RU2797751C1 - Device for measuring the technical characteristics of mechanoelectric transducers with a capacitive output and a method for measuring the conversion coefficient by charge (options) - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to a non-contact position sensor in the system that connects the test sample with the control unit and the electric current to electrodynamic converter (EDC), including the magnetic system.

EFFECT: invention makes it possible to ensure the accuracy of the placement of the coil winding in the gap between the pole pieces of the magnetic system, which significantly reduces the effect of the nonlinearity of current conversion in force and ensures no force losses on the branch to the suspension and, accordingly, high accuracy of the transfer of the generated forces to the test sample, which leads to the possibility of carrying out measurements without comparing the latter with the reference values of the test sample.

15 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерений, а именно к измерениям основных технических характеристик (масса, коэффициент преобразования по заряду, коэффициент преобразования по напряжению, ёмкость электрическая, тангенс угла диэлектрическаих потерь, знак полярности поляризации) механоэлектрических преобразователей (МЭП) с емкостным выходом (например, пьезоэлектрических элементов /ПЭ/ и пьезопленок). Изобретение может быть использовано при исследованиях и производстве механоэлектрических преобразователей в условиях научных и производственных лабораторий и цехов. The invention relates to the field of measurements, namely to measurements of the main technical characteristics (mass, conversion factor for charge, conversion factor for voltage, electrical capacitance, dielectric loss tangent, sign of polarization polarization) of mechanoelectric transducers (MEC) with capacitive output (for example, piezoelectric elements /PE/ and piezofilms). The invention can be used in research and production of mechanoelectric converters in scientific and industrial laboratories and workshops.

Известны устройства для измерения пьезомодуля d₃₃ статическим и квазистатическим методами (пьезомодуль d₃₃ является параметром пьезоматериала и численно совпадает с коэффициентом преобразования по заряду D пьезоэлемента). В ОСТ 11 0444–87 (введен в действие 01.01.1988 г. Министерством электронной промышленности СССР, статус действующий) описано устройство для измерения пьезомодуля в квазистатическом режиме. При измерении этим методом образец подвергается действию переменной механической силы с частотой на порядок ниже собственной резонансной частоты измеряемого образца, но не ниже 30 Гц. Сущность метода заключается в том, что измеряемый образец вставляют в держатель, подвергают воздействию стабилизированной переменной механической силы развиваемой вибратором, нагружают образец на конденсатор емкостью не менее чем в 20 раз превышающей его собственную емкость и измеряют падение напряжения на конденсаторе. Значение пьезомодуля рассчитывают по определённой формуле. В ОСТ 11 0444–87 также описано устройство для измерения пьезомодуля в статическом режиме. При измерении этим методом пьезомодуль определяют путем измерения значения заряда на электродах образца в момент снятия нагрузки, приложенной по оси поляризации Known devices for measuring the piezoelectric modulus d ₃₃ static and quasi-static methods (piezoelectric modulus d ₃₃ is a parameter of the piezomaterial and numerically coincides with the charge conversion coefficient D of the piezoelectric element). OST 11 0444–87 (put into effect on January 1, 1988 by the Ministry of Electronic Industry of the USSR, current status) describes a device for measuring the piezoelectric module in a quasi-static mode. When measuring by this method, the sample is subjected to the action of a variable mechanical force with a frequency an order of magnitude lower than the natural resonant frequency of the measured sample, but not lower than 30 Hz. The essence of the method lies in the fact that the measured sample is inserted into the holder, subjected to a stabilized variable mechanical force developed by the vibrator, the sample is loaded onto a capacitor with a capacity of at least 20 times its own capacity, and the voltage drop across the capacitor is measured. The value of the piezoelectric modulus is calculated according to a certain formula. OST 11 0444–87 also describes a device for measuring the piezoelectric modulus in a static mode. When measured by this method, the piezoelectric modulus is determined by measuring the value of the charge on the electrodes of the sample at the moment of removal of the load applied along the polarization axis

Известны устройства для измерения пьезомодуля: Пьезоанализатор D33 (Sonipat, Индия. Компания Concord Transducers And Instruments Company https://www.indiamart.com/concordtransducers/piezo-d33-test-meter.html), Пьезометрические системы d33 (Фирма “PIEZOTEST” Пьезотест Pte. LTD. СИНГАПУР, https://www.piezotest.com/d33piezometer.php) и Измеритель широкого диапазона D33 APC International, Ltd. USA Piezo d33 Test System https://www.americanpiezo.com/standard-products/d33-meter.html.Known devices for measuring the piezoelectric modulus: Piezo analyzer D33 (Sonipat, India. Concord Transducers And Instruments Company https://www.indiamart.com/concordtransducers/piezo-d33-test-meter.html), Piezometric systems d33 (Firm "PIEZOTEST" Piezometer Pte. LTD. SINGAPORE, https://www.piezotest.com/d33piezometer.php) and D33 Wide Range Meter APC International, Ltd. USA Piezo d33 Test System https://www.americanpiezo.com/standard-products/d33-meter.html.

Вышеприведенные приборы имеют отдельные узлы механического нагружения, выполненные на базе электродинамических вибраторов со встроенными, или внешними, тестовыми образцами для контроля или стабилизации переменной силы. Фактически результатом измерения коэффициента преобразования испытуемого образца является отношение зарядов, генерируемых испытуемым и тестовым образцами при воздействии на них одинаковых сил. Для того чтобы механический и электрический контакт испытуемого образца с держателями не нарушался даже при отрицательном направлении переменной составляющей силы создается начальное сжимающее усилие существенно превышающее амплитуду переменной силы. Начальное сжимающее усилие регулируется вручную и обеспечивается жесткостью подвески штока вибратора, а контролируется на слух по достижению прекращения дребезга с некоторым запасом.The above devices have separate mechanical loading units, made on the basis of electrodynamic vibrators with built-in, or external, test samples for controlling or stabilizing the variable force. In fact, the result of measuring the transformation coefficient of the test sample is the ratio of charges generated by the test and test samples when exposed to the same forces. In order for the mechanical and electrical contact of the test specimen with the holders not to be disturbed even with the negative direction of the variable component of the force, an initial compressive force is created that significantly exceeds the amplitude of the variable force. The initial compressive force is manually adjusted and is provided by the stiffness of the vibrator rod suspension, and is controlled by ear after the chatter has stopped with some margin.

Наиболее близким по выполнению и достигаемому результату является устройство для измерения коэффициета преобразования, содержащее генератор механической силы, связанный механически с датчиком механического усилия, измеритель отношения напряжений, включающий также эталонный резистор (а.с. SU № 1205073 A, кл. G01R 29/22, опубл. в БИ, 15.01.1986).The closest in execution and the achieved result is a device for measuring the conversion coefficient, containing a mechanical force generator mechanically connected to a mechanical force sensor, a voltage ratio meter, which also includes a reference resistor (ac. SU No. 1205073 A, class G01R 29/22 , published in BI, 01/15/1986).

Это устройство не позволяет однозначно судить о результате измерения, так как этот результат получается путем измерения отношения напряжений с выходов исследуемого пьезоэлемента и тестового образца, который механически связан с исследуемым пьезоэлементом, при этом для калибровки используют пьезоэлемент с известным пьезомодулем. Однако не раскрывается что такое пьезоэлемент с известным пьезомодулем при том, что поверочной схемы, позволяющей проследить единицу измерения пьезомодуля не существует.This device does not make it possible to unambiguously judge the measurement result, since this result is obtained by measuring the ratio of voltages from the outputs of the piezoelectric element under study and the test sample, which is mechanically connected to the piezoelectric element under study, while a piezoelectric element with a known piezoelectric modulus is used for calibration. However, it is not disclosed what a piezoelectric element with a known piezoelectric module is, despite the fact that there is no verification scheme that allows you to trace the unit of measurement of the piezoelectric module.

Техническим результатом изобретения является возможность получения результатов измерений коэффициента преобразования по заряду D с использованием единиц измерения системы СИ без сравнения с показателями механоэлектрических преобразователей (например, пьезоэлементов) с известным коэффициентом преобразования по заряду D (пьезомодулем) и обеспечение возможности измерения нескольких технических характеристик механоэлектрических преобразователей одним устройством. The technical result of the invention is the possibility of obtaining measurement results of the charge conversion factor D using SI units without comparison with the performance of mechanoelectric transducers (for example, piezoelectric elements) with a known charge conversion coefficient D (piezoelectric module) and providing the possibility of measuring several technical characteristics of mechanoelectric transducers with one device.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения технических параметров механоэлектрических преобразователей с емкостным выходом включает узел механического нагружения 1 (предназначенный для установки испытуемого образца с целью измерения его параметров) и узел блока управления, обработки сигналов и индикации 2 (предназначенный для выработки сигналов управления режимами работы, приема и обработки сигналов измерительной информации, взаимодействия с оператором, индикацию результатов измерения); The technical result is achieved by the fact that the device for measuring the technical parameters of mechanoelectric transducers with a capacitive output includes a mechanical loading unit 1 (designed to install the test sample in order to measure its parameters) and a node of the control unit, signal processing and indication 2 (designed to generate signals for controlling the operating modes, receiving and processing signals of measurement information, interaction with the operator, indication of measurement results);

при этом узел механического нагружения 1 включает привод механический 6 (предназначенный для обеспечения возможности измерения параметров образцов различной высоты), выполненный с возможностью вертикального перемещения, включает также измерительную позицию 8 (предназначенную для размещения, испытуемого образца), включающую верхний держатель 32, связанный с приводом механическим 6 и общим проводом 33 (предназначенным для связи с блоком управления), и нижний держатель 34, и при этом выполненную с возможностью размещения в ней испытуемого образца 12, оснащенного электродами, с возможной через его нижний электрод связью с нижним держателем 34 и лепестком контактным 29, а через верхний электрод связью с её верхним держателем 32 и с общим проводом; узел механического нагружения включает также генератор механической силы 7 (предназначенный для создания нормированных сил статического сжатия и динамического воздействия на испытуемый образец), включающий преобразователь электрического тока в силу электродинамический (ЭДП) 14, состоящий из неподвижной магнитной системы 19, составленной из магнитопровода 20, магнита 21 и полюсных наконечников 22 и 23 (формирующих радиально направленное равномерное магнитное поле в зазоре между ними), и подвижной части, составленной из катушки 24 с намотанной на неё обмоткой 25, расположенной в зазоре между полюсными наконечниками, включающий также шток 15 (предназначенный для передачи силы к испытуемому образцу), подвешенный на двух мембранах 16 и 17 (устанавливающих его положение по горизонтали и обеспечивающих его возможное перемещение строго в вертикальном направлении) и связанный с катушкой 24 и с измерительной позицией 8 через её нижний держатель 34; генератор механической силы 7 включает также датчик положения бесконтактный (ДП) 18 (предназначенный для контроля положения штока 15 в вертикальном направлении) со связанным со штоком 15 подвижным элементом 26 (выполненным с возможностью его перемещения совместно со штоком 15), который связан без механического взаимодействия (например, посредством электромагнитного поля высокой частоты или иным бесконтактным методом) с неподвижным элементом 31 (выполненным с возможностью регулировки положения по высоте, т.е. юстировки начального положения), связанным, в свою очередь, с магнитопроводом 20 магнитной системы 19 (например, через корпус 13 и связанное с ним основание 3);wherein the mechanical loading unit 1 includes a mechanical drive 6 (designed to provide the possibility of measuring the parameters of samples of different heights), made with the possibility of vertical movement, also includes a measuring position 8 (designed to accommodate the test sample), including an upper holder 32 connected with a mechanical drive 6 and a common wire 33 (intended for connection with the control unit), and a lower holder 34, and at the same time made with the possibility of placing in it the test sample 12, equipped with electrodes, with the possible connection through its lower electrode with the lower holder 34 and the contact petal 29, and through the upper electrode with its upper holder 32 and with a common wire; the mechanical loading unit also includes a mechanical force generator 7 (designed to create normalized static compression forces and dynamic impact on the test sample), including an electric current-to-electrodynamic force converter (EDF) 14, consisting of a fixed magnetic system 19, composed of a magnetic circuit 20, a magnet 21 and pole pieces 22 and 23 (forming a radially directed uniform magnetic field in the gap between them), and a movable part made up of a coil 24 with a winding 25 wound on it, located in the gap between the pole pieces, which also includes a rod 15 (intended for transmission force to the test sample), suspended on two membranes 16 and 17 (setting its horizontal position and ensuring its possible movement strictly in the vertical direction) and connected to the coil 24 and to the measuring position 8 through its lower holder 34; the mechanical force generator 7 also includes a non-contact position sensor (DP) 18 (designed to control the position of the rod 15 in the vertical direction) with a moving element 26 associated with the rod 15 (made with the possibility of moving it together with the rod 15), which is connected without mechanical interaction ( for example, by means of an electromagnetic field of high frequency or other non-contact method) with a fixed element 31 (made with the possibility of adjusting the position in height, i.e. adjusting the initial position), connected, in turn, with the magnetic circuit 20 of the magnetic system 19 (for example, through body 13 and associated base 3);

при этом узел блока управления, обработки сигналов и индикации 2, включает систему питания 56 (обеспечивающую на своих выходах несколько стабилизированных напряжений постоянного тока для питания всех узлов блока 2), связанную со всеми его узлами, усилитель измерительный 35, вход которого активным электродом соединён с нижним электродом испытуемого образца 12 через нижний держатель 34 (например, соединительным проводом с лепестком контактным 29, и через колпачок резьбовой 30 штока 15) и пассивным электродом соединён через верхний держатель 32 и общий провод 33 с верхним электродом испытуемого образца 12, а выход усилителя измерительного 35 через буфер аналого-цифрового преобразователя № 0 (буфер АЦП0) 36 связан со входом аналого-цифрового преобразователя № 0 (АЦП0) 37, являющегося составной частью микроконтроллера 38 (который является центральным вычислительным и управляющим ядром блока управления, обработки сигналов и индикации 2, работающий под управлением загруженной в него программы), который также содержит связанные между собой аналого-цифровой преобразователь №1 (АЦП1) 39, аналого-цифровой преобразователь № 2 (АЦП2) 40, цифро-аналоговый преобразователь № 0 (ЦАП0) 41, цифро-аналоговый преобразователь № 1 (ЦАП1) 42, коммутатор цифро-аналогового преобразователя № 1 (коммутатор ЦАП1) 43, связанный своим выходом с усилителем измерительным 35, и группу цифровых входов/выходов 44, связанных своим выходом также с усилителем измерительным 35 (через которую микроконтроллер управляет режимами работы усилителя измерительного 35), а своим входом/выходом связанных (для обмена информацией) с терминалом 45 и через него с рычагом управления 46; at the same time, the node of the control, signal processing and indication block 2 includes a power supply system 56 (providing at its outputs several stabilized DC voltages to power all nodes of the block 2), connected with all its nodes, a measuring amplifier 35, the input of which is connected by an active electrode to the lower electrode of the test sample 12 through the lower holder 34 (for example, a connecting wire with a contact petal 29, and through a threaded cap 30 of the rod 15) and a passive electrode is connected through the upper holder 32 and a common wire 33 with the upper electrode of the test sample 12, and the output of the measuring amplifier 35 through the buffer of analog-to-digital converter No. 0 (buffer ADC0) 36 is connected to the input of analog-to-digital converter No. 0 (ADC0) 37, which is an integral part of the microcontroller 38 (which is the central computing and control core of the control, signal processing and display unit 2, operating under the control of the program loaded into it), which also contains interconnected analog-to-digital converter No. 1 (ADC1) 39, analog-to-digital converter No. 2 (ADC2) 40, digital-to-analog converter No. analog converter No. 1 (DAC1) 42, switch of digital-to-analog converter No. 1 (switch DAC1) 43, connected by its output to measuring amplifier 35, and a group of digital inputs / outputs 44, also connected by its output to measuring amplifier 35 (through which the microcontroller controls the operating modes of the measuring amplifier 35), and its input / output connected (for information exchange) with the terminal 45 and through it with the control lever 46;

узел блока управления 2 включает также нормализатор датчика положения 47, своим входом, связанный с неподвижной частью 31 бесконтактного датчика положения 18, а выходом с буфером аналого-цифрового преобразователя №1 (буфер АЦП1) 48, связанным со входом АЦП1 39, и, через второй выход, связанный с контрольным гнездом датчика положения 49; the node of the control unit 2 also includes a position sensor normalizer 47, with its input connected to the fixed part 31 of the contactless position sensor 18, and the output with the buffer of the analog-to-digital converter No. output connected to the control socket of the position sensor 49;

узел блока управления 2 включает также датчик тока 52, который своим входом связан с обмоткой 25 катушки 24 ЭДП 14, а своим выходом через буфер аналого-цифрового преобразователя №2 (буфер АЦП2) 53 связан со входом АЦП2 40, а через нормализатор датчика тока катушки 54 связан с контрольным гнездом датчика тока катушки 55; своим выходом датчик тока 52 также связан с усилителем тока катушки 51, связанным своим выходом с обмоткой 25 катушки 24 ЭДП 14, а своим входом через сумматор токов 50 связан с ЦАП0 41 и ЦАП1 42 через коммутатор 43. the node of the control unit 2 also includes a current sensor 52, which is connected with its input to the winding 25 of the coil 24 of the EAF 14, and its output through the buffer of the analog-to-digital converter No. 2 (ADC2 buffer) 53 is connected to the input of the ADC2 40, and through the normalizer of the coil current sensor 54 is connected to the control socket of the coil current sensor 55; With its output, the current sensor 52 is also connected to the coil current amplifier 51, connected by its output to the winding 25 of the coil 24 of the EAF 14, and its input through the current adder 50 is connected to the DAC0 41 and DAC1 42 through the switch 43.

Возможность вертикального перемещения механического привода 6, может быть реализована, например, выполнением его в виде приспособления, включающего каретку 9, выполненную с возможностью безлюфтового перемещения её по стойке 5, закрепленной на основании 3 (предназначенного для установки на нем всех прочих элементов конструкции и обеспечения, тем самым, единства, прочности и необходимой жесткости устройства в целом), перпендикулярно к нему, посредством рукоятки 10 привода механического 6 с фиксацией в нужном положении фиксатором 11, обеспечивающим трение покоя, достаточное для обеспечения неподвижности каретки 9 и, соответственно, необходимой жесткости упора для испытуемого образца при проведении всех видов измерений кроме взвешивания. При этом каретка выполняется связанной с верхним держателем 32 измерительной позиции 8 (например, столиком) и с возможностью её перемещения, например, до касания верхнего держателя с верхним электродом испытуемого образца, создавая, тем самым, механический упор и электрический контакт верхнего электрода образца с измерительной схемой. The possibility of vertical movement of the mechanical drive 6 can be implemented, for example, by making it in the form of a device that includes a carriage 9, made with the possibility of backlash-free movement of it along the rack 5, fixed on the base 3 (intended for installation on it of all other structural elements and support, thus, the unity, strength and necessary rigidity of the device as a whole), perpendicular to it, by means of the handle 10 of the mechanical drive 6 with fixation in the desired position by the latch 11, which provides static friction sufficient to ensure the immobility of the carriage 9 and, accordingly, the necessary rigidity of the stop for of the test sample during all types of measurements except weighing. In this case, the carriage is connected to the upper holder 32 of the measuring position 8 (for example, a table) and with the possibility of moving it, for example, until the upper holder touches the upper electrode of the test sample, thereby creating a mechanical stop and electrical contact of the upper electrode of the sample with the measuring scheme.

Возможность вертикального перемещения механического привода может быть реализована также и электромеханическим способом, обеспечивающим жесткое стопорение по окончании перемещения. The possibility of vertical movement of the mechanical drive can also be realized by an electromechanical method, which provides rigid locking at the end of the movement.

Измерительная позиция 8 предназначена для размещения в ней испытуемого образца 12 оснащенного верхним и нижним электродами (на чертеже представленными утолщённой линией без указания цифрами для упрощения изображения), приложения к нему сил, создаваемых генератором механической силы 7 и обеспечения электрической связи с блоком управления 2. Держатели могут быть выполнены в виде сменных верхнего 32 и нижнего 34 столиков, расположенных соосно друг другу вдоль вертикальной оси координат. Верхний столик 32 может иметь резьбовое соединение с кареткой 9 привода механического 6, а нижний может быть ввинчен в шток 15 генератора механической силы через его колпачок 30. Такая связь передаёт от катушки 24 генератора механической силы 7 через шток 15 (через его колпачок 30 и нижний столик 34) силовое воздействие на испытуемый образец 12, упирающийся в верхний столик 32, обеспечивая в то же время электрическую связь испытуемого образца с усилителем измерительным 35 блока управления 2 за счёт связи нижнего электрода испытуемого образца через нижний держатель (и, например, колпачок 30 и лепесток контактный 29, присоединённый к соединительному проводу) с активным электродом входа усилителя измерительного 35 и, за счёт связи верхнего электрода через верхний держатель 32 измерительной позиции 8 и через общий провод 33, с пассивным электродом входа усилителя измерительного 35. Measuring position 8 is designed to place in it the test sample 12 equipped with upper and lower electrodes (shown in the drawing by a thick line without numbers to simplify the image), apply the forces created by the mechanical force generator 7 to it and provide electrical communication with the control unit 2. Holders can be made in the form of interchangeable upper 32 and lower 34 tables located coaxially to each other along the vertical coordinate axis. The upper table 32 can have a threaded connection with the carriage 9 of the mechanical drive 6, and the lower one can be screwed into the rod 15 of the mechanical force generator through its cap 30. Such a connection transmits from the coil 24 of the mechanical force generator 7 through the rod 15 (through its cap 30 and the lower table 34) force on the test sample 12, resting against the upper table 32, while at the same time providing electrical connection of the test sample with the measuring amplifier 35 of the control unit 2 due to the connection of the lower electrode of the test sample through the lower holder (and, for example, cap 30 and petal contact 29 attached to the connecting wire) with the active electrode of the input of the measuring amplifier 35 and, due to the connection of the upper electrode through the upper holder 32 of the measuring position 8 and through the common wire 33, with the passive electrode of the input of the measuring amplifier 35.

Соосность столиков может быть обеспечена юстировкой стойки 5. Штатные столики могут быть заменены на другие для повышения точности за счет согласования их механических характеристик с испытуемым образцом и обеспечения возможности измерения параметров образцов сложных конфигураций. The coaxiality of the tables can be ensured by adjusting the rack 5. Regular tables can be replaced with others to improve accuracy by matching their mechanical characteristics with the test sample and making it possible to measure the parameters of samples of complex configurations.

Генератор механической силы может быть установлен в отдельном корпусе 13.The mechanical force generator can be installed in a separate housing 13.

Датчик положения бесконтактный (ДП) 18 генератора механической силы контролирует положение штока 15 и, вместе с ним, катушки 24 по вертикали и предназначен для обеспечения проведения измерений при строго фиксированном его положении, что полностью исключает влияние нелинейности ЭДП 14 на результирующую погрешность измерения коэффициента преобразования (что обеспечивает возможностьь получения результатов измерений без использования сравнения с эталонными образцами). Наличие ДП 18 также обеспечивает возможность взвешивания испытуемого образца 12 компенсационным методом. Кроме того ДП 18 выполняет основную роль при самотестировании устройства. ДП 18 должен иметь высокую разрещающую способность. Для обеспечения возможности контроля положения штока внешними приборами ДП 18 оснащен контрольным гнездом 49, подключенным через нормализатор 47 и может быть откалиброван по коэффициенту преобразования перемещения штока в напряжение на гнезде 49.The non-contact position sensor (DP) 18 of the mechanical force generator controls the position of the rod 15 and, together with it, the coil 24 vertically and is designed to ensure that measurements are taken at a strictly fixed position, which completely eliminates the influence of the non-linearity of the EAF 14 on the resulting measurement error of the conversion coefficient ( which makes it possible to obtain measurement results without using comparison with reference samples). The presence of DP 18 also provides the possibility of weighing the test sample 12 by the compensation method. In addition, DP 18 plays a major role in the self-testing of the device. DP 18 must have a high resolution. To enable control of the position of the rod by external devices, DP 18 is equipped with a control socket 49 connected through the normalizer 47 and can be calibrated by the coefficient of conversion of the displacement of the rod into voltage at socket 49.

Подвижный элемент 26 ДП 18 связан со штоком, при этом, например, может быть зажат винтом между частями штока, может быть вклеен в шток или встроен в шток каким либо иным способом (например нанесением кольцеобразной металлизации на сам шток). Неподвижный элемент 31 ДП 18 связан механически бесконтактно (например, посредством электромагнитного поля высокой частоты) с подвижной частью 26 ДП 18 и механически непосредственно с магнитопроводом 20 (например, через корпус 13 и, через связанное с ним основание 3), относительно которого перемещается шток. The movable element 26 DP 18 is connected to the rod, while, for example, it can be clamped with a screw between the parts of the rod, can be glued into the rod or built into the rod in some other way (for example, by applying an annular metallization to the rod itself). The fixed element 31 DP 18 is connected mechanically non-contact (for example, by means of an electromagnetic field of high frequency) with the movable part 26 DP 18 and mechanically directly with the magnetic circuit 20 (for example, through the housing 13 and through the base 3 associated with it), relative to which the rod moves.

ДП 18 также может быть выполнен и на других физических принципах, например электростатическом, оптическом и т.п. DP 18 can also be made on other physical principles, such as electrostatic, optical, etc.

Преобразователь электрического тока в силу электродинамический (ЭДП) 14 генератора механической силы 7 служит для преобразования электрического тока через катушку 24 в механическую силу приложенную к штоку 15. ЭДП может быть закреплён в корпусе 13 для экранирования. Конструктивно ЭДП 14 представлен по классической схеме, подобной конструкции электродинамической головки громкоговорителя. (Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х томах. Т. 2 Под ред.Д. П. Линде - М.: Энергия, 1978. Стр. 225). Катушка 24 ЭДП 14 может быть выполнена укороченной для увеличения коэффициента преобразования тока в силу, так как перемещение катушки практически отсутствует и нелинейность ЭДП не влияет на результат измерений.Converter of electric current into electrodynamic force (EDF) 14 of the mechanical force generator 7 is used to convert the electric current through the coil 24 into a mechanical force applied to the rod 15. The EAF can be fixed in the housing 13 for shielding. Structurally, EAF 14 is presented according to the classical scheme, similar to the design of the electrodynamic head of the loudspeaker. (Handbook of electronic devices. In 2 volumes. Vol. 2 Ed. by D.P. Linde - M.: Energy, 1978. P. 225). The coil 24 of the EAF 14 can be made shortened to increase the current-to-power conversion ratio, since there is practically no movement of the coil and the non-linearity of the EAF does not affect the measurement result.

Шток 15 (являющийся самостоятельной частью генератора механической силы 7), предназначенный для передачи силы к испытуемому образцу от катушки 24, выполнен предпочтительно из электроизоляционного материала и может быть связан с катушкой через шайбу 27 винтом 28. Связь с измерительной позицией 8 через её нижний держатель 34 может быть осуществлена выполнением держателя с возможностью быть ввинченным в резьбовое отверстие металлического колпачка 30, навинченного (или закрепленного иным способом) на верхний торец штока 15. Электрическая связь с измерительным усилителем 35 может быть осуществлена через проводник, например, с закреплённым на нём контактным лепестком 29, соединением лепестка с колпачком 30 штока, соединённого с нижним держателем 34. Связь с подвижным элементом 26 ДП 18 может быть осуществлена, например, закреплением его между частями штока винтом, подвижный элемент 26 может быть вклеен в шток или встроен в шток каким либо иным способом (например нанесением кольцеобразной металлизации на сам шток). The rod 15 (which is an independent part of the mechanical force generator 7), designed to transmit force to the test sample from the coil 24, is preferably made of an electrically insulating material and can be connected to the coil through the puck 27 with a screw 28. Communication with the measuring position 8 through its lower holder 34 can be carried out by making the holder capable of being screwed into the threaded hole of the metal cap 30, screwed (or otherwise fixed) on the upper end of the rod 15. Electrical connection with the measuring amplifier 35 can be carried out through a conductor, for example, with a contact petal 29 fixed on it, the connection of the petal with the cap 30 of the stem connected to the lower holder 34. Communication with the movable element 26 DP 18 can be carried out, for example, by fixing it between the parts of the rod with a screw, the movable element 26 can be glued into the stem or embedded into the stem in some other way (for example, by applying an annular metallization to the stem itself).

Магнитная система 19 может быть выполнена на основе высокоэффективного неодимового постоянного магнита (могут быть использованы магниты из других материалов, другой формы и электромагниты). Катушка 24 выполнена жестко связанной со штоком 15 и вместе с ним подвешена на двух мембранах 16 и 17 для обеспечения высокой гибкости подвеса в направлении движения (по вертикали) и предотвращения возможных смещений и наклонов в поперечном направлении. Такая конструкция обеспечивает необходимую точность размещения обмотки 25 катушки 24 в зазоре между полюсными наконечниками 22 и 23 (в котором сформировано радиально направленное постоянное магнитное поле) магнитной системы 19 и обеспечивает практическое отсутствие потерь силы на ответвление в подвес и, соответственно, высокую точность передачи формируемых сил к испытуемому образцу 12. При взаимодействии электрического тока, протекающего через обмотку 25, с постоянным магнитным полем в зазоре между полюсными наконечниками 22 и 23 магнитной системы 19 по закону Ампера возникает сила, направленная перпендикулярно к направлению магнитного поля и тока в катушке, и выталкивающая катушку из зазора вверх или вниз от среднего положения, в зависимости от направления тока. The magnetic system 19 can be made on the basis of a high-performance neodymium permanent magnet (magnets of other materials, other shapes and electromagnets can be used). The coil 24 is made rigidly connected to the rod 15 and together with it is suspended on two membranes 16 and 17 to ensure high flexibility of the suspension in the direction of movement (vertically) and prevent possible displacements and inclinations in the transverse direction. This design provides the necessary accuracy of placement of the winding 25 of the coil 24 in the gap between the pole pieces 22 and 23 (in which a radially directed constant magnetic field is formed) of the magnetic system 19 and ensures the practical absence of force losses on the branch to the suspension and, accordingly, high accuracy of the transmission of the generated forces to the test sample 12. When the electric current flowing through the winding 25 interacts with a constant magnetic field in the gap between the pole pieces 22 and 23 of the magnetic system 19, according to the Ampere law, a force arises that is directed perpendicular to the direction of the magnetic field and the current in the coil, and pushes the coil out of the gap up or down from the middle position, depending on the direction of the current.

Ток через обмотку 25 катушки 24 обеспечивается усилителем тока катушки 51, который преобразует небольшой ток поступающий на его вход от сумматора токов 50, суммирующего токи ЦАП0 41 и ЦАП1 42, через коммутатор 43, в ток, достаточный для питания катушки 24 ЭДП 14. Работа усилителя тока катушки 51, в режиме генератора тока обеспечивает независимость создаваемой ЭДП 14 силы от изменения сопротивления обмотки 25 его катушки 24 за счет ее разогрева при работе и изменения температуры окружающей среды. Усилитель тока катушки 51, сопряжен с датчиком тока (ДТ) 52, выходное напряжение которого пропорционально току через обмотку 25 катушки 24 используется для измерения посредством АЦП2 40 через буфер 53 и для контроля внешними средствами измерений (СИ) при поверке. Гнездо для контроля тока внешними СИ 55 подключено к выходу датчика тока 52 через нормализатор 54.The current through the winding 25 of the coil 24 is provided by the coil current amplifier 51, which converts a small current coming to its input from the current adder 50, summing the currents of the DAC0 41 and DAC1 42, through the switch 43, into a current sufficient to power the coil 24 of the EAF 14. Operation of the amplifier current of the coil 51, in the mode of the current generator ensures the independence of the force created by the EAF 14 from the change in the resistance of the winding 25 of its coil 24 due to its heating during operation and changes in the ambient temperature. The coil current amplifier 51 is coupled with a current sensor (DT) 52, the output voltage of which is proportional to the current through the winding 25 of the coil 24 is used for measurement by ADC2 40 through the buffer 53 and for control by external measuring instruments (SI) during verification. The socket for current control by external SI 55 is connected to the output of the current sensor 52 through the normalizer 54.

Усилитель измерительный 35 преобразует сигнал с испытуемого образца 12 во всех режимах измерения параметров и передает его через буфер АЦП0 36 на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП0 37 для дальнейшей обработки. Усилитель измерительный 35 выполнен по схеме преобразователя заряда в напряжение (зарядового усилителя). Усилитель измерительный 35 оснащен средствами управления коэффициентом передачи для обеспечения большого динамического диапазона измерений. Усилитель измерительный 35 может переводиться в рабочий режим только на время, необходимое для проведения измерения. В остальное время входная цепь усилителя измерительного 35 может иметь низкое сопротивление постоянному току, что обеспечивает, перед измерением, разряд статического заряда, накопленного на исследуемом образце 12 (например за счет пироэффекта). Кроме того, в состав усилителя измерительного 35 могут быть включены цепи формирования сигнала для измерения емкости (C) и тангенса угла потерь (tgδ). Управление режимами работы усилителя измерительного 35 осуществляется программным модулем управления микроконтроллера 38 блока управления 2 через группу цифровых входов/выходов 44.Measuring amplifier 35 converts the signal from the test sample 12 in all modes of measurement of parameters and transmits it through the buffer ADC0 36 to the input of the analog-to-digital converter ADC0 37 for further processing. The measuring amplifier 35 is made according to the scheme of the charge-to-voltage converter (charge amplifier). Measuring amplifier 35 is equipped with transfer ratio controls to provide a large dynamic range of measurements. The measuring amplifier 35 can be switched to the operating mode only for the time necessary for the measurement. The rest of the time, the input circuit of the measurement amplifier 35 may have a low DC resistance, which ensures, before the measurement, the discharge of the static charge accumulated on the test sample 12 (for example, due to the pyroelectric effect). In addition, signal conditioning circuits for measuring capacitance ( C ) and loss tangent ( tgδ ) can be included in the measuring amplifier 35. The operation modes of the measuring amplifier 35 are controlled by the software control module of the microcontroller 38 of the control unit 2 through a group of digital inputs/outputs 44.

Система питания 56 это электронное устройство, входом подключающееся к электрической сети 220 В переменного тока, обеспечивающее на своих выходах несколько стабилизированных напряжений постоянного тока для питания всех узлов блока 2 (на фиг.1 связи не показаны). В качестве системы питания может быть использовано устройство, включающее, например, три источника питания: двуполярный силовой нестабилизированный источник для питания усилителя тока катушки 51, двуполярный стабилизированный источник для питания аналоговых узлов обработки измерительных сигналов и однополярный стабилизированный источник, питающий все цифровые цепи и цепи индикации. В качестве системы питания может быть использован также универсальный многоканальный лабораторный блок питания или одновременно несколько стандартных блоков.The power system 56 is an electronic device that is connected to the mains 220 V AC input, providing several stabilized DC voltages at its outputs to power all units of block 2 (connections are not shown in Fig. 1). As a power supply system, a device can be used that includes, for example, three power sources: a bipolar unstabilized power source for powering the current amplifier of coil 51, a bipolar stabilized source for powering analog measurement signal processing units, and a unipolar stabilized source that feeds all digital circuits and indication circuits . A universal multi-channel laboratory power supply or several standard blocks can also be used as a power supply system.

Отличием предлагаемого устройства явяляется использование датчика положения бесконтактного (ДП) 18 в системе, связывающей испытуемый образец с блоком управления 2 и преобразователем электрического тока в силу электродинамическим (ЭДП) 14 (включающим магнитную систему 19), позволяющее обеспечить точность размещения обмотки 25 катушки 24 в зазоре между полюсными наконечниками 22 и 23 магнитной системы 19, что значительно снижает влияние нелинейности преобразования тока в силу и обеспечивает практическое отсутствие потерь силы на ответвление в подвес и, соответственно, высокую точность передачи формируемых сил к испытуемому образцу 12, что приводит к возможности проведения измерений без сравнения последних с эталонными показателями тестового образца.The difference of the proposed device is the use of a non-contact position sensor (DP) 18 in the system that connects the test sample with the control unit 2 and the electric current-to-electrodynamic force converter (EDF) 14 (including the magnetic system 19), which makes it possible to ensure the accuracy of placing the winding 25 of the coil 24 in the gap between the pole pieces 22 and 23 of the magnetic system 19, which significantly reduces the influence of the nonlinearity of the current conversion into force and ensures the practical absence of force losses on the branch into the suspension and, accordingly, high accuracy of the transfer of the generated forces to the test sample 12, which leads to the possibility of measurements without comparison of the latter with the reference indicators of the test sample.

