Лабораторная работа: Виброизмерительные преобразователи

Увеличение плотности материала инерционного элемента (А), повышает коэффициент преобразования, но снижает собственную частоту.

Таким образом, уменьшение габаритов преобразователя уменьшает коэффициент преобразования и собственную ёмкость, но увеличивает собственную частоту механического резонанса.

В настоящее время для изготовления пьезоэлектрических преобразователей наиболее широкое применение имеет пьезокерамика ЦТС – цирконат титанит свинца, обладающая высокой чувствительностью (ЗООнК/Н), равномерной температурной характеристикой и обеспечивающая возможность измерения при температурах до 260 °С.

8. Основные принципы работы ПВ

По принципу работы пьезоэлектрические вибропреобразователи могут классифицироваться на четыре основные группы.

К первой группе относятся преобразователи с инерционной массой, прижимаемой по периферии к пьезоэлементу, что способствует повышению их чувствительности. При этом корпус выполняется достаточно легким, но с твердым основанием. Если частота вибрации гораздо меньше собственной частоты механического резонанса преобразователя, то ускорение инерционной массы будет равным ускорению места установки преобразователя на испытываемое изделие. При вибрации инерционная масса вызывает переменное сжатие пьезоэлемента, приводящее к возникновению электрического заряда пропорционального колебательному ускорению поверхности изделия, на которую. установлен вибропреобразователь. Измерение величины заряда с помощью специальной измерительной схемы, подключаемой к выходу преобразователя, позволяет определить амплитуду ускорения, частоту и форму колебаний при вибрации. Установлено, что при реализации данной конструкции обеспечивает получение наилучших амплитудных и амплитудно-частотных характеристик преобразователя. К достоинствам этого варианта конструкции также относятся простота, прочность и наличие достаточно большого коэффициента преобразования при относительно малом весе преобразователя. Основными недостатками являются:

• зависимость показаний от изменения температуры окружающей среды;

• чувствительность к акустическим шумам;

• возможность деформации корпуса и основания преобразователя, являющихся частью системы «подвес – инерционная масса», под влиянием деформации колебательной поверхности испытываемого изделия.

Ко второй группе относятся преобразователи, у которых инерционная масса, пружина и пьезоэлемент установлены на центральном зажиме в середине твердого основания. Корпус в данной конструкции выполняет только защитные функции. Преобразователи второй группы лишены большинства указанных недостатков преобразователей первой группы.

К третьей группе относятся преобразователи, у которых устраняется влияние деформации основания на пьезоэлемент за счет того, что инерционная масса, прижатая пружиной к пьезоэлементу, перевёрнута. Недостатком преобразователей является несколько пониженная резонансная частота вследствие резонансов стенок корпуса, на которые опираются инерционная масса и пружина.

Особенностью четвертой группы является то, что пьезоэлемент выполнен в форме цилиндра и напряжение на обкладках появляется вследствие сдвига при восприятии преобразователем механических колебаний по направлению оси поляризации, совпадающей с осью центрального зажима. Данная конструкция хорошо работает в различных условиях окружающей среды. Она отличается малыми габаритами и обеспечивает возможность измерения параметров вибрации на высоких частотах. Съем сигнала с преобразователя производится с торцевых поверхностей перпендикулярных к оси поляризации.

9. Электретные вибропреобразователи

Для измерения параметров вибрации изделий электронной техники и элементов конструкции РЭА, массы и габариты которых соизмеримы с массой и габаритами контактных вибропреобразователей, необходимо использовать бесконтактные вибропреобразователи. Одним из возможных методов бесконтактных измерений параметров вибрации, имеющих практическое промышленное применение, является электретный.

Данный метод использует явление электретного эффекта, основанном на электростатической индукции поляризованных диэлектриков (электретов) и заключающейся в наведении свободных электрических зарядов на проводящих поверхностях изделий, приближающихся к электростатам. При этом поверхностная плотность заряда определяется следующим выражением:

– поверхностная плотность заряда электрета;

S – зазор между электретом и проводящей поверхностью изделия;

d – толщина электрета;

– диэлектрическая проницаемость материала электрета.

Под воздействием периодической вибрации (рис. 3) зазор изменяется по закону:

S = S0+S(t)

So – начальный зазор между поверхностями электрета и изделий;

S(t) – закон изменения амплитуды перемещения изделий при вибрации.

При гармонической вибрации:

Изменение зазора приводит к изменению наведенных зарядов во времени и к появлению тока в цепи электрет – измерительный прибор – проводящая поверхность изделия.