RU2524743C2 - Method for calibration of piezoelectric vibration transducer on operation site without dismantlement - Google Patents

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention refers to the field of instrumentation. One preliminarily determines the actual value of the transducer conversion factor; immediately upon the vibration transducer installation on the operation site one determines and memorises the capacity of the vibration transducer with the cable and the structural factor. During periodical calibrations, forced mechanical oscillations are induced in the piezoelectric vibration transducer (PVT) installed on the operation site that is being calibrated by way of supplying a variable frequency electric harmonic signal to the transducer electrodes. One measures the setting resonance and anti-resonance frequencies and the capacity of the vibration transducer inclusive of the connective cable. One corrects the current value of the PVT structural factor as compared to its value obtained during initial calibration. By the obtained values of the parameters reflecting the current technical condition of the PVT being calibrated, one calculates the latter's actual conversion factor and variations in frequency response within the operating band as of the calibration date.

EFFECT: technical effect consists in the possibility of periodical calibration of a piezoelectric vibration transducer without its dismantlement from the installation site.

1 dwg, 4 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для периодической поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа его с места установки.The present invention relates to measuring technique and can be used for periodic verification of a piezoelectric vibration transducer without dismantling it from the installation site.

Для определения метрологической пригодности и возможности дальнейшей эксплуатации любого измерительного средства предусмотрена его периодическая поверка. Процедура поверки пьезоэлектрических вибропреобразователей (далее - вибропреобразователь) регламентирована ГОСТ Р 8.669 - 2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки».To determine the metrological suitability and the possibility of further operation of any measuring device, its periodic verification is provided. The verification procedure of piezoelectric vibration transducers (hereinafter referred to as vibration transducer) is regulated by GOST R 8.669 - 2009 “State system for ensuring the uniformity of measurements. Vibrometers with piezoelectric, induction and eddy current vibration transducers. Verification Technique. ”

Процедура первичной и периодической поверок вибропреобразователей, согласно ГОСТ Р 8.669 - 2009, предусматривает обязательный демонтаж его с места эксплуатации, последующую его установку на вибровозбудитель эталонной виброустановки и определение ряда метрологических характеристик, в т.ч.The procedure for primary and periodic calibration of vibration transducers, according to GOST R 8.669 - 2009, provides for its mandatory dismantling from the place of operation, its subsequent installation on a vibration exciter of a reference vibration installation and determination of a number of metrological characteristics, including

- действительного значения коэффициента преобразования,- the actual value of the conversion coefficient,

- емкости вибропреобразователя,- capacitance of the vibration transducer,

- неравномерности частотной характеристики в рабочем диапазоне частот,- uneven frequency response in the operating frequency range,

- частоты установочного резонанса (первая резонансная частота закрепленного вибропреобразователя).- frequencies of the installation resonance (the first resonant frequency of the mounted vibration transducer).

Определение действительного значения коэффициента преобразования вибропреобразователя осуществляют в рабочей полосе на фиксированных частотах третьоктавного ряда. По результатам определения коэффициента преобразования в рабочей полосе частот определяют неравномерность частотной характеристики вибропреобразователя (относительное отклонение коэффициента преобразования в рабочей полосе частот от значения, определенного на частоте, выбранной в качестве базовой, например, 160 Гц). При периодической поверке допускается определение коэффициента преобразования только на базовой частоте, а неравномерность может определяться с помощью значения частоты установочного резонанса, определенного методом, рекомендованным ГОСТ Р 8.669-2009. В этом случае при известном значении частоты установочного резонанса неравномерность частотной характеристики γ определяют по формуле, %The determination of the actual value of the conversion coefficient of the vibration transducer is carried out in the working band at fixed frequencies of a third octave row. The results of determining the conversion coefficient in the working frequency band determine the unevenness of the frequency response of the vibration transducer (the relative deviation of the conversion coefficient in the working frequency band from the value determined at the frequency selected as the base, for example, 160 Hz). During periodic verification, it is allowed to determine the conversion coefficient only at the base frequency, and the unevenness can be determined using the frequency of the installation resonance, determined by the method recommended by GOST R 8.669-2009. In this case, at a known value of the frequency of the installation resonance, the non-uniformity of the frequency characteristic γ is determined by the formula,%

где f_p - максимальное значение частоты рабочего диапазона частот вибропреобразователя;where f _p is the maximum value of the frequency of the operating frequency range of the vibration transducer;

f_уp - значение частоты установочного резонанса.f _уp - the value of the frequency of the installation resonance.

На практике же часто для поверки вибропреобразователя демонтаж его с места эксплуатации нежелателен из-за условий эксплуатации, а в некоторых случаях просто невозможен.In practice, often for calibrating the vibration transducer, disassembling it from the place of operation is undesirable due to operating conditions, and in some cases it is simply impossible.

Известен способ, реализованный в устройстве (US 4467271, G01R 29/22, 1984-08-21), позволяющий без демонтажа с места эксплуатации определить текущее состояние пьезоэлектрических вибропреобразователей и их пригодность для дальнейшей эксплуатации.A known method implemented in the device (US 4467271, G01R 29/22, 1984-08-21), allowing without dismantling from the place of operation to determine the current state of the piezoelectric vibration transducers and their suitability for further operation.

По известному способу на электроды вибропреобразователя, установленного на месте эксплуатации, от генератора переменного тока подают электрический сигнал и принудительно возбуждают механические колебания. По суммарному сигналу с выхода вибропреобразователя тестируется целостность и неизменность его отдельных характеристик.According to the known method, an electrodesignal is supplied from the alternator to the electrodes of the vibration transducer installed on the site of operation, and mechanical vibrations are forcedly excited. By the total signal from the output of the vibration transducer, the integrity and invariance of its individual characteristics is tested.

В процессе эксплуатации при воздействии на вибропреобразователь внешней вибрации или изменения других каких-либо внешних факторов сигнал с выхода вибропреобразователя усиливается, измеряется и подвергается последующему анализу, при этом сигнал возбуждения вибропреобразователя от генератора компенсируется с помощью блока вычитания, например дифференциального усилителя. Операция тестирования может проводиться постоянно в процессе эксплуатации, что повышает достоверность получаемой с выхода вибропреобразователя измерительной информации.During operation, when the vibration transducer is exposed to external vibration or any other external factors change, the signal from the output of the vibration transducer is amplified, measured, and subjected to subsequent analysis, while the excitation signal of the vibration transducer from the generator is compensated using a subtraction unit, for example, a differential amplifier. The testing operation can be carried out continuously during operation, which increases the reliability of the measurement information received from the output of the vibration transducer.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что при возбуждении вибропреобразователя электрическим сигналом его поведение аналогично поведению емкостного сопротивления, при этом не может быть решена задача определения действительного значения коэффициента преобразования, поскольку определяется только относительная, а не абсолютная частотная характеристика вибропреобразователя.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that when the vibration transducer is excited by an electric signal, its behavior is similar to the behavior of capacitive resistance, and the problem of determining the actual value of the conversion coefficient cannot be solved, since only the relative, and not the absolute frequency response of the vibration transducer is determined .

В процессе старения пьезокерамики или воздействия электрических или магнитных полей и повышенных температур коэффициент преобразования вибропреобразователя может измениться без изменения его емкости, поэтому последующие результаты измерения вибрации будут осуществляться с первоначально установленным коэффициентом преобразования и не соответствовать действительным.In the process of aging of piezoceramics or exposure to electric or magnetic fields and elevated temperatures, the conversion coefficient of the vibration transducer can change without changing its capacitance, so the subsequent vibration measurement results will be carried out with the conversion coefficient originally set and not correspond to the actual ones.

Известен «Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра» (RU 2176396, G01P 21/00, 2001.11.27).The well-known "Method of remote periodic monitoring of the conversion coefficient of a piezoelectric accelerometer" (RU 2176396, G01P 21/00, 2001.11.27).

Известный способ может быть использован для поверки без демонтажа с места эсплуатации вибропреобразователя, прошедшего первичную поверку в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009 и имеющего информацию о первичном действительном значении коэффициента преобразования.The known method can be used for verification without dismantling from the place of operation of the vibration transducer, which has passed the initial calibration in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009 and having information about the primary real value of the conversion coefficient.

По известному способу вибропреобразователь на месте эксплуатации предварительно заряжают от источника постоянного напряжения с последующим отключением от источника и кратковременным замыканием его выводов. Возникающий в пьезоэлементе вибропреобразователя затухающий процесс в виде осциллограммы запоминают с помощью запоминающего осциллографа. По кратковременным размахам затухающего переходного процесса в вибропреобразователе, отображенным на осциллограммах, измеряют параметр Q₀, пропорциональный текущему действительному значению коэффициента преобразования вибропреобразователя.According to the known method, the vibration transducer at the place of operation is pre-charged from a constant voltage source, followed by disconnection from the source and short-circuiting of its terminals. The damping process occurring in the piezoelectric element of the vibration transducer in the form of an oscillogram is stored using a storage oscilloscope. The short-term sweep of the damping transient in the vibration transducer displayed on the oscillograms measures the parameter Q ₀ proportional to the current actual value of the conversion coefficient of the vibration transducer.

При периодической поверке через межповерочный интервал процедуру возбуждения в вибропреобразователе кратковременных затухающих колебаний повторяют и определяют текущее значение параметра Q_n., считая, что изменение параметра Q_n. пропорционально изменению коэффициента преобразования вибропреобразователя, определяют текущее действительное значение коэффициента преобразования.When periodically checking through the calibration interval, the excitation procedure in the vibration transducer of short-term damped oscillations is repeated and the current value of the parameter Q _n . Is determined, assuming that the change in the parameter Q _n . in proportion to the change in the conversion coefficient of the vibration transducer, determine the current actual value of the conversion coefficient.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что измерение параметра Q_n,_. а следовательно, и текущего действительного значения коэффициента преобразования производят по осциллограмме на экране запоминающего осциллографа. Следовательно, точность определения как параметра Q₀ при первичной поверке, так и параметров Q_n., а следовательно, иThe obstacles to achieve the said below technical result, relates that the measurement of the parameter Q _n,. and consequently, the current actual value of the conversion coefficient is produced by the oscillogram on the screen of the storage oscilloscope. Therefore, the accuracy of determination of both the parameter Q ₀ during the initial calibration, and the parameters Q _n. , and therefore

коэффициента преобразования S_n при периодических поверках существенно снижается.the conversion coefficient S _n with periodic verification is significantly reduced.

Известен «Способ контроля качества пьезоэлектрических преобразователей» (SU 1394169, G01R 29/22, 1988.05.07) при выпуске из производства однотипных вибропреобразователей.The well-known "Method of quality control of piezoelectric transducers" (SU 1394169, G01R 29/22, 1988.05.07) with the release of the production of the same type of vibration transducers.

Известный способ может быть использован для определения коэффициента преобразования выпускаемых вибропреобразователей без размещения каждого на эталонной виброустановке в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009.The known method can be used to determine the conversion coefficient of the produced vibration transducers without placing each on a standard vibration unit in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009.

По известному способу определяют коэффициент преобразования одного из выпускаемых вибропреобразователей на эталонной виброустановке в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009, затем электрическим возбуждением с помощью радиоимпульса, заполненного синусоидальным сигналом, частота которого равна частоте механического резонанса вибропреобразователя, измеряют параметры переходного процесса, определяют и запоминают конструктивный коэффициент этого вибропреобразователя, который зависит от соотношения массы основания и инерционной массы вибропреобразователя.According to the known method, the conversion coefficient of one of the produced vibration transducers on a standard vibration installation is determined in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009, then by electrical excitation using a radio pulse filled with a sinusoidal signal, the frequency of which is equal to the frequency of the mechanical resonance of the vibration transducer, the transient process parameters are measured, determined and stored the design coefficient of this vibration transducer, which depends on the ratio of the mass of the base and the inertial mass of the vibration transducer.

При выпуске из производства однотипных вибропреобразователей определение действительного значения коэффициента преобразования каждого осуществляют не на эталонной виброустановке, а с помощью электрического возбуждения вибропреобразователя радиоимпульсом, заполненным синусоидальным сигналом, частота которого равна частоте механического резонанса вибропреобразователя, измеряют параметры переходного процесса с помощью конструктивного коэффициента и определяют коэффициент преобразования по соответствующей формуле. При этом конструктивный коэффициент считают и принимают постоянным на всю партию выпускаемых из производства однотипных вибропреобразователей. Процедура поверки упрощается и снижается время поверки.When the vibration transducers of the same type are discontinued, the actual value of the conversion coefficient of each is determined not on the reference vibration installation, but by electrical excitation of the vibration converter by a radio pulse filled with a sinusoidal signal, the frequency of which is equal to the frequency of the mechanical resonance of the vibration converter, the parameters of the transient process are measured using the construction coefficient, and the conversion coefficient is determined according to the corresponding formula. In this case, the design coefficient is considered and taken constant for the entire batch of the same type of vibration transducers manufactured from production. The verification procedure is simplified and the verification time is reduced.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что даже у однотипных вибропреобразователей значения инерционных масс могут отличаться друг от друга, т.к. реальные применяемые в вибропреобразователе пьезопластины имеют отличные друг от друга пьезомодули и компенсировать это отличие для получения значения коэффициента преобразования, регламентированного технической документацией на вибропреобразователь, можно только изменением значения инерционной массы. Т.е. даже у однотипных вибропреобразователей конструктивные коэффициенты, зависящие от соотношения массы основания и инерционной массы, отличаются. Следовательно, применение одного и того же значения конструктивного коэффициента для всей партии однотипных вибропреобразователей снижает точность определения коэффициента преобразования каждого из выпускаемых вибропреобразователей.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that even with the same type of vibration transducers, the values of inertial masses can differ from each other, because the real piezoelectric plates used in the vibration transducer have piezomodules different from each other, and to compensate for this difference in order to obtain the conversion coefficient regulated by the technical documentation for the vibration transducer, it is possible only by changing the value of the inertial mass. Those. even with the same type of vibration transducers, the design coefficients that depend on the ratio of the base mass and inertial mass differ. Therefore, the use of the same value of the design coefficient for the entire batch of the same type of vibration transducers reduces the accuracy of determining the conversion coefficient of each of the produced vibration transducers.

Известен способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации (RU 2358244, G01H 11/08, 10.06.2009), который по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявляемому способу.A known method of dismantling the piezoelectric vibration transducer at the place of operation (RU 2358244, G01H 11/08, 06/10/2009), which, by the combination of essential features, is the closest analogue of the claimed method.

Известный способ может быть использован для поверки без демонтажа с места эсплуатации вибропреобразователя, прошедшего, в соответствии с ГОСТ Р 8.669-2009, первичную поверку на эталонной виброустановке и имеющего информацию о первичном действительном значении коэффициента преобразования и величине напряжения замещения механического возбуждения вибропреобразователя электрическим сигналом с заданными частотой и ускорением.The known method can be used for verification without dismantling from the place of operation of the vibration transducer, passed, in accordance with GOST R 8.669-2009, the initial calibration on a standard vibration installation and having information about the primary real value of the conversion coefficient and the value of the replacement voltage of the mechanical excitation of the vibration transducer with an electrical signal with the specified frequency and acceleration.

В известном способе напряжение замещения подбирается таким образом, чтобы напряжение на выходе согласующего усилителя было равно напряжению, полученному в процессе первичной поверки в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009 при воздействии на вибропреобразователь нормированным известным значением виброускорения. Напряжение замещения определяют после установки на место эксплуатации, запоминают и определяют так называемый коэффициент замещения, как отношение напряжения замещения к известному значению виброускорения. При периодической поверке на месте эксплуатации в вибропреобразователе принудительно возбуждают механические колебания путем подачи на его электроды электрического гармонического синус-сигнала, имеющего сохраненное значение напряжения замещения, и затем определяют коэффициент замещения и установочный резонанс. Неизменность коэффициента замещения при неизменности подаваемого на вибропреобразователь напряжения замещения служит критерием метрологической годности вибропреобразователя. Неравномерность частотной характеристикиIn the known method, the substitution voltage is selected so that the voltage at the output of the matching amplifier is equal to the voltage obtained during the initial calibration in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009 when exposed to a normalized known vibration acceleration value. The substitution voltage is determined after installation at the place of operation, the so-called substitution coefficient is stored and determined as the ratio of the substitution voltage to the known value of vibration acceleration. During periodic verification at the operating site, mechanical vibrations are forced to vibrate in the vibration transducer by applying an electric harmonic sine signal to its electrodes having a stored value of the substitution voltage, and then the substitution coefficient and installation resonance are determined. The constancy of the substitution coefficient with the constancy of the substitution voltage supplied to the vibration transducer serves as a criterion for the metrological validity of the vibration transducer. Frequency response unevenness

вибропреобразователя рассчитывают с помощью коэффициента замещения, определенного на различных частотах в рабочей полосе частот вибропреобразователя, или с помощью значения частоты установочного резонанса по формуле (1).the vibration transducer is calculated using the substitution coefficient determined at different frequencies in the working frequency band of the vibration transducer, or using the frequency of the installation resonance according to the formula (1).

Операция периодической поверки не требует проведения демонтажа вибропреобразователя с места установки, она упрощается, время периодической поверки и ее себестоимость снижаются.The operation of periodic verification does not require dismantling of the vibration transducer from the installation site, it is simplified, the time of periodic verification and its cost are reduced.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится неизменность определяемого при периодической поверке коэффициента замещения при неизменности подаваемого на вибропребразователь напряжения замещения, который служит критерием метрологической годности вибропребразователя.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the invariability of the substitution coefficient determined during periodic verification, while the substitution voltage supplied to the vibrocreater remains unchanged, which serves as a criterion for the metrological validity of the vibrocreaser.

Действительно, при возбуждении вибропреобразователя электрическим сигналом его поведение аналогично поведению емкостного сопротивления, а неизменность коэффициента преобразования вибропреобразователя оценивается по неизменности коэффициента замещения. При возможном изменении коэффициента преобразования в процессе эксплуатации (например, изменение характеристик пьезомодуля в процессе старения пьезокерамики, воздействие на вибропреобразователь электрических или магнитных полей, механических ударов и т.д.) емкость вибропреобразователя может и не измениться, в этом случае коэффициент замещения также не изменяется, а последующие измерения параметров вибрации, действующей на вибропреобразователь, будут осуществляться с первоначально установленным коэффициентом преобразования, следовательно, точность измерений уменьшится. При существенном изменении коэффициента преобразования вибропреобразователя за межповерочный интервал (например, в результате сильного удара по корпусу вибропреобразователя и его деформации) результаты измерений параметров будут недостоверными.Indeed, when a vibration transducer is excited by an electric signal, its behavior is similar to the behavior of capacitive resistance, and the invariance of the vibration transducer conversion coefficient is estimated by the invariability of the substitution coefficient. With a possible change in the conversion coefficient during operation (for example, a change in the characteristics of the piezoelectric module during the aging of piezoceramics, the effect of electric or magnetic fields on the vibration transducer, mechanical shocks, etc.), the capacitance of the vibration transducer may not change, in this case, the replacement coefficient also does not change and subsequent measurements of the vibration parameters acting on the vibration transducer will be carried out with the conversion coefficient initially set, followed by obviously, the accuracy of the measurements will decrease. With a significant change in the conversion coefficient of the vibration transducer during the calibration interval (for example, as a result of a strong blow to the vibration transducer body and its deformation), the measurement results will be unreliable.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и достоверности результатов поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без его демонтажа с места эксплуатации.The task to which the invention is directed is to increase the accuracy and reliability of the results of verification of a piezoelectric vibration transducer without dismantling it from the place of operation.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении и использовании ранее не учитываемых параметров поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя, характеризующих его техническое состояние на дату поверки.The technical result obtained during the implementation of the invention is to obtain and use previously unaccounted for parameters of the calibrated piezoelectric vibration transducer characterizing its technical condition at the date of verification.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в заявляемом способе бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации, включающем определение первичного действительного значения коэффициента преобразования, принудительное возбуждение в вибропреобразователе механических колебаний путем подачи на его электроды электрического гармонического сигнала, определение и фиксация значения частоты установочного резонанса вибропреобразователя и неравномерности его частотной характеристики в рабочем диапазоне частот, в отличие от известного способа предварительно непосредственно после установки вибропреобразователя на место эксплуатации определяют и запоминают значения его конструктивного коэффициента и емкости с кабелем, при периодической поверке принудительные механические колебания возбуждают электрическим сигналом переменной частоты, после достижения значения частоты установочного резонанса увеличивают частоту сигнала до реализации состояния антирезонанса в вибропреобразователе и фиксируют значение этой частоты сигнала, до или после возбуждения принудительных механических колебаний измеряют и фиксируют текущее значение емкости вибропреобразователя с соединительным кабелем, определяют действительное значение коэффициента преобразования поверяемого вибропреобразователя по формулеThe specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the inventive method of dismantling the piezoelectric vibration transducer at the place of operation, which includes determining the primary real value of the conversion coefficient, forced excitation of mechanical vibrations in the vibration transducer by applying an electric harmonic signal to its electrodes, determining and fixing the frequency setting value resonance of the vibration transducer and its unevenness frequency characteristics in the operating frequency range, in contrast to the known method, immediately immediately after installing the vibration transducer at the place of operation, the values of its design coefficient and capacitance with a cable are determined and stored during periodic calibration, forced mechanical vibrations are excited by an electric signal of variable frequency, after reaching the frequency of the installation resonance increase the frequency of the signal to the implementation of the state of antiresonance in the vibration transducer and iksiruyut value of this signal frequency, before or after the forced excitation of mechanical oscillations is measured and the current value of the vibrator is fixed tank with connecting cable, determine the actual value of the coefficient conversion vibrator verified by the formula

$$k_{ВИП}^{ПП}=\sqrt{\frac{1}{k_0^{ПП}}\cdot \frac{1}{{\left({\omega }_{ур}^{ПП}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{а}^{ПП}\right)}^2}{{\left({\omega }_{а}^{ПП}\right)}^2}-1\right]},(2)$$

$$k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^{PP}=\sqrt{\frac{\mathrm{one}}{k_0^{PP}}\cdot \frac{\mathrm{one}}{{\left({\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}\right)}^2}{{\left({\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}\right)}^2}-\mathrm{one}\right]},(2)$$

где $$k_0^{ПП}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{Кб}^0}{{С}_0^{ПП}+{С}_{Кб}^{ПП}}$$

- конструктивный коэффициент вибропреобразователя, скорректированный за счет изменения его емкости за время эксплуатации между поверками;Where $$k_0^{PP}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{\mathrm{TO}b}^0}{{\mathrm{FROM}}_0^{PP}+{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}}$$

- the design coefficient of the vibration transducer, adjusted by changing its capacity during operation between calibrations;

k₀ - конструктивньш коэффициент вибропреобразователя, определенный непосредственно после установки на место эксплуатации;k ₀ - structural coefficient of the vibration transducer, determined immediately after installation at the place of operation;

$$C_0^0,C_{Кб}^0$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля непосредственно после установки на место эксплуатации; $$C_0^0,C_{\mathrm{TO}b}^0$$

- the capacity of the vibration transducer and cable immediately after installation at the place of operation;

$${С}_0^{ПП},{С}_{Кб}^{ПП}$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля при периодической поверке; $${\mathrm{FROM}}_0^{PP},{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}$$

- the capacity of the vibration transducer and cable during periodic calibration;

$${\omega }_{ур}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{ур}^{ПП}$$

- значение круговой частоты установочного резонанса; $${\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the installation resonance;

$${\omega }_{а}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{а}^{ПП}$$

- значение круговой частоты антирезонанса; $${\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the antiresonance;

$$f_{ур}^{ПП}$$

и $$f_{а}^{ПП}$$

- значения частот установочного резонанса и антирезонанса при периодической поверке, $$f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

and $$f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the values of the frequencies of the installation resonance and antiresonance during periodic calibration,

и текущее значение неравномерности частотной характеристики вибропреобразователя в рабочем диапазоне частот по формулеand the current value of the unevenness of the frequency response of the vibration transducer in the operating frequency range according to the formula

$$\gamma =\frac{{\left(\frac{fp}{fур}\right)}^2}{1-{\left(\frac{fp}{fур}\right)}^2}\cdot 100$$

, $$\gamma =\frac{{\left(\frac{fp}{f\mathrm{at}R}\right)}^2}{\mathrm{one}-{\left(\frac{fp}{f\mathrm{at}R}\right)}^2}\cdot \mathrm{one\; hundred}$$

,

а метрологическую пригодность поверяемого вибропреобразователя и возможность его дальнейшей эксплуатации определяют по сравнению вновь полученных текущих значений коэффициента преобразования и неравномерности его частотной характеристики с первичными его значениями, полученными при первичной поверке.and the metrological suitability of the calibrated vibration transducer and the possibility of its further operation are determined by comparing the newly obtained current values of the conversion coefficient and the unevenness of its frequency response with its primary values obtained during the initial calibration.

Из уровня техники заявленное решение заявителю неизвестно. Заявленный способ содержит новую совокупность существенных признаков, не вытекающих очевидным образом из уровня техники и может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.The prior art claimed solution to the applicant is unknown. The claimed method contains a new set of essential features that are not obvious from the prior art and can be implemented industrially using known technical means.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, состоящий из корпуса 1, инерционной массы 2 и пакета пьезопластин 3, один выходной контакт пакета пьезопластин 3 соединен непосредственно с входом согласующего усилителя 4, а второй - соединен с выходом генератора электрического сигнала переменной частоты 5 и баластным сопротивлением 6, которое соединено с входом согласующего усилителя 4. Выход согласующего усилителя 4 соединен с входами вольтметра 7 и измерителя разности фаз 8, второй вход которого соединен с выходом генератора электрического сигнала переменной частоты 5. Поверяемый вибропреобразователь установлен на место эксплуатации - блок 9.The device contains a piezoelectric vibration transducer consisting of a housing 1, an inertial mass 2 and a package of piezoelectric plates 3, one output contact of the package of piezoelectric plates 3 is connected directly to the input of the matching amplifier 4, and the second is connected to the output of the variable frequency electric signal generator 5 and ballast resistance 6, which connected to the input of the matching amplifier 4. The output of the matching amplifier 4 is connected to the inputs of a voltmeter 7 and a phase difference meter 8, the second input of which is connected to the output of the generator The electrical signal of variable frequency vibrator 5. calibratable set in place instructions - block 9.

Предлагаемый способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации осуществляется следующим образом.The proposed method of dismantling the piezoelectric vibration transducer at the place of operation is as follows.

