Metod_LR_EAP

Література

1.А.Г. Рабинович, Л. А. Рубанов. Технология производства гидроакустической аппаратуры Л: Судостроение, 1973, -222с.

2.Технические описания измерительных приборов.

3.Мегаомметры типа М1 101. Описание и правила пользования

4.Тераомметр Е6-13. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации.

5.Е7-8. Измеритель L,C,R цифровой. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

6.С1-73 Осциллограф универсальный. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Теоретичні положення

1.Загальні вказівки

1.1Підключення зразків до вимірювальних схем повинно здійснюватись штатними з’єднуючими проводами. При необхідності використання з’єднуючих проводів їх довжина повинна бути мінімально можлива.

1.2Результати перевірок повинні заноситися у контрольний паспорт на зразок. Значення, допуски та кількість вимірювальних величин зазначають в технічній документації на зразок. Вимірювання проводять один раз.

1.3Перевірки, режим яких не обумовлено спеціально, необхідно проводити за нормальними кліматичним умовами: температура повітря від

+1°C до +45°C; атмосферний тиск (8,4 10,7) 104 Па (630-800 мм. рт. ст.);

відносна вологість повітря від 45% до 75%.

1.4Зразки перед початком перевірки необхідно витримати в умовах, вказаних в п. 1.3 не менше двох годин. Повний час витримки зразка після технологічної операції перед перевіркою повинно бути вказано в технічній документації зразка, що контролюється.

1.5Тривалість перевірки в заданому режимі необхідно відраховувати з моменту установлення режиму.

1.6Під час перевірки електромеханічних параметрів зразки повинні встановлюватись на спеціальній прокладці з пористої гуми поверхнями, які мають мінімальну нормальну складову швидкості коливання (рис. 2.1), або повинні закріплюватися по вузловим лініям.

циліндричний стрижньовий пластинчастий елемент елемент елемент

Рис. 2.1 Способи розміщення перетворювачів

11

1.7.Під час перевірки електричної міцності, опору ізоляції, внутрішнього опору постійного струму зразки повинні буди встановлені на підставці з електроізоляційного матеріалу.

1.8.Зразки на перевірку повинні поступати у спеціальній тарі, що охороняє від механічних ушкоджень (сколів, тріщин) і від ушкоджень електричного монтажу.

1.9.Зразки повинні поступати на перевірку чистими (без пилу та бруду).

2.Вимоги безпеки

2.1.При перевірках зразків необхідно суворо дотримуватись «Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів» та «Правил технічної безпеки при експлуатації електроустановок споживачів», які затверджені державною інспекцією по енергетичному нагляду.

2.2Особи, які здійснюють перевірку параметрів зразків, повинні бути ознайомленні з вимірювальною апаратурою і мати допуск до роботи з електроустановками до і вище 1000 В.

2.3Дотримувати «Типові правила пожежної безпеки для промислових підприємств».

2.4Виводи зразків завжди повинні бути електрично з’єднані між собою, крім тих випадків, коли вони приєднані до вимірювальних приладів.

2.5Скорочення виводів зразків треба проводити за допомогою ізоляційних засобів, вказаних у «Правилах технічної експлуатації електроустановок споживачів» та «Правилах технічної безпеки при експлуатації електроустановок споживачів».

3.Метод контролю полярності

3.1. Вимірювальна апаратура.

3.1.1. Вимірювальна апаратура вказана у рекомендованому додатку 1, таблиця 1.

3.2. Проведення контролю.

3.2.1.Вихід зразка з маркуванням «плюс» підключити до клеми «вхід», а вихід зі знаком «мінус» - до клеми «земля» осцилографа.

3.2.2.При легкому постукуванню гумовим молотком по активній поверхні зразка перший викид на екрані осцилографа повинен бути направлений до гори від лінії розгортки (рис. 2.2). Це повинно відмічатися у контрольному паспорті знаком «плюс». Перший викид променя осцилографа може бути і в протилежний бік, якщо це спеціально обумовлено у документації зразка, що перевіряється.

Рис. 2.2 Викид на екрані осцилографа

12

3.2.3.Для виявлення зон, які дають зворотний знак полярності, необхідно проводити простукування по усій активній поверхні зразка з відстанню між сусідніми точками не більше 1–2 см. Зони, які показують зворотній знак полярності, необхідно відмітити будь-яким способом, наприклад, крейдою.

3.2.4.Наявність зон зворотної полярності повинна бути вказана у контрольному паспорті спеціальним символом з вказівкою їх місцезнаходження

ірозмірів на ескізі, якій прикладається до паспорту.

Примітка.

1.Під час контролю полярності циліндричних активних елементів, які працюють на коливаннях згину, необхідно натискувати одночасно на поверхню центральних призм протилежних синфазних ділянок з силою, достатньою для визначення знака виникаючого заряду.

2.Під час контролю полярності зразків, які складаються з декількох активних елементів, треба здійснювати по черзі контроль полярності усіх вхідних елементів.

4. Вимірювання електричної ємності та тангенсу кута втрат

4.1. Вимірювальна апаратура.

4.1.1.Вимірювання електричної ємності С та тангенсу кута втрат tgδ проводиться за допомогою стандартних вимірювальних установок та приладів на частоті 1000 Гц, якщо частота вимірювання не обумовлена у технічній документації (ТД) на зразок.

4.1.2.Вимірювальна апаратура вказана у рекомендованому додатку 1,

табл. 2.

4.2. Проведення вимірювань.

4.2.1.Вимірювання електричної ємності та тангенсу кута втрат

здійснюються відповідно з інструкцією по експлуатації вимірювальних установок.

4.2.2. При необхідності проведення вимірювання С та tgδ зразка додатковими з’єднуючими проводами, їх довжина повинна бути мінімально можливою.

У випадку, якщо електрична ємність додаткових проводів складає два, або більше процента від електричної ємності вимірювального зразка, його електрична ємність та тангенс кута втрат знаходиться за формулою:

С С Сд ; tg tg x Cg (tg x tg д) Cx

де Cx і tg x – вимірювальна сумарна електрична ємність та тангенс кута втрат.

Cд і tg д – електрична ємність та тангенс кута втрат додаткових проводів.

5. Метод вимірювання внутрішнього опору зразка постійного струму

5.1 Вимірювальна апаратура.

13

5.1.1Внутрішній опір зразка визначають приладами, які проводять вимірювання з погрішністю не більше ± 20%.

5.1.2Вимірювальне напруження не повинно перевищувати робоче. Для зразків – приймачів вимірювальна напруга не повинна перевищувати 100 В.

5.2 Проведення вимірювання.

5.2.1При замірі внутрішнього опору необхідно клему приладу, яка має великий потенціал, з’єднати з плюсом зразка, що обміряється.

5.2.2Подати напругу на вимірювальний опір, протягом однієї хвилини, після чого треба зробити запис показників приладу в контрольний паспорт.

5.2.3Якщо зразок має підключені паралельно його виходам котушки індуктивності, то замір внутрішнього опору зразка не проводять, а вимірюють лінію опору ізоляції зразка згідно з вимогами відповідного розділу.

6.Метод вимірювання опору ізоляції зразків

6.1Вимірювальна апаратура.

6.1.1Вимірювання опору ізоляції зразків, тобто опору між виходами зразків та його корпусними частинами, необхідно виконувати мегаомметрами та тераомметрами.

6.1.2Придатність установки для заміру опору ізоляції зразків визначається точністю вимірювань, вимірювальна напруга не повинна перевищувати робочу. Для зразків – приймачів вимірювальна напруга не повинна перебільшувати 100 В.

6.2 Проведення вимірювання.

6.2.1При замірі опору ізоляції приладу клему, що має менший потенціал, підключити до корпусних частин зразка, з’єднаним електрично разом. При цьому всі зовнішні металеві деталі (бандаж) повинні бути також з’єднані з корпусними частинами.

6.2.2Для вимірювання Ri зразка без зовнішньої металевої оболонки його слід помістити у воду, при цьому неізольований провід, який іде до клеми вимірювального приладу з меншим потенціалом, повинен мати контакт з водою.

6.2.3Напругу на вимірювальний опір ізоляції необхідно подавати на протязі 1 хвилини; після чого провести запис показників приладу в контрольний паспорт.

Контрольні запитання

1.Дайте характеристику загальним положенням, які необхідно виконувати при визначенні електричних параметрів перетворювачів та їх активних елементів.

2.Дайте перелік і визначення електричних параметрів електромеханічних перетворювачів та їх активних елементів, які є обов’язковими для контролю якості та стану працездатності.

3.Охарактеризуйте суть методу контролю полярності і необхідну для нього вимірювальну апаратуру.

14

4.Охарактеризуйте порядок вимірювання електричної ємності і тангенсу кута втрат та необхідну для вимірювання апаратуру.

5.Дайте характеристику методу вимірювання внутрішнього опору перетворювачів та їх активних елементів сталому струму та необхідній для цього апаратурі.

6.Дайте характеристику методу вимірювання опорів ізоляції зразків перетворювачів та їх активних елементів і необхідній для вимірювання апаратурі.

15

Додаток 1

Таблиця 1. Метод контролю полярності

16

Лабораторна робота № 3

Детальне ознайомлення з методами визначення електромеханічних параметрів зразків перетворювачів. Придбання навичок практичного застосування цих методів

Мета роботи

1.Ознайомлення з електричними і електромеханічними параметрами перетворювачів. Вивчення методів їх контролю.

2.Придбання практичних навиків застосування методів по п.1 шляхом виконання вимірювань частотної характеристики модуля повної електричної провідності (опору) конкретних зразків перетворювачів.

Завдання № 1 (2 години)

1.З’ясувати і вивчити технічну суть і визначення електричних і електромеханічних параметрів п’єзокерамічних перетворювачів.

2.Вивчити методи контролю електричних і електромеханічних параметрів зразків перетворювачів. Ознайомитися з інструкціями застосування необхідних вимірювальних приладів.

3.Скласти письмовий звіт згідно з вимогами ЄСКД.

Зміст технічного звіту по завданню № 1

1.Письмовий виклад технічної суті електричних і електромеханічних параметрів п’єзоперетворювачів.

2.Письмовий виклад методу контролю частотної характеристики модулю повного електричного опору (провідності):

структури вимірювальної схеми для контролю;

вимірювальної апаратури і її призначення;

алгоритму вимірювання і обробки інформації.

Завдання №2 (2 години)

1. Придбати навики практичного застосування методів контролю електричних і електромеханічних параметрів п’єзокерамічних перетворювачів. Для цього:

1.1базуючись на знаннях, одержаних при виконанні завдання №1, вибрати вимірювальні прилади, необхідні для визначення модулю повного електричного опору (провідності) перетворювача;

1.2зібрати вимірювальний стенд;

1.3виконати вимірювання модулю електричного опору (провідності) поданих зразків;

1.4виконати обробку одержаних експериментальних даних; визначити: максимальні і мінімальні значення модулю вхідного опору, частоту механічного

іелектромеханічного резонансів, коефіцієнт електромеханічного зв’язку, механічну добротність Q і коефіцієнт електромеханічної трансформації n.

17

1.5 Скласти письмовий технічний звіт згідно з вимогами ЄСКД.

Зміст технічного звіту по завданню №2

Письмово викласти результати робіт по п. 1.1-1.4.

Література

1.Справочник по гидроакустике /А.П. Евтютов, А.Е. Колесников и др.- Л.: Судостроение, 1988552 с.

2.Орлов Л.В., Шабров А.А. «Гидроакустическая аппаратура рыбопромыслового флота». – Л. Судостроение, 1987-222 с.

3.Технические описания измерительных приборов: генератора синусоидальных сигналов; частотомера; вольтметра.

Теоретичні положення

1. Електричні величини перетворювача (п’єзокерамічного):– абсолютна діелектрична проникність;

Ф А2 с40 – електрична стала вакууму, м , м3 кг ;

А2 с4

С– електрична ємність, Ф, 3 кг ;м

Z, R, X, Rевт – повний, активний, реактивний опір, опір електричних втрат,

В м кг Е –напруженість електричного поля, м,А с2 ;

D – електрична індукція.

2. Електромеханічні величини:

n – коефіцієнт електромеханічної трансформації Кл , А с ;

м м

Kік – коефіцієнт електромеханічного зв’язку; d – п’єзоелектричний модуль, Кл , А с3 ;

Нм кг

γ – чутливість, В , м3 ;

Па А с

еа – електроакустичний коефіцієнт корисної дії; fa – частота електромеханічного резонансу.

Електромеханічний резонанс або антирезонанс визначається як механічними, так й електричними параметрами перетворювача і відповідає

18

частоті, на якій в режимі прийому при холостому ході і дії на перетворювач сталого тиску на його електродах розвивається максимальна електрична напруга.

електромеханічного зв’язку, це число, яке оцінює здібність п’єзоелектричного матеріалу перетворювати одну форму енергії в іншу. КЕМЗ можна визначити також як відношення електричної енергії, що утворюється в п’єзоелементі при його деформації, до механічної енергії, що запасена в ньому.

3. В режимі випромінювання п’єзокерамічний випромінювач навантажує збуджуючий його генератор. Відомо, що максимальна потужність на навантаженні виділяється при рівності внутрішнього опору генератора і опору навантаження.

Замінимо перетворювач “ящиком” – чотирьохполюсником з двома різнорідними сторонами – електричною і механічною (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Електромеханічна схема

Цей ”ящик” зв’язує процеси на обох сторонах. Оскільки зв’язок між електричними і механічними процесами, що взаємодіють, здійснюється в умовному трансформаторі, в одному ланцюзі якого діють електричні змінні – напруга і струм, а в другому – механічні змінні – сила і коливальна швидкість, то саме цей трансформатор і розкриває суть “ящика”, в якому здійснюється електромеханічне перетворення.

Для побудови еквівалентної схеми перетворювача достатньо між парами клем 1-2 включити електромеханічний трансформатор (рис. 3.1). В режимі випромінювання слід рахувати F=0, а для врахування реакції середовища на випромінювач необхідно ввести в схему механічної сторони опір навантаження zн . В режимі прийому на вхідній – механічній стороні діє еквівалентна сила тиску акустичного поля, на вихідній стороні – електрична напруга.

Тепер представимо еквівалентну схему випромінювача у вигляді наступних послідовно з’єднаних ланцюгів (рис. 3.2): генератора збудження з ЕРС Eг і внутрішнім опором Zг , електричного ланцюгу перетворювача Z0 , електромеханічного трансформатора (1:N) і механічного ланцюга перетворювача z з опором навантаження zн .

19

Рис. 3.2 Еквівалентна схема перетворювача

Щоб випромінювач споживав від збуджуючого генератора максимальну потужність, їх опори повинні бути узгоджені. Тому важливо знати опір випромінювача Zвх , заміряний з електричної сторони. На величину Zвх впливає і механічна частина перетворювача, тобто вторинний ланцюг – вихідна сторона. Опір цієї механічної сторони:

внутрішніми втратами в елементах, що деформуються, і в деталях конструкції, наприклад, кріпленнях, місцях зклейки, екранах і т.п. Коли перетворювач навантажено середовищем, наприклад, водою, до його активної складової додається опір випромінювання rs , до реактивної – опір соколивальної маси

i ms .

Із електротехніки відомо, що для врахування взаємного впливу двох ланцюгів, між якими включено узгоджуючий трансформатор, необхідно

механічного опору z до електричної сторони треба z поділити на N2 , а для приведення електричного опору Z на механічну сторону треба Z помножити на N2 . Розділивши (1) на N2 , визначимо опір, обумовлений рухом механічної частини (динамічний опір):

20