Датчики для измерения линейной вибрации

из "Вибрации в технике Справочник Том 5 "

Датчики кинематических величин могут быть датчиками характеристик относительного или абсолютного движения В первом случае измерение ведется относительно системы отсчета, связанной с материальным объектом, на движение которого не накладывается никаких ограничений. Однако датчики относительного виброускорения, как правило, не конструируют ввиду отсугствия МЭП, воспринимающих ускорение. Поэтому все акселерометры, ие использующие дополнительного дифференцирования, измеряют абсолютное ускорение (ускорение в инерциальной системе отсчета) и являются приборами инерционного действия, имеющими чувствительный элемент в виде упруго закрепленной массы. [c.220]
Выходной величиной МП может быть почти любая кинематическая или силовая величина, однако на практике ею является напряжение, деформация или перемещение. Несмотря на разнообразие МЭП, воспринимающих эти величины, серийно выпускают больше пьезоэлектрических, меньше — тензорезистивных и еще меньше — емкостных и индуктивных акселерометров. [c.220]
Сферы применения эгих датчиков различны индуктивные акселерометры являются низкочастотными, тензорезистивные и емкостные используют в более широкой области низких и средних частот, причем все они работают от нулевой частоты. Известны тензорезистивные акселерометры с более широким рабочим диапазоном частот, но при измерении виброускорений, близких к стационарным, они не обладают какими-либо преимуществами перед пьезоэлектрическими, применяемыми практически монопольно в области средних и высоких частот Преимуществом пьезоэлектрического МЭП является и то, что в большинстве случаев он одновременно выполняет функции механического преобразователя. В последнее время ведутся разработки пьезооптических акселерометров [5], по ряду качеств близких к пьезоэлектрическим и удобных для проведения измерений в специальных условиях на низких и средних частотах. [c.220]
Акселерометр с большим рабочим диапазоном частот имеет и больший 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. [c.220]
Подавляющее большинство акселерометров предназначено для измерения одного компонента вектора ускорения, однако применяемые МЭП позволяют конструировать малогабаритные двух- н трехкомпонентные датчики. [c.220]
Акселерометры целесообразно систематизировать по эксплуатационным особенностям. К первой эксплуатационной группе относят акселерометры для лабораторных, цеховых и натурных измерений, непосредственно проводимых человеком в сравнительно легких условиях, в которых погрешность измерения определяется главным образом основной погрешностью акселерометра. Вторая группа включает приборы для цеховых и натурных измерений в более жестких условиях, исключающих обслуживание на месте. Для них определяющими являются частные (допаднительные) погрешности, вклад которых превосходит основную погрешность. К третьей группе принадлежат акселерометры, предназначенные для эксплуатации в крайне жестких натурных условиях, когда без применения специальных мер неизбежно или разрушение прибора, или возрастание погрешности до 100 % и более. К этой группе относят и специальные акселерометры, например сверхминиатюрные. [c.221]
При разработке акселерометров второй группы приняты меры по улучшению и стабилизации характеристик и облегчению длительной эксплуатации, В среднем их габариты меньше. Пьезоэлектрические датчики часто содержат МЭП, работающий на сдвиг. Благодаря особой форме основания и корпуса ослаблена чувствительность к деформациям основания. Широко применяют неразъемный кабель, выводимый как вверх, так и вбок, повышена герметичность конструкции В ряде датчиков используют симметричный электрический выход для повышения помехоустойчивости (см. раздел 1), клеевое или резьбовое с клеевой фиксацией крепление к объекту. Чувствительность акселерометров этой группы может быть ниже, чем предыдущей, так как важнее ее относительная стабильность. Более широко применяют многокомпонентные датчики и встроенные усилители. Демпферы, как правило, отсутствуют. По йиапазоиам измерения акселерометры этой группы близки к предыдущей рабочий диапазон частот может быть несколько шире (до 10—15 кГц). [c.221]
В некоторых случаях используется специальный кабель с двойной экранировкой. Стойкие к нестационарным механическим и тепловым воздействиям акселерометры конструируют дифференциальными. Указанные конструктивные особенности вне специальных условий применения не дают каких-то преимуществ или даже затрудняют измерения. Для акселерометров этой группы характерна высокая вибропрочность во всех направлениях, что заставляет использовать неразъемный кабель, выведенный вбок почти на уровне посадочной плоскости, реже — специальный виб-ростойкий разъем в основании. По типу МП и МЭП и способу крепления к объекту они имеют сходство с акселерометрами второй группы. Диапазоны измерения и рабочие диапазоны частот наиболее широки. К специальным относят миниатюрные акселерометры [48], особенно пьезорезистивные на основе интегральной технологии [47], имеющие массу 0,02 г, размер 2 X 3 X 0,6 мм, рабочий диапазон частот в несколько сотен герц, верхний предел измеряемых ускорений 1000 м/с . [c.222]
Современные акселерометры могут измерять виброускорения от 10 до 1 м/с в диапазоне частот от 0,5 Гц до 50 кГц. Однако наиболее широко применяют акселерометры, рассчитанные на измерение ускорений до 10 ООО м/с с частотами до 10— 15 кГц. [c.222]
Основная погрешность 2—10%. Рабочие температуры от —250 до +750 °С. A. -i a некоторых акселерометров составляет десятые и сотые доли грамма. [c.223]
При эксплуатации акселерометров необходимо соблюдать ряд предосторожностей во избежание увеличения погрешности или получения неверных результатов [10, 30]. Резьбовое крепление высокочастотных акселерометров следует уплотнять и по возможности фиксировать клеем. Кабель следует закреплять, особенно в непосредственной близости от акселерометра, что легче осуш,ествить при боковом выводе кабеля. При высокочастотных измерениях целесообразно использовать акселерометры с известной собственной частотой колебаний перпендикулярно измерительной оси, поскольку она обычно ниже паспортной собственной частоты, а высокочастотные виброускорения имеют почти сплошной спектр и произвольные направления, так что возможно возникновение поперечного резонанса. Чувствительность не следует выбирать чрезмерно высокой, так как это может привести к повышению нелинейных искажений. После датчика рекомендуется включать фильтр, максимально огра-ничиваюш,нй с обеих сторон рабочий диапазон частот. [c.223]
Следует обратить внимание на одно специфическое явление. Иногда акселерометр совместно с измерительным каналом предназначают для измерения виброускоре-пий в области низких частот, но спектр действуюш,их ускорений значительно шире и включает составляющие с частотой, близкой к собственной частоте акселерометра, В этом случае диапазон измерения выбирают исходя из ожидаемых значений ускорения на нижних частотах. В то же время сигнал МП на верхних частотах оказывается значительно большим из-за общего роста виброускорений с частотой и резонансных явлений. Если этот сигнал превысит уровень, максимально допустимый для МЭП или какого-либо последующего звена измерительного канала, полезный сигнал может быть существенно искажен. Особенно опасно это явление для акселерометров с параметрическим МЭП, чувствительным к перемещению, в частности индуктивным. Поэтому для подобных измерений рекомендуется использовать датчики с генераторным МЭП, которые можно надежно защитить фильтром нижних частот, включенным между МЭП и остальной частью измерительного канала. [c.223]
Виброускорения измерять можно путем электрического дифференцирования сигнала датчика скорости. Этот метод используют редко и только в низкочастотной области, так как дагчики скорости уступают акселерометрам по ряду метрологических характеристик, по прочности и устойчивости к эксплуатационным воздействиям (см. следующий раздел и гл. VII). [c.224]
В датчиках линейной виброскорости можно использовать МЭП, чувствительные к относительной скорости, без предварительного механического преобразователя. [c.224]
Вместе с тем относительную скорость часто измеряют путем дифференцирования сигнала датчика перемещения. Этот метод рекомендуется применять в тех случаях, когда измерение перемещения должно проводиться как основное. Промышленный выпуск датчиков относительной скорости крайне мал. [c.224]
Датчики абсолютной скорости инерционного действия по механической схеме близки к акселерометрам и отличаются тем, что МП должен преобразовать силу инерции в кинематическую величину — скорость, перемещение или деформацию (так как упругая сила не может быть мерой скорости, см. гл. VII). В одном из возможных режимов работы выходной сигнал МП (перемещение или деформация) 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 квазирезонанс-ный режим пока можно получить только в низкочастотной области и в ограниченном интервале температур [42]. Квазирезонанснып режим возможно создать не на механической, а на электрической стороне датчика с помощью схем коррекции сигнала. Оба варианта датчика близки по параметрам Собственная частота (которая в данном случае характеризуется не максимумом АЧХ, а переходом ФЧХ через значение 90 ) 20—30 Гц. Меньшая собственная частота дает выигрыш в чувствительности, ио приводит к зависимости характеристик датчика от положения в поле земного тяготения из-за статического прогиба. Подвижную систему подвешивают на плоских пружинах, обеспечивающих ее одномерное перемещение. Верхняя граница рабочего диапазона достигает нескольких сот герц. Она ограничивается не только возможностями демпфирования, но и наличием высших собственных частот механической системы, ярко выраженных для этого типа подвеса. [c.224]
При эксплуатации датчиков виброскорости следует иметь в виду их сравнительно малую устойчивость к поперечной и угловой вибрации, которые могут вызывать искажения сигнала всех видов (линейные и нелинейные). [c.224]
В датчиках малых и сверхмалых относительных перемещений (от единиц микрометров и менее) эффективно используют емкостные преобразователи с переменным зазором и частотным выходом. Конструкции таких датчиков несложны, однако выполнены из материалов с повышенной стабильностью свойств Рабочий диапазон частот практически не ограничен (правда, чем он уже, тем меньше нижний предел измеряемых перемещений) В лабораторных условиях емкостным датчиком регистрируют периодические высокочастотные виброперемещения до 10 мкм [8] Близок к Этому значению порог чувствительности фазовых интерференционных измерительных устройств, работающих в рентгеновской области, однако их диапазон измерения узок Аналогичные по принципу работы устройства оптического диапазона с Лазерным излучателем могут измерять пepevleщeния до 10 мкм Их преим щест-вом 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 и приемного узлов преобразователя. [c.225]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...