Аппаратное обеспечение испытаний изделий на воздействие вибрации (1066234), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Диапазон рабочих температур 250…750 °С. Масса некоторых акселерометров составляет десятые и сотые доли грамма.Простейший акселерометр, предназначенный для лабораторных, цеховых и натурных измерений, непосредственно проводимых человеком в сравнительно легких условиях, в которых погрешность измерения определяется главным образом основнойпогрешностью акселерометра, представлен на рис. 18.
Схема акселерометра, корпус которого нечувствителен к деформациям, данана рис. 19. Он предназначен для цеховых и натурных измерений вболее жестких условиях, исключающих обслуживание на месте.Рис. 18. Схема простейшего пьезоэлектрического акселерометра:1 — пьезоэлементы; 2 — инерционная масса; 3 — пружинная поджимная гайка;4 — корпусРис. 19. Схема акселерометра с полупроводниковыми тензорезисторами:1 — инерционный (чувствительный) элемент; 2 — тензорезисторы; 3 — основание корпуса; 4 — кабель48Акселерометр, показанный на рис. 20, еще больше защищен отвнешних воздействий и в значительной мере специализирован.Данный датчик предназначен для измерений при высокой температуре и большом уровне радиации, поэтому в нем примененыстабилизированные материалы и жесткие кабели.Рис. 20.
Схема высокотемпературного пьезоакселерометра:1 — основание; 2 — пьезоэлемент, работающий на сдвиг; 3 — инерционныйэлемент; 4 — жесткий кабельПри эксплуатации акселерометров необходимо соблюдать рядпредосторожностей во избежание увеличения погрешности илиполучения неверных результатов. Резьбовое крепление высокочастотных акселерометров следует уплотнять и по возможности фиксировать клеем. Кабель следует закреплять, особенно в непосредственной близости от акселерометра, что легче осуществить прибоковом выводе кабеля. При высокочастотных измерениях целесообразно применять акселерометры с известной собственной частотой колебаний перпендикулярно измерительной оси, посколькуэта частота обычно ниже паспортной собственной частоты, а высокочастотные виброускорения имеют почти сплошной спектр ипроизвольные направления, так что возможно возникновение поперечного резонанса.
Чувствительность не следует выбирать чрезмерно высокой, поскольку это может привести к повышению нелинейных искажений. После датчика рекомендуется включатьфильтр, максимально ограничивающий с обеих сторон рабочийдиапазон частот.В настоящее время на рынке представлено большое количествофирм, поставляющих акселерометры различных типов, в том числе с высокой чувствительностью, работающих в неблагоприятной49среде, с различной компоновкой, диапазоном размеров и измеряемых уровней сигналов. Например, измерительные акселерометрыфирмы «Брюль и Кьер» (Bruel&Kyaer, http://www.bruel.ru), фирмы«Пъезотроникс» (PCB Piezotronics, http://www.pcb.com).4.5.4.
Датчики линейной виброскоростиВ датчиках линейной виброскорости можно использоватьМЭП, чувствительные к относительной скорости, без предварительного механического преобразователя.В бесконтактных устройствах для измерения относительной скорости применяют доплеровский, гамма-резонансный и электродинамический преобразователи. Первый из них обычно используют влазерном исполнении. Это объясняется высоким уровнем развитиялазерной техники, хорошей точностью и возможностью проводитьизмерения на значительном расстоянии от объекта. Гамма-резонансный МЭП уступает ему ввиду большей сложности в эксплуатации. Оба преобразователя более приспособлены для измерения установившегося уровня виброскорости.
Электродинамический МЭПиспользуют чаще остальных. Он прост и удобен в эксплуатации. Если перемещение объекта во время измерения не превосходит нескольких миллиметров, то конструкция датчика практически повторяет схему, показанную на рис. 18. Для измерения скорости большихперемещение применяют датчик с подвижным магнитом. Диапазонизмерения виброскорости с помощью всех упомянутых преобразователей сверху практически не ограничен.Вместе с тем относительную скорость часто измеряют путемдифференцирования сигнала датчика перемещения. Этот методрекомендуется применять в тех случаях, когда измерение перемещения должно проводиться как основное. Промышленный выпускдатчиков относительной скорости крайне мал.Датчики абсолютной скорости инерционного действия по механической схеме близки к акселерометрам и отличаются тем, чтоМП должен преобразовать силу инерции в кинематическую величину — скорость, перемещение или деформацию.
