Введение
Глава 1. Датчики на основе электромеханических колебательных систем 11
1.1 Принципы измерений с использованием колебательных систем 11
1.2 Виды датчиков на основе резонансных колебательных систем с электрическим возбуждением
1.2.1 Резонансный механический частотомер 12
1.2.2 Пьезорезонансные датчики 13
1.2.3 Струнные датчики 14
1.2.4 Микромеханические зондовые датчики – кантилеверы 15
1.2.5 Вискозиметрические датчики колебательного типа 17
1.3 Модели резонансных колебательных систем 18
1.3.1 Свободные колебания в системах с одной степенью свободы 18
1.3.2 Вынужденные колебания 21
1.3.3 Принцип электромеханической аналогии 23
1.4 Способы и режимы электрического возбуждения колебательных систем 24
1.4.1 Способы возбуждения электромеханических колебательных систем 24
1.4.2 Ударное возбуждение колебательной системы
1.5 Преобразование механических колебаний в электрический сигнал 29
1.6 Измерение параметров колебательных систем в динамических режимах... 35
1.6.1 Измерение параметров колебательной системы в режиме сканирования по частоте возбуждающего сигнала 35
1.6.1.1 Измерение параметров колебательной системы способом расстройки частоты возбуждающего сигнала по изменению амплитуды 35
1.6.1.2 Измерение параметров колебательной системы способом расстройки частоты по изменению фазе 37
1.6.1.3 Измерение параметров колебательной системы по амплитудно-частотной характеристике
1.6.2 Измерение параметров колебательной системы в режиме вынужденных колебаний на фиксированной частоте 40
1.6.3 Измерение параметров колебательных систем при их работе в составе автогенератора 42
1.6.3.1 Измерение параметров колебательной системы в автоколебательном режиме 42
1.6.3.2 Измерение параметров колебательной системы по схеме широкодиапазонного измерителя 43
1.7 Выводы 45
Глава 2. Численное моделирование процессов в механических колебательных системах в нестационарных режимах работы 47
2.1. Математическая модель колебательной системы с изменяющимися параметрами 47
2.2. Анализ колебательной системы с линейно нарастающей присоединенной массой 50
2.3 Зависимость погрешности определения параметров колебательной системы от скорости нарастания присоединенной массы зонда 56
2.4. Анализ колебательной системы с линейно нарастающим коэффициентом демпфирования 62
2.5 Выводы 67
Глава 3. Управление режимом возбуждения колебательных систем для снижения погрешности при измерении изменяющихся параметров 68
3.1 Постановка задачи анализа 68
3.2 Режим возбуждения колебательных систем с поддержанием постоянной разности фаз между сигналом возбуждения и сигналом отклика 69
3.3 Переходные процессы в колебательной системе в режиме с подстройкой частоты 72
3.4 Способ определения добротности электромеханической колебательной системы по фазо-частотной характеристике 79
3.5 Алгоритм подстройки частоты выходного сигнала генератора 80
3.6 Режим возбуждения колебательных систем с поддержанием максимальной амплитуды колебаний путем подстройки частоты 83
3.7 Выводы 84
Глава 4. Экспериментальная установка для исследования метрологических характеристик вибровискозиметрического датчика на основе электромеханической колебательной системы 86
4.1. Конструкция и принцип работы вибровискозиметрического датчика 86
4.2 Варианты формирования возбуждающего сигнала 88
4.3 Способы измерения амплитуды выходного сигнала ВВД 89
4.4 Измерение частоты в автоколебательном режиме и разности фаз в режиме вынужденных колебаний 93
4.5 Описание структурной схемы аппаратно-программного комплекса для исследования теплофизических свойств жидкостей 93
4.6 Анализ методических погрешностей измерения параметров сигналов вискозиметрического датчика 97
4.6.1. Анализ погрешностей измерения амплитуды вибровискозиметрического датчика в режиме вынужденных колебаний 97
4.6.2 Анализ погрешностей измерения периода сигнала вибровискозиметрического датчика в автоколебательном режиме 101
4.6.3. Анализ погрешностей измерения разности фаз сигнала датчика и сигнала возбуждения в режиме вынужденных колебаний 104
4.7 Оценка инструментальной погрешности отдельных узлов АПК 105
4.8. Выводы 109
Глава 5. Экспериментальная оценка метрологических характеристик вибровискозиметрического датчика при различных режимах возбуждения 110
5.1 Оценка стабильности сигнала ВВД в стационарных условиях измерения при различных режимах возбуждения 110
5.2. Способ определения добротности и собственной частоты колебательной системы в режиме вынужденных колебаний 111
5.3. Определение параметров колебательной системы при работе в нестационарном режиме 117
5.4. Статистические испытания 126
5.5. Выводы 127
Заключение 128
Список литературы 131
