книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

можность свободного перемещения вверх и вниз между двумя

тору, который обеспечивает ограничение максимальной прило­ женной перегрузки. Принцип действия устройства заключается в следующем. Каретку вместе с закрепленным изделием подни­ мают на заданную высоту. Плунжер устанавливают в такое поло­ жение, которое обеспечивает необходимое уменьшение пиковой величины удара. При освобождении каретка падает на стальную плиту основания. После этого производят осмотр и функциональ­ ную проверку аппаратуры с целью обнаружения механических повреждений.

Линейные ускорения. При испытании изделий на воздействие линейных ускорений, их величины рекомендуется выбирать в соот­ ветствии с табл. 8.

Т а б л и ц а 8

В методике испытаний конкретных изделий указывают оси и направления ускорения и длительность выдержки. При увеличе­ нии скорости вращения центрифуга до установленной величины для получения заданного ускорения или при уменьшении ее скорости вращения до нуля величина тангенциального ускорения не должна превышать 10% от заданного значения линейного ускорения. Размеры центрифуги выбирают из условия, чтобы ни одна часть образцов при их размере до 10 см не испытывала ускорения, отли­ чающегося от заданного на ± 10%, а при размерах образцов, боль­ ших 10 см, ускорение всех частей образца находилось бы в пределах от — 10 до +30% от заданного значения линейного ускорения.

При креплении образцов к центрифуге их располагают в двух противоположных направлениях в трех взаимно перпендикуляр­ ных осях.

Длительность испытания с заданным линейным ускорением в общем случае равна 10 с. В технических условиях на изделие указывают, должен ли быть образец в рабочем или нерабочем состоянии.

Испытания изделия по определению устойчивости их в отноше­ нии воздействия линейного ускорения производят на центрифугах. Устройство центрифуги показано на рис. 19. Металлическая рама 2, укрепленная в центре на оси 4, приводится в движение электро­ двигателем 5. Испытуемый образец 3 крепят к концу рамы. На противоположном ее конце устанавливают груз 1 или аналогич­ ные образцы, обеспечивающие уравновешивание рамы. Центро­ бежное ускорение пропорционально расстоянию от оси вращения до центра тяжести испытуемого изделия. Это необходимо учиты­ вать при выборе центрифуги для испытаний крупногабаритных изделий. При испытании таких изделий, в случае, если длина рамы соизмерима с размерами изделия, различные точки изделия будут испытывать различные ускорения.

Ускорение изделия

g = l,l2Rn2- 10-5,

где g — центробежное ускорение в единицах силы тяжести

(9,81 м/с2);

R — расстояние от центра вращения до центра тяжести испы­ туемого изделия, см;

п — скорость вращения, об/мин.

Используя указанную выше формулу, можно определить гра­ диент ускорения точек 1 и 2 испытуемого изделия, если их расстоя­ ние от центра вращения равно соответственно R 1 и R 2, т. е.

gi — gi = U 2 я 2 ( Ra - R i ) - 10-5.

Для измерения ускорений используют акселерометры двух типов: пьезоэлектрические и тензометрические.

Принцип работы акселерометра можно пояснить с помощью рис. 20. Мерой ускорения устройства является величина пере­ мещения массы М относительно рамы акселерометра Р. Уравне­ ние движения массы определяется выражением

d2X _с йХ . К v d2Y

К— постоянная пружины подвески массы;

С— коэффициент кинематической вязкости. Таким образом, зная параметры системы и величину переме­

щения X, можно отградуировать прибор в единицах ускорения. Важным параметром акселерометра является его собственная резонансная частота (или частота собственных колебаний). Для обеспечения правильного показания акелерометра частота его собственных колебаний не должна находиться в пределах иссле­ дуемого диапазона частот механических нагрузок. Некоторые авторы указывают, что эту частоту необходимо выбирать в 5 раз больше верхней частоты исследуемого диапазона. Основными па­ раметрами акселерометров является также линейность характе­ ристики, зависимость показаний от температуры, малогабарит­

ность и др.

