частности, к пьезоэлектрическим вибропреобразователям со встроенными электронными устройствами (далее-ПВПЭ).The utility model relates to the field of measurement technology, in particular, to piezoelectric vibration transducers with built-in electronic devices (hereinafter referred to as PVPE).

Одной из основных характеристик пьезоэлектрического вибропреобразователя является коэффициент преобразования (далее - Кд), который определяют в аккредитованных лабораториях по методике, изложенной в ГОСТ Р 8.669-2009 «Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки». В тех случаях, когда демонтаж вибропреобразователя затруднен для доставки в лабораторию, он остается без поверки, так как доставить рабочий эталон для СИ вибрации к месту установки вибропреобразователя невозможно. Невозможность демонтажа ПВПЭ возникает на нефтехимических предприятиях, энергетических производствах, а также на объектах военного назначения из-за наличия длинных неотъемных выходных кабелей ПВПЭ, уложенных в кабельные трассы.One of the main characteristics of a piezoelectric vibration transducer is the conversion coefficient (hereinafter - CD), which is determined in accredited laboratories according to the method described in GOST R 8.669-2009 “Vibrometers with piezoelectric, induction and eddy current vibration transducers. Verification Technique. ” In cases where the dismantling of the vibration transducer is difficult for delivery to the laboratory, it remains without verification, since it is impossible to deliver a working standard for SI vibration to the installation site of the vibration transducer. The inability to dismantle PVPE arises at petrochemical enterprises, energy production facilities, and also at military facilities due to the presence of long integral output PVPE cables laid in cable routes.

Известен вибропреобразователь, выполненный по электрической схеме, называемой дифференциальной, которая заканчивается тремя выводами из корпуса вибропреобразователя (патент РФ №2358244 «Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля», 2007 г., патентообладатель - ЗАО «МЕРА»). Используя имеющиеся выводы из преобразователя, описанный в патенте способ поверки предлагает по одному из сигнальных выводов и общему выводу подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы, а по другому сигнальному выводу и общему измерять сгенерированный преобразователем электрический сигнал. Благодаря этому, поверку пьезоэлектрического вибропреобразователя можно проводить без демонтажа с объекта контроля. Но описанный способ может быть применен только для вибропреобразователей, имеющих три выводных проводника, поскольку подавать нормированное напряжение на пьезоэлементы и измерять выходное напряжение с них необходимо одновременно.Known vibration transducer made according to an electrical circuit called a differential one, which ends with three leads from the vibration transducer case (RF patent No. 2358244 "Method for checking a piezoelectric vibration transducer without dismantling from the control object", 2007, patent holder - CJSC "MERA"). Using the available leads from the transducer, the verification method described in the patent suggests that, using one of the signal outputs and the general output, apply a normalized voltage to the piezoelectric elements, and measure the electrical signal generated by the transducer using the other signal output and the general output. Due to this, the verification of the piezoelectric vibration transducer can be carried out without dismantling from the control object. But the described method can only be applied to vibration transducers having three output conductors, since it is necessary to apply a normalized voltage to the piezoelectric elements and measure the output voltage from them simultaneously.

Серийно выпускаемые вибропреобразователи часто бывают изготовлены по двухпроводной схеме, например, пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий пьезоэлемент и встроенную электронику, (заявка №2001133134/09, 06.12.2001 г., заяви-тель Махов В.Н. и др). Данное решение выбрано в качестве прототипа. Отсутствие третьего выходного проводника не позволяет использовать известный способ поверки путем возбуждения электрически нормированным сигналом, т.е. проводить проверку пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.Commercially available vibration transducers are often made in a two-wire circuit, for example, a piezoelectric vibration transducer containing a piezoelectric element and built-in electronics (application No. 20011133134/09, December 6, 2001, applicant Makhov V.N. et al). This solution is selected as a prototype. The absence of a third output conductor does not allow using the known verification method by excitation with an electrically normalized signal, i.e. to check the piezoelectric vibration transducer without dismantling it from the control object.

Задачей заявленного решения является создание конструкции пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающей возможность проведения поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с объекта контроля.The objective of the claimed solution is to create a design of a piezoelectric vibration transducer, providing the ability to verify the piezoelectric vibration transducer without dismantling it from the control object.

Поставленная цель достигается за счет того, что в конструкцию пьезоэлектрического вибропреобразователя, содержащего корпус с чувствительным элементом и встроенными электронными устройствами, введен постоянный резистор, один вывод которого последовательно соединен с чувствительным элементом, а второй - замкнут на корпус вибропреобразователя. В цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор" включен дополнительно проводник, соединенный с внешним генератором для подачи на электрическую схему вибропреобразователя нормированного напряжения, вызывающего обратный пьезоэффект его чувствительного элемента. Для измерения падения напряжения на встроенном в корпус вибропреобразователя постоянном резисторе, параллельно резистору, используя цепи заземления (корпус вибропреобразователя) и его соединения с генератором, подключается вольтметр.This goal is achieved due to the fact that the design of a piezoelectric vibration transducer containing a housing with a sensitive element and built-in electronic devices introduces a constant resistor, one output of which is connected in series with the sensitive element, and the second is closed to the vibration transducer housing. An additional conductor connected to an external generator is included in the circuit "sensing element - constant resistor" to supply a normalized voltage to the vibrating transducer circuit, causing the piezoelectric effect of its sensitive element. To measure the voltage drop on a constant resistor built into the vibration transducer housing, a voltmeter is connected using the ground circuit (vibration transducer housing) and its connection to the generator, parallel to the resistor.

Технический результат достигается за счет того, что при введении в электрическую схему вибропреобразователя постоянного резистора небольшого сопротивления, влиянием которого на выходной сигнал можно пренебречь, появляется принципиальная возможность поверки ПВПЭ без демонтажа с объекта контроля. Размещение внутри корпуса дополнительного постоянного резистора и вывод от него наружу дополнительного проводника, позволяет воспользоваться методом возбуждения вибропреобразователя, изложенным в патенте №2358244. В настоящее время альтернативы данному способу поверки для датчиков с встроенными электронными устройствами (согласующее устройство, аналого-цифровой преобразователь, резистор и т.д.), входящих в измерительные информационные системы, нет. Необходимо отметить, что нельзя ввести конструктивные изменения в уже выпущенные вибропреобразователи, изготовленные по двухпроводной схеме, так как в любые изготовленные вибропреобразователи нет предусмотренного доступа внутрь конструкции. Это означает, что дополнительные резистор и проводник можно разместить только в процессе изготовления вибропреобразователя.The technical result is achieved due to the fact that when a low resistance constant resistor is introduced into the electric circuit of the vibration transducer, the influence of which on the output signal can be neglected, it is possible in principle to verify the PVPE without dismantling from the control object. Placing an additional permanent resistor inside the housing and leading an additional conductor outward from it allows you to use the method of excitation of the vibration transducer described in patent No. 2358244. Currently, there are no alternatives to this verification method for sensors with built-in electronic devices (matching device, analog-to-digital converter, resistor, etc.) that are part of the measurement information systems. It should be noted that it is impossible to introduce design changes into already produced vibration transducers made according to a two-wire circuit, since any manufactured vibration transducers do not have the intended access to the inside of the structure. This means that the additional resistor and conductor can only be placed in the manufacturing process of the vibration transducer.

При механическом возбуждении вибропреобразователя на вибростоле нормированным значением виброускорения на этом резисторе происходит падение напряжения U_зам, пропорциональное величине виброускорения, которое является электрической мерой при поверке.When a vibration transducer is mechanically excited on a vibrating table with a normalized value of vibration acceleration, a voltage drop U _deputy occurs on this resistor, proportional to the value of vibration acceleration, which is an electrical measure during calibration.

Для осуществления поверки возбуждают вибропреобразователь нормированным электрическим напряжением U_зам путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала последовательно на частотах, входящих в рабочий диапазон вибропреобразователя. Под действием этого напряжения чувствительный элемент ПВПЭ испытывает обратный пье-зоэффект, заключающийся в изменении линейных размеров чувствительного элемента и появлении заряда на выходе ПВПЭ, пропорционального виброускорению 10 м/с². Напряжение U_зам определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.To carry out verification, a vibration transducer is excited by a normalized voltage U _deputy by applying a sinus signal from an external generator sequentially at frequencies included in the operating range of the vibration transducer. Under the influence of this voltage, the PVPE sensitive element experiences an inverse piezoelectric effect, which consists in a change in the linear dimensions of the sensitive element and the appearance of a charge at the output of the PVPE proportional to the vibration acceleration of 10 m / s ² . The voltage U _deputy is determined in laboratory conditions during initial calibration.

Заявленное решение неизвестно заявителю из доступных источников информации, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявляемый вибропреобразователь может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.The claimed decision is unknown to the applicant from available sources of information, i.e. meets the eligibility criteria of "novelty." The inventive vibration transducer can be implemented industrially using known technical means.

Заявленное решение поясняется графическим материалом (фиг.1).The claimed solution is illustrated by graphic material (figure 1).