На фиг. 1, 1а и 1б приведена схема конкретного устройства, где 1-узел механического нагружения, 2-блок управления, 3-основание (предназначено для установки на нем всех прочих элементов конструкции и обеспечения, тем самым, единства, прочности и необходимой жесткости устройства в целом), 4-амортизирующие ножки основания, 5-стойка (жестко закреплена на основании 3 перпендикулярно к нему, обеспечивая возможность перемещения по ней привода механического 6 в направлении перпендикулярном основанию 3), 6 - привод механический, 7 - генератор механической силы, 8 - измерительная позиция, 9 - каретка, 10 - рукоятка привода механического, 11 - фиксатор, 12 - испытуемый механоэлектрический преобразователь (образец), 13 - корпус генератора механической силы (установленный на основании 3), 14 - преобразователь электрического тока в силу электродинамический (ЭДП) (закреплен на корпусе 13), 15 - шток, 16 - мембрана нижняя, 17 - мембрана верхняя, 18 - датчик положения бесконтактный, 19 - магнитная система, 20 - магнитопровод, 21 - магнит, 22 - полюсный наконечник магнита, 23 - полюсный наконечник магнита, 24 - катушка, 25 - обмотка катушки, 26 - подвижная часть датчика положения, 7 - шайба, 28 - винт, 29 - лепесток контактный, 30 - колпачёк резьбовой, 31 - неподвижная часть датчика положения, 32 - сменный верхний держатель (столик) измерительной позиции, 33 - общий провод, 34 - сменный нижний держатель (столик) измерительной позиции, 35 - усилитель измерительный, 36 - буфер аналого-цифрового преобразователя № 0 (буфер АЦП0), 37 - АЦП0 (аналого-цифровой преобразователь № 0), 38 - микроконтроллер с программой, 39 - АЦП1 (аналого-цифровой преобразователь № 1), 40 - АЦП2 (аналого-цифровой преобразователь № 2), 41 - ЦАП0 (цифро-аналоговый преобразователь № 0), 42 - ЦАП1 (цифро-аналоговый преобразователь № 1), 43 - коммутатор ЦАП1, 44 - группа цифровых входов/выходов, 45 - терминал, 46 - рычаг управления, 47 - нормализатор датчика положения, 48 - буфер АЦП1, 49 - контрольное гнездо датчика положения, 50 - сумматор токов ЦАП0 и ЦАП1, 51 - усилитель тока катушки, 52 - датчик тока, 53 - буфер АЦП2, 54 - нормализатор датчика тока катушки, 55 - контрольное гнездо датчика тока катушки, 56 - система питания. In FIG. 1, 1a and 1b shows a diagram of a specific device, where 1 is a mechanical loading unit, 2 is a control unit, 3 is a base (designed to install all other structural elements on it and thereby ensure the unity, strength and necessary rigidity of the device as a whole), 4-shock-absorbing base legs, 5-rack (rigidly fixed on base 3 perpendicular to it, providing the ability to move along mechanical drive 6 in the direction perpendicular to the base 3), 6 - mechanical drive, 7 - mechanical force generator, 8 - measuring position, 9 - carriage, 10 - mechanical drive handle, 11 - lock, 12 - tested mechanoelectric transducer (sample), 13 - housing of the mechanical force generator (mounted on base 3), 14 - electric current-to-electrodynamic force converter (EDF) (fixed on housing 13), 15 - rod, 16 - lower membrane, 17 - upper membrane, 18 - contactless position sensor , 19 - magnetic system, 20 - magnetic circuit, 21 - magnet, 22 - magnet pole, 23 - magnet pole, 24 - coil, 25 - coil winding, 26 - moving part of the position sensor, 7 - washer, 28 - screw, 29 - contact tab, 30 - threaded cap, 31 - fixed part of the position sensor, 32 - replaceable upper holder (table) of the measuring position, 33 - common wire, 34 - replaceable lower holder (table) of the measuring position, 35 - measuring amplifier, 36 - buffer of analog-to-digital converter No. 0 (ADC0 buffer), 37 - ADC0 (analog-to-digital converter No. 0), 38 - microcontroller with the program, 39 - ADC1 (analog-to-digital converter No. 1), 40 - ADC2 (analog-to-digital converter #2), 41 - DAC0 (D/A converter #0), 42 - DAC1 (D/A converter #1), 43 - DAC1 switch, 44 - digital input/output group, 45 - terminal, 46 - control lever , 47 - position sensor normalizer, 48 - ADC1 buffer, 49 - position sensor control socket, 50 - DAC0 and DAC1 current adder, 51 - coil current amplifier, 52 - current sensor, 53 - ADC2 buffer, 54 - coil current sensor normalizer, 55 - control socket of the coil current sensor, 56 - power supply system.

Технический результат (в части возможности получения результатов измерений коэффициента преобразования по заряду D без сравнения с показателями механоэлектрических преобразователей с известным коэффициентом преобразования) достигается также тем, что способ измерения коэффициента преобразования по заряду механоэлектрического преобразователя с емкостным выходом, характеризуется тем, что испытуемый образец, упирающийся в верхний держатель 32, подвергают воздействию перепада силы заданной величины, определяемой выбранными значениями сил нагружения, создаваемых воздействием на него катушки ЭДП 24 через вертикально расположенный шток 15 с нижним держателем 34 в вышеописанном устройстве, измеряют заряд, выработывемый испытуемым образцом за счет пьезоэффекта, и рассчитывают результат измерения как отношение амплитуды заряда к амплитуде перепада силы по формуле D = ΔQ / ΔF, где ΔF –амплитуда перепада силы, ΔQ = Q2 – Q1, где Q1 остаточный заряд перед воздействием перепада силы, Q2 – заряд после перепада силы. The technical result (in terms of the possibility of obtaining the results of measurements of the conversion factor by charge D without comparison with the indicators of mechanoelectric transducers with a known conversion factor) is also achieved by the fact that the method for measuring the conversion factor by charge of a mechanoelectric converter with a capacitive output is characterized by the fact that the test sample, abutting into the upper holder 32, subjected to a force difference of a given value, determined by the selected values of the loading forces created by the action of the EAF coil 24 on it through a vertically located rod 15 with a lower holder 34 in the above device, measure the charge generated by the test sample due to the piezoelectric effect, and calculate the measurement result as the ratio of the charge amplitude to the amplitude of the force difference according to the formula D = ∆Q / ∆F, where ∆F is the amplitude of the force difference, ∆Q = Q2 – Q1, where Q1 is the residual charge before the effect of the force difference, Q2 is the charge after the force difference.

Величина перепада силы выбирается достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых, в том числе, вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства. Значение статической силы нагружения выбирается большим, чем значение перепада с некоторым запасом, так чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца 12 с держателями (столиками) 32 и 34.The magnitude of the force drop is chosen sufficient to achieve the minimum effect of external interference created, including vibration and electromagnetic fields present at the location of the device. The value of the static loading force is chosen to be greater than the value of the differential with a certain margin, so as to prevent the violation of the mechanical and electrical connection of the sample 12 with the holders (tables) 32 and 34.

Отличием предлагаемого способа является отсутствие необходимости использования показаний тестового образца, поскольку точность передачи силы к образцу, а следовательно и точность измерения, обеспечивается расположением катушки строго в одном положении (устраняющим потери силы на преодоление упругости мембран подвеса и предотвращающее влияние нелинейности преобразования тока в силу, возникающей при перемещении катушки ЭДП в неидеально равномерном магнитном поле), контролируемом датчиком положения бесконтактным, а именно, в зазоре между полюсными наконечниками, и движением штока строго в вертикальном направлении. При этом обеспечивается возможность калибровки и поверки создаваемых сил эталонами массы (гирями). The difference of the proposed method is the absence of the need to use the readings of the test sample, since the accuracy of the force transfer to the sample, and hence the measurement accuracy, is ensured by the location of the coil in exactly one position (eliminating the loss of force to overcome the elasticity of the suspension membranes and preventing the influence of the nonlinearity of current conversion into force that occurs when moving the EAF coil in a non-ideally uniform magnetic field), controlled by a non-contact position sensor, namely, in the gap between the pole pieces, and the movement of the rod in a strictly vertical direction. At the same time, it is possible to calibrate and verify the forces created by mass standards (weights).

Технический результат (в части возможности получения результатов измерений коэффициента преобразования по заряду D без сравнения с показателями механоэлектрических преобразователей с известным коэффициентом преобразования) достигается также тем, что способ измерения коэффициента преобразования по заряду механоэлектрического преобразователя с емкостным выходом, характеризуется тем, что испытуемый образец, упирающийся в верхний держатель 32 подвергают воздействию переменной силы синусоидальной формы, с частотой ниже его собственной резонансной частоты амплитудой F_~, и сжимающей образец статической силы, достаточной, чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца 12 с держателями 32 и 34, которые создаются воздействием на него катушки ЭДП 24 через вертикально расположенный шток 15 с нижним держателем 34 в вышеописанном устройстве, а вырабатывемый испытуемым образцом за счет пьезоэффекта заряд подвергают синхронной фильтрации, усреднению, определению амплитуды заряда (Q_~) и рассчитывают результат измерения по формуле D = Q_~/F_~.The technical result (in terms of the possibility of obtaining the results of measurements of the conversion factor by charge D without comparison with the indicators of mechanoelectric transducers with a known conversion factor) is also achieved by the fact that the method for measuring the conversion factor by charge of a mechanoelectric converter with a capacitive output is characterized by the fact that the test sample, abutting into the upper holder 32 is subjected to an alternating force of a sinusoidal shape, with a frequency below its own resonant frequency with an amplitude F_~, and a static force compressing the sample, sufficient to prevent mechanical and electrical failure of the sample 12 with the holders 32 and 34, which are created by exposing it to the EAF coil 24 through a vertically located rod 15 with a lower holder 34 in the device described above, and the charge generated by the test sample due to the piezoelectric effect is subjected to synchronous filtering, averaging, determining the charge amplitude (Q_~) and calculate the measurement result by the formula D = Q_~/F_~.

Частота переменной силы синусоидальной формы испытуемого образца выбирается значительно ниже его собственной резонансной частоты, предпочтительно не менее, чем на порядок, и достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых, в том числе, вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства. The frequency of the alternating force of the sinusoidal shape of the test sample is chosen well below its own resonant frequency, preferably not less than an order of magnitude, and sufficient to achieve a minimum influence of external interference created, including vibration and electromagnetic fields present at the location of the device.

Отличием предлагаемого способа также является отсутствие необходимости использования показаний тестового образца, в виду точности измерения, обеспечиваемом расположением катушки строго в одном положении и движением штока строго в вертикальном направлении. The difference of the proposed method is also the absence of the need to use the readings of the test sample, in view of the measurement accuracy provided by the location of the coil in exactly one position and the movement of the rod in a strictly vertical direction.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Измерение массы образцаSample mass measurement

Измерение массы проводится компенсационным методом. Измеряется сила тока, протекающего через обмотку (25) катушки (24) после достижения компенсации внешней нагрузки на шток (15), осуществляемой механической силой, создаваемой электродинамическим преобразователем электрического тока в силу (ЭДП). измеренное значение тока, за вычетом его начального значения, соответствующего исходному положению штока 15 (при котором выходное напряжение датчика положения 18 равно нулю, что обеспечивается при размещении подвижной части 26 датчика положения 18 напротив середины по вертикали его неподвижной части 31) при отсутствии внешней нагрузки на него, пропорционально внешней нагрузке (массе исытуемого образца).Mass measurement is carried out by the compensation method. The strength of the current flowing through the winding (25) of the coil (24) is measured after the compensation of the external load on the rod (15) carried out by the mechanical force created by the electrodynamic electric current-to-force converter (EDF) is achieved. the measured value of the current, minus its initial value corresponding to the initial position of the rod 15 (at which the output voltage of the position sensor 18 is zero, which is ensured by placing the moving part 26 of the position sensor 18 opposite the vertical middle of its fixed part 31) in the absence of external load on it, in proportion to the external load (mass of the test sample).

1. Измерение начального значения силы тока, соответствующего исходному положению штока при отсутствии нагрузки, создаваемой испытуемым образцом (используется для повышения точности измерения массы образца). 1. Measurement of the initial value of the current intensity corresponding to the initial position of the rod in the absence of a load created by the test sample (used to improve the accuracy of measuring the mass of the sample).

В исходном состоянии устройства, перед подачей электропитания, при неустановленном испытуемом механоэлектрическим преобразователем 12, фиксатор 11 освобожден, привод механический 6 поднят рукояткой 10 так, чтобы между верхним и нижним держателями (столиками) 32 и 34 образовался зазор, достаточный для свободной установки образца 12. После подачи питания устройства от электросети система питания 56 формирует и подает питание на все узлы блока управления 2. В результате устанавливаются электрические режимы работы всех узлов и запускается программа, записанная в памяти микроконтроллера 38, при этом программа запускает автоматический регулятор положения штока 15 (далее «регулятор»), в работе которого участвует цепь, состоящая из узла механического нагружения 1, включающего в том числе генератор механической силы (7) со штоком (15), с преобразователем электрического тока в силу электродинамическим (ЭДП) (14), включающим магнитную систему 19 катушку 24 с намотанной на неё обмоткой 25, и с датчиком положения бесконтактным (18), включающим подвижную (26) и неподвижную (31) его части, а также из элементов блока управления 2, включающего микроконтроллер с программой 38, нормализатор датчика положения 47, АЦП1 (39), АЦП2 (40), буфер АЦП1 (48), буфер АЦП2 (53), ЦАП0 (41), ЦАП1 (42), коммутатор ЦАП1 (43), сумматор 50, усилитель тока катушки 51, датчик тока 52, нормализатор датчика тока катушки 54 группу цифровых входов/выходов 44 и терминал 45, при этом загружаются начальные значения цифровых кодов в ЦАП0 (41) и ЦАП1 (42), которые создают на своих выходах токи , значения которых соответствуют загруженным кодам. Выходной ток ЦАП0 (41) поступает на первый вход сумматора токов 50 непосредственно, а выходной ток ЦАП1 (42) поступает на второй вход сумматора токов 50 через коммутатор ЦАП1 (43), направленный программой в сторону сумматора токов (50). Сумма токов ЦАП0 (41) и ЦАП1 (42) с выхода сумматора токов 50 поступает на вход усилителя тока катушки 51, который усиливает этот ток и подает его в обмотку 25 катушки 24. Ток, протекающий через обмотку 25 возвращается через первый выход датчика тока 52 в усилитель тока катушки 51, а напряжение, в которое преобразован ток и пропорциональное этому току, через второй его выход поступает через буфер АЦП2 (53) на вход АЦП2 (40), который измеряет его и преобразует в цифровой код для контроля программой. Кроме того, это же напряжение через нормализатор датчика тока катушки 54 подается на контрольное гнездо датчика тока катушки 55 для контроля внешними приборами при поверке. Электромагнитное взаимодействие тока через катушку 24 с постоянным магнитным полем, создаваемым магнитной системой 19 в зазоре между полюсными наконечниками 22 и 23 приводит к появлению силы, приложенной к катушке 24 в направлении вверх или вниз, в соответствии с положительным или отрицательным направлением тока через нее. Эта сила способна вызывать перемещение катушки 24 и всех, жестко связанных с ней узлов. Одновременно датчик положения бесконтактный 18, вырабатывает на своем выходе напряжение, значение и полярность которого, пропорционально размеру и направлению смещения своей подвижной части 26, связанной со штоком, относительно неподвижной части, связанной с основанием 3 через элементы конструкции. Это напряжение через нормализатор 47 и буфер 48 поступает на вход АЦП1 (39), а также, через второй выход нормализатора датчика положения 47, на контрольное гнездо датчика положения 49 для подключения внешних приборов при поверке. АЦП1 (39) измеряет это напряжение, преобразует в цифровой код и передает программе регулятора которая сравнивает этот код (фактически положение штока) с нулевым значением и, после обработки, корректирует коды ЦАП0 (41) и ЦАП1 (42), в соответствии с которыми изменяется ток через обмотку 25 катушки 24 таким образом чтобы установить шток в начальное положение. По завершению процесса установки штока в исходное положение, начальное значение тока, соответствующее ему при отсутствии внешней нагрузки на шток, запоминается в памяти микроконтроллера 38 и затем будет использовано при взвешивании, одновременно через группу цифровых входов/выходов 44 микроконтроллер 38 выводит на экран терминала 45 значение массы равное нулю. «Регулятор» продолжает работать и устройство готово к работе.In the initial state of the device, before power supply, with the tested mechanoelectric transducer 12 not installed, the latch 11 is released, the mechanical drive 6 is lifted by the handle 10 so that a gap is formed between the upper and lower holders (tables) 32 and 34, sufficient for the free installation of the sample 12. After the device is powered from the mains, the power supply system 56 generates and supplies power to all nodes of the control unit 2. As a result, the electrical modes of operation of all nodes are set and the program stored in the memory of the microcontroller 38 is launched, while the program starts the automatic stem position controller 15 (hereinafter " regulator"), in which a circuit is involved, consisting of a mechanical loading unit 1, including, among other things, a mechanical force generator (7) with a rod (15), with an electric current-to-electrodynamic force converter (EDF) (14), including a magnetic system 19 coil 24 with winding 25 wound on it, and with a contactless position sensor (18), including its movable (26) and fixed (31) parts, as well as from the elements of control unit 2, including a microcontroller with program 38, position sensor normalizer 47 , ADC1 (39), ADC2 (40), ADC1 buffer (48), ADC2 buffer (53), DAC0 (41), DAC1 (42), DAC1 switch (43), adder 50, coil current amplifier 51, current sensor 52 , coil current sensor normalizer 54, digital input/output group 44 and terminal 45, while loading the initial values of digital codes in DAC0 (41) and DAC1 (42), which create currents at their outputs, the values of which correspond to the loaded codes. The output current of DAC0 (41) goes directly to the first input of the current adder 50, and the output current of the DAC1 (42) goes to the second input of the current adder 50 through the switch DAC1 (43), directed by the program towards the current adder (50). The sum of the currents DAC0 (41) and DAC1 (42) from the output of the current adder 50 is fed to the input of the coil current amplifier 51, which amplifies this current and supplies it to the winding 25 of the coil 24. The current flowing through the winding 25 returns through the first output of the current sensor 52 into the coil current amplifier 51, and the voltage into which the current is converted and proportional to this current, through its second output, enters through the ADC2 buffer (53) to the ADC2 input (40), which measures it and converts it into a digital code for control by the program. In addition, the same voltage is supplied through the normalizer of the coil current sensor 54 to the control socket of the coil current sensor 55 for control by external devices during verification. The electromagnetic interaction of the current through the coil 24 with the constant magnetic field created by the magnetic system 19 in the gap between the pole pieces 22 and 23 results in a force applied to the coil 24 in an up or down direction, according to the positive or negative direction of the current through it. This force is capable of causing movement of the coil 24 and all nodes rigidly connected with it. At the same time, the non-contact position sensor 18 generates a voltage at its output, the value and polarity of which are proportional to the size and direction of displacement of its movable part 26, connected to the rod, relative to the fixed part, connected to the base 3 through structural elements. This voltage is fed through the normalizer 47 and buffer 48 to the input of ADC1 (39), and also, through the second output of the normalizer of the position sensor 47, to the control socket of the position sensor 49 for connecting external devices during verification. ADC1 (39) measures this voltage, converts it into a digital code and sends it to the regulator program, which compares this code (in fact, the position of the rod) with a zero value and, after processing, corrects the codes DAC0 (41) and DAC1 (42), in accordance with which it changes current through the winding 25 of the coil 24 in such a way as to set the stem to its initial position. Upon completion of the process of setting the rod to its original position, the initial value of the current corresponding to it in the absence of an external load on the rod is stored in the memory of the microcontroller 38 and then will be used for weighing, simultaneously through the group of digital inputs/outputs 44, the microcontroller 38 displays the value on the screen of the terminal 45 mass is zero. The "regulator" continues to work and the device is ready for operation.

2. Измерение массы образца 2. Sample mass measurement

При установке измеряемого образца 12 на нижний держатель (столик) 34 появляется сила равная весу образца, приложенная к столику, штоку 15, подвижной части 26 датчика положения 18, катушке 24 и всем связанным с ними узлам, подвешенным на мембранах 16 и 17. When the measured sample 12 is installed on the lower holder (table) 34, a force equal to the weight of the sample appears, applied to the table, rod 15, the moving part 26 of the position sensor 18, the coil 24 and all associated nodes suspended on the membranes 16 and 17.

Датчик положения 18, при перемещении штока 15 вместе с его подвижной частью 26 (под воздействием веса испытуемого механоэлектрического преобразователя 12), вырабатывает на выходе неподвижной части 31, соединенной со входом АЦП1 (39) через нормализатор датчика положения 47 и буфер АЦП1 (48), напряжение, соответствующее значению и направлению отклонения штока 15 от исходного начального положения. АЦП1 (39) измеряет это напряжение, а часть регулятора, состоящая из микроконтроллера с программой 38, ЦАП0 (41), ЦАП1 (42), коммутатора ЦАП1 (43), сумматора токов ЦАП0 и ЦАП1 (50) и усилителя тока катушки 51, изменяет ток через обмотку 25 катушки 24 генератора механической силы 7, компенсируя смещение штока под действием нижнего держателя силой электромагнитного взаимодействия катушки с током и постоянного магнитного поля, таким образом, чтобы вернуть шток в исходное положение, что с высокой точностью контролируется регулятором по достижению минимального напряжения на выходе датчика положения 18. По окончании процесса устанавливается ток через катушку 24 равный алгебраической сумме начального тока и тока, потребовавшегося для компенсации веса измеряемого образца противодействующей силой созданной ЭДП 14. The position sensor 18, when the rod 15 moves together with its moving part 26 (under the influence of the weight of the tested mechanoelectric transducer 12), generates at the output of the fixed part 31 connected to the ADC1 input (39) through the position sensor normalizer 47 and the ADC1 buffer (48), voltage corresponding to the value and direction of deviation of the rod 15 from the initial initial position. ADC1 (39) measures this voltage, and part of the regulator, consisting of a microcontroller with program 38, DAC0 (41), DAC1 (42), DAC1 switch (43), current adder DAC0 and DAC1 (50) and coil current amplifier 51, changes current through the winding 25 of the coil 24 of the mechanical force generator 7, compensating for the displacement of the rod under the action of the lower holder by the force of the electromagnetic interaction of the coil with the current and the constant magnetic field, so as to return the rod to its original position, which is controlled with high accuracy by the regulator upon reaching the minimum voltage on the output of the position sensor 18. At the end of the process, the current through the coil 24 is set equal to the algebraic sum of the initial current and the current required to compensate for the weight of the measured sample by the counteracting force created by the EAF 14.

При этом разность между установившимся значением силы тока через катушку 24 и, значением начального тока, измеряемыми АЦП2 (40) через нормализатор датчика тока катушки (54) и буфер АЦП2 (53), пересчитывается микроконтроллером 38 в значение механической силы, действующей на нижний держатель и шток по формуле In this case, the difference between the steady value of the current strength through the coil 24 and the value of the initial current, measured by ADC2 (40) through the coil current sensor normalizer (54) and ADC2 buffer (53), is recalculated by the microcontroller 38 into the value of the mechanical force acting on the lower holder and the stem according to the formula

F – механическая сила, действующая на нижний держатель (34), Н;F is the mechanical force acting on the lower holder (34), N;

K_F – коэффициент преобразования тока в силу генератором механической силы (7), Н/А;K _F is the coefficient of current conversion into force by the mechanical force generator (7), N/A;

ΔI – изменение тока через катушку (24), вызванное нагружением нижнего держателя (34) испытуемым образцом (разность между текущим и начальным значениями тока).ΔI is the change in current through the coil (24) caused by the loading of the lower holder (34) by the test sample (the difference between the current and initial current values).

K_F – коэффициент преобразования тока в силу генератором механической силы (7), Н/А определяется и устанавливается в устройство следующим образом:K _F is the coefficient of current conversion into force by the mechanical force generator (7), N / A is determined and set in the device as follows:

Предварительно, при регулировке устройства, в память его микроконтроллера записывается ожидаемое значение коэффициента преобразования тока в силу генератором механической силы (K_F ^’). На нижний столик устанавливается стандартная гиря массой m, которая весит P = m × g, [Н], где g – ускорение свободного падения, а «стандартная» означает, что она является средством измерения и срок её поверки не истек, и выполняется процедура взвешивания. В результате взвешивания получается значение массы m^’, которое, как правило, отличается от действительной массы гири m.Beforehand, when adjusting the device, the expected value of the coefficient of current conversion into force by the mechanical force generator (K _F ^' ) is recorded in the memory of its microcontroller. A standard weight of mass m is installed on the lower table, which weighs P = m × g, [N], where g is the acceleration of free fall, and “standard” means that it is a measuring instrument and its verification period has not expired, and the weighing procedure is performed . As a result of weighing, the value of the mass m ^' is obtained, which, as a rule, differs from the actual mass of the weight m.

Далее рассчитывается действительное значение K_F по формулеNext, the actual value of K _F is calculated using the formula

Полученным значением K_F заменяется предварительно записанное в память.The received value of K _F is replaced by the previously recorded in the memory.

