Аппаратное обеспечение испытаний изделий на воздействие вибрации (1066234), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Конструкции таких датчиков несложны, однако выполненыиз материалов с повышенной стабильностью свойств. Рабочийдиапазон частот практически не ограничен (правда, чем он ýже,тем меньше нижний предел измеряемых перемещений). В лабораторных условиях емкостным датчиком регистрируют периодические высокочастотные виброперемещения до 10–9 мкм. Близок кэтому значению порог чувствительности фазовых интерференционных измерительных устройств, работающих в рентгеновскойобласти, однако их диапазон измерения слишком узок. Аналогичные по принципу работы устройства оптического диапазона с лазерным излучателем могут измерять перемещения до 10–4 мкм. Ихпреимуществом является практическое отсутствие силового воздействия на объект измерения.
Рабочий диапазон частот не ограничен, но для измерения перемещений с частотами ниже нескольких герц необходима тщательная виброизоляция излучающего иприемного узлов преобразователя.Датчики относительных перемещений от единиц до тысяч микрометров являются, по-видимому, самыми распространенными приборами этого назначения.
В них применяют практически все параметрические преобразователи перемещения. Предпочтение следуетотдать тем из них, которые меньше нагружают объект измерения иимеют широкий рабочий диапазон частот (20…50 кГц), т. е. емкостному при прецизионных и вихретоковому при обычных техническихизмерениях. Схема вихретокового датчика показана на рис. 23.Для измерения перемещений от нескольких миллиметров ивыше используют датчики с индуктивными и емкостными преобразователями. Их рабочий диапазон частот определяется механическим импедансом подвижного узла и не превышает несколькихсотен герц, что не является недостатком, так как большие виброперемещения возможны только на малых частотах.
Параметрыдатчиков этого диапазона могут быть высокими. Известны прибо53ры для измерения перемещений до 100 мм с основной погрешностью 0,01 %. Применяют также интерференционные измерительные устройства со счетом полос, причем как оптические, так иультразвуковые варианты. Лазерный преобразователь наиболееуниверсален по диапазону измерения. Ограничения верхнего предела измеряемых перемещений накладываются только электрическими параметрами вторичной аппаратуры — объемом памяти идопустимой скоростью счета полос.Рис. 23. Схема вихретокового датчика относительного перемещения:1 — рабочая катушка; 2 — катушка температурной компенсации; 3 — корпус;4 — изоляционная втулкаПримеры индуктивных токовихревых датчиков фирмы «Брюльи Кьер», позволяющих измерять виброперемещения в диапазоне1,5…2,0 мм, представлены на рис.
24.Датчики абсолютного виброперемещения инерционного действия имеют такую же механическую схему, как и датчики виброскорости, только относительное демпфирование в них меньше. Таккак перемещение подвижной системы повторяет перемещениеобъекта на частотах, бóльших собственной частоты датчика,последнюю выбирают возможно более низкой, чтобы расширитьрабочий диапазон частот. Вследствие этого габариты и масса датчика оказываются значительными, а прочность малой.
Датчикивиброперемещения чувствительны к медленным прямолинейнымускорениям, а выполненные по маятниковой схеме — и к паразитным угловым вибрациям. Хотя в них могут применяться почти все54виды МЭП, чувствительные к перемещению или деформации (индуктивный, тензорезистивный и др.), часто используют электродинамический МЭП, так что датчик фактически является датчикомвиброскорости, работающим во втором режиме.
Интегрированиеосуществляют электрически вне датчика, причем иногда интегратором является регистрирующий гальванометр. Инерционные датчики виброперемещения всех типов имеют диапазон измерения±5 мм, основная погрешность 3…10 % рабочий диапазон частот,от 30…50 до 2000…5000 Гц.Рис.
24. Индуктивные токовихревые датчики перемещенийДля измерения виброперемещений можно применять акселерометры с двухкратными интеграторами сигнала. Хотя при этомувеличивается уровень шумов и, соответственно, сужается диапазон измерения, эксплуатационные преимущества обусловили широкое распространение этого способа измерений.4.5.6. Датчики для измерения угловой вибрацииРазличают датчики измерения углового виброускорения, угловой виброскорости и углового виброперемещения (колебательногоугла поворота).
Все сказанное в предыдущем разделе относительно прямолинейных датчиков относится и к угловым датчикам. Восновном их специфика связана только с вращательным движением и проявляется в конструктивных решениях.Характеристики угловой вибрации часто измеряют в условияхустановившегося или изменяющегося вращения с большой угловой скоростью и, следовательно, больших осестремительных ускорений. Это накладывает отпечаток на конструкцию угловых датчиков. Менее жесткие требования предъявляются к датчикам для55измерения угловой вибрации невращающихся объектов — станковс мягкой виброизоляцией, автомобилей, сидений операторов и др.Большинство описываемых и изготовляемых датчиков предназначено для измерения крутильных колебаний валов и связанных сними деталей.
Для измерения угловых ускорений чаще используют датчики инерционного действия. В них применяют упругийэлемент, работающий на кручение, или несколько симметричнорасположенных упругих элементов, работающих на изгиб или растяжение-сжатие (рис. 25). В угловых акселерометрах используютРис. 25. Схема углового тензорезисторного акселерометра:1 — инерционный (чувствительный) элемент; 2 — один из упругих элементов;3 — опорное кольцо; 4 — тензорезисторы; 5 – корпусРис. 26.
Схема углового пьезоэлектрического акселерометра:1 — пьезоэлементы с радиальной поляризацией; 2 — инерционный элемент56как параметрические МЭП, чувствительные к деформации, перемещению, напряжению (тензорезистивные, индуктивные, магнитоупругие), так и генераторные (электродинамические и пьезоэлектричесие, рис. 26). МЭП конструируют так, чтобы он реагировал только на характеристики вращательного движения.Современные угловые акселерометры рассчитаны на измерениеускорений до 105 рад/с2 с частотами до 2 кГц, однако обычно их диапазоны значительно ýже.
Рабочий диапазон температур невелик(–30…+70 °С). Максимальные измеряемые угловые виброперемещения не превосходят 0,1 рад, частотный диапазон 10…1000 Гц.4.5.7. Датчики деформацииДатчики деформации (тензодатчики) наиболее часто применяются в технике механических измерений. Их используют не только по прямому назначению, но и для измерения напряжений, атакже во многих датчиках других величин в качестве промежуточного элемента.Датчик деформации близок по механической схеме к датчикамотносительного перемещения. Его механический импеданс долженбыть по возможности малым, поскольку он включается параллельножесткости участка измерения и тем самым уменьшает измеряемуюдеформацию.
Но так как жесткость большинства объектов достаточно велика, требования к импедансу намного ниже, чем в датчиках относительного перемещения. Почти во всех случаях, за исключением высокоточных измерений и измерений при повышенныхтемпературах, импеданс тензодатчика можно считать упругим. Дляизмерения деформации применяют почти исключительно приклеиваемые металлические тензорезисторы — тензодатчики, действиекоторых основано на использовании тензорезистивного эффекта.Они воспринимают деформацию объекта, усредненную по их длине(базе).
Наиболее известными из них являются проволочные тензорезисторы (рис. 27, а), предназначенные для измерения однооснойдеформации. Для них разработано большое количество специальных сплавов, в том числе с повышенным тензоэффектом, стабильных во времени и в широком диапазоне температур, а также маловосприимчивых к другим влияющим факторам; органических и неорганических клеев (цементов) с малой ползучестью; материаловподложек, хорошо передающих деформацию проволоке. Усовершенствованы методы изготовления тензорезисторов, позволяющиеполучить высокую однородность свойств датчиков. Достигнут зна57чительный прогресс в изготовлении фольговых тензорезисторов,имеющих преимущества при измерении более сложных деформаций, а также хорошо приспособленных к массовой технологии.
Металлопленочные тензорезисторы, изготовляемые методом напыления тонких слоев металла на подложку, имеют высокую стабильность ввиду отсутствия клеевой прослойки. Металлические тензорезисторы легко изгибаются и допускают наклеивание на цилиндрические поверхности.абРис. 27. Тензорезисторы:а — проволочный; б — фольговая розеткаДеформации можно измерять металлическими тензорезисторами в интервале 10–6… 10–1 мм с погрешностью порядка 1…3 %.Следует сказать, что метрологические аспекты измерения переменных деформаций пока не исследованы в достаточном объеме.Значение максимальной рабочей температуры достигает 950 °С. Вбольшом ассортименте выпускают так называемые розетки дляизмерения сложных деформаций (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
