RU2705747C1 - Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects - Google Patents
Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705747C1 RU2705747C1 RU2019107402A RU2019107402A RU2705747C1 RU 2705747 C1 RU2705747 C1 RU 2705747C1 RU 2019107402 A RU2019107402 A RU 2019107402A RU 2019107402 A RU2019107402 A RU 2019107402A RU 2705747 C1 RU2705747 C1 RU 2705747C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- unit
- channel
- measuring
- end connector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Комплекс устройств относится к области приборостроения и может быть использован для дистанционного контроля работоспособности средств измерения параметров механических колебаний по преимуществу высокотемпературных объектов.A set of devices relates to the field of instrumentation and can be used to remotely monitor the health of measuring instruments for measuring the parameters of mechanical vibrations, mainly of high-temperature objects.
В средствах измерения параметров механических колебаний (вибраций) широко используются пьезоэлектрические вибропреобразователи, которые предназначены для работы в течение длительных периодов времени с минимальным обслуживанием в жестких условиях эксплуатации (повышенная температура, влажность, наличие агрессивной среды и т.д.). По этой причине возможно возникновение нарушений работы или отклонений от нормируемых в нормативных документах характеристик пьезоэлектрических вибропреобразователей и, как следствие, измерение параметров вибраций будет проводиться со значительными погрешностями (превышающими допустимые пределы) или информация о них будет вообще отсутствовать. В таких случаях возможен выход из строя объекта, вибрационные параметры которого предназначен измерять комплекс устройств с пьезоэлектрическим вибропреобразователем. Замена вышедшего из строя пьезоэлектрического вибропреобразователя часто является дорогостоящей операцией (а иногда она просто невозможна без длительных и затратоемких работ), поэтому периодический контроль работоспособности средств измерения с пьезоэлектрическим вибропреобразователем, установленным на объекте измерения с повышенной температурой, является актуальной задачей.Piezoelectric vibration transducers are widely used in measuring instruments for the parameters of mechanical vibrations (vibrations), which are designed to operate for long periods of time with minimal maintenance in harsh operating conditions (elevated temperature, humidity, aggressive environment, etc.). For this reason, it may cause malfunctions or deviations from the characteristics of piezoelectric vibration transducers normalized in regulatory documents and, as a result, the measurement of vibration parameters will be carried out with significant errors (exceeding the permissible limits) or there will be no information about them at all. In such cases, failure of the object is possible, the vibrational parameters of which are intended to measure a set of devices with a piezoelectric vibration transducer. Replacing a failed piezoelectric vibration transducer is often an expensive operation (and sometimes it is simply not possible without lengthy and costly work), therefore, periodic monitoring of the performance of measuring instruments with a piezoelectric vibration transducer installed at the measuring object with elevated temperature is an urgent task.
Известно техническое решение для измерения параметров механических колебаний объектов с повышенной температурой («Пьезоэлектрический акселерометр» RU 2097772, G01P 15/09, 1997.11.27).Known technical solution for measuring the parameters of mechanical vibrations of objects with high temperature ("Piezoelectric accelerometer" RU 2097772, G01P 15/09, 1997.11.27).
Известное техническое решение содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, предварительный усилитель с согласующей схемой, биполярным и полевым транзисторами, кабельную линию связи с концевым соединителем, источник питания и регистратор. Предварительный усилитель разделен на две части, одна из которых с согласующей схемой и биполярным и полевым транзисторами расположена вместе с пьезопреобразователем в его корпусе, а другая часть предварительного усилителя, с согласующим резистором, расположена вне корпуса пьезоэлектрического вибропреобразователя и связана с его первой частью линией связи с концевым соединителем.The known technical solution comprises a piezoelectric vibration transducer, a preamplifier with a matching circuit, bipolar and field-effect transistors, a cable communication line with an end connector, a power source and a recorder. The preamplifier is divided into two parts, one of which with the matching circuit and bipolar and field-effect transistors is located together with the piezoelectric transducer in its case, and the other part of the preliminary amplifier, with the matching resistor, is located outside the piezoelectric vibration transducer and connected to its first part with a communication line with end connector.
Размещение второй части предварительного усилителя с согласующим резистором, определяющим режим работы и коэффициент усиления предварительного усилителя, в нормальные температурные условия позволяет известному техническому решению быть работоспособным в диапазоне температур объекта от -40 до +125°С.Placing the second part of the pre-amplifier with a matching resistor that determines the operation mode and gain of the pre-amplifier in normal temperature conditions allows the known technical solution to be operational in the temperature range of the object from -40 to + 125 ° C.
К недостатку известного технического решения следует отнести отсутствие возможности дистанционного контроля его работоспособности.The disadvantage of the known technical solution is the lack of the ability to remotely monitor its performance.
Известно также техническое решение для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов («Пьезоэлектрический акселерометр» RU 140046 U1, G01P 15/09, 17.10.2013), которое позволяет измерять параметры механических колебаний объектов с повышенной температурой (от -60 до +250°С, а при использовании высокотемпературной пьезокерамики - до +400°С), который по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.There is also known a technical solution for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects ("Piezoelectric accelerometer" RU 140046 U1, G01P 15/09, 10/17/2013), which allows you to measure the parameters of mechanical vibrations of objects with high temperature (from -60 to + 250 ° C, and when using high-temperature piezoceramics - up to + 400 ° C), which, in combination with the essential features, is the closest analogue of the claimed invention.
Известное техническое решение (фиг. 1) содержит измерительно-усилительный блок 1 и блок регистрации 2. В измерительно-усилительный блок 1 включены пьезоэлектрический вибропреобразователь 3, в корпусе которого размещен пьезопреобразователь 31. Пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 установлен на объекте 4, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации. К сигнальному выходному контакту 32 пьезопреобразователя 31 подключена кабельная линия связи 5 с концевым соединителем 6, в котором установлена плата 10 с усилительно-преобразующим блоком 9, фильтром нижних частот 15 и источником опорного напряжения 16. Выходные контакты 61 и 62 концевого соединителя 6, которые являются токовым выходом усилительно-преобразующего блока 9, соединены соответственно с шиной питания 12 и общей шиной 13. Второй общий выходной контакт 33 пьезопреобразователя 31 соединен с корпусом вибропреобразователя 3 и общей шиной 13.The known technical solution (Fig. 1) contains a
Усилительно-преобразующий блок 9 выполнен на базе дифференциального операционного усилителя 8 (цепи отрицательной обратной связи на фиг. 1 не показаны), инвертирующий вход 81 которого с помощью кабельной линии связи 5 соединен через входной резистор 7 с сигнальным выходным контактом 32 пьезопреобразователя 31, а выход 82 дифференциального операционного усилителя 8 подключен к базе 111 транзистора 11 структуры p-n-р. Эмиттер 112 и коллектор 113 транзистора 11, а также выводы питания 83 и 84 дифференциального операционного усилителя 8 через выходы 91 и 92 усилительно-преобразующего блока 9 подключены соответственно к шине питания 12 и к общей шине 13.The amplifying and converting
К неинвертирующему входу 85 дифференциального операционного усилителя 8 подключен через резистор 14 фильтра нижних частот 15 источник опорного напряжения 16 и первый вывод 171 конденсатора 17 фильтра нижних частот 15, который вторым выводом 172 соединен с общей шиной 13.To the
В блоке регистрации 2 размещены источник постоянного тока 18, выходной делитель переменного напряжения 19 и регистратор переменного напряжения 22. Первый вывод 181 источника питания постоянного тока 18 соединен с шиной питания 12, а второй вывод 182 - с общей шиной 13.In the
Выходной делитель переменного напряжения 19 содержит последовательно соединенные конденсатор 20 и резистор 21, при этом средняя точка между ними 191 подключена к входу регистратора переменного напряжения 22, вывод 201 конденсатора 20 подключен к шине питания 12, а вывод 211 резистора 21 - к общей шине 13.The
Питание источника опорного напряжения 16 осуществляется от источника постоянного тока 18 через ограничительный резистор 29, подключенный к шине питания 12.The power supply of the
Известное техническое решение работает следующим образом.Known technical solution works as follows.
Воздействие на корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 внешней вибрации со стороны объекта 4 вызывает появление на пьезопреобразователе 31 электрического заряда, пропорционального виброускорению, действующему на корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя 3. По кабельной линии связи 5 электрический заряд передается через входной резистор 7 на инвертирующий вход 81 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9, размещенного на плате 10 в концевом соединителе 6. Электрический заряд преобразуется в электрическое напряжение, которое усиливается в дифференциальном операционном усилителе 8 усилительно-преобразующего блока 9 и поступает на базу 111 транзистора 11 структуры p-n-р.The impact on the body of the piezoelectric vibration transducer 3 of external vibration from the side of the object 4 causes the appearance on the
Изменение внутреннего сопротивления транзистора 11 под действием напряжения на базе 111 вызывает модуляцию падения напряжения на переходе «эмиттер 111 - коллектор 112» транзистора 11. Усиленный модулированный сигнал в виде суммы постоянной и переменной составляющих напряжения поступает через контакты 61 и 62 концевого соединителя 6 на выходной делитель переменного напряжения 19, который с помощью конденсатора 20 и резистора 21 выходного делителя переменного напряжения 19 выделяет переменную составляющую напряжения, поступающую со средней точки 191 выходного делителя переменного напряжения 19 на регистратор переменного напряжения 22. Амплитуда (или среднее квадратическое значение) напряжения, измеренная регистратором переменного напряжения 22, пропорциональна амплитуде (или среднему квадратическому значению) виброускорения, действующего на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3.Changing the internal resistance of
Для выбора рабочей точки дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9 на его неинвертирующий вход 85 подается постоянное напряжение от источника опорного напряжения 16 через резистор 14 и конденсатор 17 фильтра нижних частот 15. Питание всего усилительно-преобразующего блока 9 и источника опорного напряжения 16 осуществляется от источника постоянного тока 18, обеспечивающего стабилизацию потребляемого тока на заданном уровне (например, 4 мА).To select the operating point of the differential
Размещение чувствительных к повышенной (пониженной) температуре радиоэлектронных элементов известного технического решения (плата 10) в концевом соединителе 6 приводит к исключению их теплового контакта с объектом измерения и, соответственно, к расширению рабочего диапазона температур при измерении параметров вибраций.The placement of temperature-sensitive electronic elements of a known technical solution (board 10) in the end connector 6 eliminates their thermal contact with the measurement object and, accordingly, expands the operating temperature range when measuring vibration parameters.