При первичной поверке в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009 с помощью эталонной виброустановки определяются все требуемые метрологические характеристики вибропреобразователя, в т.ч. и действительное значение коэффициента преобразования. Сразу же, непосредственно после установки вибропреобразователя на место эксплуатации, измеряют его емкость с соединительным кабелем и собирают схему устройства (фиг.1). С помощью генератора 5 возбуждают пакет пьезопластин вибропреобразователя 3 электрическим напряжением переменной частоты, измеряют амплитуду (или среднее квадратическое значение) и фазу напряжения на выходе согласующего усилителя 4 с помощью вольтметра 7 и измерителя разности фаз 8.During initial calibration, in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009, using the standard vibration installation, all the required metrological characteristics of the vibration transducer are determined, including and the actual value of the conversion coefficient. Immediately, immediately after installing the vibration transducer at the place of operation, measure its capacity with a connecting cable and assemble the device diagram (Fig. 1). Using the generator 5, a package of piezoelectric plates of the vibration transducer 3 is excited by an electric voltage of variable frequency, the amplitude (or root mean square value) and the phase of the voltage at the output of the matching amplifier 4 are measured using a voltmeter 7 and a phase difference meter 8.

Изменяя частоту генератора 5, определяют значения частот установочного резонанса и антирезонанса. Рассчитывают конструктивный коэффициент по формулеChanging the frequency of the generator 5, determine the frequency values of the installation resonance and antiresonance. Calculate the design coefficient according to the formula

$$k_0=\frac{1}{k_{ВИП}^2}\cdot \frac{1}{{\omega }_{ур}^2}\cdot \left(\frac{{\omega }_{а}^2}{{\omega }_{ур}^2}-1\right)(3)$$

$$k_0=\frac{\mathrm{one}}{k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^2}\cdot \frac{\mathrm{one}}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}\cdot \left(\frac{{\omega }_{\mathrm{but}}^2}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}-\mathrm{one}\right)(3)$$

где k_ВИП - действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя, определенное при первичной поверке с помощью эталонной виброустановки;where k _VIP - the actual value of the conversion coefficient of the vibration transducer, determined during initial calibration using a reference vibration;

ω_ур=2·π·f_ур - значение круговой частоты установочного резонанса;ω _ur = 2 · π · f _ur is the value of the circular frequency of the installation resonance;

ω_а=2·π·f_a - значение круговой частоты антирезонанса;ω _a = 2 · π · f _a is the value of the circular frequency of the antiresonance;

f_yp и f_a - значения частот установочного резонанса и антирезонанса, определенные после установки вибропреобразователя на место эксплуатации.f _yp and f _a are the frequencies of the installation resonance and antiresonance, determined after the vibration transducer was installed at the place of operation.

Измеренные и рассчитанные значения емкости вибропреобразователя с кабелем и конструктивного коэффициента запоминают.The measured and calculated values of the capacitance of the vibration transducer with cable and the design coefficient are remembered.

При периодической поверке осуществляют измерение емкости вибропреобразователя с соединительным кабелем и возбуждают его пакет пьезопластин 3 через балластное сопротивление 6 от генератора 5 электрическим напряжением переменной частоты, измеряют амплитуду (или среднее квадратическое значение) и фазу напряжения на выходе согласующего усилителя 4 с помощью вольтметра 7 и измерителя разности фаз 8. Изменяя частоту генератора 5 в диапазоне выше максимального значения рабочего диапазона частот вибропреобразователя, определяют значения частот установочного резонанса и антирезонанса при периодической поверке. Рассчитывают новое значение коэффициента преобразования по формуле (2) и неравномерность частотной характеристики по формуле (1).During periodic verification, the capacitance of the vibration transducer with the connecting cable is measured and its package of piezoelectric plates 3 is excited through the ballast 6 from the generator 5 by an electric voltage of variable frequency, the amplitude (or root mean square value) and the phase of the voltage at the output of the matching amplifier 4 are measured using a voltmeter 7 and a meter phase difference 8. By changing the frequency of the generator 5 in the range above the maximum value of the operating frequency range of the vibration transducer, determine the hour installation of resonance and antiresonance at periodic verification. Calculate the new value of the conversion coefficient by the formula (2) and the unevenness of the frequency response by the formula (1).

Изложенная процедура определения коэффициента преобразования вибропреобразователя при периодической поверке обосновывается следующим образом.The described procedure for determining the conversion coefficient of the vibration transducer during periodic calibration is justified as follows.

Известно, что коэффициент преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя зависит как от конструктивных особенностей самого вибропреобразователя, так и от параметров применяемой пьезокерамики. Так, например, в области низких частот коэффициент преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя может быть определен по формулеIt is known that the conversion coefficient of a piezoelectric vibration transducer depends both on the design features of the vibration transducer itself and on the parameters of the applied piezoceramics. So, for example, in the low-frequency region, the conversion coefficient of a piezoelectric vibration transducer can be determined by the formula

$$k_{ВИП}=\frac{h_{33}}{{\omega }_{ур}^2}(4)$$

$$k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}=\frac{h_{33}}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}(\mathrm{four})$$

где h₃₃ - пьезоэлектрическая константа деформации,where h ₃₃ is the piezoelectric strain constant,

(см., например, Ю.И. Иориш. Виброметрия, ГНТИ Машиностроительной литературы, М., 1963, с. 507-519).(see, for example, Yu.I. Iorish. Vibrometry, GNTI Engineering literature, M., 1963, p. 507-519).

Конструктивные особенности вибропреобразователя оказывают влияние на частоту установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя. Они зависят от вида применяемой деформации пьезоэлемента (компрессионная деформация, сдвиговая и т.д.), соотношения инерционной массы и массы корпуса с основанием, количества применяемых пьезопластин, контактной площади основания, способа крепления и т.д.The design features of the vibration transducer affect the frequency of the installation resonance of the piezoelectric vibration transducer. They depend on the type of applied piezoelectric deformation (compression deformation, shear, etc.), the ratio of the inertial mass and the mass of the body with the base, the number of piezoelectric plates used, the contact area of the base, the mounting method, etc.

Кроме параметра h₃₃ - пьезоэлектрической константы деформации - на частотные свойства пьезоэлектрических вибропреобразователей с компрессионной деформацией пьезоэлемента оказывают влияние параметр $${\beta }_{33}^S$$

- диэлектрическая непроницаемость «зажатого» пьезоэлектрика (при постоянной деформации) и $$C_{33}^D$$

- постоянная упругости пьезоэлектрика (при постоянной напряженности электрического поля) (см., например, Пьезокерамические преобразователи. Методы измерения и расчет параметров. Справочник. Под ред. С.И. Пугачева. Л., «Судостроение», 1984 г., с. 50-65).In addition to the parameter h ₃₃ , the piezoelectric strain constant, the frequency parameters of the piezoelectric vibration transducers with compression deformation of the piezoelectric element are also affected by the parameter $${\beta }_{33}^S$$

- dielectric tightness of the “clamped” piezoelectric (with constant deformation) and $$C_{33}^D$$

- the constant of elasticity of the piezoelectric (at constant electric field strength) (see, for example, Piezoceramic transducers. Methods of measurement and calculation of parameters. Reference. Edited by SI Pugachev. L., "Shipbuilding", 1984, p. 50-65).

Таким образом, для определения трех параметров пьезокерамики необходимо провести, как минимум, три измерения, чтобы оценить их неизменность (или определить степень их изменения).Thus, in order to determine the three parameters of piezoceramics, it is necessary to conduct at least three measurements in order to assess their immutability (or determine the degree of their change).

Параметр $${\beta }_{33}^S$$

определяется с помощью емкости пьезоэлектрического вибропреобразователя, т.к.Parameter $${\beta }_{33}^S$$

determined using the capacitance of the piezoelectric vibration transducer, because

$${\beta }_{33}^S=\frac{S}{l}\cdot \frac{1}{C_0},(5)$$

$${\beta }_{33}^S=\frac{S}{l}\cdot \frac{\mathrm{one}}{C_0},(5)$$

где S, l, C₀ - площадь, толщина и емкость пьезокерамической пластины.where S, l, C ₀ - the area, thickness and capacity of the piezoceramic plate.

Параметры h₃₃ и $$C_{33}^D$$

входят в функциональную зависимость от частоты коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя. При возбуждении пьезоэлектрического вибропреобразователя электрическим гармоническим сигналом в зависимости от частоты изменяется его комплексное сопротивление (импеданс). На частоте установочного резонанса он имеет минимальное значение (ток, проходящий через пьезоэлектрический вибропреобразователь, максимальный), а на антирезонансной частоте - импеданс максимальный, а ток минимальный. В упрощенном виде частота установочного резонанса может быть определена по формулеH ₃₃ and $$C_{33}^D$$

enter into a functional dependence on the frequency of the conversion coefficient of the piezoelectric vibration transducer. When a piezoelectric vibration transducer is excited by an electric harmonic signal, its complex resistance (impedance) changes depending on the frequency. At the frequency of the installation resonance, it has a minimum value (the current passing through the piezoelectric vibration transducer is maximum), and at the antiresonant frequency, the impedance is maximum and the current is minimal. In a simplified form, the frequency of the installation resonance can be determined by the formula

$${\omega }_{ур}=\sqrt{\frac{C_{33}^D\cdot S}{m\cdot l}},(6)$$

$${\omega }_{\mathrm{at}R}=\sqrt{\frac{C_{33}^D\cdot S}{m\cdot l}},(6)$$

а антирезонансная -and antiresonant -

$${\omega }_a^2={\omega }_{ур}^2+\frac{h_{33}^2\cdot S}{{\beta }_{22}^S\cdot m\cdot l}.(7)$$

$${\omega }_a^2={\omega }_{\mathrm{at}R}^2+\frac{h_{33}^2\cdot S}{{\beta }_{22}^S\cdot m\cdot l}.(7)$$

С помощью последнего выражения и формулы (4) может быть получено приведенное в формуле изобретения выражение для коэффициента преобразования вибропреобразователя, т.к.Using the last expression and formula (4), the expression for the conversion coefficient of the vibration transducer given in the claims can be obtained, since

$$\frac{{\omega }_{а}^2}{{\omega }_{ур}^4}=\frac{1}{{\omega }_{ур}^2}+k_{ВИП}^2\cdot \frac{S}{{\beta }_{33}^S\cdot m\cdot l}.(8)$$

$$\frac{{\omega }_{\mathrm{but}}^2}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^{\mathrm{four}}}=\frac{\mathrm{one}}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}+k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^2\cdot \frac{S}{{\beta }_{33}^S\cdot m\cdot l}.(8)$$

Если определить значение параметра $${\beta }_{33}^S$$

с помощью емкости пьезоэлектрического вибропреобразователя, а также значения частот установочного резонанса и антирезонанса, то в последнем выражении неизвестным остается только конструктивный коэффициент, зависящий от размеров и диэлектрических свойств пьезокерамики, а также инерционной массы mIf you determine the value of the parameter $${\beta }_{33}^S$$

using the capacitance of the piezoelectric vibration transducer, as well as the values of the frequencies of the installation resonance and antiresonance, in the last expression, only the design coefficient remains unknown, depending on the size and dielectric properties of the piezoceramics, as well as the inertial mass m

$$k_0=\frac{S}{ml{\beta }_{33}^S}=\frac{C_0}{m}=\frac{1}{k_{ВИП}^2}\cdot \frac{1}{{\omega }_{ур}^2}\cdot \left(\frac{{\omega }_{а}^2}{{\omega }_{ур}^2}-1\right)(9)$$

$$k_0=\frac{S}{ml{\beta }_{33}^S}=\frac{C_0}{m}=\frac{\mathrm{one}}{k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^2}\cdot \frac{\mathrm{one}}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}\cdot \left(\frac{{\omega }_{\mathrm{but}}^2}{{\omega }_{\mathrm{at}R}^2}-\mathrm{one}\right)(9)$$

Этот коэффициент является индивидуальным параметром для каждого отдельного пьезоэлектрического вибропреобразователя, т.к. при регулировке коэффициента преобразования во время сборки для удовлетворения требований технических условий из-за разброса параметров применяемой пьезокерамики (в частности, параметра h₃₃) изменяют, в первую очередь, инерционную массу. По этой причине конструктивный коэффициент может быть определен только по результатам поверки после установки пьезоэлектрического вибропреобразователя на место эксплуатации. При периодической поверке при изменении емкости вибропреобразователя с соединительным кабелем конструктивный коэффициент уточняется.This coefficient is an individual parameter for each individual piezoelectric vibration transducer, because when adjusting the conversion coefficient during assembly to meet the requirements of the technical conditions, due to the variation in the parameters of the applied piezoceramics (in particular, parameter h ₃₃ ), the inertial mass is primarily changed. For this reason, the design coefficient can only be determined by the results of verification after installing the piezoelectric vibration transducer at the place of operation. During periodic verification, when the capacitance of the vibration transducer with the connecting cable changes, the design coefficient is specified.

Таким образом, определив значения ранее не учитываемых параметров поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя, характеризующих его техническое состояние на дату поверки (емкость с кабелем, значения частот установочного резонанса и антирезонанса), значение коэффициента преобразования рассчитывают по формуле (2)Thus, having determined the values of previously unaccounted parameters of the calibrated piezoelectric vibration transducer characterizing its technical condition at the calibration date (capacitance with cable, frequency values of the installation resonance and antiresonance), the value of the conversion coefficient is calculated by the formula (2)

$$k_{ВИП}^{ПП}=\sqrt{\frac{1}{k_0^{ПП}}\cdot \frac{1}{{\left({\omega }_{ур}^{ПП}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{а}^{ПП}\right)}^2}{{\left({\omega }_{а}^{ПП}\right)}^2}-1\right]}$$

, $$k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^{PP}=\sqrt{\frac{\mathrm{one}}{k_0^{PP}}\cdot \frac{\mathrm{one}}{{\left({\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}\right)}^2}{{\left({\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}\right)}^2}-\mathrm{one}\right]}$$

,

где $$k_0^{ПП}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{Кб}^0}{{С}_0^{ПП}+{С}_{Кб}^{ПП}}$$

- конструктивный коэффициент вибропреобразователя, скорректированный за счет изменения его емкости за время эксплуатации между поверками;Where $$k_0^{PP}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{\mathrm{TO}b}^0}{{\mathrm{FROM}}_0^{PP}+{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}}$$

- the design coefficient of the vibration transducer, adjusted by changing its capacity during operation between calibrations;

k₀ - конструктивный коэффициент вибропреобразователя, определенный непосредственно после установки на место эксплуатации;k ₀ - structural coefficient of the vibration transducer, determined immediately after installation at the place of operation;

$$C_0^0,C_{Кб}^0$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля непосредственно после установки на место эксплуатации; $$C_0^0,C_{\mathrm{TO}b}^0$$

- the capacity of the vibration transducer and cable immediately after installation at the place of operation;

$${С}_0^{ПП},{С}_{Кб}^{ПП}$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля при периодической поверке; $${\mathrm{FROM}}_0^{PP},{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}$$

- the capacity of the vibration transducer and cable during periodic calibration;

$${\omega }_{ур}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{ур}^{ПП}$$

- значение круговой частоты установочного резонанса; $${\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the installation resonance;

$${\omega }_{а}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{а}^{ПП}$$

- значение круговой частоты антирезонанса; $${\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the antiresonance;

$$f_{ур}^{ПП}$$

и $$f_{а}^{ПП}$$

- значения частот установочного резонанса и антирезонанса при периодической поверке. $$f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

and $$f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the values of the frequencies of the installation resonance and antiresonance during periodic calibration.

Сравнивая вновь полученное текущее значение коэффициента преобразования с его значением, полученным при первичной поверке, и после вычисления значения неравномерности его частотной характеристики в рабочем диапазоне частот по формуле (1) определяют метрологическую пригодность поверяемого вибропреобразователя и возможность его дальнейшей эксплуатации.Comparing the newly obtained current value of the conversion coefficient with its value obtained during the initial calibration, and after calculating the value of the unevenness of its frequency response in the operating frequency range, formula (1) determines the metrological suitability of the calibrated vibration transducer and the possibility of its further operation.

На нашем предприятии предлагаемый способ был проверен экспериментально на примере вибропреобразователей модели MB -43-25. В процессе экспериментов после проведения первичной поверки каждого вибропреобразователя в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009, собиралась схема, приведенная на фиг.1, измерялась и запоминалась его емкость с соединительным кабелем, измерялись значения частот установочного резонанса и антирезонанса, рассчитывался и запоминался конструктивный коэффициент k₀. Одновременно был реализован способ бездемонтажной поверки, являющийся прототипом данного предложения. Полученные значения коэффициента замещения k_зам для каждого вибропреобразователя запоминались. После этого искусственно изменялся коэффициент преобразования вибропреобразователя (внешним воздействием электрического поля, тепловым полем, ударным воздействием). После внешнего воздействия повторно в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.669-2009 определялось действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя на эталонной виброустановке $$k_{вип}^{эв}$$

, собиралась схема, приведенная на фиг.1, измерялась емкость подвергнутого воздействию вибропреобразователя с кабелем, измерялись новые значения частот установочного резонанса и антирезонанса и в соответствии с предлагаемым способом рассчитывалось новое действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя. Одновременно рассчитывался коэффициент замещения по являющемуся прототипом способу бездемонтажной поверки $${k^{\prime }}_{зам}$$

. Пропорционально изменению коэффициента замещения $${k^{\prime }}_{зам}$$

изменялся предполагаемый коэффициент преобразования $${k^{\prime }}_{вип}$$

. Рассчитанные значения коэффициентов преобразования $$k_{ВИП}^{ПП}$$

и $${k^{\prime }}_{вип}$$

сравнивались с 7 ЭВ коэффициентами преобразования, полученными на эталонной виброустановке $$k_{вип}^{эв}$$

. Результаты экспериментов до искусственного изменения коэффициента преобразования вибропреобразователя представлены в таблицах 1 и 2, а после искусственного изменения коэффициента преобразования вибропреобразователя - в таблицах 3 и 4.At our enterprise, the proposed method was tested experimentally by the example of vibration transducers model MB -43-25. In the course of the experiments, after the initial calibration of each vibration transducer in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009, the circuit shown in Fig. 1 was assembled, its capacitance with the connecting cable was measured and stored, the frequencies of the installation resonance and antiresonance were measured, the design coefficient was calculated and stored k ₀ . At the same time, a method of disassembly-free verification was implemented, which is the prototype of this proposal. The obtained values of the replacement coefficient k _deputy for each vibration transducer were stored. After that, the conversion coefficient of the vibration transducer was artificially changed (by the external action of the electric field, thermal field, shock). After external exposure, in accordance with the requirements of GOST R 8.669-2009, the actual value of the conversion coefficient of the vibration transducer on the reference vibration unit was determined $$k_{\mathrm{at}\mathrm{and}P}^{\mathrm{uh}\mathrm{at}}$$

, the circuit shown in Fig. 1 was assembled, the capacitance of the exposed vibration transducer with the cable was measured, the new values of the installation resonance and antiresonance frequencies were measured, and in accordance with the proposed method, a new real value of the vibration transducer conversion coefficient was calculated. At the same time, the replacement coefficient was calculated by the prototype method of dismantling $${k^{\prime }}_{s\mathrm{but}m}$$

. In proportion to the change in substitution ratio $${k^{\prime }}_{s\mathrm{but}m}$$

the estimated conversion factor has changed $${k^{\prime }}_{\mathrm{at}\mathrm{and}P}$$

. The calculated values of the conversion coefficients $$k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^{PP}$$

and $${k^{\prime }}_{\mathrm{at}\mathrm{and}P}$$

were compared with 7 EV conversion coefficients obtained on a reference vibration unit $$k_{\mathrm{at}\mathrm{and}P}^{\mathrm{uh}\mathrm{at}}$$

. The experimental results before the artificial change of the conversion coefficient of the vibration transducer are presented in tables 1 and 2, and after the artificial change of the conversion coefficient of the vibration transducer are presented in tables 3 and 4.

