SU1267261A1 - Device for determining temperature sensitivity of accelerometer in impact mode - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательным стендам и позвол ет повысить точность определени  термочувствительности акселерометров в ударном режиме. Внутри дополнительного стержн  2, соединенного с основным стержнем 1 через теплоизолирующую прокладку 9, выполнена термокамера 3, в которой установлен дополнительньй нагреватель в виде термоэлемента 4. Температурный режим исследовани  акселерометра 5 задаетс  путем изменени  направлени  и силы тока в термоэлементах 4 и 8. Температуру рабочих торцов стержн  2 и холодильника б, закрепленного на корпусе акселерометра с помощью упругих св зей 12, измер ют терморезисторами 10 и 11. 2 ил. сл SD file, fThe invention relates to test benches and improves the accuracy of determining the temperature sensitivity of accelerometers in shock mode. Inside the additional rod 2 connected to the main rod 1 through a heat insulating gasket 9, a heat chamber 3 is installed, in which an additional heater is installed in the form of a thermoelectric element 4. The temperature mode of the accelerometer 5 is determined by changing the direction and current of the thermoelements 4 and 8. The temperature of the working ends the rod 2 and the refrigerator b, fixed to the accelerometer case with the help of elastic connections 12, are measured by thermistors 10 and 11. 2 Il. sl SD file, f

Description

Изобретение относится к испытательным сте'ндам и может быть использовано для исследования объектов в условиях комплексного воздействия ’ факторов внешней среды и ударных нагрузок.The invention relates to test stands and can be used to study objects under the complex effects of environmental factors and shock loads.

Цель изобретения - повышение точности определения термочувствительности акселерометров в ударном режиме и упрощение конструкции устройства.The purpose of the invention is improving the accuracy of determining the thermal sensitivity of accelerometers in shock mode and simplifying the design of the device.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, общий вид.Figure 1 shows the proposed device, a General view.

Устройство содержит основной 1 и дополнительный 2 стержни,, в дополнительном стержне 2 выполнена термокамера 3, в полости которой установлен термоэлемент 4, акселерометр 5, на корпусе которого установлен холодильник 6, содержащий полость 7 с термоэлементом 8, термоизолирующую прокладку 9, терморезисторы 10 и 11 и упругие связи 12.The device contains a main 1 and an additional 2 rods, in an additional rod 2 there is a heat chamber 3, in the cavity of which a thermocouple 4 is installed, an accelerometer 5, on the case of which a refrigerator 6 is installed, containing a cavity 7 with a thermocouple 8, a thermally insulating gasket 9, thermistors 10 and 11 and elastic bonds 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Исследуемый акселерометр 5 устанавливают на рабочий торец дополнительного стержня 2. На корпус акселерометра 5 устанавливают холодильник 6 и фиксируют его с помощью упругих связей 12.The studied accelerometer 5 is installed on the working end of the additional rod 2. On the body of the accelerometer 5, a refrigerator 6 is installed and fixed using elastic ties 12.

Температурный режим испытания акселерометра задают с помощью термоэлементов 4 и 8 путем изменения направления и силы тока в них. При последовательном включении термоэлементов 4 и 8 полости термокамеры 3 и холодильника 7 имеют одинаковую температуру и акселерометр испытывается в изотермическом режиме. При встречном включении термоэлементов 4 и 8' они имеют разную температуру и акселерометр испытывается в динамическом режиме. Температуру рабочих торцов дополнительного стержня 2 и холодильника 6 измеряют посредством терморезисторов 10 и 11.The temperature test mode of the accelerometer is set using thermocouples 4 and 8 by changing the direction and current strength in them. When the thermocouples 4 and 8 are connected in series, the cavities of the heat chamber 3 and the refrigerator 7 have the same temperature and the accelerometer is tested in isothermal mode. When the thermocouples 4 and 8 'are turned on again, they have a different temperature and the accelerometer is tested in dynamic mode. The temperature of the working ends of the additional rod 2 and the refrigerator 6 is measured by means of thermistors 10 and 11.

В динамическом режиме на акселерометр 5 действует разность температур йТ = Т, - Т₂ (где Т, - температура основания акселерометра, равная: температуре торца дополнительного стержня 2'; т_г - температура холодильника 6). Разность температур дТ представляет собой градиент Температур, действующий по всему объему акселерометра й вызывающий в пьезоматериале пироэлектрические заряды. Сигнал пироэлектрических зарядов проявляется в виде дополнительной температурной погрешно сти акселерометра. Для выявления этой погрешности на акселерометр воздействуют нормированным ударным импульсом ускорения. Импульс ускорения соз5 дает в дополнительном стержне 2 волну сжатия, которая через корпус акселерометра трансформируется в холодильник 6 и, отражаясь от его свободной поверхности, создает волну растяже- 10 ния, которая движется в обратном направлении и, дойдя до границы контакта, вызывает отскок холодильника 6 от корпуса акселерометра 5. В момент отскока холодильника 6 градиент темпе15 ратуры по объему акселерометра становится равным нулю.In the dynamic mode, the accelerometer 5 is affected by the temperature difference ТT = T, - T ₂ (where T, is the temperature of the base of the accelerometer, equal to: the temperature of the end of the additional rod 2 '; t _g is the temperature of the refrigerator 6). The temperature difference dT is a Temperature gradient acting throughout the entire volume of the accelerometer and causing pyroelectric charges in the piezomaterial. The signal of pyroelectric charges manifests itself in the form of an additional temperature error of the accelerometer. To detect this error, the accelerometer is subjected to a normalized shock pulse of acceleration. The acceleration pulse generates a compression wave in the additional rod 2, which is transformed through the accelerometer body into the refrigerator 6 and, reflected from its free surface, creates a tensile wave that moves in the opposite direction and, reaching the contact boundary, causes the refrigerator to rebound 6 from the case of the accelerometer 5. At the moment of the rebound of the refrigerator 6, the temperature gradient in the volume of the accelerometer becomes equal to zero.

Таким образом, в момент ударного нагружения акселерометр получает скачок температуры &Т = Т, - Т₂ . По ре20 зультатам испытаний строят график изменения чувствительности акселерометра в функции динамического градиента температуры. В дальнейшем, график используется для коррекции показаний 25 акселерометра при испытаниях изделий на комплексные воздействия ударных нагрузок и температуры.Thus, at the moment of shock loading, the accelerometer receives a temperature jump & T = T, - T ₂ . Based on the test results, a graph is plotted of the sensitivity of the accelerometer as a function of the dynamic temperature gradient. Further, the graph is used to correct the readings of the 25 accelerometer when testing products for the complex effects of shock loads and temperature.

На фиг.2 приведены графики зависимости чувствительности акселеромет30 ра от градиента температуры в изотермическом (кривая 1) и динамическом (кривая 2) режимах, полученные с помощью предлагаемого устройства.Figure 2 shows graphs of the sensitivity of the accelerometer 30 ra on the temperature gradient in isothermal (curve 1) and dynamic (curve 2) modes obtained using the proposed device.

Ударный импульс ускорения равен ₃₅ 1500 ед. (g) , его длительность равнаThe shock impulse of acceleration is equal to ₃₅ 1500 units. (g) its duration is equal to

100 мкс. Анализ графика показывает, что изменение чувствительности аксе„ лерометра в динамическом режиме примерно в 2 раза выше, чем в изотерми4₀ ческом и составляет 3,0 пКул/^вС. Паспортное значение температурного коэффициента чувствительности акселерометра равно 40 g/^eC, что с учетом основной чувствительности аксеперомет₄₅ ра, равной 0,04 пКул/g, составляет величину 1,6 пКул/°С.100 μs. Analysis of the graph shows that the sensitivity change Aqsa "lerometra dynamically approximately 2-fold higher than in izotermi4 ₀ gal and is 3.0 pKul / C ⁱⁿ the certified value of the temperature coefficient of sensitivity of the accelerometer is equal to 40 g / ^e C, taking into account that the main sensitivity of the accelerometer ₄₅ ra, equal to 0.04 pCool / g, is 1.6 pCool / ° C.