В одном из возможных режимов работы выходной сигнал МП (перемещение илидеформация) пропорционален виброскорости объекта, что возможно в некотором диапазоне частот по обе стороны от собственной частоты механической системы. Ширина диапазона практически пропорциональна относительному демпфированию в датчике.Такой квазирезонансный режим пока можно получить только в50низкочастотной области и в ограниченном интервале температур.Квазирезонансный режим можно создать не на механической, а наэлектрической стороне датчика с помощью схем коррекции сигнала. Оба варианта датчика близки по параметрам. Собственная частота (которая в данном случае характеризуется не максимумомАЧХ, а переходом ФЧХ через значение 90°) 20…30 Гц.
Меньшаясобственная частота дает выигрыш в чувствительности, но приводит к зависимости характеристик датчика от положения в полеземного тяготения из-за статического прогиба. Подвижную систему подвешивают на плоских пружинах, обеспечивающих ее одномерное перемещение. Верхняя граница рабочего диапазона достигает нескольких сотен герц. Она ограничивается не только возможностями демпфирования, но и наличием высших собственныхчастот механической системы, ярко выраженных для этого типаподвеса.При эксплуатации датчиков виброскорости следует иметь ввиду их сравнительно малую устойчивость к поперечной и угловой вибрации, которые могут вызывать искажения сигнала всехвидов (линейные и нелинейные).Во втором режиме механическая система датчика воспроизводитвиброперемещение объекта, а сигнал МЭП или датчика пропорционален скорости этого перемещения, что возможно на частотах вышесобственной частоты механической системы.
Фактически это датчики перемещения с внутренним электрическим дифференцированием.Такое выполнение позволяет расширить рабочий диапазон частот до1000…1500 Гц. В этих датчиках часто используют электродинамический МЭП с радиальным полем в рабочем зазоре (рис. 21). Магнитная система из современных сплавов имеет сравнительно малыеразмеры (порядка нескольких сантиметров) и может эксплуатироваться при повышенной температуре (200…300 °С). Подвес выполняют на плоских разрезных или профилированных пружинах. Всезамечания об устойчивости к вибрации не в направлении измерительной оси и к поворотам в поле силы тяжести относятся к этимдатчикам даже в большей степени, чем к акселерометрам.
На работудатчиков влияют постоянное и переменное магнитные поля. Массадатчиков сравнительно велика (более 50 г); диапазон измерения неболее 1 м/с; погрешность 2…8 %.Сравнение метрологических и эксплуатационных свойств датчиков виброскорости и акселерометров показывает, что у акселерометров они выше почти по всем показателям. Применение датчиковскорости дает единственное преимущество — большой выходной51сигнал. Но это преимущество не является решающим, поэтому приизмерении абсолютной виброскорости наиболее часто используютакселерометры с последующим интегрированием сигнала. Такойметод позволяет сократить количество и разновидности датчиков,применяемых при измерениях.
По этим причинам промышленныйвыпуск датчиков абсолютной скорости относительно невелик.Рис. 21. Схема электродинамического датчика абсолютной виброскорости:1 — магнит; 2 — магнитопровод; 3 — разрезные пружины; 4 — катушка в качестве инерционного элементаРис. 22. Электродинамический датчик виброскоростиФирма «Брюль и Кьер» предлагает электродинамические датчики виброскорости для измерения механических вибраций в диапазоне 1…2000 Гц при максимально возможных перемещениях до1 мм как при вертикальном, так и при горизонтальном расположении, в том числе и в агрессивной среде (рис.
22).524.5.5. Датчики линейного виброперемещенияМеханическая схема датчика перемещения практически повторяет схему датчика скорости. Выбор возможных типов МЭП наиболее широк, так как бóльшая часть преобразователей чувствительна именно к перемещению или функционально связанной сним деформации.В датчиках малых и сверхмалых относительных перемещений(от единиц микрометров и менее) эффективно используют емкостные преобразователи с переменным зазором и частотным выходом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