К недостатку известного технического решения следует отнести отсутствие возможности дистанционного контроля его работоспособности.The disadvantage of the known technical solution is the lack of the ability to remotely monitor its performance.
Задачей, на решение которой направлен заявляемый комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов, является расширение функциональных возможностей комплекса за счет реализации способности дистанционной проверки его работоспособности.The task to be solved by the claimed complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects is to expand the functionality of the complex through the implementation of the ability to remotely verify its performance.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов, заключается в дистанционной проверке соответствия выходных параметров пьезоэлектрического вибропреобразователя и усилительно-преобразующего блока установленным значениям при воздействии на них тестового электрического сигнала.The technical result obtained by the implementation of the inventive complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects, consists in remotely checking the correspondence of the output parameters of the piezoelectric vibration transducer and the amplifying transducer block to the established values when exposed to a test electric signal.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом комплексе устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов, содержащем измерительно-усилительный блок и блок регистрации, при этом, измерительно-усилительный блок содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, в корпусе которого размещен пьезопреобразователь, общий выходной контакт которого соединен с корпусом вибропреобразователя и общей шиной, кабельную линию связи с концевым соединителем и подключаемый к нему блок регистрации через два выходных контакта концевого соединителя, один из которых соединен с шиной питания, а второй - с общей шиной, размещенные на плате, установленной в концевом соединителе, усилительно-преобразующий блок, выполненный на базе дифференциального операционного усилителя, инвентирующий вход которого соединен через входной резистор с сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя по кабельной линии связи, а выход - с базой транзистора структуры p-n-p, эмиттер и коллектор которого, а также выводы питания дифференциального операционного усилителя через первый и второй выходы усилительно-преобразующего блока соединены соответственно с шиной питания и общей шиной, фильтр нижних частот и источник опорного напряжения, первый вывод которого через резистор фильтра нижних частот соединен с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, а через ограничительный резистор - с шиной питания, второй вывод источника опорного напряжения соединен с общей шиной, неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя соединен также с первым выводом конденсатора фильтра нижних частот, блок регистрации содержит источник постоянного тока, выводы которого через два выходных контакта концевого соединителя подключены к шине питания и общей шине измерительно-усилительного блока, выходной делитель переменного напряжения, включающий последовательно соединенные конденсатор выходного делителя и резистор выходного делителя, при этом первый вывод конденсатора выходного делителя подключен к шине питания, второй вывод резистора выходного делителя - к общей шине, а средняя точка между ними подключена к входу регистратора переменного напряжения, в отличие от известного технического решения в заявляемом комплексе концевой соединитель измерительно-усилительного блока снабжен дополнительным третьим выходным контактом, на плате, установленной в концевом соединителе, размещен дополнительный резистор, а блок регистрации дополнительно снабжен трехканальным двухпозиционным переключателем, источником тестового сигнала, запоминающим блоком, блоком сравнения и индикатором неисправности, при этом, второй вывод конденсатора фильтра нижних частот соединен с дополнительным третьим выходным контактом концевого соединителя, а через дополнительный резистор - с общей шиной, выход регистратора переменного напряжения соединен с первым и вторым каналами трехканального двухпозиционного переключателя, третий канал трехканального двухпозиционного переключателя соединен с дополнительным третьим выходным контактом концевого соединителя, первый и второй контакты первого канала трехканального двухпозиционного переключателя соединены с входом запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй контакт второго канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен со вторым входом блока сравнения, первый контакт третьего канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен с общей шиной, а второй контакт - с выходом источника тестового сигнала, причем, выход блока сравнения соединен с входом индикатора неисправности.The specified technical result is achieved by the fact that in the claimed complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects, containing a measuring and amplifying unit and a recording unit, while the measuring and amplifying unit contains a piezoelectric vibration transducer, in the body of which a piezoelectric transducer is located, the common output contact of which is connected with a vibro-converter housing and a common bus, a cable communication line with an end connector and a regis unit connected to it traction through two output contacts of the end connector, one of which is connected to the power bus, and the second to the common bus, located on the board installed in the end connector, an amplifier-converting unit based on a differential operational amplifier, the inlet input of which is connected through the input a resistor with a signal output contact of the piezoelectric transducer via a cable communication line, and the output - with the base of a transistor of the pnp structure, the emitter and collector of which, as well as the power leads of the differential opera of the amplifier through the first and second outputs of the amplifier-converter unit are connected respectively to the power bus and the common bus, a low-pass filter and a reference voltage source, the first output of which is connected through a low-pass filter resistor to a non-inverting input of the differential operational amplifier, and through a limiting resistor to power bus, the second output of the reference voltage source is connected to a common bus, the non-inverting input of the differential operational amplifier is also connected to the first output the low-pass filter capacitor house, the recording unit contains a direct current source, the terminals of which are connected through the two output contacts of the terminal connector to the power bus and the common bus of the measuring and amplifying unit, an alternating voltage output divider, including an output divider capacitor and an output divider resistor, at In this case, the first terminal of the output divider capacitor is connected to the power bus, the second terminal of the output divider resistor is connected to the common bus, and the midpoint between and connected to the input of the AC voltage recorder, in contrast to the known technical solution in the claimed complex, the end connector of the measuring and amplifying unit is equipped with an additional third output contact, an additional resistor is placed on the board installed in the end connector, and the recording unit is additionally equipped with a three-channel on / off switch, the source of the test signal, the storage unit, the comparison unit and the fault indicator, while the second output of the capacitor a low-frequency filter is connected to an additional third output contact of the end connector, and through an additional resistor to a common bus, the output of the AC voltage recorder is connected to the first and second channels of the three-channel on-off switch, the third channel of the three-channel on-off switch is connected to the additional third output contact of the end connector, the first and the second contacts of the first channel of the three-channel on-off switch are connected to the input of the storage unit, the output of which is connected to the first input of the comparison unit, the second contact of the second channel of the three-channel on-off switch is connected to the second input of the comparison unit, the first contact of the third channel of the three-channel on-off switch is connected to the common bus, and the second contact is to the output of the test signal source, moreover, the output of the comparison unit connected to the input of the malfunction indicator.
На фиг. 1 показана блок-схема прототипа заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов.In FIG. 1 shows a block diagram of a prototype of the claimed complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects.
На фиг. 2 показана принципиальная схема измерительно-усилительного блока заявляемого комплекса.In FIG. 2 shows a schematic diagram of a measuring and amplifying unit of the claimed complex.
На фиг. 3 показана блок-схема блока регистрации заявляемого комплекса.In FIG. 3 shows a block diagram of a registration unit of the claimed complex.
Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов (фиг. 2 и фиг. 3) содержит первое устройство - измерительно-усилительный блок 1 и второе устройство - блок регистрации 2.The complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects (Fig. 2 and Fig. 3) contains the first device - measuring and amplifying
В измерительно-усилительном блоке 1 расположен пьезоэлектрический вибропреобразователь 3, в корпусе которого размещен пьезопреобразователь 31. Пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 установлен на объекте 4, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации. К сигнальному выходному контакту 32 пьезопреобразователя 31 подключена кабельная линия связи 5 с концевым соединителем 6, соединяющая выходной контакт 32 пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 через входной резистор 7 с инвертирующим входом 81 дифференциального операционного усилителя 8 (цепь отрицательной обратной связи на фиг. 2 не показана) усилительно-преобразующего блока 9, размещенного на плате 10, установленной в концевом соединителе 6. Выход 82 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9 соединен с базой 111 транзистора 11 структуры p-n-р. Эмиттер 112 и коллектор 113 транзистора 11 и выводы 83 и 84 дифференциального операционного усилителя 8 через выходы 91 и 92 усилительно-преобразующего блока 9, подключены соответственно к шине питания 12 и к общей шине 13, к которым подключены также контакты 61 и 62 концевого соединителя 6.The measuring and amplifying
Общий выходной контакт 33 пьезопреобразователя 31 соединен с корпусом вибропреобразователя 3 и общей шиной 13.The common output contact 3 3 of the
К неинвертирующему входу 85 дифференциального операционного усилителя 8 подключены через резистор 14 фильтра нижних частот 15 источник опорного напряжения 16 и первый вывод 171 конденсатора 17 фильтра нижних частот 15. Элементы фильтра нижних частот 15 и источника опорного напряжения 16 размещены на плате 10.The
Источником питания комплекса устройств блоков 1 и 2 служит источник постоянного тока 18, который выводом 181 соединен с шиной питания 12 через выходной контакт 61 концевого соединителя 6, а выводом 182 - с общей шиной 13 через выходной контакт 62 концевого соединителя 6.The power source of the
Выходной делитель переменного напряжения 19, содержит последовательно соединенные конденсатор 20 и резистор 21, средняя точка между ними - 191 подключена к входу регистратора переменного напряжения 22. Вывод 201 конденсатора 20 подключен к шине питания 12, а вывод 211 резистора 21 - к общей шине 13. Выход регистратора переменного напряжения 22, соединен с двумя каналами 231 и 232 трехканального двухпозиционного переключателя 23.The output
Контакты 231-1 и 231-2 первого канала 231 трехканального двухпозиционного переключателя 23 соединены с входом запоминающего блока 24, выход которого соединен с первым входом 251 блока сравнения 25, контакт 232-2 второго канала 232 трехканального двухпозиционного переключателя 23 соединен со вторым входом 252 блока сравнения 25, выход которого соединен с входом индикатора неисправности 26.The
Ко второму выводу 172 конденсатора 17 фильтра нижних частот 15 подключены первый вывод 271 дополнительного резистора 27 и через выходной контакт 63 концевого соединителя 6 - третий канал 233 трехканального двухпозиционного переключателя 23. Второй вывод 272 дополнительного резистора 27 соединен с общей шиной 13.The second terminal 27 1 of the additional resistor 27 is connected to the
Контакт 233-1 третьего канала 233 трехканального двухпозиционного переключателя 23 подключен к общей шине 13, а контакт 233-2 - к выходу источника тестового сигнала 28.Contact 23 3-1 of the
Питание источника опорного напряжения 16 осуществляется от источника постоянного тока 18 через ограничительный резистор 29, подключенный к шине питания 12.The power supply of the
Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов работает следующим образом.A set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects works as follows.
Пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 устанавливают на объект 4, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации. С помощью кабельной линии связи 5 концевой соединитель 6 с платой 10 устанавливают на значительном расстоянии от объекта 4, что существенно снижает влияние температуры объекта 4 на электронные элементы, размещенные на плате 10.The
В режиме измерения виброускорения трехканальный двухпозиционный переключатель 23 устанавливают в первое положение (каналы трехканального двухпозиционного переключателя 23 соединены с первыми контактами: 231-1, 232-1, 233-1; положение переключателя, указанное на фиг. 3). Воздействие на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 внешней вибрации со стороны объекта 4 вызывает появление электрического заряда на пьезопреобразователе 31, пропорционального действующему на него со стороны объекта 4 виброускорению. По кабельной линии связи 5 электрический заряд от пьезопреобразователя 31 поступает через входной резистор 7 на инвертирующий вход 81 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9, расположенного на плате 10 в концевом соединителе 6. Электрический заряд усиливается в дифференциальном операционном усилителе 8, преобразуется в электрическое напряжение и поступает на базу 111 транзистора 11 структуры p-n-р.In the vibration acceleration measurement mode, the three-channel on-
Изменение внутреннего сопротивления транзистора 11 под воздействием напряжения на базе 111 вызывает модуляцию падения напряжения на переходе «эмиттер 111 - коллектор 112» транзистора 11.A change in the internal resistance of
Усиленный модулированный сигнал в виде суммы постоянной и переменной составляющих напряжения поступает через контакты 61 и 62 концевого соединителя 6 на выходной делитель переменного напряжения 19. Конденсатор 20 с резистором 21 выходного делителя 19 выделяют переменную составляющую напряжения, которая со средней точки 191 выходного делителя 19 поступает на регистратор переменного напряжения 22, с выхода которого через контакты 231-1 и 231-2 первого канала 231 трехканального двухпозиционного переключателя 23 - на вход запоминающего блока 24. Амплитуда (или среднее квадратическое значение) напряжения, измеренная регистратором переменного напряжения 22, пропорциональна амплитуде (или среднему квадратическому значению) виброускорения, действующего на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3.The amplified modulated signal in the form of the sum of the constant and variable voltage components is supplied through the contacts 6 1 and 6 2 of the end connector 6 to the
Выбор рабочей точки дифференциального операционного усилителя 8 производится с помощью источника опорного напряжения 16, соединенного через резистор 14 фильтра нижних частот 15 с неинвертирующим входом 85 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9.The choice of the operating point of the differential
Питание усилительно-преобразующего блока 9 и источника опорного напряжения 16 осуществляется от источника постоянного тока 18, обеспечивающего стабилизацию потребляемого тока на заданном уровне (например, 4 мА).Power amplifier-converting
Проверка работоспособности комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов осуществляется следующим образом.The health check of a set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects is carried out as follows.
При первичной поверке в соответствии с ГОСТ 8.669-2009 пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 комплекса устанавливают на вибростол рабочего эталона единиц параметров вибрации. Подключают все блоки комплекса устройств в соответствии с фиг. 2 и фиг. 3. Каналы трехканального двухпозиционного переключателя 23 переключают в первое положение. На вибростоле рабочего эталона единиц параметров вибрации задают эталонное значение амплитуды (или среднего квадратического значения) виброускорения (например, ). Измеренное регистратором переменного напряжения 22 значение амплитуды (или среднего квадратического значения) переменного напряжения, которое пропорционально действующему на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 эталонному виброускорению, поступает на первый 231 и второй 232 каналы трехканального двухпозиционного переключателя 23. С первого канала 231 трехканального двухпозиционного переключателя 23 напряжение поступает на контакт 231-1 и на вход запоминающего блока 24, где определяется, а затем и фиксируется в паспорте комплекса действительное значение коэффициента преобразования (пКл/мс-2) пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 на базовой частоте (например, 160 Гц), определяемое по формуле, пКл/мс-2,During the initial calibration, in accordance with GOST 8.669-2009, the
где - амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19, измеренное с помощью регистратора переменного напряжения 22, мВ;Where - the amplitude value (or root mean square value) of the voltage at the
- амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) виброускорения, задаваемого с помощью рабочего эталона единиц параметров вибрации, мс-2; - the amplitude value (or root mean square value) of vibration acceleration, set using the working standard units of vibration parameters, ms -2 ;
- значение емкости конденсатора в цепи отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9 (на фиг. 1 и фиг. 2 конденсатор не показан, значение емкости этого конденсатора указывается в паспорте на комплекс устройств), нФ. - the value of the capacitor in the negative feedback circuit of the differential
В запоминающем блоке 24 фиксируется также амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19, измеренное регистратором переменного напряжения 22.In the
После установки на место эксплуатации пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 подключают все блоки комплекса устройств в соответствии с фиг. 2 и фиг. 3, переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 во второе положение (подключаются контакты каналов 231-2, 232-2 и 233-2), подают от источника тестового сигнала 28 на базовой частоте через конденсатор 17 фильтра нижних частот 15 переменное напряжение на неинвертирующий вход 85 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9 и подбирают начальное амплитудное (или среднее квадратическое) значение напряжения на выходе источника тестового сигнала 28, соответствующее действующему на пьезоэлектрический вибропреобразователь значению амплитуды (или среднему квадратическому значению) виброускорения, при котором во время первичной поверки определялось действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 (например, ).After installation of the
