Анализ свободных колебаний в вибровискозиметрическом датчике | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (416) май 2022 г.

Дата публикации: 26.05.2022

Статья просмотрена: 196 раз

Библиографическое описание:

Захаркина, Е. И. Анализ свободных колебаний в вибровискозиметрическом датчике / Е. И. Захаркина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 21 (416). — С. 23-27. — URL: https://moluch.ru/archive/416/92041/ (дата обращения: 14.12.2024).



В статье произведено описание прицепа действия вибровискозиметра, показана схема датчика, произведен теоретический анализ собственных частот колебаний, выполнено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Ключевые слова: вибровискозиметр, собственная частота, колебания, сенсор.

Объектом для анализа свободных колебаний является вибровизкозиметр, созданный в УФИРЭ им. В. А. Котельникова для исследования вязкости многокомпонентных растворов. Схематично принцип действия датчика можно описать рисунком 1. Чувствительная (колебательная) масса подвешена на капиллярах.

Конструкция вибровизкозиметра: 1 — капилляр, 2 — пьезотрубки, 3 — статор, 4 — измерительный блок, 5 — датчик температуры, 6 — элементы выводного монтажа, 7 — исследуемая жидкость, 8 — пороговый уровень

Рис. 1. Конструкция вибровизкозиметра: 1 — капилляр, 2 — пьезотрубки, 3 — статор, 4 — измерительный блок, 5 — датчик температуры, 6 — элементы выводного монтажа, 7 — исследуемая жидкость, 8 — пороговый уровень

Система возбуждения построена на основе пьезодвигателей, которые запитываются напряжением с нужной частотой. Численно она равна собственной частоте колебаний. Плоскость колебаний перпендикулярна плоскости, которую образуют трубки. Одна трубка выступает активатором, вторая — сенсором. Колебания трубки снимаются пьезодатчиком и представляют собой электрический заряд, который находится в прямой зависимости от амплитуды колебаний, которая, в свою очередь, пропорциональна вязкости.

С точки зрения теоретической механики, колебательная система, состоящая из нескольких звеньев, очень сложно поддается правильному и достоверному теоретическому расчету. В связи для проведения более точных расчетов используем САПР Mathcad.

На начальном этапе проектирования необходимо выполнить анализ свободных колебаний частей системы. Для создания этих колебаний достаточно отклонить от положения равновесия любой элемент системы. На рисунке 2 представлен график затухающих колебаний. На графике М1 — это возбуждающее колебание зонда, М01 и М02 — свободные колебания системы возбуждения и пьезосенсора.

Из графика видно, что колебания представляют собой набор гармоник и для выделения собственной частоты необходимо провести спектральный анализ данных сигналов. Это позволит оценить спектр свободных колебаний.

Спектры колебаний

Рис. 2. Спектры колебаний

Такой сложный вид гармонических колебаний связан с особенностями расчета, сканирование по широкому спектру резко увеличивает время расчёта. Широкий диапазон обусловлен отсутствием достоверных данных о частотных характеристиках объекта. Для упрощения спектра используем классическое преобразование Фурье (рисунок 3,4). Максимумы (пики) — это частоты гармоник собственных колебаний частей системы.

Преобразование Фурье (логарифмическая шкала)

Рис. 3 Преобразование Фурье (логарифмическая шкала)

Преобразование Фурье (линейная шкала)

Рис. 4 Преобразование Фурье (линейная шкала)

Для определения соответствия каждого резонансного пика определенной части системы в модели производилось изменение массы с последующим анализом частотного смещения собственных гармоник после преобразования Фурье. По результатам моделирования установлено, что собственная частота зонда — 320–335 Гц (рисунок 5). Частота пьезодвигателя — 425–445 Гц (рисунок 6). Красный график описывает колебательную систему до изменения, синий — измененную систему.

Спектр зонда

Рис. 5. Спектр зонда

Спектр пьезодвигателя

Рис. 6. Спектр пьезодвигателя

Конечным результатом эксперимента является сравнение полученной модели свободных колебаний с экспериментальными данными. Результаты данного сравнения показаны на рисунках 7 и 8.

Сравнение амплитуд свободных колебаний

Рис. 7. Сравнение амплитуд свободных колебаний

Сравнение частот свободных колебаний

Рис. 8. Сравнение частот свободных колебаний

Проанализировав полученные результаты, можно сделать вывод о том, что экспериментальные данные и данные, полученные в процессе моделирования, в большей степени соответствуют, но также наблюдаются расхождения у некоторых жидкостей, т. к. их физические свойства находятся в прямой зависимости от температуры, влажности, что нельзя учесть при моделировании.

Литература:

1. Соломин Б. А. Миниатюрный высокочувствительный и быстродействующийвибровискозиметрический датчик/ Б. А. Соломин, А. М. Низаметдинов, А. А. Черторийский, М. Л. Конторович // Конструирование и производство датчиков, приборов и систем — 2015 — С. 3–8.

2. Г. Ф. Афанасьева. Вискозиметры стеклянные капиллярные образцовые. Методы и средства поверки/методические указания// — 1984 — С. 20–21.

Основные термины (генерируются автоматически): данные, колебание, колебательная система, прямая зависимость, рисунок, собственная частота, собственная частота колебаний.


Ключевые слова

колебания, собственная частота, сенсор, вибровискозиметр

Похожие статьи

Анализ результатов лабораторных испытаний акселерометров

В статье описана методика статических и динамических испытаний акселерометра, приведена методика обработки результатов испытаний, проведен анализ конструктивного запаса.

Модель бесконтактного магниторезонансного контроля параметров жидкостей

В настоящей статье рассматривается проблематика определения и анализа изменений значений параметров жидких материалов при их течении по трубопроводам в том числе и в условиях высокой турбулентности. Предложена модель устройства бесконтактного измерен...

Исследование электродинамических характеристик замедляющих систем типа «петляющий волновод»

Электронные устройства сверхвысокочастотного диапазона широко применяются во многих сферах деятельности человека как в гражданской, так и в военной промышленности. Важным компонентом таких электронных устройств является замедляющая. Для разработки бо...

Акустический тракт при ультразвуковом контроле нестандартного сварного соединения

В статье приводится формула для расчета акустического тракта при ультразвуковом контроле двух сред с учетом изменения скорости поперечной волны в одной из них. По результатам расчетов и моделирования оценено влияние изменения скорости поперечной волн...

Применение вейвлет-анализа для очистки речевого сигнала от шума

В работе предложен метод очистки речевого сигнала от шума при помощи вейвлет-анализа. Приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих преимущество данного метода над другими.

Влияние длительности возбуждающего сигнала на форму акустического импульса на выходе пьезоизлучателя

В представленной работе рассматривается исследование изменения формы и длительности излучаемого акустического сигнала от длительности возбуждающего электронного импульса. В качестве пьезопреобразователя рассматривается пьезопластина (ЦТСНВ-1), нагруж...

Программа для расчёта электрического сопротивления терморезисторов NTC-типа

В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.

Разработка автоматизированного стенда паспортизации пьезоэлектрических преобразователей

Данная статья посвящена перспективному направлению использования роботов манипуляторов для автоматизации процесса паспортизации ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Основное внимание уделено возможности использования робота-манипулятор...

Определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя для ультразвукового неразрушающего контроля бериллиевых слитков

При ультразвуковом неразрушающем контроле металлов необходимо руководствоваться заранее написанной методикой контроля, частью которой является определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя. Для нахождения данных парам...

Анализ короткого замыкания и конструкция автоматического выключателя

В статье представлено поведение системы в условиях неисправности и направлено на проектирование автоматического выключателя. Целью работы являет-ся анализ короткого замыкания для проектирования энергосистемы с учетом всех усло-вий, таких как нагрузка...

Похожие статьи

Анализ результатов лабораторных испытаний акселерометров

В статье описана методика статических и динамических испытаний акселерометра, приведена методика обработки результатов испытаний, проведен анализ конструктивного запаса.

Модель бесконтактного магниторезонансного контроля параметров жидкостей

В настоящей статье рассматривается проблематика определения и анализа изменений значений параметров жидких материалов при их течении по трубопроводам в том числе и в условиях высокой турбулентности. Предложена модель устройства бесконтактного измерен...

Исследование электродинамических характеристик замедляющих систем типа «петляющий волновод»

Электронные устройства сверхвысокочастотного диапазона широко применяются во многих сферах деятельности человека как в гражданской, так и в военной промышленности. Важным компонентом таких электронных устройств является замедляющая. Для разработки бо...

Акустический тракт при ультразвуковом контроле нестандартного сварного соединения

В статье приводится формула для расчета акустического тракта при ультразвуковом контроле двух сред с учетом изменения скорости поперечной волны в одной из них. По результатам расчетов и моделирования оценено влияние изменения скорости поперечной волн...

Применение вейвлет-анализа для очистки речевого сигнала от шума

В работе предложен метод очистки речевого сигнала от шума при помощи вейвлет-анализа. Приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих преимущество данного метода над другими.

Влияние длительности возбуждающего сигнала на форму акустического импульса на выходе пьезоизлучателя

В представленной работе рассматривается исследование изменения формы и длительности излучаемого акустического сигнала от длительности возбуждающего электронного импульса. В качестве пьезопреобразователя рассматривается пьезопластина (ЦТСНВ-1), нагруж...

Программа для расчёта электрического сопротивления терморезисторов NTC-типа

В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.

Разработка автоматизированного стенда паспортизации пьезоэлектрических преобразователей

Данная статья посвящена перспективному направлению использования роботов манипуляторов для автоматизации процесса паспортизации ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Основное внимание уделено возможности использования робота-манипулятор...

Определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя для ультразвукового неразрушающего контроля бериллиевых слитков

При ультразвуковом неразрушающем контроле металлов необходимо руководствоваться заранее написанной методикой контроля, частью которой является определение оптимального размера и частоты пьезоэлектрического преобразователя. Для нахождения данных парам...

Анализ короткого замыкания и конструкция автоматического выключателя

В статье представлено поведение системы в условиях неисправности и направлено на проектирование автоматического выключателя. Целью работы являет-ся анализ короткого замыкания для проектирования энергосистемы с учетом всех усло-вий, таких как нагрузка...

Задать вопрос