Установки для исследования и контроля параметров пьезоэлементов Пьезо-П

Назначение

Установки для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П» (далее установки ИКПП «Пьезо-П»), предназначены для измерения электрического сопротивления, электрической емкости, тангенса угла диэлектрических потерь, частоты резонанса и антирезонанса в диапазоне рабочих частот.

Описание

Принцип измерений, реализованный в установках ИКПП «Пьезо-П», показан на

рисунке 1.

Uo

Ro

U

Z

Рисунок 1- Uo - опорное напряжение, U - падение напряжения на пьезоэлементе, Ro -резистор, Z - комплексный импеданс пьезоэлемента или преобразователя.

В установках реализован цифровой способ измерений, позволяющий возбуждать пьезоэлемент или преобразователь широкополосным сигналом, спектр которого охватывает заданную область частот. В качестве такого сигнала используется сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

ЛЧМ сигнал формируется в ЭВМ программно в виде массива длиной N. Напряжения U0(t) и U(t) подаются на вход двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а полученные таким образом отсчеты - через буферное запоминающее устройство в управляющую ЭВМ, где подвергаются дискретному преобразованию Фурье с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье. В результате получаются два комплексных массива длиной N/2 каждый, соответствующие значениям U0(w) и U(w) на частотах

. Значения комплексной проводимости в полосе частот от 0 до Fd/2

рассчитываются с использованием измеренных величин.

Принцип работы при квазистатических измерениях на низкой частоте 1000 Гц аналогичен, только в качестве АЦП используется 16-ти разрядный АЦП (относительно медленно действующий), который подключается к измерительному резистору Ro с помощью коммутатора входов (на рисунке не показан).

Для расчета требуемых параметров преобразователя используется многоконтурная эквивалентная схема, динамическая часть которой состоит из нескольких соединенных параллельно RLC-цепочек. Количество контуров эквивалентной схемы определяется по числу максимумов активной составляющей проводимости в заданной полосе частот.

Контроль параметров пьезоэлементов осуществляется в двух режимах:

- динамическом режиме (контроль параметров в резонансной области частот);

- квазистатическом режиме (контроль параметров на частоте 1000 Гц).

Установки ИКПП «Пьезо-П» (рисунок 2) являются аппаратурой настольного типа и состоит из:

-    блока измерительного;

-    эквивалентов пьезоэлементов ЭПЭ-1201, ЭПЭ-1202, ЭПЭ-1203;

-    наборов RC цепей НРЕЦ-1741, НРЕЦ-1742;

-    микро-ЭВМ типа IBM PC или ноутбука;

-    лазерного принтера;

-    специального программного обеспечения, установленного в ЭВМ и реализующего заданные функции.

Управляющая ЭВМ с операционной системой Windows имеет специальное программное обеспечение, реализующие функции управления работой аппаратуры, обработки результатов измерений, отображения измеренной и обработанной информации, ведения баз данных для контролируемых пьезоэлементов.

1

Программное обеспечение

Программное обеспечение установок ИКПП «Пьезо-П» состоит из кода программы. ПО является устанавливаемым дистрибутивом ПО (файл Piezo-P_Full_2.2.2246.0.exe), который предустанавливается при поставке аппаратуры. ПО аппаратуры исполняется на процессоре управляющей ЭВМ. ПО аппаратуры рассматривается как метрологически значимое.

ПО установки «Пьезо-П», предназначено для решения следующих основных задач:

-    расчет комплексной проводимости пьезоэлемента;

-    расчет эквивалентных и электрофизических параметров;

-    взаимодействие с оператором, отображение и сохранение результатов измерений, в том числе в графическом виде, отбраковка пьезоэлементов по установленным критериям;

-    накопление в базе данных результатов измерений, формирование, отображение и сохранение отчетов о результатах измерений, в том числе гистограммных, получение их твердой копии.

Коды программы не могут быть модифицированы простыми программными средствами (защита на уровне структуры двоичного файла при его компиляции в среде разработки).

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1

Уровень защиты ПО установок по Р 50.2.077-2014 соответствует уровню «высокий».

В кодах ПО присутствует процедура контроля за контрольной суммой исполняемого файла. При запуске ПО установок происходит проверка текущей контрольной суммы кода программы с записанной контрольной суммой. В случае отличия этих контрольных сумм программа аппаратуры останавливается и на экран выводится сообщение об ошибке проверки контрольной суммы. Метрологически значимая часть ПО установок и измеренные данные достаточно защищены с помощью специальных средств защиты от преднамеренных и не преднамеренных изменений.

Технические характеристики

Диапазон рабочих частот, кГц

1 - 500;

10 - 5103; 210-11 - 1 10-7;

210-3 - 1 10-1;

±0,1;

±0,2;

±0,5;

±10;

Диапазон измерения электрического сопротивления на частоте резонанса, Ом

Диапазон измерения электрической емкости, Ф Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь

Пределы допустимой основной относительной погрешности установки частоты, %

Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения частоты резонанса, %

Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения частоты антирезонанса, %

Пределы допустимой основной относительной погрешности измерения электрического сопротивления на частоте резонанса, %

Пределы допустимой основной абсолютной погрешности измерения электрической емкости на частоте 1000 Гц:    ±(1 пФ+5 10-3 Сизм);

Пределы допустимой основной абсолютной погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 1000 Гц:

Производительность измерений при определении всех параметров (для однотипных элементов), не менее штук в мин    4;

±(2 10-3+5 10-3 1в5изм);

Электрическое сопротивление изоляции между цепями питания изделия и его корпусом, в нормальных условиях, МОм, не менее:    20;

Потребляемая мощность при номинальном напряжении, Вт, не более 40;

Время непрерывной работы в рабочих условиях, ч, не менее

8;

220+22;

50±1;

4;

при питании от сети переменного тока:

-    напряжением, В

-    частотой, Гц

Масса блока измерительного установки ИКПП «Пьезо-П», кг, не более

Габаритные размеры установки блока измерительного ИКПП «Пьезо-П» (дхшхв), мм, не менее    350*235* 110.

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится методом металлографии на лицевую панель установки ИКПП «Пьезо-П» и типографским методом на титульные листы эксплуатационной документации.

Комплектность

В комплект поставки входят:

Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П» Паспорт (68.98.00.00.000 ПС)

1 шт. 1 шт. 1 шт. 1 шт.

Руководство по эксплуатации (68.98.00.00.000 РЭ)

Методика поверки (68.98.00.00.000 МП)

Поверка

осуществляется по методике поверки 68.98.00.00.000 МП «Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П». Методика поверки», утвержденной ФБУ «Ростовский ЦСМ» 10.04.2015 г.

Таблица 2. Перечень основного оборудования необходимого для поверки.

Сведения о методах измерений

Сведения о методах измерений изложены в руководстве по эксплуатации «Установка для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П». Руководство по эксплуатации» (68.98.00.00.000 РЭ).

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к установкам для исследования и контроля параметров пьезоэлементов «Пьезо-П»:

ОСТ 11 044-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия.

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.

Лист № 5 Всего листов 5

ГОСТ Р 8.764-2011 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений электрического сопротивления.

ГОСТ 8.371-80 ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений электрической емкости.