В этом случае амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19 должно быть равно (допустимо при незначительном превышении шумового порога напряжением увеличивать таким образом, чтобы амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19 было кратно значению (например, или ). Частота сигнала на выходе источника тестового сигнала 28 должна быть равна частоте сигнала, при которой определялось действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 (например, 160 Гц).In this case, the amplitude value (or root mean square value) of the voltage at the
Значение напряжения (и кратность напряжения если оно применялось) сохраняется в запоминающем устройстве 24 и фиксируется в паспорте комплекса. При фиксированном значении изменяют частоту источника тестового сигнала 28 от базового значения до величины 1,2 FУст, где FУст - значение частоты установочного резонанса, которое должно соответствовать указанному в паспорте на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 (отличие не должно превышать, например, 10%). В запоминающем блоке 24 фиксируют значение FУст и амплитуду сигнала на выходе регистратора переменного напряжения 22 на частоте FУст (или среднее квадратическое значение).Voltage value (and voltage multiplicity if it was used) is stored in the
Переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 в первое положение, после чего комплекс устройств готов к работе в режиме измерений виброускорения.The three-channel on-
Информация о текущем амплитудном значении (или о среднем квадратическом значении) виброускорения, воздействующем на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 со стороны объекта 4, получают по напряжению, измеренному регистратором переменного напряжения 22, по формуле,Information about the current amplitude value (or mean square value) of vibration acceleration acting on the
где - текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19, измеренное с помощью регистратора переменного напряжения 22, мВ;Where - the current amplitude value (or root mean square value) of the voltage at the
- текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) виброускорения, действующего на пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 со стороны объекта 4, мс-2. - the current amplitude value (or root mean square value) of vibration acceleration acting on the
Через интервал времени, регламентированный в нормативной документации на комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов осуществлют проверку его работоспособности. Для этого переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 во второе положение и через конденсатор 17 фильтра нижних частот подают на неинвертирующий вход 85 дифференциального операционного усилителя 8 усилительно-преобразующего блока 9 электрический сигнал на базовой частоте с выхода источника тестового сигнала 28, амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) которого равно записанному в паспорте комплекса значению В средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19 текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) сигнала измеряется регистратором переменного напряжения 22 и передается через контакт 232-2 трехканального двухпозиционного переключателя 23 на второй вход 252 блока сравнения 25, в котором текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) сигнала сравнивается с сохраненным в запоминающем блоке 24 значением При сравнении измеренных и сохраненных в запоминающем блоке 24 значений напряжения возможны несколько вариантов.Through the time interval regulated in the normative documentation for a set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects, they will check its operability. For this converted three-way two-
1. Если в блоке сравнения 25 выполняется условие1. If in the
(отклонение не должно превышать регламентированного в технических условиях на комплекс устройств значения, например, 5%), то в индикатор неисправности 26 поступает команда об исправном состоянии комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов.(the deviation should not exceed the value specified, for example, for a complex of devices, for example, 5%), then the
2. Если в блоке сравнения 25 выполняется условие2. If in the
и отклонение превышает значение, регламентированное в нормативных документах на комплекс устройств, то в индикатор неисправности 26 поступает команда о неисправном состоянии комплекса устройств.and the deviation exceeds the value regulated in the regulatory documents for the device complex, then the
3. Если же в блоке сравнения 25 выполняются условия:3. If in the
то произошло отсоединение выходных контактов 32 и/или 33 пьезопреобразователя 31 от кабельной линии связи 5 или обрыв самой кабельной линии связи 5. В индикатор неисправности 26 поступает команда о неисправном состоянии комплекса устройств.then the
4. Если выполняется условие по пункту 1, то с помощью источника тестового сигнала 28 проверяется текущее значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя 3. Для этого при фиксированном значении изменяют частоту источника тестового сигнала 28 от базового значения (например, 160 Гц) до величины 1,2 FУст, где - значение частоты установочного резонанса, сохраненное в запоминающем блоке 24 (отличие не должно превышать заданного значения, например, 10%). При отсутствии отклонений, превышающих заданные значения, в индикатор неисправности 26 поступает команда об исправном состоянии комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов.4. If the condition of
При регистрации неисправности комплекса дальнейшие действия оператора связаны с определением источника неисправности.When registering a malfunction of the complex, further actions by the operator are associated with determining the source of the malfunction.