Пьезоэлектрические акселерометры находят большое распро­ странение в практике проведения испытаний аппаратуры на меха­ нические воздействия. Обычно в пьезоэлектрических акселеро­ метрах используются кристаллы титаната бария. Работа такого акселерометра основана на известном пьезоэлектрическом эффекте, возникающем в кристаллах некоторых веществ, когда под влия­ нием механических воздействий, например, при сжатии или изгибе на противоположных сторонах кристалла возникает э. д. с. Пьезоэлектрические акселерометры могут быть двух типов: аксе­

Противоположные поверхности кристалла серебрятся, и к ним припаиваются выходные контакты. Пружина 1 (рис. 21) служит для расширения диапазона ускоре­ ния, измеряемого акселерометром.

При ускорении аппаратуры, к кото­ рой прикреплен акселерометр, кри­ сталл сжимается благодаря дейст­ вию на него массы М. Возникающая на его поверхности э. д. с. пропор­ циональна ускорению. Измеряя ее величину, определяем ускорение, испытуемое прибором.

Пьезоэлектрический акселеро­ метр, работающий на изгиб (рис. 21, б), используют при более высоких значениях ускорений, чем акселеро­ метры, работающие на сжатие. В них пьезоэлектрические кристаллы при­ крепляют к балке из упругой фосфо-

6*

ристой бронзы. При воздействии ускорения балка изгибается, а вмёсте с ней изгибается и пьезоэлектрический кристалл. Вследствие этого на поверхности кристалла возникнет некоторая э. д. с., величина которой пропорциональна ускорению. Так как эквива­ лентные схемы пьезоэлектрических датчиков имеют высокое вы­ ходное сопротивление, то для получения хороших частотных характеристик таких устройств необходимо применять схемы с высоким входным сопротивлением, до нескольких сот или тысяч МОм. Таким требованиям удовлетворяют катодные повторители. Их наиболее часто и применяют при проектировании схем, исполь­ зующих пьезоэлектрические акселерометры.

Пьезоэлектрические акселерометры обладают рядом достоинств, из которых основными являются широкополосная частотная ха­ рактеристика, начиная от 2 Гц при собственной резонансной ча­ стоте в отдельных случаях до 70 кГц и широкий диапазон изме­ ряемых амплитуд ускорения — от долей g до 5000^ и выше. Кроме того, пьезоэлектрические акселерометры имеют малую массу и не требуют электрического питания.

рис. 22, принцип работы которого заключается в изменении сопро­ тивления плеч X и С уравновешенного моста вследствие воздей­ ствия ускорения. Сопротивления А и В взаимно уравновешиваются Источником питания моста выбирается постоянное или пере­ менное напряжение. Тензометрические элементы X и С изменяют свое сопротивление под воздействием ускорения. Тензометрический акселерометр имеет ряд недостатков по сравнению с пьезоэлектри­ ческим, из которых основными являются низкая резонансная ча­ стота (обычно не-выше 800 Гц) и низкий уровень выходных сигна­ лов. Однако такие акселерометры не требуют применения высоко­ омных катодных повторителей и с их помощью можно производить измерения на сверхнизких ча­

стотах.

Кроме указанных типов ис­ пользуются и другие виды аксе­ лерометров: струнные; с пере­ менным магнитным сопротивле-

Рис. 21. Пьезоэлектрические акселерометры:

84

Рис. 22. Тензометрический акселерометр:

а — эскиз установки: б — электрическая схема

нием; электрокинетические; с дифференциальными трансформа­ торами; потенциометрические и др.

Обычно в измерительной установке, предназначенной для изме­ рения ускорений, применяют фильтры, предназначенные для

таких фильтров обеспечивает улучшение качества считываемого сигнала и устраняет появление возможных ошибок измерения. Регистрацию ударных импульсов производят с помощью осцил­ лографов с длительным послесвечением или путем фотографиро­ вания ударного импульса непосредственно с экрана осциллографа. При этом путем соответствующей регулировки величины усиления вертикального и горизонтального усилителей осциллографа воз­ можно получение изображения ударного импульса, по вертикали соответствующего его ускорению в единицах g, а по горизонтали — длительности в мс.

В установке для измерения и записи ускорений сигнал с аксе­ лерометра из титаната бария, зашунтированного емкостью, по­ дается на вход катодного повторителя. Так как входное сопротив­ ление катодного повторителя может быть равно примерно 300 МОм, то при емкости С = 3000 пФ постоянная времени устройства равна 1 с, что позволяет измерять ускорение вплоть до частоты 3 Гц. При этом сохраняется удовлетворительная частотная характери­ стика устройства и достаточный коэффициент усиления.

От первого катодного повторителя сигнал поступает на вход осциллографа и параллельно ко второму катодному повторителю, соединенным с избирательными фильтрами на 200, 400, 1000 Гц и выход фильтра. После фильтров сигнал попадает на схему уси­ лителя с плоской характеристикой, имеющего сильную отрица­ тельную обратную связь Прибор обеспечивает измерение уско­ рения величиной 0— 100g и 0—200^.

Шкала калибруется с помощью изменения величины усиления усилителя до соответствующего показания измерительного при­ бора при известной или замеренной осциллографом величины ускорения.

85

Значительный интерес представляет электретный метод изме­ рения ускорений, который является бесконтактным и пригоден для элементов любых размеров, в том числе и малых.

Электрет представляет собой поляризованный диэлектрик, в качестве которого может применяться керамика из твердого раствора CaZn03—CaTi03 или полиэтилентерефталатная пленка (лавсан). На поверхности электрета в результате поляризации образуется электрический заряд большой плотности, сохраняе­ мый в течение продолжительного времени.

Датчик с пленочным электретом показан на рис. 23, а. При измерении ускорений датчик крепят на расстоянии 1—-3 мм от испытуемого изделия. При вибрации расстояние между образцом и электретный датчиком меняется и соответственно изменяется напряженность электростатического поля. Образующееся при этом переменное напряжение с частотой вибрации пропорционально амплитуде и частоте колебаний образца.

Особенно удобно измерять с помощью электретного датчика резонансную частоту изделий, так как он не должен крепиться на вибростенде и поэтому не будет изменять значение массы и резонансной частоты испытываемого изделия.

Принципиальная схема измерения резонансных частот с по­ мощью электретного датчика показана на рис. 23, б.

Испытуемый образец крепят к столу электродинамического вибростенда, и частоту вибраций плавно изменяют в заданных пределах. При резонансе увеличивается амплитуда его колеба­ ний и соответственно увеличивается выходное напряжение на электретном датчике. Частота и значение напряжения измеряются соответствующими приборами.

86

3. Методы испытаний на холодоустойчивость и теплоустойчивость

Холодоустойчивость. Перед испытаниями аппаратуру или ее эле­ менты осматривают, затем измеряют электрические параметры и проверяют механические свойства изделий. Результаты сравни­ вают с заданными в технической документации на изделия зна­ чениями и определяют их пригодность к проведению дальнейших испытаний.

Камера, которая используется для проведения испытаний, должна обеспечивать возможность поддержания в любой точке

тически. При проведении испытаний необходимо наблюдать за тем,'чтобы условия в пределах рабочей камеры были одно­ родными и, по возможности, максимально приближались к усло­ виям, существующим в непосредственной близости к ругулирующему устройству.

Для обеспечения этого воздух в камере должен непрерывно циркулировать. Необходимо также следить за тем, чтобы тепло, выделяемое испытуемой аппаратурой, не оказывало значительного влияния на условия, существующие в камере. Испытания на воз­ действия низкой температуры проводятся без упаковки. Испытуе­ мая аппаратура, находящаяся в нерабочем состоянии и имеющая температуру окружающей среды, вносится в камеру, которая имеет такую же температуру.

В отдельных случаях, если это особо оговорено в технической документации, допускается внесение аппаратуры в камеру, в ко­ торой предварительно понижена температура. После размещения аппаратуры в камере устанавливается температура, указанная в тех­ нических условиях. При этом она меняется со скоростью не более 1° С/мин, причем берется средняя величина за период не более 5 мин. Аппаратура подвергается воздействию холода до тех пор, пока не наступит температурное равновесие. Длительность вы­ держки аппаратуры при низкой температуре указывается в тех­ нических условиях. После достижения температурного равно­ весия аппаратуру включают и проверяют на работоспособность, затем ее выключают и выдерживают при низкой температуре еще

втечение 2 ч. По окончании этого периода аппаратуру, находя­ щуюся в условиях холода, осматривают и включают и выдержи­ вают во включенном состоянии до достижения установившегося режима. Время выдержки во включенном состоянии указывается

втехнической документации.

