Измерение вибрации

Автор admin в 28 февраля, 2017. Опубликовано Pages

Измерение вибрации Напомним, что основными параметрами вибрации являются виброскорость (м/с), виброперемещение (мкм) или виброускорение (м/с2) и на практике достаточно проводить непосредственное измерение лишь одного из этих параметров, а осуществлять переход между ними с помощью дифференцирующих или интегрирующих электронных устройств. В связи с тем, что процедура дифференцирования сигнала вибрации приводит к появлению значительного уровня шума, а процедура интегрирования лишена этого существенного недостатка, сегодня измерение вибрации проводится с помощью преобразователей виброускорения – акселерометров, среди которых, по целому ряду преимуществ, наибольшее распостранение получили пьезоэлектрические акселерометры.

Устройство и принцип действия пьезоэлектрического акселерометра

Основными элементами пьезоэлектрического акселерометра являются пьезоэлектрические упругие элементы и инерционная масса (см. рис.1):

Схема пьезоэлектрического акселерометра, измерение вибрации, методы измерения вибрации, измерение вибрации акселерометром

Рис.1 Схема пьезоэлектрического акселерометра

Акселерометр крепится основанием к исследуемой поверхности, вибрации которой приводят к соответствующим колебаниям инерционной массы. Колебания последней, в свою очередь, приводят к деформации пьезоэлектрической керамики и генерации на ее поверхностях электрического заряда, пропорционального механическим колебаниям исследуемой поверхности. Электрический заряд усиливается внутри акселерометра и подается на выход для дальнейшей обработки.

Конструкция и типы пьезоэлектрических акселерометров

Конструкция пьезоэлектрического акселерометра определяется типом деформации пьезокерамики и на сегодняшний день различают акселерометры с пьезоэлементами, работающими на сжатие-растяжение, сдвиг и изгиб. Каждый из названных типов акселерометров обладает своими преимуществами и недостатками и выбор того или иного из них определяется условиями конкретно решаемой задачи. К примеру, наиболее распостраненными являются компрессионные акселерометры, к основным преимуществам которых необходимо отнести высокую устойчивость к интенсивным вибрациям в жестких условиях эксплуатации.

Схема компрессионного (растяжение-сжатие) акселерометра, измерение вибрации акселерометром, средства измерения вибрации, правила измерения вибрации

Рис.2. Схема компрессионного (растяжение-сжатие) акселерометра

здесь: 1– пьезоэлемент; 2– инерционная масса; 3– основание; 4 – исследуемая поверхность К преимуществам акселерометров с деформацией изгиба следует отнести высокий коэффициент преобразования в диапазоне низких и средних частот при относительно небольшой массе и габаритах. Вместе с этим, изгибные акселерометры имеют и существенные недостатки: малое значение резонансной частоты и недостаточную прочность к воздействию больших виброускорений. Сдвиговые акселерометры отличаются наиболее высокой точностью измерений и, в основном, используются при изготовлении прецизионных датчиков, предназначенных для калибровки средств измерения вибрации. Более широкое практическое применение сдвиговых датчиков ограничено их недостаточной механической жесткостью и, как следствие, невозможностью эксплуатации в жестких полевых условиях.

Частотный диапазон акселерометра

Измерение вибрации акселерометром может проводиться в диапазоне частот от 0,5-1 Гц до нескольких десятков кГц. При этом верхняя граничная частота акселерометра тем больше, чем меньше инерционная масса. С другой стороны, чем меньше инерционная масса, тем меньше величина генерируемого заряда, поэтому оптимальное значение инерционной массы подбирают так, чтобы удовлетворить и требования по частоте, и по заряду. Качественная вибродиагностика роторного оборудования подразумевает измерения в диапазоне частот до 30 кГц, что соответствует инерционной массе в несколько грамм, и весу акселерометра (вместе с интегрированным усилителем заряда) в 20-50 грамм.

Точки измерения вибрации в вибродиагностике

Напомним, что методы измерения вибрации при виброконтроле и вибромониторинге проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 10816, которые регламентируют следующий выбор точек измерений на каждом подшипниковом узле:

в вертикальном и горизонтальном направлениях, перпендикулярных оси вращения;
в направлении вдоль оси вращения (см. рис.3)

Точки контроля вибрации, измерение вибрации, методы измерения вибрации, измерение вибрации акселерометром

Рис.3. Точки контроля вибрации

Эти же точки измерений выбираются и для диагностических целей, причем в радиальном направлении измерения проводятся либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости. В этих точках, помимо стандартных измерений в направлении, перпендикулярном к исследуемой поверхности, проводятся и тангенциальные измерения – по касательной к поверхности (см рис.4). Данные измерения проводятся для определения крутильных колебаний, возбуждаемых пульсирующими моментами.

Рис.4. Точки измерения вибрации при вибродиагностике

Также, в дополнение к измерениям на подшипниковых узлах при вибродиагностике проводятся измерения и на корпусе оборудования. Что касается способа крепления акселерометра к поверхности, то наиболее простым и удобным способом является крепление на магните, контактную поверхность которого смазывают густой технической смазкой для снижения резонанса в области высоких частот 4-10 кГц. 5. Основные функции виброанализатора Электрический сигнал с выхода акселерометра поступает на вход виброанализатора, основной задачей которого является временной (режим осциллографа) и частотный анализ входного сигнала. Помимо этого, современные модели виброанализаторов способны проводить статистический анализ вибросигналов, а также пространственный анализ – через обработку сигналов от, как минимум, двух параллельно работающих каналов вибрации. Обучиться навыкам работы с акселерометрами и виброанализаторами вы можете в Учебном центре «БАЛТЕХ», прослушав курс ТОР-103 по правилам измерения вибрации с помощью анализаторов вибрации.