Усунення температурного дрейфу нуля п'єзоелектричного акселерометра

Autor: Kvasnikov, Volodymyr, Perederko, Anatolij
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Technology audit and production reserves; Том 1, № 1(51) (2020): Industrial and technology systems; 41-44
Technology audit and production reserves; Том 1, № 1(51) (2020): Виробничо-технологічні системи; 41-44
Technology audit and production reserves; Том 1, № 1(51) (2020): Производственно-технические системы; 41-44
ISSN: 2664-9969
2706-5448
Popis: The object of research is the dependence of the results of measuring vibrational acceleration by a piezoelectric accelerometer on the influence of ambient temperature. The indicated dependence is a change in the constant level in the measured signal. This is caused by the generation of an additional charge by the piezoelectric element of the accelerometer in the absence of impact on it from the side of the measurement object. The specified additional charge is generated under the influence of changes in the temperature of the medium on the structure of the sensitive element. This leads to an increase in the error of the measurement result. The larger the range of fluctuations in temperature and the rate of change in the temperature of the medium over time, the greater the effect on the measurement results. Since changes in temperature over time compared with the frequency of measured vibrations are much slower processes and their influence on the measurement result is constant in the entire dynamic range of the accelerometer, they represent an additive component of the error in these measurements.During the study, in order to prevent the temperature influence of the medium on the measurement process, methods for its elimination are considered and solutions for improving the piezoelectric accelerometer by introducing a compensation element in its design are proposed. In order to reduce the influence of temperature fluctuations of the medium on the measurement results, a controlled piezoelectric element operating on the inverse piezoelectric effect along the polarization axis is used as a compensation element. The resulting solution is easily implemented from a technical point of view, since the compensation element and the sensitive element are made of the same material and have the same coefficient of thermal expansion. The compensation element is controlled by an automatic regulation system that works on the principle of deviation regulation.Thanks to the method proposed in this work, it is possible to increase the accuracy of measurements performed using piezoelectric accelerometers and to expand their scope in relation to the requirements for the ambient temperature.
Объектом исследования является зависимость результатов измерения вибрационного ускорения пьезоэлектрическим акселерометром от воздействия температуры окружающей среды. Указанная зависимость представляет собой изменение постоянного уровня в измеряемом сигнале. Это вызвано генерацией пьезоэлектрическим элементом акселерометра дополнительного заряда при отсутствии воздействия на него со стороны объекта измерений. Указанный дополнительный заряд генерируется под влиянием изменения температуры среды на структуру чувствительного элемента. Это приводит к увеличению погрешности результата измерений. Чем больше диапазон колебаний по температуре и скорость изменения температуры среды во времени, тем получим большее влияние на результаты измерений. Так как изменения температуры во времени, по сравнению с частой измеряемых вибраций, являются процессами значительно медленными и их влияние на результат измерения является постоянным во всем динамическом диапазоне акселерометра, то они представляют собой аддитивную составляющую погрешности указанных измерений.В ходе исследования, для предотвращения температурного влияния среды на процесс измерения, рассмотрены методы по его устранению и предложены решения по совершенствованию пьезоэлектрического акселерометра путем введения в его конструкцию элемента компенсации. С целью уменьшения влияния температурных флуктуаций среды на результаты измерения в качестве элемента компенсации применен управляемый пьезоэлектрический элемент, работающий на обратном пьезоэлектрическом эффекте вдоль оси поляризации. Полученное решение легко реализуется с технической точки зрения, так как элемент компенсации и чувствительный элемент изготавливается из одинакового материала и имеют одинаковый коэффициент теплового расширения. Управление элементом компенсации осуществляется системой автоматического регулирования, которая работает по принципу регулирования по отклонению.Благодаря предложенному методу обеспечивается возможность повысить точность измерений, выполняемых с помощью пьезоэлектрических акселерометров, и расширить их сферу применения в отношении требований к температуре среды.
Об'єктом дослідження є залежність результатів вимірювання вібраційного прискорення п’єзоелектричним акселерометром від впливу температури навколишнього середовища. Вказана залежність представляє собою зміну постійного рівню в вимірюваному сигналі. Це викликано генерацією п’єзоелектричним елементом акселерометра додаткового заряду за відсутності дії на нього зі сторони об’єкта вимірювань. Вказаний додатковий заряд генерується під впливом зміни температури середовища на структуру чутливого елементу. Це приводить до збільшення похибки результату вимірювань. Чим більше діапазон коливань по температурі та швидкість зміни температури середовища в часі, тим отримаємо більший вплив на результати вимірювань. Так як зміни температури в часі, порівняно з частотою вимірюваних вібрацій, є процесами значно повільнішими та їх вплив на результат вимірювання є сталим у всьому динамічному діапазоні акселерометра, то вони представляють собою адитивну складову похибки вказаних вимірювань.В ході дослідження, для запобігання температурного впливу середовища на процес вимірювання, розглянуті методи по його усуненню та запропоновано рішення по удосконаленню п’єзоелектричного акселерометра шляхом введення в його конструкцію елемента компенсації. З метою зменшення впливу температурних флуктуацій середовища на результати вимірювання в якості елемента компенсації застосовано керований п’єзоелектричний елемент, який працює на зворотному п’єзоелектричному ефекті уздовж осі поляризації. Отримане рішення легко реалізується з технічної точки зору, так як елемент компенсації та чутливий елемент виготовляються з однакового матеріалу і мають однаковий коефіцієнт теплового розширення. Керування елементом компенсації здійснюється системою автоматичного регулювання, яка працює по принципу регулювання по відхиленню.Завдяки запропонованому у роботі методу забезпечується можливість підвищити точність вимірювань, виконуваних за допомоги п'єзоелектричних акселерометрів, і розширити їх сферу застосування стосовно вимог до температури середовища.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: