Главная  Пьезоэлектрический резонатор 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [ 35 ] [36] [37] [38]

растягивающих усилий. Растягивающие усилия приложены с помощью проволочного крепления несколькими пpoвoлпт---vqv Представлено шесть различных видов растягивающих усилий в противоположных направлениях.

Для испытания кварцевых резонаторов ка вибростойкость и вибропрочность применяются вибростенды. При испытаниях на вибростойкость частоту кварцевых резонаторов измеряют во время вибрации, на вибропрочность - после вибрации.

При испытании на вибростойкость проверяется способность кварцевых резонаторов сохранять значение номинальной частоты в пределах норм в условиях вибрации в заданном диапазоне частот 1и ускорений. Можно также наблюдать на экране осциллографа амплитуду выходного напряжения генератора, стабилизированного испытуемым резонатором.

Резонатор устанавливается в специально сконструированном приспособлении и жестко крепится к рабочему столу вибростенда. Задапное ускорение должно обеспечиваться непосредственно в местах крепления резонатора. Испытания проводятся поочередно в вертикальном, горизонтальном нли любом другом эксплуатационном положении резонатора относительно его оси. В процессе вибрации измеряются уходы частоты резонаторов. Кварцевый генератор воздействию вибрации не подвергается. Генератор соединяется с испытуемым резонатором гибкими проводами минимальной длины, влияние которых на частоты резонатора учитывается при измерениях.

При плавном изменении частоты вибрации не должно наблю-1 даться уходов частоты резонатора, замеренных до испытания,! сверх допустимых значений.

При испытании на вибропрочность проверяется способность кварцевых резонаторов противостоять разрушающему действию вибрации и сохранять после воздействия вибрации значение номинальной частоты в пределах норм. Испытания на вибропрочность проводятся методом качающейся частоты или методом фиксированных частот.

Метод качающейся частоты заключается в том, что испытание проводится при непрерывном изменении частоты вибрации от минимального до максимального значения и обратно с определенной скоростью прохождения диапазона частот. Осмотр и измерение параметров резонатора производятся после испытаний. Метод фиксированных частот заключается в том, что испытания проводятся при плавном изменении частоты в каждом поддиапазоне с задержкой на фикаированных частотах (на определенное заданное время.

Вибрационный испытательный стенд. Механический вибрационный стенд предназначен для испытания кварцевых резонаторов на вибрацию. Внбростенд обеспечивает получение вертикально направленной вибрации синусоидальной формы в диапазоне частот 10-80 Гц с амплитудой до 5 мм. Максимально допустимое вибрационное ускорение 25 g. Эксплуатация вибростенда на максимальное ускорение должна быть -кратковременной, не более 3-5 мин. При длительной эксплуатации вибрационное ускорение не должно превышать 15 g. Час-

тоту внбростенда можно плавно изменять во время его работы. Вибростенд приводится и движение электродвигателем постоянного тока 1,0 кВт, 220 В, 1800 об./мп... ~ ..;ктродвигатель питается от селенового выпрямителя. Масса стенда вместе с выпрямителем 410 кг.

Описание конструкции. Основной частью вибростенда является колебательная система, состоящая из массы М и пружины (рис. 7,7). Масса включает испытуемые изделия и вибрирующую часть стенда: рабочий стол, вал и вибрационный узел.

Частота колебании внбростенда измеряется с помощью тахометрнческого генератора, насаженного на вал электродвигателя. ЭДС, вырабатываемая тахо-.метрнческим генератором, подается на миллиамперметр, отградуированный на частоту в герцах. Частоту колебаний вибростенда в герцах можно опреде- лить также прибором стробоскопом. Для измерения амплитуды колебаний служит микроскоп с 24-кратным увеличением. Частоту вращения электродвигателя, а следовательно, частоту колебаний стола регулируют при помощи автотрансформатора, плавно изменяя напряжение реостатом, установленным на пульте управления выпрямителя.

Вибростенд крепится болтами на небольщом фундаменте. Перед испытанием резонаторов на вибрацию необходимо проверить работу стенда. Частота вращения электродвигателя постепенно увеличивается. При работе стенда дверцы его обшивки должны быть закрыты. Шкив электродвигателя закрывается

кожухом. Корпус стенда заземляется. Предварительно внбростенд настраивают на заданное ускорение. Для пепытаний в широких диапазонах частот используются вибрационные электродинамические стенды.

Значение ускорения вибрации вычисляется по эмпирической формуле


V7777777777777777777777777f

Рис. 7.7. Колебательная система внбростенда

где У- ускорение вибрации на вибростенде; - коэффициент относительного ускорения; S -амплитуда вибрации, мм (измеряется непосредственно илн приспособлением, установленным на стенде); [ - частота колебаний вибрационного стола стенда, Гц; ,g - ускорение силы тяжести, м/с. В этой формуле две величины задаются, третья определяется. Зная s и f, определяют У, илн, зная s и У, находят f, или, зная f н У, вычисляют s.

Пример. Дано. s=I,5 мм; /=15 Гц. Определить У:

J = k8 =

U5 250

225g= 1,35 g.


Значение ускорения У можно также найти по таблицам и кривым, прилагаемым к вйбростенду.

Испытание на ударную ярочность - проверяется способность резонаторов противостоять разрушающему действию ударов при транспортировке. Испытуемые резонаторы жестко кренятся в специальном приспособлении иа рабочем столе ударного стенда. Перед испытанием производятся внешний осмотр и измерение параметров резонаторов.

Резонаторы нспытываются на ударную прочность при непрерывном воздействии ударов с установленными значением ускорения и продолжительностью ударного импульса. Значение ускорения обеспечивается в местах крепления резонаторов.

Резонаторы считаются выдержавшими испытания на ударную прочность; если их параметры н состояние конструкции после испытаний остаются в норме.

Испытание на ударную устойчивость проводится в рабочем состоянии по Методике, предусмотренной для испытаний на внбростойкость.




чверяется ср-

юго рР

Испытание на воздействие линейных нагруз, кварцевых резонаторов противостоять разрушающем тдщ, чного

(центробежного) ускорения. Испытание проводится на центри*;е. Значение центробежного ускорения и время испытания устанавливаются в зависимости от требований к резонатору. И в этом случае резона-гор считается выдержавшим испытание на воздействие центробежного ускорения, если после испытаний он удовлетворяет по параметрам и состоянию конструкции установленным требо-вания.м.

Необходимо иметь в виду, что при изменении положения кварцевого резонатора относительно гравитационного поля Земли происходит незначительное изменение его частоты.

Это явление закономерно и наблюдается у большинства типов кварцевых резонаторов. Однако оно не имеет большого практического значения, так как рабочее положение кварцевого резонатора чаще всего вертикальное.

Влияние вибрации, ускорения, ударов - этих неблагоприятных внешних факторов воздействия на кварцевые резонаторы - еще недостаточно изучено.

7.5. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

. Под климатическими испытаниями кварцевых резонаторов понимается проверка их соответствия техническим требованиям при воздействии климатических факторов, издаваемых в специальных испытательных камерах или установках, по специальной программе и методике. Испытания проводятся на нагрево-, холодо- и влагостойкость. Кварцевые резонаторы, эксплуатируемые в условиях тропиков, подвергаются специальным испытаниям.

Климатические испытания следует проводить после всех дру-гих1спытаний в такой последовательности: испытания на влагостойкость, на холодостойкость, на работоспособность в условиях росы, инея, на воздействие морского тумана (если это нужно), на нагревостойкость. Камеры, установки и другое оборудование, применяемое при испытаниях, должны обеспечивать получение нужных климатических условий. Испытание кварцевых резонаторов в среде с повышенной влажностью проводится для определения устойчивости их параметров, сохранения целости конструкции и выявления различных дефектов внешнего вида (коррозия, изменение поверхности кварцедержателя и др.).

Кварцевые резонаторы испытываются на влагостойкость при кратковременном пребывании их в среде с повышенной влажностью. При этом температура в камере влаги сначала поднимается выше установленного номинального значения н поддерживается 1,5-2 ч, затем снижается до номинальной, а относительная влажность повышается до нужного значения.

Испытания на холодо- и нагревостойкость проводятся с целью определения устойчивости параметров кварцевых резонаторов соответственно в условиях низких и высоких температур и выявления различных дефектов (при испытании на холодостойкость вы являются деформация деталей кварцедержателя, нарушение герг метпчности и др., на нагревостойкость - нарушение герметично] сти, изменение цвета материалов деталей кварцедержателя, по] явление подтеков и др.). 214

"чспытакгч::. уСЙовиях росы и инея определяется возможность раи/ Щиарцевого резонзтора в этих условиях. Кварцевый резонатор помещают в камеру влажности до выпадения росы (100% влаги). Для выпадения инея на кварцедержателе резонаторы устанавливают на 2 ч в камеру холода при температуре -20° С ±5° С в нерабочем состоянии. После этого их извлекают из камеры и помещают в условия комнатной температуры. Кварцевые резонаторы включают на 3 ч в схему генератора и через каждые 30-60 мин проверяют их работоспособность и измеряют параметры.