Увеличение коэффициента температурной чувствительности в динамическом режиме объясняется тем, что акселерометр паспортизовался в изотермическом режиме, который не учитывает погрешность в результате пироэффекта.The increase in the temperature sensitivity coefficient in the dynamic mode is explained by the fact that the accelerometer was certified in the isothermal mode, which does not take into account the error due to the pyroelectric effect.

Claims (2)

Изобретение относитс  к испытательным стендам и может быть исполь зовано дл  исследовани  объектов в услови х комплексного воздействи  г факторов внешней среды и ударньк нагрузок „ Цель изобретени  - повышение точности определени  термочувствительности акселерометров в ударном режиме и упрощение конструкции устройства. На фиг.1 показано предлагаемое устройство, общий вид. Устройство содерхсит основной 1 и дополнительный 2 стержни,, в дополни тельном стержне 2 выполнена термокамера 3, в полости которой установлен термоэлемент 4, акселерометр 5, на корпусе которого установлен холодиль ник 6, содержащий полость 7 с термоэлементом 8, термоизолирующую прокладку 9, терморезисторы 10 и 11 и упругие св зи 12. Устройство работает следующим образом . Исследуемый акселерометр 5 устана вливают на рабочий торец дополнитель ного стержн  The invention relates to test benches and can be used to study objects under conditions of complex environmental factors and shock loads. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the thermal sensitivity of accelerometers in shock mode and to simplify the design of the device. Figure 1 shows the proposed device, a General view. The device contains primary 1 and additional 2 rods, in the additional rod 2, a heat chamber 3 is made, in the cavity of which thermoelement 4 is installed, accelerometer 5, on the body of which cooler 6 is installed, containing cavity 7 with thermoelement 8, thermal insulation pad 9, thermistors 10 and 11 and elastic connections 12. The device operates as follows. The accelerometer under study, 5, is poured onto the working end of an additional rod. 2. На корпус акселерометра 5 устанавливают холодильник 6 и фиксируют его с помощью упругих св зей 12. Температурный режим испытани  акселерометра задают с помощью термоэлементов 4 и 8 путем изменени  направлени  и силы тока в них. При последовательном включении термоэлементов 4 и 8 полости термокамеры 3 и холодильника 7 имеют одинаковую температуру и акселерометр испытываетс в изотермическом режиме. При встречном включении термоэлементов 4 и 8 они имеют разную температуру и акселерометр испытываетс  в динамическом режиме. Температуру рабочих торцов дополнительного стержн  2 и холодиль ника 6 измер ют посредством терморезисторов 10 и 11. В динамическом режиме на акселеро метр 5 действует разность температур йТ Т, - Т (где Т, - температура основани  акселерометра, равна  температуре торца дополнительного стерж н  2j т„ - температура холодильника 6) Разность температур дТ представл ет собой градиент температур, действующий по всему объему акселерометра И вызьшающий в пьезоматериале пироэлек трические зар ды. Сигнал пироэлектри ческих зар дов про вл етс  в виде до полнительной температурной погрешно1 12 сти акселерометра. Дл  вы влени  этой погрешности на акселерометр воздействуют нормированным ударным импульсом ускорени . Импульс ускорени  создает в дополнительном стержне 2 волну сжати , котора  через корпус акселерометра трансфор1 руетс  в холодильник 6 и, отража сь от его свободной поверхности, создает волну раст жени , котора  движетс  в обратном направлении и, дойд  до границы контакта , вызывает отскок холодильника 6 от корпуса акселерометра 5. В момент отскока холодильника 6 градиент температуры по объему акселерометра становитс  равнь нулю. Таким образом, в момент ударного нагружени  акселерометр получает скачок температуры бТ Т, - Т . По результатам испытаний стро т график изменени  чувствительности акселерометра в функции динамического градиента температуры. В дальнейшем, график используетс  дл  коррекции показаний акселерометра при испытани х изделий на комплексные воздействи  ударных нагрузок и температуры. На фиг.2 приведены графики зависимости чувствительности акселерометра от градиента температуры в изотермическом (крива  1) и динамическом (крива  2) режимах, полученные с помощью предлагаемого устройства. Ударный импульс ускорени  равен 1500 ед. (g), его длительность равна 100 МКС. Анализ графика показывает, что изменение чувствительности акселерометра в динамическом режиме примерно в 2 раза вьппе, чем в изотермическом и составл ет 3,0 пКул/ С. Паспортное значение температурного коэффициента чувствительности акселерометра равно 40 /С, что с учетом основной чувствительности акселерометра , равной 0,04 пКул/g, составл ет величину 1,6 пКул/°С. Увеличение коэффициента температурной чувствительности в динамическом режиме объ сн етс  тем, что акселерометр паспортизовалс  в изотермическом режиме, который не учитывает погрешность в результате пироэффекта. Формула изобретени  Устройство дл  определени  термочувствительности акселерометра в . ударном режиме, содержащее основной и дополнительный стержни, термокамеру и холодильник с нагревателем, о т личающе .ес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введен дополнительный нагревательj установленный в термокамере, холодильник за-5 креплен на корпусе акселерометра, а термокамера выполнена внутри дополни12672 1 тельного стержн , причем оба нагревател  вьтолнены в виде термоэлектрических элементов, а основной и дополнительный стержни соединены между собой через прокладку из теплоизолирующего акустически прозрачного материала .2. A cooler 6 is installed on the case of the accelerometer 5 and fixed by means of elastic connections 12. The temperature test of the accelerometer is set using thermocouples 4 and 8 by changing the direction and current intensity in them. When series thermoelements 4 and 8 are connected in series, the cavities of heat chamber 3 and cooler 7 have the same temperature and the accelerometer is tested in isothermal mode. When counter thermoelements 4 and 8 are turned on, they have different temperatures and the accelerometer is tested dynamically. The temperature of the working ends of the additional rod 2 and the cooler 6 is measured by means of thermistors 10 and 11. In a dynamic mode, the accelerometer 5 is affected by the temperature difference ΔT T, - T (where T, is the temperature of the accelerometer base, equal to the temperature of the end of the additional rod 2j - the temperature of the refrigerator 6) The temperature difference dT is the temperature gradient acting on the entire volume of the accelerometer AND pyroelectric charges arising in the piezomaterial. The pyroelectric charge signal manifests itself in the form of an additional temperature error of the accelerometer. To detect this error, the accelerometer is affected by a normalized shock acceleration pulse. The acceleration pulse creates a compression wave in the additional rod 2, which through the accelerometer case is transformed into the refrigerator 6 and, reflecting from its free surface, creates an extension wave that moves in the opposite direction and, after reaching the contact boundary, causes the refrigerator 6 to rebound from accelerometer housing 5. At the time of the rebound of the refrigerator 6, the temperature gradient over the volume of the accelerometer becomes equal to zero. Thus, at the moment of shock loading, the accelerometer gets a temperature jump BT. - T. According to the test results, a graph of the sensitivity of the accelerometer as a function of the dynamic temperature gradient is plotted. Further, the graph is used to correct accelerometer readings when testing products for the complex effects of shock loads and temperature. Figure 2 shows the graphs of the sensitivity of the accelerometer on the temperature gradient in isothermal (curve 1) and dynamic (curve 2) modes, obtained using the proposed device. Shock pulse acceleration is 1500 units. (g) its duration is equal to 100 ISS. Analysis of the graph shows that the change in accelerometer sensitivity in dynamic mode is about 2 times higher than isothermal and is 3.0 pCul / C. Passport value of accelerometer's temperature sensitivity is 40 / C, which, taking into account the basic accelerometer sensitivity, is 0 , 04 pC / g, is 1.6 pC / ° C. The increase in the temperature sensitivity coefficient in the dynamic mode is due to the fact that the accelerometer was passively insulated in the isothermal mode, which does not take into account the error resulting from the pyro effect. Apparatus of the Invention A device for determining the thermal sensitivity of an accelerometer. shock mode, containing the main and additional rods, heat chamber and cooler with a heater, which is characterized by the fact that, in order to improve accuracy, an additional heater installed in the heat chamber was inserted into it, the fridge-5 was mounted on the accelerometer case, and the heat chamber was made inside an additional 12672 1 tel core, both heaters are filled in the form of thermoelectric elements, and the main and additional rods are interconnected through a gasket from a heat insulating acoustically transparent material yala