9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип

Основными составляющими погрешности являются: 1) погрешность, обусловленная нестабильностью параметров измерительной цепи, в частности емкости С_ВХ; 2) температурная погрешность, обусловленная изменением чувствительности за счет температурного изменения пьезомодуля d, емкости С_Эи размеров пьезоэлемента; 3) погрешность, вызванная чувствительностью к силам, действующим перпендикулярно измерительной оси преобразователя; 4) частотная погрешность; 5) погрешность, обусловленная неправильной установкой пластин; 6) погрешность градуировки; 7) погрешность, обусловленная гистерезисом и нелинейностью характеристики пьзоэлектрического материала.

Кроме этого, при работе необходимо учитывать так называемый кабельный эффект. При вибрации кабель наводит на вход усилителя ЭДС, возникающую в результате трения изоляции при тряске об экран. Для уменьшения этой погрешности применяются специальные антивибрационные кабели.

9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип

Как отмечалось ранее, выходное сопротивление пьезоэлектрического ИП большое, а мощность выходного сигнала мала. Поэтому в качестве измерительных цепей в основном используются различные усилители, отличающиеся высоким входным сопротивлением. На рис 9.4. приведены некоторые из таких схем.

Схемы с усилителем напряжения представлены на рис 9.4 а, б. Схема (рис. 9.4 а) обеспечивает постоянство нагрузки на пьезопреобразователь и усиливает напряжение на его обкладках. АЧХ равномерна в диапазоне от десятков герц до десятков килогерц [15]. Недостатком схем с усилителями напряжения является зависимость выходного напряжения и чувствительности от емкости кабеля. Для уменьшения погрешности, вызванной изменением чувствительности, параллельно входу усилителя включается дополнительная стабильная емкость С₁(на рис. 9.4 не показана). В этом случае погрешность чувствительности

_S= (С₀+С_K)(С₀+ С_K+С₁).

Постоянная времени для измерительных цепей с усилителями напряжения обычно не превышает одной секунды1 с.

а) б)

в) г)

Рис. 9.4

Более высокое значение постоянной времени позволяют получить преобразователи заряда в напряжение (усилители заряда). Пример подобной схемы приведен на рис. 9.4 в. Преимуществом данной схемы является возможность существенного расширения АЧХ в область инфранизких частот.

Постоянная времени может достигать нескольких часов [15], что позволяет осуществлять "статическую" градуировку пьезодатчиков. Кроме того, в этой схеме влияние емкости линии С_Л, соединяющей пьезодатчик с усилителем, оказывается незначительным.

Для согласования большого выходного сопротивления пьезопреобразователя с малым входным сопротивлением последующих электронных цепей может использоваться измерительная цепь, приведенная на рис. 9.4 г.

Достоинствами пьезоэлектрическихИПявляются: малые габариты, простота конструкции, высокая надежность, возможность измерять бысропеременные процессы, высокая точность преобразования механических напряжений в электрический заряд. Например,для ИП из кварца погрешность преобразования составляет 10^-4– 10^-6.

К недостаткам следует отнести: невозможность измерять статические величины, наличие нелинейности и гистерезиса, трудность градуировки, сложность экранировки и защиты от помех и наводок, необходимость в качественных усилителях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электрические измерения неэлектрических величин /А.М. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др. - Л.: Энергия, 1975. - 576 с.

2. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

3. Алейников А. Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития). - Новосибирск.: НГТУ, 2001. - 173 с.

4. Спектор С.А. Измерения физических величин. Методы измерений: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

5. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники: Учеб. пособие для вузов. - Киев.: Вища школа, 1983.- 455 с.

6. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учеб. пособие для вузов / Е.Г. Бишард, Е.А. Киселева, Г.П. Лебедев и др., 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1991 - 415 с.

7. Фефелов Н.П. Введение в измерительную технику: Учеб. пособие для студентов вузов. - Томск.: Томский университет, 1976. - 204 с.

8. Электрические измерения: Учебник для вузов/ Под ред. А.В. Фремке. - Л.: Энергия, 1973. - 424 с.

9. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов / Н. Н. Евтихиев, А. Я. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

10. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

11. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы: Учеб. пособие для вузов. - Киев.: Вища шк., 1986. - 504 с.

12. Справочник по электротехническим материалам/ Под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

13. Ложников В.Я. Резистивные, емкостные измерительные преобразователи: Учеб. пособие.- Новосибирск: НИСИ, 1977. - 80 с.

14. Клаасен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. - М.: Постмаркет, 2000. - 352 с.

15. Кликушин Ю.Н., Кривой Г.С., Чередов А.И. Расчет измерительных цепей на операционных усилителях: Учеб. пособие. - Омск: ОмПИ, 1981.

16. Кончаловский В.Ю. Электрические измерительные преобразователи: Учеб. пособие. - Л.: Энергия, 1967.

17. Ольшевская О.К. Измерительные преобразователи: Учеб. пособие. - Томск, 1973. - 117 с.

18. Харт Х. Введение в измерительную технику.- М.: Мир, 1999.- 388 с.

19. Чередов А.И. Измерительные преобразователи параметров емкост-ных датчиков: Учеб. пособие. - Омск: ОмПИ, 1988. - 80 с.

20. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Основные понятия и определения в области измерений …….…..…. 4

2. Планирование и организация измерений…..…………………….…... 6

3. Методы уменьшения погрешности измерений.……………………… 9

3.1 Методы уменьшения случайных погрешностей ...…………………9

3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей …………..10

4. Электромеханические приборы прямого преобразования ………….15

4.1. Структурная схема и уранение преобразования…………………..15

4.2 Основные характеристики электромеханических приборов …….17

4.3. Магнитоэлектрические приборы.……..…………………………..18

4.4. Электромагнитные приборы …………………………………….…21

4.5. Электродинамические приборы …………………………………...23

4.6. Ферродинамические приборы ……………………………………..26

4.7. Электростатические приборы ……………………………………..27

4.8. Индукционные ИМ и приборы на их основе ……………………..30

5. Измерительные преобразователи неэлектрических величин …..… 32

5.1. Общие сведения и характеристики ИП……………………………32

5.2. Классификация измерительных преобразователей ………….…..35

5.3. Резистивные измерительные преобразователи…………………...35

6. Термоэлектрические ИП ……………………………………………...57

6.1. Принци действия термоэлектрических ИП ………………….……57

6.2. Области применения и материалы термоэ,лектрических ИП……59

6.3. Характеристики термоэлектрических ИП…………………………60

6.4. Конструкции термоэлектрических ИП………………………….…64

6.6. Измерительные цепи термоэлектрических ИП …………………. 64

7. Емкостные ИП …………………………………………………………65

7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики ЕИП .….…….65

7.2. Области применения, достоинства и недостатки ЕИП…………...66

7.3. Погрешности ЕИП ……………………………………………...…..69

7.4. Измерительные цепи ЕИП …………………………………………70

8. Электромагнитные ИП ………………………………………………..72

8.1. Индуктивные ИП …………………………………………………...72

8.2. Трансформаторные ИП …………………………………………….77

8.3. Магнитоупругие ИП …………………………………………….…79

9. Пьезоэлектрические ИП………………………………………………..81

9.1. Принцип действия, материалы пьезоэлектрических ИП …….…..81

9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ИП…………83

9.3. Погрешности пьезоэлектрических ИП…………………………….85

9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ИП …………………...85

Библиографический список ……………………………………………...87

90