Таким образом устанавливается связь создаваемых устройством сил с единицей измерения силы и K_F используется в дальнейшем для расчета значений тока через катушку 24 при создании заданных значений силы, воздействующей на образец 12 при проведении измерения коэффициентов преобразования по заряду.Thus, the connection of the forces generated by the device with the unit of force measurement is established and K _F is used further to calculate the values of the current through the coil 24 when creating the given values of the force acting on the sample 12 when measuring the conversion coefficients by charge.

Поскольку направление возможного перемещения штока 15 совпадает с его осью симметрии, которая установлена вертикально, то измеренное значение силы совпадает с весом испытуемого механоэлектрического преобразователя 12. Полученное значение веса пересчитывается микроконтроллером 38 в значение массы, которое и выводится на экран терминала 45 через группу цифровых входов/выходов 44. Расчет проводится по формулеSince the direction of the possible movement of the rod 15 coincides with its axis of symmetry, which is set vertically, the measured value of the force coincides with the weight of the tested mechanoelectric transducer 12. The resulting weight value is recalculated by the microcontroller 38 into the mass value, which is displayed on the screen of the terminal 45 through a group of digital inputs / outputs 44. The calculation is carried out according to the formula

m – масса испытуемого механоэлектрического преобразователя (12), кг;m is the mass of the tested mechanoelectric transducer (12), kg;

g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с² с погрешностью 0,2%.g - free fall acceleration, equal to 9.8 m/s ² with an error of 0.2%.

Такой способ взвешивания практически полностью исключает ошибки вызываемые нелинейностями гибкости подвеса. This method of weighing almost completely eliminates errors caused by non-linear suspension flexibility.

Измерение коэффициента преобразования по заряду и полярности испытуемого образца статическим методомMeasurement of the conversion factor by charge and polarity of the test sample by the static method

Принцип измерения коэффициента преобразования этим методом заключается в приложении к испытуемому образцу (12) перепада силы известной величины, создаваемого перепадом тока через катушку, одновременного измерения заряда, выработанного им за счет пьезоэффекта и получении результата измерения расчетом отношения амплитуды заряда к амплитуде перепада силы.The principle of measuring the conversion coefficient by this method is to apply to the test sample (12) a known magnitude of a power drop created by a current drop through the coil, simultaneously measuring the charge generated by it due to the piezoelectric effect and obtaining the measurement result by calculating the ratio of the charge amplitude to the amplitude of the power drop.

Величина перепада силы выбирается предпочтительно достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых, в том числе, вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства. Значение статической силы нагружения выбирается большим, чем значение перепада с некоторым запасом, так чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца 12 с держателями (столиками) 32 и 34.The magnitude of the force difference is chosen preferably sufficient to achieve a minimum influence of external interference created, including vibration and electromagnetic fields present at the location of the device. The value of the static loading force is chosen to be greater than the value of the differential with a certain margin, so as to prevent the violation of the mechanical and electrical connection of the sample 12 with the holders (tables) 32 and 34.

Измерение проводится после завершения взвешивания, что определяется по факту отображения на экране терминала 45 результата в виде массы измеряемого образца. Режим измерения выбирается соответствующей кнопкой терминала 45, при этом в дополнение к узлам задействованным во взвешивании включается цепь состоящая из усилителя измерительного 35, буфера АЦП0 36 и АЦП0 37, а также рычаг управления 46 и части узла механического нагружения 1, включающие основание 3, стойку 5, привод механический 6, включающий каретку 9, рукоятку привода механического 10, фиксатор 11 и верхний держатель (столик) 32 с общим проводом 33. Микроконтроллер 38 запускает программу измерения коэффициента преобразования по заряду и полярности испытуемого образца статическим методом. The measurement is carried out after the completion of weighing, which is determined by the fact that the result is displayed on the screen of the terminal 45 in the form of the mass of the sample being measured. The measurement mode is selected by the corresponding button of the terminal 45, while in addition to the nodes involved in weighing, a circuit consisting of a measuring amplifier 35, buffer ADC0 36 and ADC0 37, as well as a control lever 46 and parts of the mechanical loading unit 1, including base 3, rack 5, is switched on , a mechanical drive 6, including a carriage 9, a mechanical drive handle 10, a latch 11 and an upper holder (table) 32 with a common wire 33. The microcontroller 38 starts the program for measuring the conversion coefficient by charge and polarity of the test sample using the static method.

По команде нажатия (оператором) рычага управления 46, поступающей через терминал 45 и группу цифровых входов/выходов 44, программа записывает в память микроконтроллера 38 коды ЦАП0 41 и ЦАП1 42, соответствующие току через катушку 24 в результате взвешивания измеряемого образца, сохраняет этот ток, прекращает его регулирование и ожидает касания испытуемого образца верхним столиком 32.On the command of pressing (by the operator) the control lever 46, coming through the terminal 45 and the group of digital inputs / outputs 44, the program writes to the memory of the microcontroller 38 the codes DAC0 41 and DAC1 42, corresponding to the current through the coil 24 as a result of weighing the measured sample, saves this current, stops its regulation and waits for the test sample to touch the upper table 32.

При опускании каретки 9 привода механического 6 рукояткой 10 до прикосновения верхнего держателя 32 к верхнему электроду испытуемого механоэлектрического преобразователя 12, сигнал от датчика положения 18 через нормализатор датчика положения 47, буфер АЦП1 (48), АЦП1 (39), поступает на микроконтроллер 38, который через группу цифровых входов/выходов 44 отображает информацию об этом в виде специального символа на экране терминала 45. Появление символа сигнализирует оператору о необходимости фиксации привода механического 6 фиксатором 11, что приводит к обеспечению механической связи (упором) верхнего электрода испытуемого образца 12 с основанием 3 и магнитной системой 19 через верхний держатель (столик) 32, каретку 9, фиксатор 11 и стойку 5, а нижнего электрода испытуемого образца 12 с катушкой 24 через нижний держатель (столик) 34 колпачек 30, лепесток контактный 29 и шток 15 и электрической связи его со входом усилителя измерительного через держатель (столик) верхний 32, общий провод 33, держатель (столик) нижний 34, колпачек 30, лепесток контактный 29, а также возможность подачи команды на измерение отпусканием рычага управления 46. Эта процедура кроме того обеспечивает сохранение местоположения катушки 24 в зазоре магнитной системы 19 при измерениях испытуемых образцов различной высоты.When the carriage 9 of the mechanical drive 6 is lowered by the handle 10 until the upper holder 32 touches the upper electrode of the tested mechanoelectric transducer 12, the signal from the position sensor 18 through the position sensor normalizer 47, buffer ADC1 (48), ADC1 (39), is fed to the microcontroller 38, which through a group of digital inputs/outputs 44 displays information about this in the form of a special symbol on the screen of the terminal 45. The appearance of the symbol signals the operator about the need to fix the mechanical drive 6 with the latch 11, which leads to the mechanical connection (stop) of the upper electrode of the test sample 12 with the base 3 and the magnetic system 19 through the upper holder (table) 32, the carriage 9, the latch 11 and the stand 5, and the lower electrode of the test sample 12 with the coil 24 through the lower holder (table) 34, the cap 30, the contact petal 29 and the stem 15 and its electrical connection with the input of the measuring amplifier through the upper holder (table) 32, common wire 33, lower holder (table) 34, cap 30, pin tab 29, as well as the possibility of giving a command for measurement by releasing the control lever 46. This procedure also ensures that the location of the coil is saved 24 in the gap of the magnetic system 19 when measuring test samples of different heights.

После отпускания рычага управления 46 программа плавно увеличивает силу нагружения до выбранного значения путем загрузки соответствующих кодов в ЦАП 0 (41) и ЦАП1 (42) и подачи, формируемых ими токов через сумматор 50, усилитель тока катушки 51 в обмотку 25 катушки 24, что приводит к плавному увеличению силы нагружения, возникающей между катушкой 24 и магнитной системой 19, создаваемой электромагнитным взаимодействием тока, протекающего через обмотку 25 катушки 24 с постоянным магнитным полем в зазоре магнитной системы 19 (сжимающей образец 12 между столиками 32 и 34, связанными с магнитной системой 19 и катушкой 24 соответственно) до установленного значения в дополнение к весу образца 12. После достижения установленного значения силы нагружения, остаточный заряд образца 12 (Q1) измеряется АЦП0 (37), усиленный усилителем измерительным 35 и переданный через буфер АЦП0 36. Далее сила нагружения скачком уменьшается на заданное значение (ΔF), меньшего ранее установленного (чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца 12 со столиками 32 и 34), и измеряется новое значение и полярность заряда (Q2), выработанного образцом 12, после чего сила нагружения плавно снижается до исходного значения.After releasing the control lever 46, the program smoothly increases the loading force to the selected value by loading the corresponding codes into DAC 0 (41) and DAC1 (42) and feeding the currents generated by them through the adder 50, the current amplifier of the coil 51 into the winding 25 of the coil 24, which leads to to a smooth increase in the loading force that occurs between the coil 24 and the magnetic system 19, created by the electromagnetic interaction of the current flowing through the winding 25 of the coil 24 with a constant magnetic field in the gap of the magnetic system 19 (compressing the sample 12 between the tables 32 and 34 associated with the magnetic system 19 and coil 24, respectively) to the set value in addition to the weight of the sample 12. After reaching the set value of the loading force, the residual charge of the sample 12 ( Q1 ) is measured by ADC0 (37), amplified by the measuring amplifier 35 and transmitted through the ADC0 buffer 36. Then the loading force jumps decreases by a predetermined value ( ΔF) , which is less than the previously set one (in order to prevent mechanical and electrical failure of sample 12 with tables 32 and 34), and the new value and polarity of the charge ( Q2 ) generated by sample 12 are measured, after which the loading force gradually decreases to the original value.

Микроконтроллер 38, рассчитывает ΔQ = Q2 – Q1, вычисляет коэффициент преобразования по заряду (D) по формуле The microcontroller 38, calculates ΔQ = Q2 - Q1 , calculates the charge conversion ratio ( D) according to the formula

D = ΔQ / ΔF D = ∆Q / ∆F

и выводит его значение на экран терминала 45.and displays its value on the terminal screen 45.

Одновременно по полярности заряда определяется и выводится на экран знак полярности испытуемого образца 12, соответствующий полярности генерируемого заряда на его верхнем электроде при сжатии. At the same time, the sign of the polarity of the test sample 12 is determined by the polarity of the charge and displayed on the screen, corresponding to the polarity of the generated charge on its upper electrode during compression.

Измерение коэффициента преобразования по заряду и полярности испытуемого образца квазистатическим методомMeasurement of the conversion coefficient by charge and polarity of the test sample by the quasi-static method

Принцип измерения коэффициента преобразования этим методом заключается в приложении к испытуемому образцу 12 переменной механической силы синусоидальной формы с частотой значительно ниже (не менее, чем на порядок) его собственной резонансной частоты амплитудой F_~ (достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых, в том числе, вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства), измерении заряда, выработанного за счет пьезоэффекта в результате воздействия силы синусоидальной формы, и получении результата измерения расчетом отношения амплитуды заряда к амплитуде переменной силы.The principle of measuring the conversion coefficient by this method is to apply to the test sample 12 a variable mechanical force of a sinusoidal shape with a frequency significantly lower (not less than an order of magnitude) of its own resonant frequency with amplitude F_~ (sufficient to achieve a minimum effect of external interference created, including vibration and electromagnetic fields present at the location of the device), measuring the charge generated by the piezoelectric effect due to the action of the sinusoidal force, and obtaining the measurement result by calculating the ratio of the charge amplitude to the amplitude of the variable force.

Одновременно образец 12 подвергается воздействию одноосной статической нагрузки, которая необходима для обеспечения безотрывности механического и электрического контакта образца с держателями (столиками) 32 и 34.At the same time, sample 12 is subjected to a uniaxial static load, which is necessary to ensure the continuity of mechanical and electrical contact of the sample with holders (tables) 32 and 34.

Измерение проводится следующим образом.The measurement is carried out as follows.

