Аппаратное обеспечение испытаний изделий на воздействие вибрации (1066234), страница 8
Текст из файла (страница 8)
11. Конструкция жесткого приспособления для испытания малогабаритных изделий (а) и огибающие амплитуд вибрации (б)абРис. 12. Конструкция жесткого двухкомпонентного приспособления (а)для испытания малогабаритных изделий и огибающие амплитудвибрации (б)Приспособления являются достаточно жесткими в диапазонечастот до 2000 Гц. На рис.
11, 12 изображены огибающие амплитуд вибрации для наиболее жесткого приспособления. При вибрации, действующей вдоль основной оси Z, огибающие амплитуд внаправлении осей Х и У равны нулю в указанном диапазоне частот, а огибающая в направлении оси Z постоянна. Создать приспособление, передающее вибрации от виброштока к испытываемомублоку без искажения в диапазоне частот до нескольких килогерц,конструктивно и технологически очень сложно.Например, приспособление для крепления блока, изображенноена рис. 13, не имеет резонансных колебаний на частотах до 10 кГц.Приспособление состоит из нескольких слоев листового материалатолщиной до 2 мм.
Между листами проложен слой мастики УТ-32,листы скреплены заклепками в несколько рядов. Пластине придается40Рис. 13. Конструкция приспособления, не имеющего резонансов на частотах до 10 кГц: 1 — металлические листы; 2 — слой мастики типаУТ-32; 3 — заклепкиформа восьмиугольника, поскольку прямоугольная пластина имелабы большее число резонансов. Приспособление является трудным визготовлении и применяется весьма редко.Некоторые приборы, обладающие небольшими габаритами ималой массой, имеют крепления только по периметру.
Для испытания таких блоков на действие вибрации по трем или двум взаимно перпендикулярным осям следует применять литые (сварные)приспособления, конструкции которых показаны на рис. 11 и 12соответственно. Недостатком этих приспособлений является сравнительно большая масса, вследствие чего для испытаний приходится применять вибростенд повышенной мощности, хотя приборимеет малую массу и его можно было бы испытывать на маломощных вибростендах. Поэтому были проведены испытания других вариантов конструкций приспособлений для крепления блоковаппаратуры на платформе вибростенда (рис. 14).Приспособление, изображенное на рис.
14, а, — сварная конструкция, имеющая малую массу. Его центральная часть покрытаслоем мастики УТ-32 толщиной 6 мм. Испытания показали, что41покрытие мастикой резко уменьшает число резонансных частот иамплитуду колебаний на резонансных частотах.Литая конструкция приспособления показана на рис. 14, б. Еемасса составляет 250 г, т. е. примерно в 6 раз больше массы первого приспособления (см. рис.
14, а).абвРис. 14. Варианты конструкций приспособлений для крепления малогабаритных изделий к платформе вибростенда (а, б) и огибающие ускоренийпо осям (в)Искажения вибрации, передаваемой от вибростенда к испытываемому блоку, у последнего приспособления (рис. 14, б) такие же,как у приспособления, показанного на рис. 14, а, которое имеет42меньшую массу. Поэтому при испытаниях целесообразно применять легкие конструкции приспособлений, покрытые мастикойУТ-32 или каким-либо другим демпфирующим материалом. Нарис. 14, в изображены огибающие максимальных ускорений прииспытании приспособлений на вибрацию вдоль вертикальной координатной оси.Для испытаний на вибрацию радиоэлектронной аппаратурыприменяют приспособления, показанные на рис.
15.Рис. 15. Приспособления для испытания радиоэлектронной аппаратурыТакие приспособления позволяют испытывать малогабаритныеизделия и печатные платы сразу в нескольких направлениях. Преимуществом таких приспособлений является то, что они не имеютрезонансных частот до 2000 Гц.Самым распространенным приспособлением на сегодняшнийдень являются всевозможные модификации литых плит (рис. 16).Это приспособление предназначено для испытаний как малогабаритных, так крупногабаритных изделий. Оно также не имеет резонансов в низкочастотной области. Применяют и множество другихприспособлений, например как на рис. 17.
Огибающие ускоренийэтих приспособлений неизвестны, но на каждом предприятии естьдокументы, в которых даны кривые этих огибающих.Рекомендации по проектированию приспособлений для испытаний малогабаритных изделий и определения их резонансных частотна воздействие вибрации даются в ГОСТе и в справочниках по вибрации. Приспособления для таких изделий рекомендуется изготовлять из сплавов с высокими демпфирующими свойствами, например из сплава МЦИ (магниевый сплав с особыми свойствами). Такие приспособления обладают малой массой и могут применятьсядаже при испытаниях на ударные нагрузки.43Рис. 16. Однокомпонентное приспособление в виде плитыРис. 17. Приспособления для испытания малогабаритных изделий,используемые в приборостроении4.5.
Датчики механических величин4.5.1.Структура датчиковВ общем случае совокупность преобразований механическойвеличины в электрический сигнал датчика происходит следующимобразом.Механическая величина через чувствительный (или воспринимающий) элемент передается на механический преобразователь(МП), который переводит ее в естественную входную величину44преобразователя. Механический преобразователь может изменятьмасштаб входной величины или преобразовывать ее в другую величину, например ускорение — в силу, а силу — в скорость, перемещение или деформацию. В некоторых случаях датчик содержитустройство обработки электрической информации, а также цепиобратной связи, как электрической, так и электромеханической.Классификация датчиков механических величин представлена вприложении.4.5.2.
