Методы и способы измерения вибрации. Датчики вибрации.

Методы измерения вибрации: Кинематический метод заключается в измерении координат точек объекта относительно системы отсчета, принятой за неподвижную – относительная вибрация Динамический метод основан на измерениях параметров вибрации относительно искусственной системы отсчета, в большинстве случаев относительно инерционного элемента, связанного с объектом через упругий подвес - абсолютная вибрация

Классификация вибропреобразователей

Абсолютная и относительная вибрация

Датчики вибрации Индуктивные (относительная и абсолютная вибрация, виброперемещение, виброскорость) Емкостные (относительная вибрация, перемещение и виброперемещение) Вихретоковые (относительная вибрация, перемещение и виброперемещение) Магнитные (Холла, относительная вибрация, перемещение и виброперемещение) Оптические (Относительная вибрация, виброперемещение) Ультразвуковые (относительная вибрация, перемещение)--- Интегральные датчики (абсолютная вибрация, ускорение, виброускорение) Пъезоакселерометры (абсолютная вибрация, виброускорение)>

Вихретоковый датчик перемещения

Датчики скорости и ускорения

Датчики вибрации Датчики ускорения Пъезорезистивные Интегральные (MEMS) Пъезоакселерометры

Интегральные (MEMS) акселерометры (например, срабатывание подушки безопасности в автомобиле)

Конструкция пъезоакселерометров Принцип действия пъезоакселерометров Компрессионный акселерометр Сдвиговый акселерометр

Пъезоакселерометры. Сдвиговая конструкция

Различия пъезоакселерометров в зависимости от области применения Акселерометры общего назначения Миниатюрные акселерометры Промышленные акселерометры Сейсмоакселерометры Образцовые акселерометры Специальные акселерометры

Пъезоакселерометры. Основные характеристики Чувствительность Частотный диапазон Поперечная чувствительность Максимальное ускорение Рабочий диапазон температур Температурный коэффициент Пироэлектрическая чувствительность Чувствительность к деформации основания Чувствительность к магнитному полю Чувствительность к акустическим шумам Собственные шумы Внутренняя емкость Уровень защиты

Чувствительность пъезоакселерометров Чувствительность акселерометра зависит от его массы и конструкции. Чем больше пьезокристалл и инерционная масса, тем чувствительней акселерометр

Температурные погрешности акселерометров Свойства всех пьезоэлектриков зависят от температуры, поэтому при значительном отличии температуры среды от 20 ºС необходимо учитывать температурную погрешность Быстрые изменения температуры могут внести погрешность в измеряемый сигнал, но заметно это влияния на низких уровнях и низких частотах измеряемого ускорения

Частота собственного резонанса пъезоакселерометра Нижний предел частотного диапазона акселерометра определяется полосой пропускания согласующего усилителя и температурной чувствительностью к быстрым изменениям температуры. Современные акселерометры широкого применения позволяют измерять ускорения до 0.1 Гц. Верхний предел частотного диапазона определяется собственной частотой механической системы «пьезокристалл-инерционная масса – упругость крепления к основанию». Эмпирически принято считать что погрешность измерения ускорения вызванная собственным резонансом достигает уровня 12 % на частоте Fр/3. Частота собственного резонанса является паспортной характеристикой любого акселерометра

Размещение акселерометров - способы крепления (ГОСТ Р ИСО )

Размещение акселерометров - частотные характеристики

Размещение акселерометров Наилучший способ крепления акселерометра без воздействия на поверхность – жесткий клей (цианакриловый или эпоксидный), мягкий клей снижает резонансную частоту закрепления. Шпилька также имеет отличные характеристики по резонансной частоте, но требует засверливания в контролируемый объект. Изолирующая шпилька имеет несколько худшие характеристики по сравнению с неизолирующей шпилькой. Магнитное крепление удобно прежде всего удобством установки и снятия акселерометра, но его резонансные характеристики значительно хуже. На практике плоские магниты не вносят заметной погрешности до 3 – 4 к Гц, а магниты для круглых поверхностей до 1,5 – 2 к Гц. Щуп обладает наихудшими характеристиками и применяется только там, где невозможны другие методы.

Размещение акселерометров - поверхности

Внешние воздействия на акселерометры Деформация основания вызывает появления сигнала помехи, не связанного с вибрацией. Уменьшается специальными конструктивными методами. Радиационные и магнитные воздействия также приводят к появлению паразитных сигналов. Их влияние уменьшается с помощью конструктивных методов и применением кабелей с двойными экранами. Повышенная влажность уменьшает сопротивление изоляции соединительных элементов. Уменьшить влияние влажности можно либо изоляцией разъемов с помощью мастик, либо применением датчиков с интегрированными кабелями.