Из таблиц 3 и 4 следует, что после внешнего воздействия коэффициенты преобразования вибропреобразователей изменились на величину от 8,2 до 20% (графа 4 таблицы 3). Рассчитанное в соответствии с предлагаемым способом действительное значение коэффициента преобразования отклоняется от действительного значения, полученного на эталонной виброустановке, на величину не более 3,16% (графа 6 таблицы 3). В то время как коэффициент преобразования, скорректированный по способу-прототипу, изменился в другую сторону (он увеличился, а не уменьшился) и отклонение достигало -34% (графа 8 таблицы 4). Таким образом, заявляемый способ позволяет с более высокой точностью поверить вибропреобразователь с определением действительного значения его коэффициента преобразования без демонтажа вибропреобразователя с места эксплуатации From tables 3 and 4 it follows that after external exposure, the conversion coefficients of the vibration transducers changed by a value from 8.2 to 20% (column 4 of table 3). The actual value of the conversion coefficient calculated in accordance with the proposed method deviates from the actual value obtained at the reference vibration unit by no more than 3.16% (column 6 of table 3). While the conversion coefficient corrected by the prototype method changed in the opposite direction (it increased rather than decreased) and the deviation reached -34% (column 8 of table 4). Thus, the inventive method allows with higher accuracy to verify the vibration transducer with the determination of the actual value of its conversion coefficient without dismantling the vibration transducer from the place of operation

Приведенные выше сведения (теоретические и экспериментальные данные) подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.The above information (theoretical and experimental data) confirm the possibility of implementing the claimed invention, achieving the specified technical result and solving the problem.

Claims (1)

Способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации, включающий определение первичного действительного значения коэффициента преобразования, принудительное возбуждение в вибропреобразователе механических колебаний путем подачи на его электроды электрического гармонического сигнала, определение и фиксация значения частоты установочного резонанса вибропреобразователя и неравномерности его частотной характеристики в рабочем диапазоне частот, отличающийся тем, что предварительно непосредственно после установки вибропреобразователя на место эксплуатации определяют и запоминают значения его конструктивного коэффициента и емкости с кабелем, при периодической поверке принудительные механические колебания возбуждают электрическим сигналом переменной частоты, после достижения значения частоты установочного резонанса увеличивают частоту сигнала до реализации состояния антирезонанса в вибропреобразователе и фиксируют значение этой частоты сигнала, до или после возбуждения принудительных механических колебаний измеряют и фиксируют текущее значение емкости вибропреобразователя с соединительным кабелем, определяют действительное значение коэффициента преобразования поверяемого вибропреобразователя по формуле
$$k_{ВИП}^{ПП}=\sqrt{\frac{1}{k_0^{ПП}}\cdot \frac{1}{{\left({\omega }_{ур}^{ПП}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{а}^{ПП}\right)}^2}{{\left({\omega }_{ур}^{ПП}\right)}^2}-1\right]}$$

,
где $$k_0^{ПП}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{Кб}^0}{{С}_0^{ПП}+{С}_{Кб}^{ПП}}$$

- конструктивный коэффициент вибропреобразователя, скорректированный за счет изменения его емкости за время эксплуатации между поверками;
k₀ - конструктивный коэффициент вибропреобразователя, определенный непосредственно после установки на место эксплуатации;
$$C_0^0,C_{Кб}^0$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля непосредственно после установки на место эксплуатации;
$${С}_0^{ПП},{С}_{Кб}^{ПП}$$

- емкость вибропреобразователя и кабеля при периодической поверке;
$${\omega }_{ур}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{ур}^{ПП}$$

- значение круговой частоты установочного резонанса;
$${\omega }_{а}^{ПП}=2\cdot \pi \cdot f_{а}^{ПП}$$

- значение круговой частоты антирезонанса;
$$f_{ур}^{ПП}$$

и $$f_{а}^{ПП}$$

- значения частот установочного резонанса и антирезонанса при периодической поверке,
и текущее значение неравномерности частотной характеристики вибропреобразователя в рабочем диапазоне частот по формуле

а метрологическую пригодность поверяемого вибропреобразователя и возможность его дальнейшей эксплуатации определяют по сравнению вновь полученных текущих значений коэффициента преобразования и неравномерности его частотной характеристики с первичными его значениями, полученными при первичной поверке. A method of dismounting a piezoelectric vibration transducer at the place of operation, including determining the primary real value of the conversion coefficient, forcing mechanical vibrations in the vibrating transducer by applying an electric harmonic signal to its electrodes, determining and fixing the value of the installation resonance frequency of the vibration transducer and the unevenness of its frequency response in the operating frequency range, characterized in that previously Actually, after the vibration transducer is installed at the place of operation, the values of its design coefficient and capacitance with the cable are determined and stored, during periodic verification, forced mechanical vibrations are excited by an electric signal of variable frequency, after reaching the frequency of the installation resonance, the signal frequency is increased until the antiresonance state in the vibration transducer is realized and the value of this value is fixed signal frequency, before or after excitation of forced mechanical vibrations ryayut and fixed current value vibrator tank with connecting cable, determining the actual value of the coefficient conversion vibrator verified by the formula
$$k_{\mathrm{AT}\mathrm{AND}P}^{PP}=\sqrt{\frac{\mathrm{one}}{k_0^{PP}}\cdot \frac{\mathrm{one}}{{\left({\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}\right)}^2}\cdot \left[\frac{{\left({\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}\right)}^2}{{\left({\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}\right)}^2}-\mathrm{one}\right]}$$

,
Where $$k_0^{PP}=k_0\cdot \frac{C_0^0+C_{\mathrm{TO}b}^0}{{\mathrm{FROM}}_0^{PP}+{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}}$$

- the design coefficient of the vibration transducer, adjusted by changing its capacity during operation between calibrations;
k ₀ - structural coefficient of the vibration transducer, determined immediately after installation at the place of operation;
$$C_0^0,C_{\mathrm{TO}b}^0$$

- the capacity of the vibration transducer and cable immediately after installation at the place of operation;
$${\mathrm{FROM}}_0^{PP},{\mathrm{FROM}}_{\mathrm{TO}b}^{PP}$$

- the capacity of the vibration transducer and cable during periodic calibration;
$${\omega }_{\mathrm{at}R}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the installation resonance;
$${\omega }_{\mathrm{but}}^{PP}=2\cdot \pi \cdot f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the value of the circular frequency of the antiresonance;
$$f_{\mathrm{at}R}^{PP}$$

and $$f_{\mathrm{but}}^{PP}$$

- the values of the frequencies of the installation resonance and antiresonance during periodic calibration,
and the current value of the unevenness of the frequency response of the vibration transducer in the operating frequency range according to the formula

and the metrological suitability of the calibrated vibration transducer and the possibility of its further operation are determined by comparing the newly obtained current values of the conversion coefficient and the unevenness of its frequency response with its primary values obtained during the initial calibration.