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超声元件分析仪

简要描述:超声元件分析仪PV520A系列产品是由清华大学自动化系和中国科学院声学所共同研制开发的,用于压电超声器件和设备的检测综合性解决方案。
PV520A是在PV70A基础上开发的全新一代便携式触摸屏分析仪。

  • 产品型号:PV520A
  • 厂商性质:生产厂家
  • 更新时间:2022-10-27
  • 访  问  量:105

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详细介绍

品牌其他品牌应用领域食品,电子,电气,综合
型号PV520A操作方式7.8寸触摸屏
频率范围1KHz~1MKHz测量指标所有参数、图形
基本精度<0.1%测量速度5秒/件(1000)点扫描
频率精度±10ppm相位分辨率0.15度
环境温度10~40℃阻抗范围1Ω~1MΩ
频率步进0.1Hz~任意供电AC100V~AC250V 50~60Hz 30W

产品简介:

1. 尺寸仅有24cm*14cm*(5cm10cm),重量仅有1.95千克。

   目前最便携的超声阻抗分析仪。

2. 超大触摸屏,无需物理按键,一次显示全部参数和图形,更直观。

3. 超快测试速度,一次测试1000点仅需5秒。

4. 也可以连接电脑使用,且软件与PV70A/80A*兼容。

5. 最大测试频率可达5MHz

 

一.   关于供电

系统可以工作在AC220V-250V的任意电压下,功率30W,本仪器自带专用电源,电源插口在仪器后部5芯的航空插头。

 

 

 

 

二.   操作流程:

仪器操作流程如下:

1. 左后方五芯航插接上仪器专用电源,然后打开仪器左侧的开关。

2. 系统启动完成后,进入中文"或者英文"即可进入相应的操作界面。

3. 请将两端的测试夹具接到中间两个BNC测试端,(如果是陶瓷专用治具,则可以方便地直接接到所有四个BNC测试端)

4. 设定起始(START" 频率和终止 (END)" 频率,频率单位都是“KHz"。因为是触摸屏,所以按下输入位置即会弹出输入键盘。

5. 设定检测精度,根据所需要的测试点数不同一共有六个档位:

Fast, Normal, Medium, High, Higher, Highest

如果器件的Qm较低,选择靠前的档位;如果器件的Qm较高,选择靠后的档位。

越低的档位,测量点数越少,时间越短,越高的档位,测量点数越多,时间越长。

选择档位只要能保证导纳圆大体上成圆形就可以,这样可以节约测量时间。

档位Fast测量点数大概在200点,最高的档位Highest测量点数大约在2000点。

比如:一般倒车雷达选择第一档Fast就可以,但是超声焊接却需要选择最高一档Highest

启动"即可以开始一次测量,测量时进度条显示测量进度。

如果测到的到导纳圆曲线"不能完整成圆,则精度设定"提高一档再测。在屏幕左边显示一个完整的导纳圆图,右边显示一个波谷一个波峰,才是一次正确的测试!





文本框:

 


 

 

 


7. 仪器的物理按钮也是“启动"功能,在仪器上面板靠后的位置。

8. 仪器右后方三芯航插可以接外置式启动开关。

9. 点击设置"可以进入仪器测试速度选择界面,一共有

5ms/dot, 10ms/dot, 20ms/dot 三个档位可以选择。如果选择5ms/dot,那么highest测试一次时间大约是10秒。

 

四: 测量图形及数据

1. 图形介绍

系统默认显示“导纳圆图"+“对数图"

导纳圆图:导纳随频率变化在极坐标系下显示的轨迹。

对数图:红线是阻抗幅度的对数值曲线,蓝线是阻抗相位曲线。

 

可以点击“LgZ/GB-F"可以显示导纳曲线,红线是导纳实部,蓝线是导纳虚部。(导纳曲线用的不多,在此不做详细介绍)

 

2. 参数介绍:

1   谐振频率Fs:压电振子等效电路中串联支路的谐振频率,在这个频率下,压电振子的阻抗最小。如下图标为“Fs"处的频率值。

 

2)最大电导Gmax:压电振子谐振时的导纳值的实部,即“Fs"处的导纳实部。

 

 

      导纳圆图           对数坐标图                等效电路图

 

3)半功率点F1F2 从导纳圆上看,导纳实部等于Gmax2处的频率,这样的频率有两个,大于Fs的为F2,小于Fs的为F1,如图上标为“F1"和“F2"处的频率值。

 

4)反谐振频率Fp:压电振子并联支路的谐振频率,在这个频率下,压电振子的阻抗最大。如图上标为“Fp"处的频率值。

 

5)机械品质因数Qm:计算公式为Qm,其中Fs为谐振频率,F1F2为半功率点。或者Qm,其中R1为动态电阻,L1为动态电感,C1为动态电容。这两个公式计算结果*相同。

 

6)自由电容CT 压电器件在1kHz频率下的电容值。此值和数字电桥测得的值是一致的。

 

7)动态电阻R1:即为图中压电振子串联支路的电阻。计算公式为:R11Gmax,其中Gmax为最大导纳。

 

8)动态电感L1:即为图中压电振子串联支路的电感。计算公式为:

L1,其中R1为动态电阻,F1F2为半功率点。

 

9)动态电容C1:即为图中压电振子串联支路的电容。计算公式为:

C1,其中Fs为谐振频率,L1为动态电感。

 

10)静态电容C0:计算公式为C0CTC1,其中CT为自由电容,C1为动态电容。

注:静态电容也可以根据导纳圆圆心和电导轴(G轴)的偏移距离来计算。但是在实际应用中,一般都采用公式C0CTC1,因此这里也采用C0CTC1作为静电容的计算公式。

 

11)有效机电耦合系数Keff

Keff定义为无负载的压电振子在机械谐振时,贮存的机械能与贮存的全部能量比值的平方根。其计算公式为:Keff

12)平面机电耦合系数Kp

这个参数仅用于压电陶瓷片,它反映的是薄圆片沿厚度方向极化和电激励,作径向伸缩振动时,有关其机电耦合效应的参数。计算公式可以在软件中选择。

 

13)自由介电常数

这个参数仅适用于压电陶瓷片,计算公式为;,其中CT为自由电容,单位是pFt为薄圆片厚度,单位是cmD为薄圆片直径,单位是cm

点击“合格条件",可以设置每个参数的上下限范围,系统会根据设定的上下限范围自动判别合格,显示为在Qc后的红灯(不合格)或者绿灯(合格)

 

 

 

五:端口介绍

仪器右侧有三个端口,从上到下依次为

1. USB口:用于接入U盘,可以保存测量数据,也可以保存EXCEL参数表格(自动生产线上自动保存)

2. 232端口1PLC与仪器通信的232口接口。

3. 232端口2:电脑与仪器通信的接口。(附:本仪器仍然可以与之前的PV70A/80A/90A一样在电脑上进行操作,而且软件都是与之前的*兼容)

 

六.关于自动测试生产线

在自动测试生产线上,本仪器具有两种与PLC进行通信的方式

1.  232通信。

2.  IO通信方式,仪器预留一个继电器输入端和一个继电器输出端。

建议使用232通信方式,这种方式最灵活,可通讯的数据量最大,协议可以根据用户设定的方式进行兼容设计。

 

 

 

 

七.产品型号与规格

 

        规格

性能

PV520A-S

PV520A-T

PV520A-V

产品特点

便携式,全屏触摸屏,7.8寸屏

尺寸

24cm,宽19cm,前高5cm、后高10cm

频率范围

1KHz~1MHz

1KHz~3MHz

1KHz~5MHz

测量指标

所有参数、图形

基本精度

< 0.1%

测量速度

5/件(1000点扫描)

频率精度

±10ppm

相位分辨率

0.15

环境温度

1040摄氏度

阻抗范围

1Ω1MΩ

频率步进

0.1Hz~任意

供电

AC100VAC250V5060Hz, 30W

 

 

 

 

八.导纳圆的原理

对于压电器件来说,如果在离某一谐振频率很远的频率上,没有其他谐振,则在这个谐振频率附近可把压电器件近似看成一个集总系统,其符号和等效电路如左下图所示:

              

压电器件等效电路                     导纳圆示意图

 

 

上图左边为为压电器件的等效电路。其中C0是静态电容,R1C1L1分别为动态阻抗中的电阻、电容、电感。

在这个等效电路中,假定压电器件的总导纳为Y,并联支路和串联支路(或称之为静态导纳和动态导纳)分别为Y0Y1,则Y=Y0+Y1。通过运算可以得出动态导纳Y1和总导纳Y随频率变化的情况。

取横坐标表示电导(导纳的实部),取纵坐标表示电纳(导纳的虚部)。当频率在谐振频率附近的范围内发生变化时,Y1的相矢终端轨迹为一圆,其圆心为(1/2R10),半径为1/2R1

Y1的相矢终端旋转一周时,Y0的相矢终端随频率变化一般较小,近似认为为一常数,于是,把Y1的轨迹圆在复平面上沿纵轴向上平移。即可得到总导纳的相矢终端随频率变化的轨迹圆,即所谓的导纳圆。

利用导纳圆图,可以求出压电器件的等效电路和其他一些重要的参数,从图中可以看到三对谐振频率:

 

1

Fs

机械(串联)谐振频率

换能器的工作频率点,

Fp

并联谐振频率

电谐振频率(逆压电效应)

2

Fm

最大导纳频率

换能器阻抗最小

Fn

最小导纳频率

换能器阻抗最大

3

Fr

谐振频率(B=0)

阻抗相位为零的较低的频率

Fa

反谐振频率(B=0)

阻抗相位为零的较高的频率

 

阻抗分析仪可以提供以上所有的频率,但是应用中只需要FsFp

FmFn为传统的传输线法测到的频率,我们由此可以看到,传输线法测到的谐振频率Fm与换能器的工作频率Fs还有一些差别,如果导纳圆的圆心距离G轴距离较小,可以近似认为:FsFmFrFpFnFa;但是,如果导纳圆的圆心距离纵坐标有一定的距离,则FsFm有很大区别。显然,阻抗分析仪测量的更准确。

FrFa一般的应用中不用。


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