2. Порядок виконання роботи
1. Підключити п’єзокерамічний суматор згідно з рис. 5.3.
2. Подати на вхід п’єзосуматора за допомогою генераторів Г3-106 синусоїдальну напругу амплітудою 1 В.
3. Провести вимірювання вихідного сигналу на резонансній частоті, а також в дорезонансній і післярезонансній областях.
4. Сфотографувати вихідний сигнал з екрану осцилографа С1-55.
5. Повторити вимірювання для вхідних сигналів з різними амплітудами.
3. ЗМІСТ ЗВІТУ
1. Тема і мета роботи.
2. Перелік використаного обладнання.
3. Короткий зміст теоретичних відомостей, основні формули, схема лабораторної установки
4. Осцилограми вихідних сигналів.
5. Висновок.
4. Контрольні питання
1. Назвіть і поясніть види п'єзоефекту.
2. Дайте визначення пьезотрансформатора.
3. Розкажіть про принцип роботи п'єзокерамічних суматорів.
4. Дайте пояснення явищу резонансу.
5. Література
1. Пьезокерамические трансформаторы и датчики / Шарапов В.М., Минаев И.Г., Сотула Ж.В., Базило К.В., Куницкая Л.Г.; под ред. В.М. Шарапова. – Черкассы: Вертикаль, 2010. – 278 с.
2. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. – М.: Техносфера, 2006. – 632 с.
3. Плужников В.М., Семенов В.С. Пьезокерамические твердые схемы. –М.: Энергия, 1971.
Лабораторна робота № 6 дослідження резонансного контактного перетворювача
Мета роботи: ознайомитися з принципом дії датчика сили і дослідити його характеристики.
Обладнання: резонансний контактний перетворювач, генератор Г3-109, осцилограф С1-55, мілівольтметр В3-38.
1. Теоретичні відомості
Датчик – це перетворювач вимірюваної (контрольованої) фізичної величини в сигнал, зручний для подальшого перетворення (як правило, в електричний сигнал, який також є фізичною величиною).
Резонансні п'єзодатчики є дуже перспективними пристроями, що володіють високими технічними і метрологічними характеристиками і унікально широкими можливостями. Так, ці датчики використовуються для вимірювання як механічних величин (зусиль і тиску, в тому числі, статичного, лінійних та вібраційних прискорень), так і електричних, магнітних величин, температури, в'язкості, вологості, переміщень та інших величин. Крім того, ці перетворювачі використовуються в п'єзоелектричних двигунах, гіроскопах, пристроях автоматики, зв'язку, обчислювальної техніки тощо.
П'єзокерамічні датчики володіють меншою точністю і стабільністю, але мають більш просту конструкцію, меншу ціну, що в ряді випадків є вирішальним фактором.
П'єзорезонансні перетворювачі можуть бути класифіковані за природою впливу, що перетворюється датчиком (механічний, тепловий, електромагнітний тощо).
Вихідні характеристики контактних п'єзокерамічних перетворювачів в значній мірі визначаються способом прикладення вимірюваного зусилля до п'єзоелемента, що коливається. П'єзоелемент може бути виконаний практично будь-якої конфігурації, проте в перетворювачах найчастіше застосовуються п'єзоелементи дискової форми. П'єзоелемент в цьому випадку збуджується або на радіальній моді коливань, або за товщиною. Для побудови перетворювачів використовують як п’єзорезонатори, так і п’єзотрансформатори.
Вимірюване зусилля може прикладатися як до плоских граней п'єзоелемента, так і до циліндричної поверхні. Максимальну чутливість мають перетворювачі, в яких вимірюване зусилля прикладено до циліндричної поверхні п'єзоелемента, що коливається на резонансній частоті радіальної моди коливань.
Вимірюване зусилля сприймають окремі ділянки поверхні п'єзоелемента, що утворюють фактичну площу контакту. Управління характеристиками контакту (контактною жорсткістю і фактичною площею контакту) дає можливість управляти характеристиками датчика.
Рис. 6.1. Механічна модель резонансного контактного перетворювача
П'єзодатчик є електромеханічною коливальною системою, яка має порівняно високу добротність, тому його з достатньою точністю можна розглядати як коливальну систему із зосередженими параметрами. Цей прийом широко поширений в тих випадках, коли, залишаючи поза розглядом внутрішні зв'язки, визначають вплив зовнішніх дій на параметри коливальної системи.
Рис. 6.2. Електрична еквівалентна схема
резонансного контактного перетворювача
При впливі зусилля на п’єзодатчик відбувається зменшення його добротності і напруги на резонансній частоті, а також зсув амплітудно-частотної характеристики в область більш високих частот.
При подальшому збільшенні зусилля, збільшується контактна жорсткість k2 і відповідно зменшується ємність С2, при цьому резонансна частота паралельного контуру L2C2 стає близькою до резонансної частоти п'єзоелемента (контур L1С1R1).