Аппаратное обеспечение испытаний изделий на воздействие вибрации (1066234), страница 11
Текст из файла (страница 11)
27, б) и тензорезисторы,предназначенные для наклеивания на распространенные конструкционные материалы и не дающие паразитного сигнала при изменении температуры объекта в определенном интервале. Имеются также съемные тензодатчики, смонтированные на металлической полоске, прикрепляемой к объекту точечной сваркой.Полупроводниковые тензорезисторы применяют значительнореже, чем металлические, так как они сильнее подвержены внешним воздействиям и сложнее в эксплуатации. Их используют дляизмерения сравнительно кратковременных деформаций в интервале 10–8…10–3 мм при умеренных температурах.
В основном их58применяют в составе датчиков силовых и кинематических величин, для которых важна повышенная чувствительность и допустима более высокая погрешность.В ограниченном количестве используют тензодатчики другихтипов, в частности емкостные, а также пьезоэлектрические, измеряющие только динамические деформации, но зато имеющие чрезвычайно высокую чувствительность. Необходимым условием ихнормальной работы является постоянство температуры во время измерения. Магнитоупругие датчики деформации значительно уступают тензорезистивным и практически вышли из применения.Датчики деформации используют для измерения напряжений вупругих телах. Хотя в большинстве случаев деформацию и напряжение можно считать связанными между собой законом Гука, нахождение напряжений требует обработки сигналов тензодатчиков,расположенных на объекте по определенной системе.
Необходимостьэтой обработки ясна хотя бы из того, что при одностороннем сжатиистержня деформация имеет три компоненты, а напряжение — толькоодну. Для обработки используют специализированные вычислительные устройства.При измерении кратковременных деформаций частотные свойства тензодатчика определяются в основном временем распространения волны деформации по его базе. Поскольку скорость распространения упругих волн в твердых телах превышает 1 мм/мкс,а база составляет несколько миллиметров, этим временем можнопренебречь почти всегда, за исключением измерения высокоскоростных ударных деформаций.В последнее время развивается голографическая техника измерения деформаций. Ее преимущество заключается в возможностибесконтактного измерения деформаций не в отдельных точках, асразу на всей видимой поверхности объекта и с высокой чувствительностью.4.5.8.
Датчики силыВ датчике силы воспринимающий узел, включающий чувствительный элемент и механический преобразователь, создает упругую силу, которая уравновешивает измеряемую силу. Поэтомувоспринимающий узел части называют упругим элементом. Деформация упругого элемента или относительное перемещение егочастей является входным сигналом МЭП.
Если применен МЭП,чувствительный к механическому напряжению, он одновременновыполняет функции упругого элемента.59Наиболее часто в датчиках силы используют тензорезисторныепреобразователи. Вследствие малости их размеров и возможностирасположения даже на цилиндрической поверхности упругомуэлементу удается придать оптимальные форму и свойства, повышающие точность измерений, требования к которой высоки. Вдатчиках малых сил (до 10 кН) изгибаемый упругий элемент изготовлен из специальных сплавов с повышенными стабильностью илинейными упругими характеристиками.
Датчики больших силимеют упругий элемент, работающий на сжатие-растяжение. Упругие элементы с высокими метрологическими характеристикамиимеют достаточно сложные конструкции. Этим обеспечиваетсямалое влияний температуры, поперечных сил и моментов, давления окружающей среды.Деформации упругого элемента под действием измеряемой силы определяют с помощью металлических или (реже) полупроводниковых тензорезисторов. В некоторых прецизионных датчиках не слишком быстро изменяющихся сил применяют струнныерезонаторные МЭП.В датчиках знакопеременных сил целесообразно использоватьпьезоэлектрический МЭП (рис. 28, 29). Разновидностью подобногодатчика является импедансная головка, в состав которой входиттакже датчик ускорения. При возбуждении вибраций объекта отвнешнего источника, жестко соединенного с корпусом головки,последняя измеряет одновременно действующую силу и вызванное ею виброускорение.Рис.