Основные метрологические характеристикиСвойства датчика как средства измерения определяются в первую очередь тем, как он воспринимает и воспроизводит в электрической форме на выходе подлежащую измерению механическуювеличину. Эти свойства выражаются рядом так называемых основных метрологических характеристик.Градуировочная (калибровочная) характеристика — зависимость между значениями выходной электрической и входной механической величин. Желательный вид характеристики — прямаялиния, проходящая через начало координат.Коэффициент преобразования — отношение принятого параметра выходного сигнала к принятому параметру входной механической величины датчика. Эта величина может быть определенадля каждой точки градуировочной характеристики.
Принятым параметром может быть либо мгновенное значение сигнала, либонекоторый функционал от него (среднее квадратичное значение,среднее по модулю значение и т. п.).Чувствительность датчика — отношение изменения принятого параметра выходного сигнала датчика к вызвавшему его изменению принятого параметра входного сигнала со значениямипараметров и их изменений в установленных пределах. Для линейных датчиков эту величину находят как коэффициент преобразования, но предпочтение отдают термину «чувствительность».Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ ) — зависимость от частоты отношения амплитуды первой гармоники выходного сигнала к амплитуде входной гармонической величины.Фазочастотная характеристика (ФЧХ ) — зависимость отчастоты сдвига фаз между первой гармоникой выходного сигналаи входной гармонической величиной.45Рабочий диапазон частот — интервал частот входной гармонической величины, в котором нормированы допускаемые погрешности датчика.Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в которой нормированы допускаемые погрешности датчика.Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.
Порог чувствительности — значение измеряемой величины, относительная погрешность измерения которойсоставляет 100 %.Коэффициент нелинейности — выражен в относительнойформе максимального отклонения градуировочной характеристикиот прямой линии во всем диапазоне измерения. В некоторых случаях различают нелинейностъ функциональной связи и гистерезис,т. е. неоднозначность градуировочной характеристики при возрастании и убывании входной величины.Основная погрешность — погрешность датчика, используемого в нормальных условиях. Она равна погрешности определениячувствительности в диапазоне измерения.При выборе типа датчика и измерительной аппаратуры необходимо обеспечить:а) достоверные результаты при одноразовых измерениях;б) требуемую АЧХ измерительного канала;в) надежную работу датчика при определенных температурахи условиях окружающей среды;г) требуемую чувствительность;д) минимальные габариты и массу применяемого устройства;е) помехоустойчивость и точность измерений.4.5.3.
Датчики линейного виброускорения (акселерометры)Датчики, сигнал которых пропорционален виброускорению, являются основным средством измерения характеристик вибрации исоставляют одну из самых многочисленных групп датчиков вообще.Их широкая распространенность объясняется тем, что именно акселерометрам удается придать наиболее высокие эксплуатационныекачества, а знание виброускорений позволяет сравнительно простоопределить другие кинематические и некоторые динамические величины.Датчики кинематических величин могут быть датчиками характеристик относительного или абсолютного движения.
В первомслучае измерение ведется относительно системы отсчета, связанной с материальным объектом, на движение которого не наклады46вается никаких ограничений. Однако датчики относительного виброускорения, как правило, не конструируют ввиду отсутствия механоэлектрических преобразователей (МЭП), воспринимающихускорение. Поэтому все акселерометры, в которых не используетсядополнительное дифференцирование, измеряют абсолютное ускорение (ускорение в инерциальной системе отсчета) и являютсяприборами инерционного действия, имеющими чувствительныйэлемент в виде упруго закрепленной массы.Выходной величиной МЭП может быть почти любая кинематическая или силовая величина, однако на практике ею являетсянапряжение, деформация или перемещение. Несмотря на разнообразие МЭП, воспринимающих эти величины, серийно выпускаютбольше пьезоэлектрических, меньше тензорезистивных и ещеменьше емкостных и индуктивных акселерометров.Сферы применения этих датчиков различны: индуктивные акселерометры являются низкочастотными, тензорезистивные и емкостные используют в более широкой области низких и среднихчастот, причем все они работают от нулевой частоты.
Известнытензорезистивные акселерометры с более широким рабочим диапазоном частот, но при измерении виброускорений, близких к стационарным, они не обладают какими-либо преимуществами передпьезоэлектрическими, практически монопольно применяемыми вобласти средних и высоких частот. Преимуществом пьезоэлектрического МЭП является и то, что в большинстве случаев он одновременно выполняет функции МП. В последнее время ведутсяразработки пьезооптических акселерометров, по ряду качествблизких к пьезоэлектрическим и удобных для проведения измерений в специальных условиях на низких и средних частотах.Акселерометр с большим рабочим диапазоном частот имеет ибольший диапазон измерений.
Это очень удобно, так как на многих технических объектах виброскорость в незначительной степени зависит от частоты и, следовательно, виброускорение увеличивается с ростом частоты.Подавляющее большинство акселерометров предназначено дляизмерения одной компоненты вектора ускорения, однако применяемые МЭП позволяют конструировать малогабаритные двух- итрехкомпонентные датчики.Современные акселерометры могут измерять виброускорения10–5…107 м/с2 в диапазоне частот 0,5 Гц…50 кГц. Однако наиболеешироко применяют акселерометры, рассчитанные на измерениеускорений до 10 000 м/с2 с частотами до 10…15 кГц.47Основная погрешность акселерометров равна 2…10 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