Внешние воздействия на акселерометры Коррозионные воздействия могут привести к изменению свойств корпуса и соединительных кабелей акселерометров. В таких случаях необходимо применять датчики из инертных материалов (нержавеющая сталь, титан) с интегрированными химически стойкими кабелями (фторопласт, полиуретан). Акустические воздействия могут вызывать появление ложных сигналов, но в подавляющем большинстве случаев ими можно пренебречь, так как вибрация контролируемого механизма, вызванная этим воздействие значительно больше реакции акселерометра. Поперечная чувствительность к колебаниям, перпендикулярным главной оси чувствительности акселерометра может достигать 3 – 4 % от основной чувствительности. Также следует учитывать, что поперечная резонансная частота акселерометра составляет примерно 1/3 от вертикальной

Размещение акселерометров - заземление

Установка акселерометров Установка акселерометра играет важную роль в корректном измерении вибрации. Следует учитывать как поперечную чувствительность, так и наличие конструктивных элементов на пути прохождения вибрационных колебаний. Акселерометр А воспринимает колебания подшипника без заметного влияния конструктивных элементов. Акселерометр В измеряет вибро колебания, модифицированные прохождением через конструкцию, а также воспринимает воздействия от других источников вибрации механизма. Акселерометр С более точно воспринимает осевые колебания подшипникового узла по сравнению с акселерометром D. Реакция механических систем на возбуждение вибрационными колебаниями является сложным физическим процессом, зависящим от многих факторов и часто даже небольшое изменение положения акселерометра приводит к значительным изменениям в уровнях и спектральном составе вибрационного сигнала.

Установка акселерометров Пъезоакселерометры являются высокоимпедансными датчиками, поэтому при их установке могут появляться шумы, вызванные появлением контуров заземления, трибоэлектрическими эффектами и внешними электромагнитными полями. Изоляция основания позволяет исключить контура заземления Закрепление кабеля и применение полупроводящих слоев между изоляцией и экраном кабеля позволяет уменьшить трибоэлектрический эффект. В условиях сильных электромагнитных помех применяются кабели с двойным экраном, акселерометры с симметричным выходом, акселерометры со встроенным усилителем заряда.

Берегите акселерометры Акселерометры являются высоконадежными прочными приборами, рассчитанными на длительный срок эксплуатации при соблюдении правил обращения с ними (соблюдение температурных и влажностных режимов, максимальных ударных и радиационных воздействий). Их параметры меняются в пределах 1 – 2 % в течение нескольких лет. Однако небрежное отношение к акселерометрам и соединительным кабелям может привести к значительным изменениям чувствительности, и, как следствие, к неверной оценке вибрационного состояния оборудования. Поэтому рекомендуется проводить калибровку виброизмерительного оборудования 1 раз в год в метрологических лабораториях своего предприятия, предприятия-изготовителя или в государственных метрологических центрах.

Функциональные узлы виброметров 1. Согласующий усилитель 2. Усилитель диапазона 3. Нормирующий усилитель 4. Интегратор 5. Набор фильтров и детекторов 6.Индикация

Усилитель заряда

Усилитель напряжения

Акселерометры ICP

АЧХ канала вибромониторинга

Уменьшение влияния резонанса акселерометра При проведении высокочастотных измерений влияние резонансной частоты акселерометра может привести к некачественным измерениям. Одним из способов уменьшения влияния резонанса является применение фильтров нижних частот для исключения частотного диапазона резонанса из области измерения. Современные виброметры и анализаторы имеют большой набор встроенных фильтров НЧ. При наличии высокочастотных колебаний высокого уровня, не опасных для конструкции (например газовые турбины), но попадающих на резонанс датчика, может наблюдаться явление перегрузки измерительного тракта. В таких случаях применяются механические низкочастотные фильтры, располагающиеся между датчиком и объектом контроля. Их применение значительно снижает уровень высокочастотных составляющих вибрации.

Пъезоакселерометр 4-20 мА Наиболее простая реализация виброизмерительного тракта

Применение датчиков с выходом 4-20 мА во взрывоопасной зоне

Вибрационные и ударные колебания

Датчики ударных импульсов

Ударные импульсы

Обработка ударных импульсов

Внешний вид датчика

Область применения

Механизм появления ударных импульсов

Исходные данные для диагностики по методу ударных импульсов

Нормализация шкалы измерений

Виброметр BALTECH VP-3410 Структурная схема Сигнальный процессор

Виброизмерительная аппаратура Погрешности измерения Базовая ошибка (ошибка калибровки) – 2% Неравномерность АЧХ – 5% Нелинейность – 2% Внешние воздействия-5% Ошибки вычисления СКЗ – 1 % Нелинейность -1% Влияние формы колебаний-1% Суммарная ошибка – 9%

Параметры вибрации – измерение и анализ Виброметры, виброметры-балансировщики и анализаторы серии BALTECH VP и «Протон-Баланс-II» Стационарные виброметры Тахометры Переносные вибродиагностические комплексы CSI 2125, CSI 2130, CSI 2140 Стационарные системы виброконтроля «Протон-1000», CSI 2600, CSI 9420, CSI 6500MS

ООО «Балтех» Россия, Санкт-Петербург, , ул. Чугунная, 40 Тел/Факс: (812) Internet: