Что такое вибрация?
Говорят, что тело вибрирует, когда оно описывает колебательное движение вокруг исходного положения. Количество раз, которое совершается полный цикл движения в течение секунды, называется частотой и измеряется в герцах (Гц).
Движение может состоять из одной составляющей, происходящей на одной частоте, как у камертона, или из нескольких составляющих, происходящих одновременно на разных частотах, например, при движении поршня двигателя внутреннего сгорания.
На практике вибрационные сигналы обычно состоят из очень многих частот, возникающих одновременно, так что мы не можем сразу увидеть, просто взглянув на амплитудно-временную характеристику, сколько компонентов и на каких частотах они возникают.
Эти компоненты могут быть выявлены путем построения графика зависимости амплитуды колебаний от частоты. Разбиение сигналов вибрации на отдельные частотные составляющие называется частотным анализом. Этот метод можно считать краеугольным камнем диагностических измерений вибрации. График, показывающий уровень вибрации в зависимости от частоты, называется частотной спектрограммой.
При частотном анализе вибрации машины мы обычно обнаруживаем несколько заметных периодических частотных составляющих, которые непосредственно связаны с основными движениями различных частей машины. Таким образом, с помощью частотного анализа мы можем отследить источник нежелательной вибрации.
Откуда берется вибрация?
На практике очень трудно избежать вибрации. Обычно это происходит из-за динамических эффектов производственных допусков, зазоров, контакта качения и трения между частями машины, а также неуравновешенных сил во вращающихся и совершающих возвратно-поступательное движение элементах. Нередко небольшие незначительные вибрации могут возбуждать резонансные частоты некоторых других деталей конструкции и усиливаться в крупные источники вибрации и шума.
Однако иногда механическая вибрация выполняет полезную работу. Например, мы намеренно создаем вибрацию в устройствах подачи компонентов, бетоноуплотнителях, ваннах ультразвуковой очистки, перфораторах и сваебойных молотах. Машины для вибрационных испытаний широко используются для придания контролируемого уровня энергии вибрации продуктам и узлам, где требуется изучить их физические или функциональные характеристики и установить их устойчивость к вибрационной среде.
Фундаментальным требованием во всех работах с вибрацией, будь то проектирование машин, использующих ее энергию, или создание и обслуживание плавно работающих механических изделий, является возможность получить точное описание вибрации путем измерения и анализа.
Количественная оценка уровня вибрации
Амплитуда вибрации, которая является характеристикой, описывающей серьезность вибрации, может быть количественно определена несколькими способами. На диаграмме показано соотношение между размахом, пиковым уровнем, средним уровнем и среднеквадратичным уровнем синусоиды.
Значение размаха ценно тем, что оно указывает максимальное отклонение волны, полезное значение, когда, например, вибрационное перемещение детали машины имеет решающее значение для максимального напряжения или механического зазора.
Пиковое значение особенно ценно для указания уровня кратковременных толчков и т. д. Но, как видно из рисунка, пиковые значения показывают только, какой максимальный уровень имел место, без учета временной истории волны.
С другой стороны, выпрямленное среднее значение действительно принимает во внимание историю волны во времени, но считается, что оно представляет ограниченный практический интерес, поскольку не имеет прямой связи с какой-либо полезной физической величиной.
Среднеквадратичное значение является наиболее подходящей мерой амплитуды, поскольку оно одновременно учитывает историю волны во времени и определяет значение амплитуды, которое напрямую связано с содержанием энергии и, следовательно, с разрушительными способностями вибрации.
Ускорение, скорость и перемещение
Единицы измерения
Когда мы смотрели на вибрирующий камертон, мы рассматривали амплитуду волны как физическое перемещение концов вилки в любую сторону от исходного положения. В дополнение к перемещению мы также можем описать движение ножки вилки с точки зрения ее скорости и ускорения. Форма и период вибрации остаются неизменными, независимо от того, рассматривается ли перемещение, скорость или ускорение. Основное отличие состоит в том, что существует разность фаз между амплитудно-временными кривыми трех параметров, как показано на рисунке.
Для синусоидальных сигналов амплитуды перемещения, скорости и ускорения математически связаны функцией частоты и времени, это показано графически на диаграмме. Если пренебречь фазой, как это всегда бывает при проведении средневременных измерений, то уровень скорости можно получить, разделив сигнал ускорения на коэффициент, пропорциональный частоте, а перемещение можно получить, разделив сигнал ускорения на коэффициент, пропорциональный квадрату частоты. Это деление выполняется цифровым способом в измерительной аппаратуре.
Параметры вибрации почти всегда измеряются в метрических единицах в соответствии с требованиями ISO, они показаны в таблице. Тем не менее, гравитационная постоянная « g » или, может быть, более правильно « g n » все еще широко используется для уровней ускорения, хотя она находится вне системы когерентных единиц ISO. К счастью, коэффициент почти 10 (9,80665) связывает [MOP1] две единицы, так что мысленное преобразование в пределах 2% является простым делом.
Выбор параметров ускорения, скорости или перемещения
Обнаружив виброускорение, мы не привязаны только к этому параметру. Мы можем преобразовать сигнал ускорения в скорость и перемещение. Большинство современных измерителей вибрации оборудованы для измерения всех трех параметров.
При проведении однократного измерения вибрации в широкой полосе частот выбор параметра важен, если сигнал имеет компоненты на многих частотах. Измерение перемещения даст низкочастотным компонентам наибольший вес, и, наоборот, измерения ускорения будут взвешивать уровень в сторону высокочастотных компонентов.
Опыт показал, что общее среднеквадратичное значение скорости вибрации, измеренное в диапазоне от 10 до 1000 Гц, дает наилучшее представление о силе вибрации на вращающихся машинах. Вероятное объяснение состоит в том, что данный уровень скорости соответствует данному уровню энергии; вибрации на низких и высоких частотах имеют одинаковый вес с точки зрения энергии вибрации. На практике многие машины имеют достаточно плоский спектр скоростей.
При выполнении узкополосного частотного анализа выбор параметра будет отражаться только в том, как анализ будет наклонен на дисплее или в печати (как показано на средней диаграмме на противоположной странице). Это приводит нас к практическому соображению, которое может повлиять на выбор параметра. Предпочтительно выбирать параметр, дающий наиболее плоский частотный спектр, чтобы наилучшим образом использовать динамический диапазон (разность между наименьшим и наибольшим значениями, которые могут быть измерены) прибора. По этой причине параметр скорости или ускорения обычно выбирается для целей частотного анализа.
Поскольку измерения ускорения относится к высокочастотным компонентам вибрации, эти параметры, как правило, используются там, где интересующий частотный диапазон охватывает высокие частоты.
Природа механических систем такова, что заметные перемещения происходят только при низких частотах; поэтому измерения смещения имеют ограниченное значение в общем изучении механической вибрации. Когда рассматриваются небольшие зазоры между элементами машины, вибрационное перемещение, конечно же, является важным фактором. Перемещение часто используется в качестве индикатора дисбаланса вращающихся частей машин, потому что относительно большие перемещения обычно происходят при частоте вращения вала, который также представляет наибольший интерес для целей балансировки.
Пьезоэлектрические акселерометры
Пьезоэлектрический акселерометр является самогенерирующим, поэтому ему не требуется источник питания. Нет движущихся частей, которые могут изнашиваться, и, наконец, его выходной сигнал, пропорциональный ускорению, может быть интегрирован для подачи сигналов, пропорциональных скорости и перемещению. Они способны работать при экстремальных температурах, но имеют ограничения из-за высокого выходного импеданса, требующего малошумящих кабелей и усилителей заряда для обработки сигнала.
Сердцем пьезоэлектрического акселерометра является срез пьезоэлектрического материала, обычно искусственно поляризованной сегнетокерамики, который проявляет уникальный пьезоэлектрический эффект. Когда он подвергается механическому напряжению при растяжении, сжатии или сдвиге, он генерирует электрический заряд на полюсах своих поверхностей, пропорциональный приложенной силе.
Конструкция акселерометров
На практике конструкция пьезоэлектрических элементов акселерометров устроена так, что при вибрации, масса прикладывает к пьезоэлектрическому элементу силу, пропорциональную вибрационному ускорению. Это видно из закона Сила = Масса х Ускорение.
Для частот, лежащих значительно ниже резонансной частоты всей системы пружина-масса, ускорение массы будет таким же, как ускорение основания, и, следовательно, величина выходного сигнала будет пропорциональна ускорению, которому подвергается датчик.
Обычно используются две конфигурации:
Тип сжатия, при котором масса оказывает сжимающее усилие на пьезоэлектрический элемент, и тип сдвига, при котором масса оказывает сдвигающее усилие на пьезоэлектрический элемент.
Типы пьезоэлектрических акселерометров
У большинства производителей на первый взгляд широкий ассортимент акселерометров, может быть, слишком большой, чтобы сделать выбор простым.
Небольшая группа типов «общего назначения» удовлетворит большинство потребностей. Они доступны с верхними или боковыми разъемами и имеют чувствительность в диапазоне от 1 до 10 мВ или пКл на м/ с 2 . Чувствительность датчиков Uni-Gain® компании Brüel & Kjær нормализована до удобной «круглой цифры», такой как 1 или 10 пКл/мс -2 , для упрощения калибровки измерительной системы.
Акселерометры CCLD/DeltaTron® или IEPE
Акселерометры CCLD (линейный привод постоянного тока) или акселерометры IEPE (интегрированная электроника, пьезоэлектрические) представляют собой пьезоэлектрические акселерометры со встроенными предусилителями, которые выдают выходные сигналы в виде модуляции напряжения в линии электропитания.
IEPE акселерометры компании Brüel & Kjær обладают высокой выходной чувствительностью, высоким отношением сигнал/шум и широкой полосой пропускания, что делает их подходящими как для измерений общего назначения, так и для измерения высокочастотной вибрации.
Эти акселерометры представляют собой высокопроизводительные приборы с более высокой выходной чувствительностью, чем стандартные пьезоэлектрические акселерометры (без интегральных усилителей). Они герметичны, защищены от загрязнения окружающей среды, имеют низкую восприимчивость к радиочастотному и электромагнитному излучению, а также низкое выходное сопротивление благодаря внешнему источнику питания постоянного тока. Выход с низким импедансом позволяет использовать недорогие коаксиальные кабели для акселерометров.
Характеристики многих акселерометров, не входящих в диапазон общего назначения, ориентированы на конкретное приложение. Пример; небольшие акселерометры, предназначенные для высокоуровневых или высокочастотных измерений, а также для использования на хрупких конструкциях, панелях и т. д., которые весят ок. от 0,5 до 2 грамм.
Другие специальные типы оптимизированы для одновременного измерения в трех взаимно перпендикулярных направлениях; высокие температуры; очень низкий уровень вибрации; потрясения высокого уровня; калибровка других акселерометров путем сравнения; и постоянный мониторинг промышленных машин.
Чувствительность акселерометра, масса и динамический диапазон
Чувствительность является первой обычно рассматриваемой характеристикой. В идеале мы хотели бы иметь высокий выходной уровень, но здесь мы должны пойти на компромисс, потому что высокая чувствительность обычно влечет за собой относительно большую пьезоэлектрическую сборку и, следовательно, относительно большой и тяжелый датчик.
В нормальных условиях чувствительность не является критической проблемой, поскольку современные предусилители рассчитаны на прием этих низкоуровневых сигналов. Масса акселерометров становится важной при измерении на легких объектах. Дополнительная масса может значительно изменить уровни и частоты вибрации в точке измерения.
Как правило, масса акселерометра должна составлять не более одной десятой динамической массы вибрирующей части, на которой он установлен. Если необходимо измерить аномально низкий или высокий уровень ускорения, следует учитывать динамический диапазон акселерометра.
Нижний предел, показанный на чертеже, обычно определяется не непосредственно акселерометром, а электрическими помехами от соединительных кабелей и схемы усилителя. Этот предел обычно составляет всего одну сотую м/с 2 для приборов общего назначения.
Верхний предел определяется прочностью конструкции акселерометра. Типичный акселерометр общего назначения является линейным в пределах от 50 000 до 100 000 м/с 2 , что находится в диапазоне механических ударов. Акселерометр, специально разработанный для измерения механических ударов, может быть линейным до 1000 км/с 2 (100000 g).
Диапазон частот датчика
Механические системы, как правило, имеют большую часть своей энергии вибрации, содержащейся в относительно узком диапазоне частот от 10 Гц до 1000 Гц, но измерения часто выполняются, скажем, до 10 кГц, потому что на этих более высоких частотах часто присутствуют интересные компоненты вибрации. Поэтому при выборе акселерометра мы должны убедиться, что диапазон частот датчика может охватывать интересующий нас диапазон частот.
Диапазон частот датчика вибрации, в котором акселерометр дает истинный выходной сигнал, на практике ограничивается на низкочастотном конце двумя факторами. Во-первых, это отсечка низких частот усилителя, которая следует за ним. Обычно это не проблема, так как предел обычно значительно ниже одного Гц.
Второй — влияние колебаний температуры окружающей среды, к которым чувствителен акселерометр. В современных акселерометрах сдвигового типа этот эффект минимален, что позволяет проводить измерения с частотой ниже 1 Гц при нормальных условиях.
Верхний предел определяется резонансной частотой системы масса-пружина самого акселерометра. Как правило, если мы установим верхний предел частоты на одну треть резонансной частоты акселерометра, мы знаем, что вибрация, измеренная на верхнем пределе частоты компонента, будет иметь погрешность не более чем на + 12%. .
У небольших акселерометров с малой массой резонансная частота может достигать 180 кГц, но для акселерометров общего назначения с несколько большей выходной мощностью типичны резонансные частоты от 20 до 30 кГц.
Резонансные ошибки акселерометра
Поскольку чувствительность акселерометра обычно повышается в конце характеристики из-за его резонанса, его выходной сигнал не будет давать истинного представления о вибрации в точке измерения на этих высоких частотах.
При частотном анализе сигнала вибрации можно легко распознать высокочастотный пик из-за резонанса акселерометра и, следовательно, проигнорировать его. Но если брать общее широкополосное показание, включающее резонанс акселерометра, это даст неточный результат, если в то же время измеряемая вибрация также имеет компоненты в районе резонансной частоты.
Эта проблема решается за счет выбора датчика вибрации с как можно более широким частотным диапазоном и использования фильтра нижних частот, который обычно входит в состав измерителей вибрации и предусилителей, для отсекания нежелательного сигнала, вызванного резонансом акселерометра.
Там, где измерения ограничены низкими частотами, высокочастотная вибрация и эффекты резонанса акселерометра, такие как перегрузки в электронике, могут быть удалены с помощью механических фильтров. Они состоят из упругой среды, обычно резины, наклеенной между двумя монтажными дисками, которые устанавливаются между акселерометром и монтажной поверхностью. Обычно они снижают верхний предел частоты до 0,5–5 кГц.
Как избежать ошибок при измерении вибрации
Избежание ошибок является частью введения в измерение вибрации, которое отвечает на некоторые из основных вопросов, которые задают новички в области измерения вибрации. Тут дается краткое объяснение следующего: как избежать ошибок из-за резонанса акселерометра, как выбрать место для установки акселерометра и как его установить.
Положение акселерометра при установке
Акселерометр должен быть установлен так, чтобы желаемое направление измерения совпадало с его основной осью чувствительности. Акселерометры также немного чувствительны к вибрациям в поперечном направлении, но обычно этим можно пренебречь, поскольку поперечная чувствительность обычно составляет менее 5% от чувствительности по главной оси.
Причина измерения вибрации объекта обычно определяет положение точки измерения. В качестве примера возьмите корпус подшипника на чертеже. Здесь измерения ускорения используются для контроля рабочего состояния вала и подшипника. Акселерометр должен быть расположен таким образом, чтобы обеспечить прямой путь вибрации от подшипника.
Таким образом, акселерометр «А» обнаруживает вибрационный сигнал от подшипника, преобладающий над вибрациями от других частей машины, а акселерометр «В» обнаруживает вибрацию подшипника, вероятно измененную передачей через шарнир, смешанную с сигналами от других частей машины. Точно так же акселерометр «C» расположен на более прямом пути, чем акселерометр «D».
Также возникает вопрос — в каком направлении следует измерять на рассматриваемом элементе машины? Невозможно сформулировать общее правило, но, например, для показанного подшипника можно получить ценную информацию для целей контроля путем измерения как в осевом направлении, так и в одном из радиальных направлений, обычно в том, в котором ожидается наименьшая жесткость.
Реакция механических объектов на вынужденные вибрации представляет собой сложное явление, поэтому можно ожидать, особенно при высоких частотах, измерения значительно различающихся уровней вибрации и частотных спектров даже в соседних точках измерения на одном и том же элементе машины.
Установка акселерометра
Способ крепления акселерометра к точке измерения является одним из наиболее важных факторов для получения точных результатов практических измерений вибрации. Неаккуратный монтаж приводит к снижению установленной резонансной частоты, что может сильно ограничить полезный частотный диапазон акселерометра.
Идеальным монтажом является резьбовая шпилька на плоской гладкой поверхности, как показано на рисунке. Тонкий слой смазки, нанесенный на монтажную поверхность перед затяжкой акселерометра, обычно улучшает жесткость монтажа и, таким образом, обеспечивает установленную резонансную частоту, близкую к спецификации.
Резьбовое отверстие в машинной части должно быть достаточно глубоким, чтобы шпилька не вдавливалась в основание акселерометра. На верхнем рисунке показана типичная кривая отклика акселерометра общего назначения, установленного с помощью фиксирующей шпильки на плоской поверхности. Достигнутая резонансная частота почти равна резонансной частоте 32 кГц, полученной при калибровке, когда монтажная поверхность абсолютно плоская и гладкая.
Обычно используемый альтернативный метод крепления — это использование тонкого слоя пчелиного воска для приклеивания акселерометра на место. Не забудьте сжать слой воска как можно сильнее, чтобы получить очень тонкий слой! Как видно из АЧХ, резонансная частота снижена лишь незначительно (до 29 кГц). Поскольку пчелиный воск становится мягким при более высоких температурах, метод ограничен температурой около 40°C. На чистых поверхностях фиксацию пчелиным воском можно использовать до уровня ускорения около 100 м/с 2.
Если на машине должны быть установлены постоянные измерительные точки и нет необходимости сверлить и нарезать крепежные отверстия, можно использовать цементирующие шпильки. Они крепятся к точке измерения с помощью жесткого клея. Рекомендуется использовать эпоксидные и цианоакрилатные клеи, так как мягкие клеи могут значительно сократить используемый частотный диапазон акселерометра.
Слюдяная шайба и изолированная шпилька используются там, где корпус акселерометра должен быть электрически изолирован от объекта измерения. Обычно это делается для предотвращения контуров заземления, подробнее об этом вы найдете в разделе «Влияние окружающей среды». Тонкий срез следует отделить от толстой слюдяной шайбы, входящей в комплект поставки. Этот метод фиксации также дает хорошие результаты, резонансная частота тестового акселерометра снижается лишь примерно до 28 кГц.
Постоянный магнит — это простой метод крепления, при котором точка измерения представляет собой плоскую магнитную поверхность. Он также электрически изолирует акселерометр при использовании изолирующего диска. Этот метод снижает резонансную частоту испытательного акселерометра примерно до 13–20 кГц в зависимости от того, используется ли изолирующий диск и используется ли силиконовая смазка для монтажа, и, следовательно, его нельзя использовать для измерений намного выше 7–13 кГц. Удерживающая сила магнита достаточна для уровня вибрации до 1000 м/с 2 в зависимости от размера акселерометра.
Ручной щуп с установленным сверху акселерометром очень удобен для оперативного измерения, но может давать большие погрешности измерения из-за малой общей жесткости.
Нельзя ожидать повторяемости результатов. Следует использовать фильтр нижних частот, чтобы ограничить диапазон измерений примерно до 1000 Гц.
Влияние окружающей среды на измерения
Влияние окружающей среды является частью введения в измерение вибрации, которое отвечает на некоторые из основных вопросов, которые задают новички при измерении вибрации.Тут дается краткое объяснение следующего: температура, шум кабеля и другие факторы, влияющие на окружающую среду.
Пьезоэлектрические материалы и температура
Все пьезоэлектрические материалы зависят от температуры, поэтому любое изменение температуры окружающей среды приведет к изменению чувствительности акселерометра.
Типичные акселерометры общего назначения могут выдерживать температуры примерно до 250°C. На более высоких температурах пьезоэлектрическая керамика начнет деполяризоваться, так что чувствительность изменится навсегда. Если деполяризация не слишком сильная, такой акселерометр можно использовать после повторной калибровки. Для температур от -196°C до 482°C доступны акселерометры со специальными пьезоэлектрическими материалами.
По этой причине все акселерометры B&K поставляются с типичной кривой зависимости чувствительности от температуры, чтобы измеренные уровни можно было скорректировать с учетом изменения чувствительности акселерометра при температурах значительно выше или ниже 20°C.
Пьезоэлектрические акселерометры также демонстрируют переменный выходной сигнал, когда подвергаются небольшим колебаниям температуры, называемым температурными переходными процессами, в среде измерения. Обычно это проблема возникает только при измерении очень низкого уровня или низкочастотных вибраций. Современные акселерометры сдвигового типа имеют очень низкую чувствительность к температурным переходным процессам, в то время как акселерометры на сжатие могут иметь в 100 и более раз высокие выходные значения.
Если акселерометры должны быть закреплены на поверхностях с температурой выше 250°C, между основанием и измерительной поверхностью можно вставить теплоотвод и слюдяную прокладку. С помощью этого метод, при температуре поверхности от 350 до 400°C, основание акселерометра может поддерживаться при температуре ниже 250°C . Поток охлаждающего воздуха может оказать дополнительную помощь.
Шум кабеля акселерометра
Поскольку пьезоэлектрические акселерометры имеют высокое выходное сопротивление, иногда могут возникать проблемы с шумовыми сигналами, наводимыми в соединительном кабеле. Эти помехи могут возникать из-за контуров заземления, трибоэлектрических или электромагнитных помех.
Заземляющий контур
Поскольку акселерометр и измерительное оборудование заземлены отдельно, в экранах кабелей акселерометров иногда протекают токи. Контур заземления можно разорвать, электрически изолировав основание акселерометра от монтажной поверхности с помощью изолирующей шпильки и слюдяной шайбы или изолирующих адаптеров. В современных приборах можно использовать так называемые плавающие входы, если напряжения не слишком высоки.
Трибоэлектрический шум
Трибоэлектрический шум часто наводится в кабеле акселерометра механическим движением самого кабеля. Он возникает из-за локальных изменений емкости и заряда из-за динамического изгиба, сжатия и растяжения слоев, составляющих кабель. Этой проблемы можно избежать, если использовать надлежащий кабель акселерометра с графитовым покрытием и приклеить или приклеить его как можно ближе к акселерометру. Для акселерометров CCLD это обычно не представляет серьезной проблемы.
Электромагнитный шум
Шум от электромагнитных помех индуцируется в кабеле акселерометра, когда он находится вблизи работающего оборудования. В этом отношении помогает кабель с двойным экраном, но в тяжелых случаях следует использовать сбалансированный акселерометр и дифференциальный предусилитель.
Факторы окружающей среды, влияющие на акселерометры
Деформация
Когда акселерометр установлен на поверхности, которая подвергается изменениям деформации, выходной сигнал будет генерироваться в результате передачи деформации на чувствительный элемент. Чтобы свести к минимуму этот эффект, акселерометры имеют толстое и жесткое основание: типы DeltaShear® имеют особенно низкую чувствительность к деформации основания, поскольку чувствительный элемент устанавливается на центральной стойке, а не непосредственно на основании акселерометра.
Ядерное излучение
Большинство акселерометров B&K (НЕ CCLD) можно использовать при дозах гамма-излучения от 100 Гр/ч (10 кРад/ч) до накопленных доз 20 кГр (2 Мрад) без существенного изменения характеристик. Некоторые акселерометры можно использовать при сильном излучении с накопленными дозами более 1 МГр (100 Мрад).
Магнитные поля
Магнитная чувствительность пьезоэлектрических акселерометров очень низкая, обычно менее 0,1–2,5 м/с 2 на Тл (0,01–0,25 м/с 2 на кГаусс) при наименее благоприятной ориентации акселерометра в магнитное поле.
Влажность
Акселерометры B&K герметизированы либо эпоксидной смолой, либо сваркой для обеспечения надежной работы во влажной среде. Для кратковременного использования в жидкостях или там, где возможна сильная конденсация, рекомендуются использовать кабели акселерометра с тефлоновым уплотнением. Разъем акселерометра также должен быть герметизирован бескислотным силиконовым каучуком или мастикой, вулканизирующейся при комнатной температуре. Промышленные акселерометры со встроенными кабелями следует использовать для постоянного использования во влажных или влажных помещениях.
Коррозионно-активные вещества
Материалы, используемые в конструкции всех акселерометров Brüel & Kjær, обладают высокой устойчивостью к большинству коррозионно-активных веществ, встречающихся в промышленности. Основными компонентами являются титан и нержавеющая сталь.
Акустический шум
Уровни шума, присутствующего в машинах, обычно недостаточно высоки, чтобы вызвать какую-либо значительную ошибку в измерениях вибрации. Обычно акустически вызванная вибрация в конструкции, на которой установлен акселерометр, намного больше, чем воздушное возбуждение.
Поперечные вибрации
Пьезоэлектрические акселерометры чувствительны к вибрациям, действующим в направлениях, отличных от их главной оси. В поперечной плоскости, перпендикулярной главной оси, чувствительность составляет менее 3–5 % чувствительности по главной оси (обычно < 2 %). Поскольку поперечная резонансная частота обычно составляет примерно 1/3 резонансной частоты главной оси, ее следует учитывать при наличии высоких уровней поперечной вибрации.
Калибровка акселерометра
Калибровка акселерометра является частью введения в измерение вибрации, которая отвечает на некоторые из основных вопросов, которые задают новички при измерении вибрации. В єтой статье дается краткое объяснение следующего: калибраторы, измерения силы и импеданса, а также логарифмические шкалы и децибелы.
Каждый акселерометр Brüel & Kjær поставляется индивидуально откалиброванным на заводе и сопровождается подробной калибровочной диаграммой.
Если акселерометры хранятся и эксплуатируются в установленных для них условиях окружающей среды, т. е. не подвергаются чрезмерным ударам, температурам, дозам облучения и т. д., в течение длительного времени их характеристики будут минимальными. Испытания показали, что характеристики изменяются менее чем на 2% даже в течение нескольких лет.
Однако при обычном использовании акселерометры часто подвергаются довольно жестокому обращению, которое может привести к значительному изменению характеристик, а иногда даже к необратимому повреждению. При падении на бетонный пол с высоты руки акселерометр может подвергнуться удару силой в несколько тысяч g, как правило, 2000.
Поэтому целесообразно периодически проверять чувствительность, полученную в результате калибровки. Обычно этого достаточно, чтобы убедиться, что акселерометр не поврежден.
Простой калибратор акселерометров
Наиболее удобным способом выполнения периодической проверки калибровки является использование калиброванного источника вибрации B&K с батарейным питанием. Он имеет небольшой встроенный вибростол, который генерирует скорость ровно 10 м/с2 при частоте 159,15 Гц.
Калибровку чувствительности акселерометра проверяют, прикрепив его к виброкалибратору и измеряют его выходной сигнал при вибрации со скоростью 10 м/с 2.
Не менее полезным применением портативного калибратора является проверка всей измерительной или аналитической установки перед проведением измерений. Измерительный акселерометр просто переносится с объекта измерения на калибратор и вибрирует с частотой 10 м/с2. Показания можно проверить, и если производится запись, можно записать уровень калибровки 10 м/с2 для использования в будущем.
Измерение силы и импеданса
Датчики силы используются в измерениях механической динамики вместе с акселерометрами для определения динамических сил в конструкции и возникающих в результате вибрационных движений. Вместе параметры описывают механический импеданс конструкции.
В датчике силы также используется пьезоэлектрический элемент, который при сжатии выдает электрический выходной сигнал, пропорциональный передаваемой через него силе. Сигналы силы могут обрабатываться и измеряться с помощью тех же инструментов, что и акселерометры.
Для точечных измерений импеданса на очень легких конструкциях акселерометр и датчик силы могут быть объединены в единый блок, называемый датчиком импеданса. Однако большинство измерений импеданса выполняется с использованием отдельных акселерометра и датчика силы.
Логарифмические шкалы и децибелы
Мы часто наносим частоту в логарифмическом масштабе. Это приводит к расширению нижних частот и сжатию высоких частот на диаграмме или экране, таким образом обеспечивая одинаковое процентное разрешение по всей ширине диаграммы или экрана и сохраняя его размер в разумных пропорциях.
Логарифмические шкалы также используются для построения амплитуд колебаний; это позволяет использовать шкалу децибел при сравнении уровней. Децибел (дБ) представляет собой отношение одного уровня к другому и поэтому не имеет размеров. Но чтобы указать абсолютные уровни вибрации, необходимо указать опорный уровень.
Например, мы можем сказать, что один уровень вибрации на 10 дБ выше другого уровня без каких-либо дополнительных объяснений, но если мы хотим сказать, что уровень вибрации составляет 85 дБ, мы должны отнести его к эталонному уровню.
Таким образом, следует сказать, что уровень виброускорения составляет 85 дБ относительно 10 -6 м/ с 2 .
Измерения вибрации человека
Вибрация как индикатор состояния машины, схемы устранения неполадок и вибрация человеческого тела. В этом разделе дается краткое введение в вибрацию как индикатор состояния машины при диагностике ее неисправностей.
Вибрация человеческого тела
Давно признано, что воздействие прямой вибрации на организм человека может быть очень серьезным. Рабочие могут страдать от нечеткости зрения, потери равновесия, потери концентрации и т. д. В некоторых случаях определенные частоты и уровни вибрации могут необратимо повредить внутренние органы тела.
За последние 50 лет исследователи собирали данные о физиологическом воздействии вибрирующих ручных электроинструментов. Синдром «белого пальца» хорошо известен среди лесников, работающих с цепными пилами. Происходит постепенное перерождение сосудистой и нервной ткани, вследствие чего рабочий теряет манипулятивные способности и чувство рук.
Стандарты рекомендуют максимально допустимые спектры вибрации на рукоятках ручных электроинструментов.
Первой опубликованной международной рекомендацией, относящейся к вибрации и человеческому телу, является ISO 2631-1978, в которой изложены ограничительные кривые для времени воздействия от 1 минуты до 12 часов в диапазоне частот, в котором человеческое тело наиболее чувствительно, а именно от 1 Гц до 80 Гц. Более поздние версии стандарта содержат больше деталей.
Рекомендации охватывают случаи, когда человеческое тело в целом подвергается вибрации в трех опорных поверхностях, а именно в ступнях стоящего человека, ягодицах сидящего человека и опорной области лежащего человека.
Приведены три критерия тяжести:
1. Граница пониженного комфорта, применимая к таким областям, как пассажирские перевозки и т. д.
2. Граница для эффективности снижения усталости, которая будет актуальна для водителей транспортных средств и операторов машин, и
3. Граница ПДК, указывающая на опасность для здоровья.
Интересно отметить, что в продольном направлении, то есть от ног до головы, тело человека наиболее чувствительно к вибрации в диапазоне частот от 4 до 8 Гц. В поперечном направлении тело наиболее чувствительно к вибрации в диапазоне частот от 1 до 2 Гц.
Доступен виброметр с батарейным питанием, предназначенный для измерения вибрационного движения с точки зрения его способности вызывать дискомфорт или повреждение человеческого тела.