---

Метод трех вольтметров является дополнительным методом из­мерений электрического импеданса преобразователей категорий Р и А, применимым при работе в строго линейном режиме. Схема и процедура измерений аналогична методу трех вольтметров (см. л. 7.1.3). Значения Z и coscp рассчитывают по формулам:

і ^VT_n^VG-^VR-^VT

|Z|= y-/?_s; cos <p 2V_R и_т ’

Для получения соответствующего рабочим условиям значения электрического импеданса заторможенного преобразователя сос­тавляющие комплексного электрического импеданса измеряют за пределами резонансной области на частотах, меньших и больших /_res, причем отношение Vt If поддерживается равным номинально­му значению на резонансной частоте. При этом допускается ис­пользовать любой метод измерений импеданса преобразователя {см. п. 7.6). Через экспериментальные точки на плоскости |Z| — f проводят линию, которая представляет собой частотную каракте- ристику модуля импеданса заторможенного преобразователя. Ее ордината, соответствующая f_res , определяет искомое значение мо­дуля импеданса заторможенного преобразователя при рабочих ус­ловиях.

Аналогичную процедуру проводят с величиной costp: вычерчи­вают частотную характеристику cos<p заторможенного преобразо­вателя и путем интерполяции находят его значение при f _res.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИИ

1. Влияние нелинейности

Уровни входной мощности и напряжения возбуждения при измерениях дол­жны быть такими же, как при реальном режиме работы преобразователей, об­ладающих нелинейными магнитными и механическими параметрами, нагружен­ных на жидкую среду с нелинейными из-за кавитации свойствами.

2. Основное проявление нелинейности преобразователя — зависимость маг­нитных потерь от напряжения возбуждения и механических потерь от амплиту­ды колебательного смещения, а также зависимость коэффициентов электроме­ханического преобразования от напряжения возбуждения.

3. Влияние пузырьков воздуха и загрязнений

При измерениях преобразователей категории Р, излучающих в воду, послед­няя должна быть дегазирована, хотя в большинстве рабочих режимов жидкос­ти обычно естественно насыщены воздухом или другими газами. Измерения с жидкостной насыщенной газом нагрузкой нестабильны из-за адгезии пузырьков и возможного появления кавитации при относительно низких уровнях мощно­сти.

Воспроизводимость результатов измерения является более важной, чем точ­ное моделирование рабочих условий. Необходимо очистить преобразователь пе­ред измерениями, потому что к загрязнениям на его поверхности могут прили­пать и удерживаться на них пузырьки, которые существенно влияют на резуль­таты измерений.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочное

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО
МЕТОДА ИЗМЕРЕНИИ АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ И ЕГО
ОГРАНИЧЕНИЯ

Калориметрический метод измерений акустической мощности основан на эф­фекте поглощения звука в жидкостях и нагревании жидкостей за счет поглощен­ной энергии. Этот метод удобен для измерения акустической мощности в нели­нейном режиме, т. е. при высоких уровнях мощности.

Этот метод допускается использовать при низкой мощности при условии, что подъем температуры из-за поглощения ультразвука в жидкости соответствует п. 7.2.1. При высоких уровнях энергии жидкость может частично превращаться в пар или распыляться. Затрачиваемая энергия не влияет на нагревание жид­кости. Следовательно, уровень мощности не должен быть слишком высок. Неко­торые факторы могут существенно снизить точность метода: прямая передача тепла от преобразователя к жидкой нагрузке, теплообмен между жидкостью и окружающей средой и появление стоячих волн.

Для устранения или ограничения влияния первого фактора время работы преобразователя не должно быть более 20—30 с. Необходимо учитывать инер­ционность прибора для измерения температуры. Если используют термометры с малыми делениями шкалы, то показание температуры достигнет максимального значения через некоторое время после включения питания и продолжительность измерений будет более 20—30 с. Следовательно, должны быть использованы термометры с малыми постоянными времени.

Влияние второго фактора (теплообмен между жидкостью и окружающей средой) уменьшается путем создания в измерительной ванне начальной темпера­туры, равной температуре окружающей среды. Теплообмен с окружающей сре­дой полностью устраняется при использовании в качестве сосуда с жидкостью стандартного калориметра.

Для устранения возможности поглощения тепла стенками ванны, которое... может влиять на результаты измерений, используют некоторые модификации ка­лориметрического метода. К ним относят компенсационные методы, использую­щие эквивалентный нагреватель в виде электрического проволочного подогрева­теля с известной потребляемой электрической мощностью или в виде куска ме­талла известной массы и теплоемкости с высокой начальной температурой. Пу­тем сравнивания нагрева воды в измерительной ванне, осуществленного эквива­лентным нагревателем и излученным преобразователем ультразвуком, легко рас­считывается акустическая мощность преобразователя.

Использование калориметров может привести к появлению стоячих волн в ванне с жидкостью, в результате чего может значительно измениться акустичес- чая нагрузка. Это можно проверить путем измерений электрического импеданса преобразователя при изменении его расположения в ванне.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочное

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВАТТМЕТРОВОГО МЕТОДА И
МЕТОДА ИМПЕДАНС-ДИАГРАММ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КПД
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Принцип измерения электромеханического КПД методом ваттметра заключа­ется в разделении на резонансной частоте мощности механических потерь и мо­щности электрических потерь преобразователя путем интерполяции мощности электрических потерь из области вдали от резонанса на частоту резонанса в предположении, что вдали от резонанса механические потери отсутствуют. Ме- ханоакустический КПД определяют путем сравнения механических потерь пре­образователя в нагруженном и ненагруженном режиме.

Настоящий метод используют для преобразователей, работающих в преде­лах линейного диапазона; при выполнении требований п. I приложения 1 этот метод допускается применять за пределами строго линейного диапазона.

Метод импеданс-диаграмм основывается на сравнении частотных характерис­тик преобразователя в нагруженном и ненагруженном режимах. Метод применя­ют только в линейном диапазоне.

Значение т]_еа, полученное методом импеданс-диаграмм, соответствует резо­нансу в режиме постоянного тока, т. е. резонансной частоте, приблизительно равной /г. Значение т|<а> полученное ваттметровым методом, соответствует ре­жиму постоянного напряжения, т. е. частоте, приблизительно равной fa- Для до­статочно нагруженных преобразователей различие в значениях при ft и fa пре­небрежимо мало.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочное

ВИБРОМЕТРЫ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
АМПЛИТУДЫ СМЕЩЕНИЙ

Устройства для бесконтактных измерений амплитуды колебаний твердых по­верхностей могут основываться на различных принципах.

В виброметрах емкостного типа чувствительный элемент представляет со­бой небольшой плоский электрод, располагаемый перед поверхностью. Он обра­зует с заземленной поверхностью конденсатор, в котором расстояние между двумя электродами периодически в соответствии с колебаниями меняется. Влия­ние колебаний может регистрироваться так же, как и в конденсаторном микро­фоне при подаче постоянного напряжения на электроды. Конденсатор может служить частью настроенного контура генератора. Изменение емкости вызывает частотную модуляцию с коэффициентом модуляции, пропорциональным в опре­деленных пределах амплитуде колебаний.

В виброметрах индуктивного типа чувствительным элементом является ма­ленькая катушка, располагаемая перед колеблющейся поверхностью, причем ее ось перпендикулярна к поверхности. Эффект колебаний может проявляться че­рез электродвижущую силу, появляющуюся в катушке из-за вихревых токов, или катушка может запитываться высокочастотным током, и колебания будут вызывать модуляцию этого тока. Катушка может служить частью настроенного контура генератора и, следовательно, изменения индуктивности из-за колебаний вызовут частотную модуляцию.

В виброметрах волоконно-оптического типа воздействие колебаний воспри­нимается как модуляция отраженного светового потока. Излучение и прием све­тового потока осуществляется торцами пучков стекловолокон. В этих устройст­вах используется волоконная оптика.

Виброметры емкостного и индуктивного типа допускается использовать для измерений электрически проводящих материалов; виброметры оптического типа могут применяться с проводящими и непроводящими материалами.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. Постановлением Государственного комитета СССР по стандар­там от 19.12.88 ЛЬ 4237 введен в действие государственный стан­дарт СССР ГОСТ 27955—88, в качестве которого непосредст­венно применен международный стандарт МЭК 782, с 01.01.90.

2. Срок первой проверки 1994 г.

периодичность проверки 5 лет

ВВЕДЕН ВПЕРВЫ

Е

1 1

1

2

4

4

4

5

5

6

6

6

7

7

7

7

7

8

8

8

8

8

8

8

8

8

9

9

12

13

14

16

16

16

16

16

17

17

19

19

19

19

19

20

20

СОДЕРЖАНИЕ

1. Область применения

2. Назначение

3. Классификация преобразователей

4. Перечень основных характеристик

5. Определение характеристик и их обозначения

   1. Входная электрическая мощность Р_е

   2. Электроакустический коэффициент полезного действия преобразователя т]еа

   3. Амплитуда колебательного смещения 5 • • • • • •

   4. Резонансная частота fres

   5. Ширина полосы Af

   6. Электрический импеданс преобразователя Z

      1. Электрический импеданс на резонансной частоте Zres

      2. Электрический импеданс заторможенного (демпфирован­ного) преобразователя Z& .

6. Условия измерения

   1. Общие требования

   2. Рабочие параметры

   3. Акустическая жидкостная нагрузка

   4. Подготовка к измерениям преобразователей категории Р

      1. Подготовка преобразователя

      2. Подготовка воды

   5. Общие требования к контрольно-измерительной аппаратуре

7. Процедура измерений характеристик

   1. Входная электрическая мощность

      1. Метод ваттметра '. .

      2. . Импедансный метод

      3. Метод трех вольтметров

   2. Электроакустический КПД

      1. Метод калориметра-ваттметра

      2. Метод потока мощности

      3. Ваттметровый Метод .

      4. Метод импеданс-диаграмм

   3. Амплитуда колебательного смещения

      1. Метод оптического микроскопа .

      2. Метод виброметра

   4. Резонансная частота преобразователя . .

      1. Метод максимальной мощности

      2. Метод максимальной амплитуды

      3. Метод импедансных характеристик

   5. Ширина полосы и механическая добротность

      1. Метод частотной характеристики входной мощности

      2. Метод амплитудно-частотной характеристики ....

   6. Электрический импеданс преобразователя на резонанс­ной частоте

      1. Метод вольтметра и ваттметра . . . . .

      2. Мостовой метод

      3. Метод вольтметра и фазометра

Приложение 1. Условия измерений ... 21

Приложение 2. Обоснование использования калориметрического метода измерений акустической мощности и его ограничения . 21

Приложение 3. Обоснование использования ваттметрового мето­да и метода импеданс-диаграмм для измерения КПД преобразователя 22

Приложение 4. Виброметры для бесконтактных измерений ам­плитуды смещений 23.

Редактор М. В- Глушкова
Технический редактор Л. Я- Митрофанова
Корректор Н. И. Гаврищук

Сдано в наб. 18.01.89 Подп. в печ. 14.03.89 1,75 усл. п. л. 1,75 усл. кр.отт. 1,64 уч.-изд. я.
Тираж 5000 Цена 10 к.

Ордена «Знак Почета» Издательство стандартов, 123840, Москва, ГСП,
Новопресненский пер., 3.

Калужская типография стандартов, ул. Московская, 266. Зак. 171

1 ПРОЦЕДУРА ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК

27.1. Входная электрическая мощность

7.1.1. Метод ваттметра

3Метод ваттметра является основным методом, используемым для измерения электрической мощности переменного тока ультра­звуковых преобразователей любого типа. Значения Р_е определя­ют отсчетом по шкале ваттметра. К прибору предъявляются сле­дующие требования: прибор должен позволять проводить измере­ния не только при синусоидальной форме напряжения и тока воз-