28. Схема пьезоэлектрического датчика переменной силы:1 — присоединительный штырь; 2 — основание; 3 — пьезоэлементы; 4 — кабель60Рис. 29. Пьезометрические датчики силы (1…4,5 кН)фирмы «Брюль и Кьер»В датчиках малых сил эффективно используют пьезооптический МЭП, имеющий высокую чувствительность. Известны такжеиндуктивные, механотронные и другие датчики силы. Большинство выпускаемых датчиков предназначено для измерения силы сжатия, однако имеется достаточно много разновидностей датчиков,измеряющих силы обоих знаков.
Погрешность измерения переменных сил может составлять десятые доли процента.Диапазоны измерения сил составляют 0,1…107 Н, но наиболеечасто датчики силы имеют диапазон порядка 1…100 кН. Диапазонрабочих температур –200…+250 °С, а температурная погрешностьв несколько более узком диапазоне доходит до 0,01 % на 1°С. Габариты и масса определяются уровнем измеряемых сил и поэтомумогут быть достаточно велики.
Рабочий диапазон частот датчикасилы зависит в первую очередь от собственной частоты воспринимающего узла, который при расчете приходится рассматривать какимеющий распределенные параметры. Эта частота обычно лежит винтервале от нескольких сот до нескольких тысяч герц, увеличиваясь вместе с диапазоном измерения датчика.
Исключение составляют только пьезоэлектрические датчики силы, собственнаячастота которых значительно выше. Однако при эксплуатации упругий элемент датчика оказывается нагруженным присоединенноймассой объекта, поэтому верхняя граница диапазона частот, в котором погрешность измерения силы близка к номинальной, можетбыть значительно ниже паспортной.614.5.9.
Датчики крутящего моментаДатчики крутящего момента аналогичны датчикам силы, ихдействие также основано на методе упругого уравновешивания измеряемой величины. Они содержат упругий элемент, снабженныйпреобразователем угла его закручивания в электрический сигнал итокосъемником для передачи сигнала с вращающегося вала (рис. 30).Угол закручивания измеряют либо по деформации кручения, либо поуглу поворота двух сечений упругого элемента, находящихся на определенном расстоянии друг от друга. Первый метод широко распространен, что является следствием стремления унифицировать методыизмерений и аппаратуру. Тензорезистивные преобразователи позволяют достичь этого благодаря их универсальности.
Однако сигналнаиболее отработанных и прецизионных металлических тензорезисторов мал по абсолютной величине и при передаче по токосъемникуподвержен влиянию помех. Кроме тензорезисторных применяютмагнитоупругие МЭП. Второй метод осуществляют с помощью двухрастровых дисков, расположенных рядом, но опирающихся на упругий элемент на максимальном расстоянии друг от друга. Взаимноеугловое перемещение растров измеряют оптическим, индуктивнымили другим МЭП, чувствительным к этому параметру.Рис. 30.
Схема тензорезистивного датчика крутящего моментас бесконтактным индуктивным токосъемником:1 — тензорезисторы; 2 — катушки питания; 3 — катушки съема сигналаИзмерение моментов осложняется рядом обстоятельств: кромевышеназванных влияющих факторов здесь действуют продольные(направленные по оси вала) силы и изгибающие вал моменты, сигнал от которых накладывается на сигнал от измеряемой величины.Эти помехи можно устранить при высокой точности формы и высокой однородности свойств упругого элемента в сочетании с62применением нескольких пар преобразователей деформации илиперемещения, симметрично расположенных на ней и соединенныхтак, чтобы сигналы обоих видов помех вычитались, а сигналы отзакручивания складывались.
Вследствие этих помех низкую точность дает самый простой метод измерения момента, когда упругим элементом является вал.Преобразователи момента выпускаются в меньших количествахпо сравнению с датчиками других силовых величин. Диапазоны измерения разнообразны и достигают 105 Н ⋅ м, основная погрешность0,2…2,0 %. Температурный диапазон относительно невелик (–20…+70 °С), но температурная погрешность в нем может не превышать1 %. Масса датчика может достигать нескольких десятков килограммов при больших диапазонах измерения.
Рабочий диапазон частот, как и в датчиках силы, ограничен сверху резонансной частотойдатчика, определяемой крутильной жесткостью упругого элемента имоментом инерции соединенных с ним узлов объекта измерения.Она оказывается сравнительно низкой — не более сотен герц. Погрешность измерения переменных моментов в лучшем случае составляет 3…6 %. Переменный момент можно определить и без специального датчика — путем измерения относительного угловоговиброперемещения двух сечений вала, если известны расстояниемежду сечениями и крутильная жесткость вала на участке междуними.
Вместо датчиков углового перемещения используют два угловых акселерометра. Уровень помех меньше, если интегрируетсяразность сигналов акселерометров, а не вычитаются сигналы интеграторов. Динамические моменты масс, совершающих угловые колебания, измеряют косвенно с помощью угловых акселерометровинерционного действия с последующим пересчетом через известныемоменты инерции деталей.Основные характеристики современных вибродатчиков приведены в табл. 2.4.6.
Способы крепления датчиков к изделиюРекомендуемый (основной) способ крепления к изделию длябольшинства датчиков проиллюстрирован на рис. 31. Используярезьбовую шпильку, датчик приворачивается к чистой металлической поверхности. В нормальных условиях глубина завинчиванияшпильки в изделие должна составлять не менее 4 мм, такая глубина является достаточной, чтобы надежно удержать шпильку в изделии.6364ТипCharge»»»»»»»DeltaTronChargeDeltaTron» »» »» »» »Charge»»Модель4321437043744375438143844391439343974500А450645074508В-0014508В-0028305830983155874ЧувствительностьBruel & Kjear (Дания)Трехосевой1 пКл/(м⋅с–2)Высокотемпературный10 пКл/(м⋅с–2)Миниатюрный0,11 пКл/(м⋅с–2)Высокочастотный0,316 пКл/(м⋅с–2)Высокотемпературный10 пКл/(м⋅с–2)Миниатюрный1 пКл/(м⋅с–2)Индустриальный1 пКл/(м⋅с–2)Миниатюрный3,16 пКл/(м⋅с–2)Высокочастотный1,00 мВ/(м⋅с–2)Для модального анализа0,3 пКл/(м⋅с–2)» » »1,00 мВ/(м⋅с–2)» » »1,00 мВ/(м⋅с–2)» » »1,00 мВ/(м⋅с–2)» » »100,00 мВ/(м⋅с–2)Образцовый1,00 мВ/(м⋅с–2)Ударный0,004 пКл/(м⋅с–2)Индустриальный1 пКл/(м⋅с–2)»1 пКл/(м⋅с–2)Назначение0,1…12 0000,1…4 8000,1…26 0000,1…16 5000,1…4 8000,1…12 6000,1…12 0000,1…16 5001…25 0001…16 0001…3 5000,3…6 0000,1…8 0000,4…6 0001…14 0001…54 0000,1…8 1001…9 000Частотный диапазон, ГцХарактеристики некоторых пьезоэлектрических акселерометровТаблица 2AP2019BC 112ВС1030AP2050ВД03ВД06АВТК3ВТК71223 (3Х)7250А770ХА-2007754-10002273А6240М106240С102271А2223D (3Х)770XAEndevco (Великобритания)Измерительный2,0 пКл/g1…2 800»0,4 пКл/g1…10 000»2,0…10,0 мВ/g3…20 000»200,0 пКл/g1…4 000»1000 мВ/g0,05…800Высокотемпературный3,0 пКл/g1…6 000»5 пКл/g10…500»10 пКл/g5…2 500Низкотемпературный11,5 пКл/g1…6 000Общего назначения12 пКл/g1…6 000» »50,1 пКл/g1…6 000ОАО «Пьезо» (Россия)27 гТрехосевой100 мВ/g (с усилением)5…20 00039 г»100 мВ/g (с усилением)5…20 000ООО «Микроникс» (Россия)ICPОбщего назначения10 мВ⋅с2/м5…8 0002»» »10 мВ⋅с /м1…10 000ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы» (Россия)ICPМиниатюрный0,5 мВ/g5…30 000TEDSОбщего назначения100 мВ/g0,5…5 000»Трехкомпонентный80 мВ/g5…3 000»Высокочувствительный540…660 мВ/g0,5…5 000Mini»»Highsens»Charge»»»»»65Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