После достижения установившегося режима измеряют элек­ трические параметры и проверяют механические свойства аппа­ ратуры. Далее аппаратура выключается.

При испытании на холодоустойчивость аппаратуры, время выдержки рекомендуется устанавливать 16 или 72 ч, в случае, если

87

другое время не оговорено в технической документации. При испы­ тании элементов, имеющих небольшую массу, время выдержки устанавливается равным 2 ч, также если другое время не оговорено

вдокументации. По окончании проверки параметров при низкой температуре изделие оставляют в камере, температура в которой постепенно повышается до величины, лежащей в пределах, уста­ новленных для нормальных атмосферных условий испытаний, т. е.

впределах от +15 до +35° С. Аппаратура остается в камере до тех пор, пока температура в ней не поднимется выше 0° С. В от­ дельных случаях, если это оговорено в технических условиях, аппаратура может быть извлечена из камеры и при низкой тем­ пературе. Для удаления капель воды образец обдувают струей воздуха комнатной температуры.

После камеры холода аппаратуру выдерживают в нормальных атмосферных условиях в течение времени, достаточного для уста­ новления температурного равновесия. Это время может быть особо оговорено в документации на изделие. В случае, если предпола­ гается, что аппаратура не может нормально работать в период изменения температуры от низкой до нормальной, то ее необхо­ димо оставлять включенной и непрерывно измерять параметры. После установления температурного равновесия производят изме­ рение электрических параметров изделия и проверку ее механи­ ческих свойств.

При проведении испытаний изделий в технических условиях указывают:

электрические параметры и механические свойства, которые проверяются до периода выдержки;

температуру; явления, за которыми следует наблюдать после включения

аппаратуры; электрические параметры и механические свойства, которые

проверяются в конце периода выдержки; при необходимости, длительность периода восстановления и

электрические параметры и механические свойства, проверяемые в период восстановления;

электрические параметры и механические свойства, которые проверяются после периода восстановления.

Низкие температуры в испытательной камере получают за счет применения сухого льда или с помощью холодильных установок. Принцип действия холодильных установок основан на уменьше­ нии температуры окружающей среды за счет поглощения тепла при испарении жидкости. Наиболее эффективными холодиль­ ными устройствами и наиболее широко распространенными яв­ ляются системы охлаждения, работа которых основана на приме­ нении компрессионных испарительных систем охлаждения. При этом, как правило, применяется поршневой компрессор, обеспе­ чивающий сжатие газообразного хладагента до давления, при котором происходит его конденсация. Далее жидкий хладагент

88

щую из компрессора, обес­ печивающего сжатие хладагента, конденсатора, приемника

зуются такие вещества, как фреон, аргетон, аммиак, двуокись серы, хлористый метил, двуокись углерода. Для обеспечения надежной работы холодильной установки хладагент должен иметь высокие значения теплоемкости испарения, обладать низ­ кой точкой замерзания и низкой удельной теплоемкостью, иметь

•высокую критическую температуру и . давление, легко испа­ ряться и легко превращаться в жидкость. Наибольшее приме­ нение из указанных выше хладагентов в холодильных установ­ ках нашли вещества типа фреона или аргетона. Эти вещества не обладают токсическими свойствами и не являются взрыво­ опасными.

При конструировании и эксплуатации холодильных камер необходимо особое внимание уделять вопросам теплоизоляции и герметизации камер. Необходимо помнить, что в случае охлаж­ дения воздуха давление внутри камеры понижается и воздух из внешней окружающей камеры среды стремится проникнуть внутрь ее через различные неплотности. Внутри камеры происходит конденсация избыточной влаги с образованием (при наличии

вкамере отрицательной температуры) льда. Чем ниже температура внутри камеры, тем лучше должна быть изоляция, так как этим

взначительной степени определяется расход тепла и, значит, мощность холодильной установки.

Работа показанной на рис. 24 установки происходит следующим образом: давление поступающего к компрессору в газообразном состоянии хладагента резко повышается с одновременным уве-' личением его температуры. Газообразный хладагент с повышен­ ным давлением и температурой поступает в конденсатор, где он

89