Кварцевые резонаторы, эксплуатирующиеся в условиях тропического климата, проходят дополнительные испытания с целью определения устойчивости их параметров при долговременном пребывании в среде с повышенными влажностью и температурой. Резонаторы испытываются в нерабочем состоянии в термовлаго-камере с максимальной температурой +100° С и максимальной влажностью от 65±157о до 98±2%.

Существующие камеры тепла и влаги допускают проведение испытаний с регулировкой температуры от -+20±5°С до 4-100± ±2° С и относительной влажностью до 98+2%. При этом скорость повышения температуры составляет 1,5-2° С/мин, влажности 0,25-0,5%/мин.

Для автоматической регулировки заданной температуры в камерах тепла и холода установлены специальные терморегуляторы. Диапазон температур термостатированйя от -60 до +100° С. Точность регулировки заданной температуры ±0,5° С. Время готовности терморегулятора к работе с момента его включения 3 мнн. Постоянство заданной температуры в камере тепла и холода поддерживается автоматически терморегулирующнм устройством, которое состоит из триггера на лампе 6НЗП (двойном триоде) и управляется балансным мостом. Одним из плеч моста является терморезнстор, находящийся в камере. Другие плечи моста образуются резисторами. Колебания заданной температуры внутри камеры корректируются переменным резистором, включенным в числе других в одно из плеч моста, В зависимости от положения контактов реле, которое имеется в схеме, в одно из плеч моста автоматически вводится или отключается от него группа резисторов. Другие контакты того же реле размыкают или замыкают цепь обмотки подогрева камеры. Таким образом, мост термо-регулирующего устройства в процессе работы автоматически перестраивается, что значительно уменьшает колебание температуры, заданной в камере.

Мост работает следующим образом. При температуре в камере ниже той, которая была задана, сопротивление терморезистора, находящегося в камере, такое, что к участку сетка - катод левого триода подводится запирающее отрицательное напряжение. При повышении температуры в камере сопротивление терморезистора уменьшается, в результате чего уменьшается и запирающее напряжение. При достижении заданной температуры происходит срабатывание триггера. В момент его срабатывания ток левого триода скачком увеличивается, а в цепи анода правого триода уменьшается, что приводит к размыканию реле. Контакты реле, размыкаясь, разрывают цепь обмотки подогрева камеры, температура внутри которой через определенное время начинает понижаться. " Понижение температуры в камере приводит к увеличению сопротивления терморезистора и отрицательного напряжения на участке сетка - катод левого триода. Прн температуре, близкой к заданной, триггер переключается в первоначальное положение и контакты реле замыкаются, включая обмотки подогрева камеры.



Для питания терморегулирующего устройства имеется узел питания, cq стоящий из двух выпрямителей со стабилизированным напряжением и стабили знрованного источника питания накала лампы.

Для имитации воздействия морского тумана в специальнойя камере разбрызгивается соляной раствор в количестве 10 л/ч на 1 м объема камеры. Брызги не должны попадать на кварцевый; резонатор. После этих испытаний резонатор помещают на 48 ч в эксикатор при комнатной температуре н влажности около 95%,i затем проверяют на работоспособность.

Для проведения испытаний резонаторов при пониженных дав-, лениях и различных температурах применяются термобарокамерыг на температуру от -70 до +100° С и давление до 0,67-10 Па. j

В камере другого типа можно проводить испытания в услови-? ях тумана и росы, сухого климата. В камере имеется программное управление. Температурный интервал работы камеры от -10 до +80° С. Относительная влажность до 100%.

7.6. ХРАНЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Кварцевые резонаторы могут длительное время храниться в нерабочем состоянии. Если кристалл кварца может по своим природным свойствам храниться неограниченно долгий период времени, то кварцевые резонаторы подвержены изменениям как за счет старения самого пьезоэлемента, так н за счет старения всей системы в целом, что ведет к изменению частоты кварцевого резонатора. Сроки хранения кварцевых резонаторов зависят ог тина кварцедержателя и технологии обработки пьезоэлементов.

Перед хранением металлические кварцедержатели следует подвергнуть анти-корроз1юнноп обработке, т. е. предо.хранить их от ржавчины. Во время хранения не реже одного раза в 6 мес. следует производить электрическую проверку (проверку работоспособности кварцевых резонаторов, проверку их параметров) н механическую проверку (наличие коррозии на металлических частях кварце- .. . держателей, подтеков, проверку на герметичность).

Складское по.мещенне должно быть отапливаемьп, с температурой от +5 до 4-40° С и влажностью воздуха 65±15% при нормально.м атмосферном дав- лении и оборудовано стеллажами. Нижние полки стеллажей должны быть рас- положены не ниже 0,5 .м от пола. При таком хранении и систематической про- 5 верке можно рассчитывать на надежную работу кварцевых резонаторов.

7.7. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДЕ И УСЛОВИЯМ ПРОИЗВОДСТВА

Характер технологических процессов кварцевого производства предъявляет особые требования к окружающей среде в производственных помещениях. Эти требования на первый взгляд весьма простые - отсутствие пыли и одинаковая температура в разные времена года. Однако выполнение нх связано с коренным переоборудованием имеющихся помещений и со специальным оборудованием вновь строящихся помещений. Даже мельчайщие частицы посторонних веществ на поверхности пьезоэлемента могут заметно изменить параметры кварцевого резонатора. При этом его работа будет нестабильной во времени и при изменениях температуры, даже еслн пьезоэлемент полностью герметизирован. Тщательное соблюдение чистоты окупается экономией времени в процессе настройки кварцевых резонаторов. Особое влияние оказывает влажность воздуха в производственных помещениях. Высокая влажность окружающей среды, как и загрязнение пьезоэлемента, снижает сопротивление изоляции между электродами пьезоэлемента ниже допустимых норм. 216

Основные произволХтвенные помещения по специальным требованиям кварцевого произшд1.",-и>< делятся на две группы.

Памещетя первой группы должны быть герметизированы, с воздушным dnrtRft-HKeM, совмещенным с вентиляционной системой, и кондиционированием воздуха. Круглосуточно должна производиться контрольная запись температуры и влажности воздуха автоматическими самопишущими приборами. В этих помещениях должно быть избыточное давление по отношению к другим помещениям с тем, чтобы исключить любое проникновение пыли. Стены отделываются облицовочными плитками, пластиком или покрываются пылеотталкивающими эмалями. Потолок выполняется из нержавеющей стали или материалов, хорошо сохраняющихся во времени. Полы покрываются материалами, обладающими

малой стпраемостью.

Перегородки должны быть гер.метичнымн и пыленепроницаемыми. Швы в местах примыкания перегородок к полу, потолку и стенам герметизируются уплотняющей резиновой прокладкой. В качестве материала для перегородок применяется стекло в металлическом обрамлении. Оконные рамы выполняются из металлических переплетов, с двойным остеклением крупноразмерными стеклами. Внутренние переплеты изготовляются из алюминия.

В помещениях первой группы должны быть максимальная чистота воздуха, содержание пыли ие более 50 частиц на 1 л при измерениях анализатором запыленности, полное отсутствие агрессивных газов (SO2, СЬ, H2S), температура 20-22°С±2°С и относительная влажность 40dz!0%.

В помещения второй группы должен подаваться фильтрованный воздух с содержанием ныли не более 500 частиц на 1 л прн измерении анализатором запыленности. Температура должна поддерживаться в пределах 22° С±4° С, относительная влажность до 65%. Рабочие места для операций, сопровождающихся выделением агрессивных газов, оборудуются местной вытяжной вентиляцией.

Перед входом в помещения первой и второй групп одежда и обувь производственного персонала должны обдуваться воздушным потоком в специально оборудованных коридорах для удаления пыли.

Кварцевое производство как весьма точное и имеющее дело с кристаллическими элементами толщиной несколько десятков микрометров должно иметь хорошо освещенные рабочие места. Применяются потолочное люминесцентное освещение и матовые электролампы в настольных светильниках.

В помещениях первой группы выполняются следующие технологические операции; окончательная доводка и полировка кристаллических элементов, металлизация элементов, операции вжигания насты коллоидного серебра, пайка струн к пьезоэлементам, монтаж и настройка кварцевых резонаторов, термотренировки, заварка и запайка кварцедержателей, вакуумнрование н заполнение нейтральным газом.

В по.мещениях второй группы производятся шлифовка (г проверка кристал-лическн.х элементов на рентгенгониометрах, сборка кварцедержателей.

Все остальные работы не требуют специально оборудованных помещении.

Помещения, где размещаются рентгенгониометры, должны быть отделаны изнутри материалом, поглощающим рентгеновские лучи (свинцовая резина), а перегородки выполнены из свинцового стекла. В этих помещениях необходима интенсивная вентиляция, так как рентгеновские лучи влияют на состав воздуха.

Помещения для травления во фтористоводородной кислоте оборудуются мощной приточно-вытяжной вентиляцией.

Операции распиловки кварцевого сырья следует проводить в помещениях, отвечающих требованиям противопожарной безопасности, так как при этих операциях применяются горючие материалы.

Электродвигатели к распиловочным станкам должны быть взрывобезопасны-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [ 35 ] [36] [37] [38]

0.0008