Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с внутренним возбуждением деформации и способы его калибровки

Изобретение относится к метрологии, а именно к пьезоэлектрическим измерительным преобразователям вибрации и их калибровке. Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с двумя пакетами пьезоэлектрических дисков, один из которых (входной) работает в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта, что вызывает деформацию второго (выходного) пакета, работающего в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта. Представлены также способ деформационной калибровки пьезоэлектрического преобразователя в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации. Совместное использование двух пакетов позволяет при калибровке в лабораторных условиях определить не только коэффициент преобразования преобразователя, но также соотношение между входным напряжением, подаваемым на пакет пьезоэлектрических дисков, работающий в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта и выходным напряжением пакета пьезоэлектрических дисков, работающих в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств преобразователя вибрации, а также позволяет проводить калибровку преобразователя в эксплуатационных условиях без его демонтажа с объекта измерения и без использования вибростенда. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Суть изобретения

Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с двумя пьезоэлектрическими пакетами, один из которых (входной) работает в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта, а другой, выходной, - в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, и способ его первичной калибровки в лабораторных условиях, позволяющий проводить последующие калибровки преобразователя вибрации в лабораторных условиях и калибровки в эксплуатационных условиях без демонтажа с действующего или остановленного объекта измерения (например, турбины).

Описание изобретения

Изобретение относится к метрологии, именно к пьезоэлектрическим измерительным преобразователям вибрации и их калибровке.

Преобразователь вибрации

Существующие пьезоэлектрические измерительные преобразователи вибрации (далее преобразователи) содержат один пакет пьезоэлектрических дисков, работающий в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта. Калибровка таких преобразователей как в лабораторных условиях, так и в условиях эксплуатации проводится с применением вибростенда в необходимых амплитудном и частотном диапазонах. (Ю.И. Иориш. Измерение вибрации. Машгиз. 1956 г.)

В отличие от существующих преобразователей, содержащих один пакет пьезоэлектрических дисков, работающий в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, в предлагаемом преобразователе используются два пакета, разделенных инерционной массой, в одном из которых используется прямой пьезоэлектрический эффект, а в другом - обратный пьезоэлектрический эффект.

Первичная калибровка в лабораторных условиях

Калибровка преобразователя в лабораторных условиях состоит из двух этапов, фиг. 1.

Этап 1. Калибровка проводится известным вибрационным способом с применением вибростенда в качестве источника синусоидальной вибрации. Коэффициент преобразования K₁ определяется по формуле где U - амплитуда напряжения, a - амплитуда параметра вибрации (виброускорение, виброскорость или виброперемещение).

Этап 2. Деформационная калибровка

На входной разъем 7 преобразователя подают измеряемое вольтметром 11 синусоидальное напряжение от генератора 9 и усилителя 10 такой амплитуды U_вх, которая возбуждает деформацию пьезоэлектрического пакета 3, соответствующую амплитуде выходного напряжения на разъеме 8, измеряемую вольтметром 11, равную амплитуде, полученной при калибровке с использованием вибростенда, т.е. Это означает, что деформация пакета 4 при деформационной калибровке равна деформации при калибровке с использованием вибростенда, получаемой при амплитуде вибрации a. Следовательно, коэффициент преобразования K₂, полученный при деформационной калибровке, равняется коэффициенту K₁, полученному при вибрационной калибровке.

Калибровка в условиях эксплуатации

Схема деформационной калибровки в условиях эксплуатации показана на фиг. 2.

Если при первичной калибровке преобразователя с одним пакетом дисков в лаборатории описанный вибрационный способ является единственно возможным, то в эксплуатации он является весьма неудобным, поскольку требует остановки агрегата, на котором закреплен преобразователь, и его демонтажа с агрегата с целью установки на вибростенд. Подобная процедура требует для ее реализации большой промежуток времени. Кроме того, она может проводиться только при остановке агрегата, что часто бывает невозможным, поскольку межкалибровочный интервал, как правило, меньше межремонтного интервала агрегата, в течение которого преобразователь может быть демонтирован.

Использование для измерения предлагаемого преобразователя с двумя пакетами пьезоэлектрических дисков и деформационных методов калибровки позволяет проводить калибровку в условиях эксплуатации без остановки агрегата и без демонтажа преобразователя с работающего агрегата.

Деформационная калибровка в условиях эксплуатации отличается от деформационной калибровки в лабораторных условиях подключением узкополосного фильтра 12 между разъемом 8 преобразователя и вольтметром 11, что необходимо для выделения синусоидальной составляющей вибрации, частота которой равна частоте генератора 9.

Описание чертежей

1. Фиг. 1. Схематический чертеж преобразователя и способ его калибровки в лабораторных условиях.

2. Фиг. 2. Схематический чертеж преобразователя и способ его калибровки в условиях эксплуатации.

Описание чертежа на Фиг. 1

Преобразователь состоит из корпуса 1 и крышки 2, которая крепится к корпусу при помощи резьбового соединения таким образом, чтобы уплотнить два пакета пьезоэлектрических дисков 3 и 4 с инерционной массой 5. Пакет 4 работает в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, а пакет 3 - в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта. Преобразователь крепится к вибростенду 6. На входной разъем 7 подают синусоидальное напряжение, в результате чего пакет 3 возбуждает деформацию, которая через массу 5 передается на пакет 4. Электрический заряд, возникающий в результате деформации пакета 4, подается на внутренний (если таковой имеется) усилитель заряда, выходное напряжение которого подается на выходной разъем 8, или на внешний усилитель заряда (если внутреннего не имеется), соединенный с разъемом 8. Генератор 9, усилитель 10 и вольтметр 11 служат для подачи на разъем 7 синусоидального напряжения.

Описание чертежа на Фиг. 2

Преобразователь состоит из корпуса 1 и крышки 2, которая крепится к корпусу при помощи резьбового соединения таким образом, чтобы уплотнить два пакета пьезоэлектрических дисков 3 и 4 с инерционной массой 5. Пакет 4 работает в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, а пакет 3 - в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта. Преобразователь крепится к вибростенду 6. На входной разъем 7 подают синусоидальное напряжение, в результате чего пакет 3 возбуждает деформацию, которая через массу 5 передается на пакет 4. Электрический заряд, возникающий в результате деформации пакета 4, подается на внутренний (если таковой имеется) усилитель заряда, выходное напряжение которого подается на выходной разъем 8 или на внешний усилитель заряда (если внутреннего не имеется), соединенный с разъемом 8. Генератор 9, усилитель 10 и вольтметр 11 служат для подачи на разъем 7 синусоидального напряжения. Фильтр 12 необходим для выделения синусоидальной составляющей вибрации, частота которой равна частоте генератора.

1. Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с двумя пакетами пьезоэлектрических дисков, один из которых (входной) работает в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта, что вызывает деформацию второго (выходного) пакета, работающего в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта.

2. Способ деформационной калибровки пьезоэлектрического преобразователя в лабораторных условиях, заключающийся в том, что на разъем (входной) пьезоэлектрического пакета, работающего в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта, подают от генератора и усилителя измеренное вольтметром синусоидальное напряжение на требуемых частоте и амплитуде, которое возбуждает деформацию пьезоэлектрического пакета, работающего в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, при которой напряжение на его разъеме (выходном) и коэффициент преобразования пьезоэлектрического преобразователя вибрации равны соответственно выходному напряжению и коэффициенту преобразования при калибровке пьезоэлектрического преобразователя с использованием вибростенда.

3. Способ деформационной калибровки пьезоэлектрического преобразователя в условиях эксплуатации, заключающийся в том, что на разъем (входной) пьезоэлектрического пакета, работающего в режиме обратного пьезоэлектрического эффекта, подают от генератора и усилителя измеряемое вольтметром синусоидальное напряжение на требуемых частоте, на которую настроен узкополосный фильтр, и амплитуде, которое возбуждает деформацию пьезоэлектрического пакета, работающего в режиме прямого пьезоэлектрического эффекта, при которой напряжение на его разъеме (выходном) и коэффициент преобразования равны соответственно напряжению на выходе узкополосного фильтра и коэффициенту преобразования пьезоэлектрического преобразователя при его калибровке с использованием вибростенда.