На нашем предприятии были изготовлены 3 опытных образца (№№17114, 17117 и 17118) заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов со следующими элементами:At our enterprise, 3 prototypes (No. 17114, 17117 and 17118) of the claimed complex of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of high-temperature objects with the following elements were manufactured:
- пьезоэлектрические вибропреобразователи со сдвиговой деформацией пьезоэлементов (по патенту RU 143487 U1), в которых- piezoelectric vibration transducers with shear deformation of piezoelectric elements (according to patent RU 143487 U1), in which
- пьезопреобразователь (поз. 31, см. фиг. 2 и фиг. 3) имеет:- the piezoelectric transducer (pos. 3 1 , see Fig. 2 and Fig. 3) has:
пьезопакет, содержащий 4 прямоугольных пьзокерамических пластины,a piezo package containing 4 rectangular piezoceramic plates,
изготовленных из материала ЦТС-26, ТНАВ - 1;made of material TsTS-26, TNAV - 1;
размеры прямоугольных пьзокерамических пластин - 8,5×8 мм2;sizes of rectangular piezoceramic plates - 8.5 × 8 mm 2 ;
толщина - 0,72 мм; инерционная масса - 15 г;thickness - 0.72 mm; inertial mass - 15 g;
- дифференциальный операционный усилитель - AD8627 (поз. 8):- differential operational amplifier - AD8627 (item 8):
- источник опорного напряжения - AD1580BRT (поз. 16);- voltage reference source - AD1580BRT (item 16);
- транзистор - ВС860С (поз. 11);- transistor - ВС860С (pos. 11);
- источник питания постоянного тока - LM334Z (поз. 18);- DC power supply - LM334Z (pos. 18);
- регистратор переменного напряжения - вольтметр Agilent 34401А (поз. 22);- AC voltage recorder - Agilent 34401A voltmeter (pos. 22);
- резистор - Р1-33-1-1 (200 Ом) (поз. 7);- resistor - P1-33-1-1 (200 Ohms) (item 7);
- резистор - Р1-33-1-1 (10 МОм) (поз. 14);- resistor - P1-33-1-1 (10 MOhm) (pos. 14);
- резистор - P1-33-1 (1 МОм) (поз. 21);- resistor - P1-33-1 (1 MOhm) (pos. 21);
- резистор - P1-33-1-1 (1 кОм) (поз. 27);- resistor - P1-33-1-1 (1 kOhm) (pos. 27);
- резистор - Р1-33-1-1 (30 кОм) (поз. 29);- resistor - P1-33-1-1 (30 kOhm) (pos. 29);
- конденсатор - К10-43 (0,33 мкФ); (поз. 17)- capacitor - K10-43 (0.33 μF); (item 17)
- конденсатор - К10-43 (10 мкФ) (поз. 20).- capacitor - K10-43 (10 μF) (item 20).
Электронные элементы с усилительно-преобразующим блоком 9, фильтром нижних частот 15 и источником опорного напряжения 16 установлены на двусторонней печатной плате 10 с размерами 10×11 мм2 с применением ЧИП-элементов для поверхностного монтажа и размещены в концевом соединителе 6 (длина кабеля от пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 до платы 10 от 0,6 до 1 м). Плата 10 размещается между контактами концевого соединителя 6 типа 2РМДТ18КПЭ4Г5В1В. Для обеспечения герметичности концевого соединителя 6 используется герметик «ВИКСИНТ». Конструкция концевого соединителя 6 с размещенной в нем платой 10 позволяет проводить измерения при температурах, границы которого обуславливаются только эксплуатационными характеристиками используемого пьезопреобразователя 31 (см., например, пьезоэлектрический вибропреобразователь МВ-44 номер в Государственном реестре средств измерений РФ 21349-06 от 15.03.2012 г., у которого температурные условия эксплуатации, °С от минус 60 до плюс 400).Electronic elements with an amplifying-converting
Последовательность проводимых экспериментов с каждым образцом комплекса устройств следующая.The sequence of experiments with each sample of the device complex is as follows.
В соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 8.669 - 2009 определяются действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя и значение частоты установочного резонанса которые фиксируются в запоминающем блоке 24 вместе со средним квадратическим значением напряжения на выходе регистратора переменного напряжения In accordance with the recommendations of GOST R 8.669 - 2009, the actual value of the conversion coefficient of the piezoelectric vibration transducer is determined and the frequency of the installation resonance which are fixed in the
Пьезоэлектрический вибропреобразователь 3 устанавливали на имитатор объекта 4 (инерционная масса которого в 10 раз больше массы пьезоэлектрического вибропреобразователя 3) и подключали все блоки комплекса устройств в соответствии с фиг. 2 и фиг. 3.The
По описанной выше процедуре определилиThe procedure described above was determined
- среднее квадратическое значение напряжения на выходе источника тестового сигнала 28 при котором среднее квадратическое значение напряжения в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19 равно сохраненному в запоминающем блоке 24 напряжению (в эксперименте ),- the mean square value of the voltage at the output of the source of the
- значение частоты установочного резонанса FУст, которое должно быть равно (отличие не должно превышать 5%).- the value of the frequency of the installation resonance F Set , which should be equal (difference should not exceed 5%).
На следующем этапе опытные образцы пьезоэлектрического вибропреобразователя 3, входящего в состав комплекса устройств, подвергали процедуре располяризации (на них воздействовали постоянным напряжением от 500 до 1000 В), после чего определяли текущие значения и (при ) и влияние обрыва соединения в линии передачи электрического сигнала от пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 к расположенной в концевом соединителе 6 плате 10.At the next stage, the experimental samples of the
Результаты экспериментов приведены в таблице.The experimental results are shown in the table.
Из таблицы следует, что после воздействия на экспериментальные образцы пьезоэлектрических вибропреобразователей постоянным напряжением от 500 до 1000 В (после располяризации) переменное напряжение на выходе усилительно-преобразующего блока 9 и измеренное регистратором переменного напряжения 22 в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19 изменилось ~ -8% при подаче напряжения 100 мВ (среднее квадратическое значение) на неинвертирующий вход 85 дифференциального операционного усилителя 8 с выхода источника тестового сигнала 28. Так как коэффициент преобразования усилительно-преобразующего блока 9 не изменялся, то изменение напряжения на выходе усилительно-преобразующего блока 9 подтверждает изменение коэффициентов преобразования пьезоэлектрических вибропреобразователей, что свидетельствует об их неисправном состоянии.It follows from the table that, after exposure to experimental samples of piezoelectric vibration transducers with a constant voltage of 500 to 1000 V (after polarization), the alternating voltage at the output of the amplifier-converting
При имитации обрыва соединения в линии передачи электрического сигнала от пьезоэлектрического вибропреобразователя 3 к расположенной в концевом соединителе 6 плате 10 с усилительно-преобразующим блоком 9 напряжение на выходе усилительно-преобразующего блока 9 находилось в пределах При этом, напряжение, измеренное регистратором напряжения 22 в средней точке 191 выходного делителя переменного напряжения 19,When simulating a broken connection in the transmission line of an electric signal from a
но but
Это свидетельствует о том, что произошло отсоединение выходных контактов 32 и/или 33 пьезопреобразователя 31 от кабельной линии связи 5 или обрыв самой кабельной линии связи 5.This indicates that the
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.Thus, it is seen that the above information confirms the possibility of implementing the invention, achieving the specified technical result and solving the problem.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107402A RU2705747C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107402A RU2705747C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705747C1 true RU2705747C1 (en) | 2019-11-11 |
Family
ID=68580114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019107402A RU2705747C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705747C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813636C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-02-14 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of objects with temperature error compensation |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2097772C1 (en) * | 1995-08-15 | 1997-11-27 | Арзамасский филиал Акционерного общества "Глобалтест" | Piezoelectric accelerometer |
US20070261488A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-15 | Seiko Epson Corporation | Detection device, gyrosensor, and electronic instrument |
US7870786B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-01-18 | Seiko Epson Corporation | Detection device, sensor, and electronic instrument |
RU140046U1 (en) * | 2013-10-17 | 2014-04-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Piezoelectric accelerometer |
RU2536097C1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vibration meter |
RU152648U1 (en) * | 2015-01-28 | 2015-06-10 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | TWO CHANNEL ACCELEROMETER |
-
2018
- 2018-08-07 RU RU2019107402A patent/RU2705747C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2097772C1 (en) * | 1995-08-15 | 1997-11-27 | Арзамасский филиал Акционерного общества "Глобалтест" | Piezoelectric accelerometer |
US20070261488A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-15 | Seiko Epson Corporation | Detection device, gyrosensor, and electronic instrument |
US7870786B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-01-18 | Seiko Epson Corporation | Detection device, sensor, and electronic instrument |
RU2536097C1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vibration meter |
RU140046U1 (en) * | 2013-10-17 | 2014-04-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Piezoelectric accelerometer |
RU152648U1 (en) * | 2015-01-28 | 2015-06-10 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | TWO CHANNEL ACCELEROMETER |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813636C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-02-14 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of objects with temperature error compensation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9927318B2 (en) | Systems and methods that allow for simultaneous sensor and signal conditioning circuit performance testing | |
JP5039751B2 (en) | Test apparatus and test method for obtaining measurement data | |
US4169243A (en) | Remote sensing apparatus | |
US20070295095A1 (en) | Apparatus for providing an output proportional to pressure divided by temperature (P/T) | |
CN106033014B (en) | High temperature pressure sensing | |
CN111551865A (en) | Apparatus and method for monitoring reliability of cell impedance measurements of battery cells | |
JP2005526228A (en) | Diagnosis of piezoelectric sensors | |
RU140046U1 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
WO2009024444A3 (en) | Monitoring apparatus for monitoring a connection of a connection component | |
US10330586B2 (en) | Corrosion monitor | |
RU2705747C1 (en) | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects | |
RU2701207C1 (en) | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of objects | |
JP3721839B2 (en) | Cell voltage detection circuit and battery voltage detection device | |
RU2813636C1 (en) | Set of devices for measuring the parameters of mechanical vibrations of objects with temperature error compensation | |
KR20210128239A (en) | Diagnostic appratus for lvdt | |
US3906338A (en) | Two wire current transmitter responsive to a resistance sensor input signal | |
CN215728610U (en) | Test system | |
RU2715345C1 (en) | Piezoelectric measuring transducer | |
CN106323513A (en) | Pressure sensor device for measuring a differential normal pressure to the device and related methods | |
RU175143U1 (en) | Piezoelectric vibration velocity transducer | |
CN102095756B (en) | Humidity sensing circuit with temperature compensation | |
KR200144765Y1 (en) | Vibration and Temperature Online Measurement System | |
CN114520945A (en) | Adaptive MEMS device, codec, and method for providing diagnostic data | |
CN115267345B (en) | Micro-electromechanical sensing device with correction function | |
RU185575U1 (en) | Device for dismantling the operability of a vibrometer with a piezoelectric vibration transducer |