|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы d F=SP   Рис. 8.15. К анализу виброчувствительности датчика: / - мембрана т,; 2 - передающий элемент т; 3 - масса гпз, 4 - пьезоэлемент Рис. 8.16. Конструкция амортизатора Для уменьшения вибрационной погрешности применяют виброгасители-амортизаторы. Если нет жестких ограничений по занимаемому объему, то применяют мягкую подвеску датчика в амортизаторе. Один из вариантов конструкции такого амортизатора показан на рис. 8.16. Амортизатор состоит из втулки /, которая посредством эластичных колец 2 из металлорезины соединена с внешним кольцом 3. Датчик ввинчивается во втулку амортизатора, и весь узел с помощью отверстий во внешнем кольце крепится на объекте измерения. При сборке амортизатора соединительные винты ставят на компаунд для исключения развинчивания при работе в условиях вибраций. Собственная частота получаемой системы «датчик-амортизатор» выбирается весьма низкой, чтобы спектр измеряемых акустических колебаний располагался выше собственной частоты. При этом действие вибраций в рабочем частотном диапазоне акустического датчика будет подавляться. Для ограничения воздействия вибраций на результаты измерения звукового давления помимо амортизаторов используют узлы компенсации паразитных вибрационных сигналов. Идея виброкомпенсации заключается во введении в конструкцию датчика дополнительного пьезоэлектрического преобразователя, генерирующего сигнал, пропорциональный только вибрациям. Принцип виброкомпенсации иллюстрируется рис. 8.17. Акустический преобразователь образован мембраной / и пьезоэлементом 2 (рис. 8.17, а). Компенсирующий преобразователь вибрационных ускорений состоит из пьезоэлемента 3 и мембраны 4. Весь узел преобразования поджат втулкой 5 в корпусе 6. В процессе измерения звуковое давление действует только на мембрану U а вибрационные ускорения действуют на обе мембраны с пьезо-элементами. Электрически пьезоэлементы включены встречно 200 (рис. 8.17, б), так что заряды, пропорциональные виброускорениям, компенсируются. Условием полной компенсации является такой подбор чувствительности компенсирующего преобразователя, который обеспечивал бы равенство возникающих зарядов. Кроме того, для получения компенсации во всем частотном диапазоне датчика амплитудно-частотные характеристики основного и компенсирующего преобразователей должны быть идентичными. Подгонку чувствительности компенсирующего преобразователя осуществляют опытным путем. Один из способов подгонки заключается в изменении массы, присоединенной к компенсирующему пьезоэлементу, нанесением на мембрану небольших количеств припоя или клея. Однако наиболее удобен электрический способ подгонки, сущность которого поясняется рис. 8.17, в, где Q - емкость компенсирующего пьезоэлемента; - емкость основного акустического преобразователя; С - входная емкость подключаемого к датчику преобразующего устройства; - подгоночная емкость, включаемая последовательно с компенсирующим преобразователем для получения необходимого значения вибрационной чувствительности. При воздействии виброускорений напряжение на выходе компенсирующего преобразователя Сек + ск + са а напряжение на выходе основного акустического преобразователя Ua-=- ск+сп где q, и qs - заряды, возникающие на обкладках компенсирующего и основного преобразователей под действием вибрационных ускорений. Если при отсутствии подгоночной емкости С„ сигнал на выходе компенсирующего преобразователя больше, чем сигнал на выходе основного акустического преобразователя, определяемого как 
Рис. 8.17. Принцип виброкомпенсации: а-акустический преобразователь с викромпенсацией; б-электрическое соединение Пьезоэлементов; е-схема электрического способа подгонки с помощью подгоночной емкости  Рис. 8.18. Датчик с виброкомпенсацией иа биморфных элементах: а - конструкция; б - электрическое соединение биморфов fa = яКСв-х + + ек), ТО при подключении ПОДГОНОЧНОЙ емкости соответствующей величины последовательно с компенсирующим преобразователем сигнал основного преобразователя увеличивается (уменьшается суммарная емкость цепи) и становится равным сигналу, получаемому с компенсирующего преобразователя. Если сигнал с компенсирующего преобразователя при отсутствии Сп меньше, чем с основного, то подгоночную емкость включают последовательно с пьезоэлементом основного преобразователя. Процедура подгонки осуществляется на вибростенде с использованием контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющей непосредственно наблюдать значения сигналов с основного и компенсирующего преобразователей. На рис. 8.18, а приведена конструкция датчика с виброкомпенсацией, в котором использованы биморфные пьезоэлементы. Биморф 1 воспринимает звуковое давление, биморф 2 является компенсирующим. Диски в биморфах склеены контактолом и электрически соединены последовательно (рис. 8.18, б). Между собой биморфы соединены встречно, так что заряды, возникающие от действия виброускорений, компенсируются. В тех случаях, когда звуковое давление измеряют в высокотемпературных средах, применяют резонаторы-переходники, длину которых выбирают таким образом, чтобы обеспечить заданную частотную характеристику и защиту датчика от действия высоких температур. 8.5. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ БЫСТРОМЕНЯЮЩИХСЯ ДАВЛЕНИЙ Пьезоэлектрические датчики находят широкое применение для измерения быстроменяющихся (динамических) давлений в диапазоне от 10* до 10 Па и частотном диапазоне от единиц герц до десятков килогерц. Измеряемым динамическим давлениям, как правило, сопутствуют относительно высокие уровни (до 60 МПа) квазистатических давлений. Поэтому существенным требованием 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |