ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

При исследовании влияния измерительной цепи на параметры пьезокерамического преобразователя в лабораторной работе используется усилитель напряжения ( Ус ) с высоким входным сопротивлением. Параметры входной цепи усилителя С ₁ и R (рис.12 ) могут меняться. Емкость кабеля Ск принимается равной 0 , а сопротивление изоляции R к =  .

Операционный усилитель К544УД1 имеет на входе полевые транзисторы, обеспечивающие входное сопротивление 10¹⁰ Ом. Коэффициент усиления усилителя равен 1 ( R ₂ = 0 , R ₁ =  , рис.12 ).

Переключатели П1 и П2 позволяют изменять параметры входной цепи усилителя. П1 – изменяет входное сопротивление R, П2 – изменяет входную емкость С ₁ .

В таблице 1 приведены положения переключателей П1 и П2 и соответствующие им значения С ₁ и R.

Таблица 1

Положение 1 2 3 4 5

П1 и П2

R , МОм 1 10 33 66 

С ₁, нФ 0 40 80 120 160

Синусоидальное усилие на пьезокерамический элемент создается блоком модуляции (БМ). БМ состоит из электропривода (микродвигатель с редуктором) и модулятора давления, представляющего собой замкную камеру, одна из стенок которой выполнена в виде подвижной мембраны, жестко соединенной через эксцентрик с валом электропривода. При перемещении мембраны с определенной частотой, в замкнутом объеме камеры создается переменное давление с постоянной амплитудой и частотой, соответствующей частоте перемещения мембраны. Частота перемещения мембраны задается электроприводом, путем изменения напряжения питания (Uпм) микродвигателя.

При исследовании в лабораторной работе используется пьезокерамический датчик в виде биморфной пьезокерамической мембраны (см. рис.5) , со следующими параметрами:

Радиус диска R , м 20  10 ^{– 3}

Толщина диска h , м 0,7  10 ^{– 3}

Тип керамики ЦТС - 19

Модуль Юнга Y ₃₃ ( Y ₃₁ ) , Па 6,5  10 ¹⁰

Плотность  м , кг / м ³ 7,4  10 ³

Относительная диэлектрическая

проницаемость ,  1600

Пьезомодули : d ₃₃ , Кл / Н 280  10 ^{- 12}

d ₃₁ , Кл / Н ( -120 )  10 ^{– 12}

---

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЗАДАНИЕ 1 :

1. Определить расчетную собственную частоту f ₀ .

2. Определить расчетную статическую электрическую емкость С_0.

3. Рассчитать выходное напряжение U₀ = Q / C₀ при изменении входного давления Рвх в диапазоне 0  150 Па. Построить график зависимости U₀ от Рвх..

ЗАДАНИЕ 2 :

1. Собрать схему для измерения резонансной f р и антирезонансной f а частоты пьезодатчика (рис.6) . Определить значения f p и f a , сравнить с расчетным значением собственной частоты f ₀. Построить график зависимости напряжения Uп на пьезодатчике от частоты f в области резонанса и антирезонанса.

2. Измерить собственную статическую емкость С₀ пьезоэлектрического датчика цифровым измерителем R, L, C Е7-8. Сравнить измеренное значение с расчетным.

3. Собрать схему (рис.7) для измерения выходного напряжения Uвых датчика при изменении входного давления Рвх. Снять характеристику Uвых = F (Рвх). Сравнить полученную характеристику с расчетной U₀ = F (Pвх).

ЗАДАНИЕ 3 :

1. Собрать схему (рис.14) для исследования зависимости Uвых усилителя напряжения от частоты синусоидального усилия при различных параметрах (С₁ и R) входной измерительной цепи (рис.12).

2. Снять зависимость выходного напряжения Uвых от частоты входного усилия при значениях R, указанных в таблице 1. Построить графики.

3. Снять зависимость Uвых от частоты входного усилия при значениях С ₁, указанных в таблице 1. Построить графики.

---

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ.

1. Частота резонанса и антирезонанса определяется по изменению напряжения Uп на пьезодатчике при плавном изменении частоты на генераторе Г3-111. Наименьшему значению Uп соответствует частота резонанса, а наибольшему - антирезонанса. Исследование зависимости выходного напряжения от частоты входного усилия выполняется при С ₁ = 0.

2. При исследовании зависимости Uвых = F (Рвх) требуется :

• установить микроманометрический винт жидкостного микроманометра на нулевые отметки (на шкале-линейке и по лимбу) ;

• установить «ноль» микроманометра по штифту - указателю (рис.8) корректором ;

• включить компрессор ;

• микрометрическим винтом установить 10 Па по шкале – линейке и лимбу ;

• вращая винт дросселя, установить по штифту – указателю микроманометра «ноль» ;

• разомкнуть вход вольтметра В7-30 ( кнопкой в положение «разомкнут» ) ;

• нажать пневмокнопку и измерить Uп. Сделать три замера, каждый раз замыкая и размыкая вход вольтметра ;

• аналогично измерить Uвых для Рвх в диапазоне 10  150 Па ;

• определить среднее значение Uвых для каждого Рвх и построить график зависимости Uвых = F ( Рвх ).

3. Исследование зависимости выходного напряжения Uвых от частоты входного усилия и входного сопротивления R , выполняется при С ₁ = 0 (переключатель П2 в положении 1).

   1. Установить П1 в положение 1. Установить по осциллографу частоту воздействия f = 2,5  3 Гц, изменяя напряжение питания микродвигателя модулятора. Измерить Uвых по вольтметру или осциллографу. Уменьшая частоту через 0,2  0,3 Гц до 0, измерять Uвых. Построить график.

   2. Аналогично 3.1 проделать все при П1 в положении 2, 3, 4 и построить графики Uвых = F ( f ).

4. Исследовать зависимость Uвых от частоты входного усилия и входной емкости С ₁ при R = 10МОм и R = 66МОм (переключатель П1 в положениях 2 и 4 соответственно).

---

ЛИТЕРАТУРА

1. Физическая акустика : / Под ред. У. Мезона Пер. с англ. – М. : Мир 1996. – Т.1 : Методы и приборы ультрозвуковых колебаний.

2. Смажевская Е.Г., Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика М : Сов. Радио 1971г.

3. Глазман И.А. Пьезокерамика – М. : Энергия 1972.

4. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин : (Измерительные преобразователи). Учебное пособие для вузов. – Л. : Электроатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1983. 320с., ил.

---

Смотрите также файлы

• Спектральный_анализ.doc

• ОперационныеУсилители.doc

• АртериальноеДавление.doc

• Стратегическое планирование.pdf

• Lab_1.pdf