Режим измерения выбирается соответствующей кнопкой терминала 45 и отображается символом на его экране. Предварительные операции проводятся также, как при измерении статическим методом, но, после плавного достижения установленного значения силы статического нагружения, добавляется переменная составляющая силы синусоидальной формы амплитудой F _~ меньшей, чем статическая составляющая (обычно от 2 до 10 раз). Формирование этих сил осуществляется программой микроконтроллера 38, создавая ток в катушке 24 посредством узлов ЦАП0 (41) и ЦАП1 (42), коммутатора ЦАП1 (43), сумматора 50, усилителя тока катушки 51 и контролируется датчиком тока 52, буфером АЦП2 (53) и АЦП2 (40). Одновременно измерительный усилитель 35 переключается в активный режим и его выходное напряжение, пропорциональное заряду вырабатываемому измеряемым образцом 12, подается на вход АЦП0 (37) через буфер АЦП0 (36), оцифровывается и поступает для обработки программой микроконтроллера 38. Микроконтроллер проводит синхронную фильтрацию, усреднение, сравнение фазы заряда с фазой приложенной переменной силы и определение амплитуды заряда (Q_~ ) и его полярности. Рассчитанное по формуле D = Q _~ / F значение D, сопровождаемое знаком полярности, выводится на экран терминала 45. Знак полярности определяется по результату сравнения фазы заряда с фазой приложенной переменной силы.The measurement mode is selected by the corresponding button of the terminal 45 and is displayed as a symbol on its screen. Preliminary operations are carried out in the same way as when measuring by the static method, but, after the set value of the static loading force is smoothly reached, the variable component of the sinusoidal force is added with an amplitude F _~ less than the static component (usually from 2 to 10 times). The formation of these forces is carried out by the program of the microcontroller 38, creating a current in the coil 24 by means of the DAC0 (41) and DAC1 (42) nodes, the DAC1 switch (43), the adder 50, the coil current amplifier 51 and is controlled by the current sensor 52, the ADC2 buffer (53) and ADC2 (40). At the same time, the measuring amplifier 35 switches to the active mode and its output voltage, which is proportional to the charge generated by the measured sample 12, is fed to the ADC0 (37) input through the ADC0 buffer (36), digitized and supplied for processing by the program of the microcontroller 38. The microcontroller performs synchronous filtering, averaging, comparison of the charge phase with the phase of the applied variable force and determination of the charge amplitude (Q _~ ) and its polarity. The D value calculated by the formula D = Q _~ /F , accompanied by the polarity sign, is displayed on the screen of the terminal 45. The polarity sign is determined from the result of comparing the phase of the charge with the phase of the applied alternating force.

Измерение квазистатическим методом обеспечивает более высокую точность чем статическим, так как оно проводится в течение нескольких периодов переменной составляющей силы с усреднением и качественной фильтрацией помех, наводящихся на испытуемый образца 12 и, соответственно, на вход измерительного усилителя 35. С целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения возможно разбиение всего диапазона на поддиапазоны. Это позволяет измерять параметры образцов с малыми значениями коэффициента преобразования, которыми обладают монокристаллические, высокотемпературные и иные низкочувствительные образцы.The measurement by the quasi-static method provides a higher accuracy than the static one, since it is carried out over several periods of the variable component of the force with averaging and high-quality filtering of noise induced on the test sample 12 and, accordingly, on the input of the measuring amplifier 35. In order to improve the accuracy and expand the dynamic measurement range, it is possible to divide the entire range into subranges. This makes it possible to measure the parameters of samples with small values of the conversion coefficient, which are characteristic of single-crystal, high-temperature, and other low-sensitivity samples.

Измерение электрической емкости и тангенса диэлектрических потерь образцаMeasuring capacitance and dissipation tangent of a sample

Измерение электрической ёмкости испытуемого образца (C _ПЭ ) основано на измерении отношения падения напряжений на образцовой (Co) (значение емкости которой точно известно) и измеряемой емкости, включенных последовательно и протекании через них одного и того же общего тока. Значение ёмкости может быть рассчитано по формулеThe measurement of the electrical capacitance of the test sample ( C _PE ) is based on measuring the ratio of the voltage drop on the sample ( Co) (whose capacitance value is precisely known) and the measured capacitance connected in series and the same total current flowing through them. The capacitance value can be calculated using the formula

C ₀ – ёмкость образцового конденсатора; C ₀ - capacitance of an exemplary capacitor;

C _ПЭ –емкость, испытуемого образца; C _PE is the capacity of the test sample;

U ₁ – падение напряжения на емкости C ₀ ; U ₁ - voltage drop across the capacitance C ₀ ;

U ₂ – падение напряжения на емкости C _ПЭ . U ₂ - voltage drop across capacitance C _PE .

Реальная схема сконструирована так, что значение U ₂ поддерживается постоянным. Значение C ₀ тоже является константой. Поэтому существует постоянный коэффициент K _c равный отношению значения емкости образцового конденсатора (C ₀ ) к значению U ₂ . Соответственно измерение ёмкости проводится согласно выражению: The real circuit is designed so that the value of U ₂ is kept constant. The value C ₀ is also a constant. Therefore, there is a constant coefficient K _c equal to the ratio of the capacitance value of the exemplary capacitor ( C ₀ ) to the value of U ₂ . Accordingly, the capacitance measurement is carried out according to the expression:

CC _ПЭPE = U = U ₁₁ × K × K _cc

Измерение тангенса угла потерь tgδ испытуемого образца 12 заключается в измерении ортогональных составляющих U ₁ и расчете по формуле:Measurement of the loss tangent tgδ of the test sample 12 consists in measuring the orthogonal components U ₁ and calculating by the formula:

где

– вещественная часть U1;Where

is the real part of U1 ;

– мнимая часть U1.

is the imaginary part of U1.

Измерение проводится после завершения взвешивания. Режим измерения выбирается соответствующей кнопкой терминала 45, отображается символами на его экране и запускает программу измерения емкости и тангенса угла потерь.The measurement is carried out after the completion of the weighing. The measurement mode is selected by the corresponding button of the terminal 45, displayed by symbols on its screen and starts the program for measuring capacitance and loss tangent.

Предварительные операции подготовки к измерению емкости и тангенса угла потерь, состав используемых узлов и связи между ними такие же, как при измерении квазистатическим методом, кроме того, что выход ЦАП1 42 перенаправляется коммутатором ЦАП1 43 в сторону второго входа усилителя измерительного 35. После плавного достижения установленного значения силы статического нагружения (необходима для обеспечения надежного электрического контакта между электродами испытуемого образца и держателями), ЦАП1 (42) генерирует ток синусоидальной формы, получая соответствующую кодовую последовательность от программы, и через коммутатор ЦАП1 (43) этот ток поступает в цепь второго входа усилителя измерительного 35, который предварительно через группу цифровых входов/выходов переведен в режим измерения емкости, при котором емкость измеряемого образца 12, подключенного к первому входу усилителя 35 и емкость образцового конденсатора (Co), являющегося компонентом усилителя, включаются последовательно. В усилителе измерительном 35, ток со второго входа передается в последовательную цепь конденсаторов и его амплитуда автоматически регулируется таким образом, чтобы обеспечить известное стабильное значение U ₂ , при этом напряжение U ₁ , выделившееся на конденсаторе Co, передается на его выход и через буфер АЦП0 (36) поступает на вход АЦП0 (37), который его оцифровывает передает программе. Программа проводит фильтрацию, детектирование, усреднение, вычисляет результат измерения емкости и передает его на экран терминала 45. Для расширения диапазона измерения емкости, он может быть разбит на поддиапазоны. Для повышения точности измерения емкости (особенно малых её значений) может быть измерена входная емкость усилителя измерительного 35 вместе с держателями. Preliminary preparations for measuring the capacitance and loss tangent, the composition of the nodes used and the connections between them are the same as when measuring by the quasi-static method, except that the output of DAC1 42 is redirected by the switch DAC1 43 towards the second input of the measuring amplifier 35. After smoothly reaching the set values of the static loading force (necessary to ensure reliable electrical contact between the electrodes of the test sample and the holders), DAC1 (42) generates a sinusoidal current, receiving the corresponding code sequence from the program, and through the switch DAC1 (43) this current enters the circuit of the second input of the amplifier measuring 35, which is previously transferred to the capacitance measurement mode through a group of digital inputs/outputs, in which the capacitance of the measured sample 12 connected to the first input of the amplifier 35 and the capacitance of the exemplary capacitor ( Co) , which is a component of the amplifier, are switched on in series. In the measuring amplifier 35, the current from the second input is transferred to the serial circuit of capacitors and its amplitude is automatically adjusted in such a way as to provide a known stable value U ₂ , while the voltage U ₁ released on the capacitor Co is transmitted to its output and through the ADC0 buffer ( 36) is fed to the input of ADC0 (37), which digitizes it and passes it to the program. The program performs filtering, detection, averaging, calculates the capacitance measurement result and transmits it to the terminal screen 45. To expand the capacitance measurement range, it can be divided into subranges. To improve the accuracy of capacitance measurement (especially its small values), the input capacitance of the measuring amplifier 35 together with the holders can be measured.

Одновременно с вычислением результата измерения емкости, программа обрабатывает оцифрованный АЦП0 (37) сигнал с выделением его вещественной и мнимой частей, вычисляет результат измерения тангенса угла потерь и передает его на экран терминала 45. Программа может увеличивать точность измерения за счет усложнения расчета путем учета паразитных параметров конкретной конструкции устройства. В частности могут быть учтены паразитные емкости и сопротивления входных цепей устройства. Simultaneously with the calculation of the capacitance measurement result, the program processes the digitized ADC0 (37) signal with the selection of its real and imaginary parts, calculates the measurement result of the loss tangent and transfers it to the terminal screen 45. The program can increase the measurement accuracy by complicating the calculation by taking into account parasitic parameters specific device design. In particular, parasitic capacitances and resistances of the input circuits of the device can be taken into account.

Измерение коэффициента преобразования по напряжениюVoltage conversion factor measurement

Измерение коэффициента преобразования по напряжению в устройстве реализовано статическим и квазистатическим методами.Measurement of the voltage conversion factor in the device is implemented by static and quasi-static methods.

Измерение коэффициента преобразования по напряжению обоими методами выполняется расчетным способом. Расчет проводится микроконтроллером (38) под управлением программы по результатам измерения коэффициента преобразования по заряду и электрической ёмкости по формуле:Measurement of the voltage conversion factor by both methods is performed by calculation. The calculation is carried out by a microcontroller (38) under the control of the program based on the results of measuring the conversion coefficient by charge and electric capacitance according to the formula:

где G – коэффициент преобразования образца по напряжению;where G is the voltage conversion factor of the sample;

C _ПЭ – электрическая ёмкость образца; CPE is _the electric capacitance of the sample;

D - коэффициент преобразования образца по заряду. D is the conversion factor of the sample by charge.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить результаты измерений с использованием единиц измерения системы СИ без сравнения с показателями механоэлектрических преобразователей (например пьезоэлементов) с известным коэффициентом преобразования по заряду D (пьезомодулем) и позволяет измерять несколько технических характеристик механоэлектрических преобразователей одним устройством.Thus, the proposed device allows you to obtain measurement results using SI units without comparison with the indicators of mechanoelectric transducers (for example, piezoelectric elements) with a known charge conversion coefficient D (piezoelectric module) and allows you to measure several technical characteristics of mechanoelectric transducers with one device.

Claims (19)

1. Устройство для измерения технических параметров механоэлектрических преобразователей с емкостным выходом, характеризующееся тем, что устройство включает узел механического нагружения (1) и узел блока управления, обработки сигналов и индикации (2);1. A device for measuring the technical parameters of mechanoelectric transducers with a capacitive output, characterized in that the device includes a mechanical loading unit (1) and a node of the control unit, signal processing and indication (2); при этом узел механического нагружения (1) включает привод механический (6), выполненный с возможностью вертикального перемещения, включает также измерительную позицию (8), включающую верхний держатель (32), связанный с приводом механическим и общим проводом (33), и нижний держатель (34), и при этом выполненную с возможностью размещения в ней испытуемого образца (12), оснащенного электродами, с возможной через его нижний электрод связью с нижним держателем и лепестком контактным (29), а через верхний электрод связью с её верхним держателем и с общим проводом; узел механического нагружения включает также генератор механической силы (7), включающий преобразователь электрического тока в силу электродинамический (ЭДП) (14), состоящий из магнитной системы (19), составленной из магнитопровода (20), магнита (21) и полюсных наконечников (22) и (23), и подвижной части, составленной из катушки (24) с намотанной на неё обмоткой (25), расположенной в зазоре между полюсными наконечниками, включающий также шток (15), подвешенный на двух мембранах (16) и (17) и связанный с катушкой (24) и с измерительной позицией (8) через её нижний держатель (34); генератор механической силы (7) включает также датчик положения бесконтактный (ДП) (18) со связанным со штоком (15) подвижным элементом (26), который связан без механического взаимодействия с неподвижным элементом (31), связанным, в свою очередь, с магнитопроводом (20) магнитной системы (19);wherein the mechanical loading unit (1) includes a mechanical drive (6), made with the possibility of vertical movement, also includes a measuring position (8), including an upper holder (32) connected to the drive by a mechanical and common wire (33), and a lower holder (34), and at the same time made with the possibility of placing a test sample (12) equipped with electrodes in it, with a possible connection through its lower electrode with the lower holder and a contact petal (29), and through the upper electrode with its upper holder and with a common wire; the mechanical loading unit also includes a mechanical force generator (7), including an electric current-to-electrodynamic force converter (EDF) (14), consisting of a magnetic system (19) composed of a magnetic circuit (20), a magnet (21) and pole pieces (22 ) and (23), and a movable part made up of a coil (24) with a winding (25) wound on it, located in the gap between the pole pieces, which also includes a rod (15) suspended on two membranes (16) and (17) and connected with the coil (24) and with the measuring position (8) through its lower holder (34); the mechanical force generator (7) also includes a non-contact position sensor (DP) (18) with a moving element (26) connected to the rod (15), which is connected without mechanical interaction to a fixed element (31), connected, in turn, to the magnetic circuit (20) magnetic system (19); при этом узел блока управления, обработки сигналов и индикации (2) включает систему питания (56), связанную со всеми его узлами, усилитель измерительный (35), вход которого активным электродом соединён с нижним электродом испытуемого образца (12) через нижний держатель (34) и пассивным электродом соединён через верхний держатель (32) с нижним электродом испытуемого образца (12), и пассивным электродом соединён через верхний держатель (32) и общий провод (33) с верхним электродом испытуемого образца (12), а выход усилителя измерительного (35) через буфер аналого-цифрового преобразователя № 0 (буфер АЦП0) (36) связан со входом аналого-цифрового преобразователя № 0 (АЦП0) (37), являющегося составной частью микроконтроллера (38), который также содержит аналого-цифровой преобразователь №1 (АЦП1) (39), аналого-цифровой преобразователь № 2 (АЦП2) (40), цифро-аналоговый преобразователь № 0 (ЦАП0) (41), цифро-аналоговый преобразователь № 1 (ЦАП1) (42), коммутатор цифро-аналогового преобразователя № 1 /коммутатор ЦАП1/ (43), связанный своим выходом с усилителем измерительным (35), и группу цифровых входов/выходов (44), связанных своим выходом также с усилителем измерительным (35), а своим входом/выходом связанных с терминалом (45) и с рычагом управления (46);at the same time, the node of the control, signal processing and indication unit (2) includes a power supply system (56) connected to all its nodes, a measuring amplifier (35), the input of which is connected by an active electrode to the lower electrode of the test sample (12) through the lower holder (34 ) and the passive electrode is connected through the upper holder (32) to the lower electrode of the test sample (12), and the passive electrode is connected through the upper holder (32) and a common wire (33) to the upper electrode of the test sample (12), and the output of the measuring amplifier ( 35) through the buffer of analog-to-digital converter No. 0 (ADC0 buffer) (36) is connected to the input of analog-to-digital converter No. 0 (ADC0) (37), which is an integral part of the microcontroller (38), which also contains analog-to-digital converter No. 1 (ADC1) (39), A/D Converter #2 (ADC2) (40), D/A Converter #0 (DAC0) (41), D/A Converter #1 (DAC1) (42), D/A Switch converter No. 1 /switch DAC1/ (43), connected by its output to the measuring amplifier (35), and a group of digital inputs/outputs (44), also connected by its output to the measuring amplifier (35), and by its input/output connected to the terminal (45) and with control lever (46); узел блока управления (2) включает также нормализатор датчика положения (47), своим входом, связанный с неподвижной частью бесконтактного датчика положения (18), а выходом с буфером аналого-цифрового преобразователя №1 (буфером АЦП1) (48), связанным со входом АЦП1 (39), и, через второй выход, связанный с контрольным гнездом датчика положения (49);the control unit assembly (2) also includes a position sensor normalizer (47), with its input connected to the fixed part of the non-contact position sensor (18), and the output with the analog-to-digital converter buffer No. 1 (ADC1 buffer) (48) connected to the input ADC1 (39), and, through the second output connected to the control socket of the position sensor (49); узел блока управления (2) включает также датчик тока (52), который своим входом связан с обмоткой (25) катушки (24) ЭДП (14), а своим выходом через буфер аналого-цифрового преобразователя №2 (буфер АЦП2) (53) связан со входом АЦП2 (40), а через нормализатор датчика тока катушки (54) связан с контрольным гнездом датчика тока катушки (55); своим выходом датчик тока (52) также связан с усилителем тока катушки (51), связанным своим выходом с обмоткой (25) катушки (24) ЭДП (14), а своим входом через сумматор токов (50) связан с ЦАП0 (41) и коммутатором (43).the control unit assembly (2) also includes a current sensor (52), which is connected with its input to the winding (25) of the coil (24) of the EAF (14), and with its output through the buffer of the analog-to-digital converter No. 2 (ADC2 buffer) (53) connected to the ADC2 input (40), and through the normalizer of the coil current sensor (54) it is connected to the control socket of the coil current sensor (55); With its output, the current sensor (52) is also connected to the coil current amplifier (51), connected by its output to the winding (25) of the coil (24) of the EAF (14), and its input through the current adder (50) is connected to DAC0 (41) and switch (43). 2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что механический привод (6) выполнен в виде приспособления, включающего каретку (9), связанную с верхним держателем (32) измерительной позиции (8), выполненную с возможностью перемещения её по стойке (5), закреплённой на основании (3), посредством рукоятки (10) с фиксацией в нужном положении фиксатором (11).2. The device according to claim 1, characterized in that the mechanical drive (6) is made in the form of a device that includes a carriage (9) associated with the upper holder (32) of the measuring position (8), made with the possibility of moving it along the rack (5 ), fixed on the base (3), by means of the handle (10) with fixation in the desired position by the latch (11). 3. Устройство по п.2, характеризующееся тем, что держатели измерительной позиции (8) выполнены в виде столиков, при этом верхний столик (32) имеет резьбовое соединение с кареткой (9), а нижний столик (34) ввинчен в шток (15) генератора механической силы (7) через его колпачок (30).3. The device according to claim 2, characterized in that the holders of the measuring position (8) are made in the form of tables, while the upper table (32) has a threaded connection with the carriage (9), and the lower table (34) is screwed into the stem (15 ) of the mechanical force generator (7) through its cap (30). 4. Устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что генератор механической силы установлен в отдельном корпусе (13).4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical force generator is installed in a separate housing (13). 5. Устройство по п.4, характеризующееся тем, что магнитопровод (20) магнитной системы (19) связан с неподвижным элементом (31) ДП (18) через корпус (13) устройства и связанное с ним основание (3) устройства.5. The device according to claim 4, characterized in that the magnetic circuit (20) of the magnetic system (19) is connected to the fixed element (31) of the DP (18) through the body (13) of the device and the base (3) of the device associated with it. 6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что шток (15) связан с катушкой (24) через шайбу (27) винтом (28). 6. The device according to claim 1, characterized in that the rod (15) is connected to the coil (24) through the washer (27) screw (28). 7. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что шток (15) связан с подвижным элементом (26) датчика положения /ДП/ (18) закреплением его между частями штока.7. The device according to claim 1, characterized in that the rod (15) is connected to the movable element (26) of the position sensor /DP/ (18) by fixing it between the parts of the rod. 8. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что вход усилителя измерительного (35) активным электродом соединён с нижним электродом испытуемого образца (12) через нижний держатель (34) соединительным проводом с лепестком контактным (29), и через колпачок резьбовой (30) штока (15).8. The device according to claim 1, characterized in that the input of the measuring amplifier (35) is connected by an active electrode to the lower electrode of the test sample (12) through the lower holder (34) by a connecting wire with a contact tab (29), and through a threaded cap (30 ) stem (15). 9. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что подвижный элемент (26) датчика положения (ДП) (18) соединён с неподвижным элементом (31) датчика положения (ДП) (18) посредством электромагнитного поля высокой частоты.9. The device according to claim 1, characterized in that the movable element (26) of the position sensor (PS) (18) is connected to the fixed element (31) of the position sensor (PS) (18) by means of an electromagnetic field of high frequency. 10. Способ измерения коэффициента преобразования по заряду механоэлектрического преобразователя с емкостным выходом, характеризующийся тем, что испытуемый образец, упирающийся в верхний держатель (32), подвергают воздействию перепада силы заданной величины, определяемой выбранными значениями сил нагружения, создаваемых воздействием на него катушки ЭДП (24) через вертикально расположенный шток (15) с нижним держателем (34) в устройстве по п.1 формулы изобретения, измеряют заряд, вырабатывемый испытуемым образцом за счет пьезоэффекта, и рассчитывают результат измерения как отношение амплитуды заряда к амплитуде перепада силы по формуле D = ΔQ / ΔF, где ΔF – амплитуда перепада силы, ΔQ = Q2 – Q1, где Q1 остаточный заряд перед воздействием перепада силы, Q2 – заряд после перепада силы.10. A method for measuring the charge conversion coefficient of a mechanoelectric transducer with a capacitive output, characterized in that the test sample, abutting against the upper holder (32), is subjected to a force drop of a given value determined by the selected values of the loading forces created by the action of the EAF coil (24 ) through a vertically located rod (15) with a lower holder (34) in the device according to claim 1 of the claims, the charge generated by the test sample due to the piezoelectric effect is measured, and the measurement result is calculated as the ratio of the charge amplitude to the amplitude of the force difference according to the formula D = ΔQ / ΔF, where ΔF is the amplitude of the force drop, ΔQ = Q2 – Q1, where Q1 is the residual charge before the force drop, Q2 is the charge after the force drop. 11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что величину перепада силы выбирают достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых, в том числе, вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства.11. The method according to claim 10, characterized in that the magnitude of the force difference is chosen sufficient to achieve a minimum effect of external interference created, including vibration and electromagnetic fields present at the location of the device. 12. Способ по п.10, характеризующийся тем, что значение силы нагружения выбирают большим, чем значение перепада, таким образом, чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца (12) с держателями (32 и 34).12. The method according to claim 10, characterized in that the value of the loading force is chosen to be greater than the value of the differential, so as to prevent mechanical and electrical failure of the sample (12) with the holders (32 and 34). 13. Способ измерения коэффициента преобразования по заряду механоэлектрического преобразователя с емкостным выходом, характеризующийся тем, что испытуемый образец, упирающийся в верхний держатель, подвергают воздействию переменной силы синусоидальной формы, с частотой ниже его собственной резонансной частоты амплитудой F_~, и сжимающей образец статической силы, достаточной, чтобы не допустить нарушения механической и электрической связи образца (12) с держателями (32 и 34), которые создаются воздействием на него катушки ЭДП (24) через вертикально расположенный шток (15) с нижним держателем (34) в устройстве по п.1 формулы изобретения, а вырабатывемый испытуемым образцом за счет пьезоэффекта заряд подвергают синхронной фильтрации, усреднению, определению амплитуды заряда Q_~ и рассчитывают результат измерения по формуле D = Q_~/F_~. 13. A method for measuring the charge conversion coefficient of a mechanoelectric transducer with a capacitive output, characterized in that the test sample, resting against the upper holder, is subjected to an alternating force of a sinusoidal shape, with a frequency below its own resonant frequency with an amplitude F_~, and a static force compressing the sample, sufficient to prevent the violation of the mechanical and electrical connection of the sample (12) with the holders (32 and 34), which are created by exposing it to an EAF coil (24) through a vertically located rod (15) with a lower holder (34) in the device according to claim 1 of the claims, and the charge generated by the test sample due to the piezoelectric effect is subjected to synchronous filtering, averaging, determination of the charge amplitude Q_~ and calculate the measurement result by the formula D = Q_~/F_~. 14. Способ по п.13, характеризующийся тем, частоту переменной силы синусоидальной формы испытуемого образца выбирают ниже его собственной резонансной частоты, не менее чем на порядок. 14. The method according to claim 13, characterized in that the frequency of the variable force of the sinusoidal shape of the test sample is chosen below its own resonant frequency, not less than an order of magnitude. 15. Способ по п.13, характеризующийся тем, амплитуду F_~ выбирают достаточной для достижения минимального влияния внешних помех, создаваемых вибрацией и электромагнитными полями, присутствующими в месте размещения устройства.15. The method according to claim 13, characterized in that the amplitude F _~ is chosen sufficient to achieve a minimum effect of external interference created by vibration and electromagnetic fields present at the location of the device.

Images