На фиг.1 показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения механического возбуждения вибропреобразователя. Схема содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, свойства которого (в частности, коэффициент преобразования) зависят от числа чувствительных к вибрации пьезоэлементов 2, а также встроенный постоянный резистор 3, электронное устройство 8 (согласующее устройство), электронное устройство 7 (аналого-цифровой преобразователь), вольтметр 4, генератор 5, устройство измерения 6 и выходной проводник 9. В отличие от прототипа, в корпус вибропреобразователя 1 введен постоянный резистор 3, последовательно соединенный с чувствительным элементом 2 и снабженный выходным проводником 9, включенным в цепь "чувствительный элемент - постоянный резистор". Постоянный резистор 3 заземлен на корпус вибропреобразователя 1 и соединен общим проводом с вольтметром 4, а проводник 9 соединен с внешним генератором 5.Figure 1 shows a block diagram of the connections for determining the substitution voltage of the mechanical excitation of the vibration transducer. The circuit contains a piezoelectric vibration transducer 1, the properties of which (in particular, the conversion coefficient) depend on the number of vibration-sensitive piezoelectric elements 2, as well as an integrated permanent resistor 3, electronic device 8 (matching device), electronic device 7 (analog-to-digital converter), voltmeter 4, a generator 5, a measuring device 6 and an output conductor 9. In contrast to the prototype, a constant resistor 3 is introduced into the housing of the vibration transducer 1, connected in series with a sensitive element 2 and provided with outlet conduit 9, included in the circuit "sensor - a fixed resistor". The constant resistor 3 is grounded to the housing of the vibration transducer 1 and is connected by a common wire to a voltmeter 4, and the conductor 9 is connected to an external generator 5.

При первичной поверке испытуемый вибропреобразователь закрепляют на вибростоле и задают виброускорение а=10 м/с² на частоте ƒ=160 Гц. На выходе ПВПЭ появляется сигнал U_вых1, измеряемый устройством 6. Фиксируют величину U_вых1. Останавливают вибровозбудитель, подключают генератор 5 и вольтметр 4. При а=0 подают сигнал от генератора 5 такой величины, чтобы выходное напряжение U_вых2=U_вых1. Измеряют падение напряжения на резисторе 3, которое является искомым напряжением U_зам механического возбуждения ПВПЭ. Заносят это значение в паспорт.During the initial calibration, the tested vibration transducer is mounted on a vibration table and vibration acceleration is set at a = 10 m / s ² at a frequency of ƒ = 160 Hz. At the output of the PVPE, a signal U _output1, measured by the device 6. _appears . The value of U _{output1 is fixed} . The vibration exciter is stopped, the generator 5 and the voltmeter 4 are connected. At a = 0, a signal from the generator 5 is supplied such that the output voltage U _o2 = U _o1 . Measure the voltage drop across the resistor 3, which is the desired voltage U _deputy mechanical excitation of PVPE. Enter this value in the passport.

Затем определяют величину U_зам на частотах октавного ряда, входящих в частотный диапазон ПВПЭ. Результаты фиксируют и заносят в паспорт прибора. Вычисляют коэффициенты преобразования на частотах октавного ряда по формулеThen determine the value of U _deputy at the frequencies of the octave row included in the frequency range of PVPE. The results are recorded and entered in the instrument passport. The conversion coefficients at the frequencies of the octave row are calculated by the formula

По результатам вычислений K_di, вычисляют неравномерность частотной характеристики ПВПЭ относительно коэффициента преобразования на частоте 160 Гц.According to the calculation results of K _di , the non-uniformity of the frequency characteristic of the PVPE relative to the conversion coefficient at a frequency of 160 Hz is calculated.

Таким образом, добавив в конструкцию ПВПЭ резистор 3 с проводником 9, соединенных по предложенной блок-схеме, можно заменить механическое воздействие на ПВПЭ воздействием электрического напряжения нормированного значения. Записанное в паспорте прибора значение U_зам используют в дальнейшем при периодических поверках прибора без демонтажа его с объекта эксплуатации.Thus, adding a resistor 3 with a conductor 9 connected to the proposed block diagram to the PVPE design, it is possible to replace the mechanical effect on the PVPE with an electric voltage of a normalized value. The value U _deputy recorded in the instrument passport is subsequently used for periodic verification of the instrument without dismantling it from the facility.

Claims

1. A piezoelectric vibration transducer comprising a housing with a sensing element and built-in electronic devices, characterized in that a constant resistor is introduced into the vibrating transducer housing, connected in series with the sensitive element and provided with an additional output conductor included in the "sensing element - constant resistor" circuit.

2. The piezoelectric vibration transducer according to claim 1, characterized in that the output conductor is connected to an external generator for supplying a normalized voltage and a voltmeter for measuring the voltage drop across the DC resistor built into the transducer housing.