Лекция
Датчик вибрации, или вибродатчик — это аппарат, реагирующий на вибрационные явления и определяющий их параметры; исследуемые величины — виброперемещение, виброскорость, виброускорение; основной параметр прибора — чувствительность.
датчики вибрации , также известные как вибрационные датчики или акселерометры, это устройства, способные измерять вибрации и ускорение объектов или систем. Они играют важную роль в различных приложениях и областях, включая инженерию, науку, медицину и технологии.
В конструкцию любого датчика вибрации входят:
Одним из параметров который характеризует нормальную работу авиационного двигателя, является параметр, получивший название вибрация.
Вибрация авиационного двигателя – движение точки или механической системы в целом во время, которого возрастают и уменьшаются со временем параметры, которые его характеризуют. Причинами возникновения вибрации могут быть:
Могут быть и другие причины, среди которых и такие как удары, которые возникают при разгоне, пробежке ВС по ВПП.
Наиболее веской причиной, по которой на авиационной технике (АД) устанавливаются, технические устройства (измерительные системы) для измерения вибрации является причина возможности раннего обнаружения и профилактики выхода из строя (разрушения) силовых установок.
Средства измерительной техники, которые измеряют величины характеризующие вибрацию, называются виброметрами, а в авиации их называют аппаратурой контроля вибрации и обозначают буквами ВВ (ИВ) с цифрами, которые условно определяют назначение и область применения.
Применяемые в настоящее время датчики вибрации, как правило, имеют электрический выход. В качестве преобразователей перемещения в электрический сигнал используются омические, индуктивные, емкостные, электромагнитные, микросинные, пьезоэлектрические, магнитострикционные и другие типы преобразователей.
Существует много других типов и конструктивных форм датчиков вибрации. Ограничиваясь рассмотрением приведенных типов датчиков, заметим, что один и тот же датчик может работать во всех трех диапазонах измерения (перемещения, скорости и ускорения). Выбор датчика определяется диапазоном частот вибраций. Больше того, подавая сигналы вибродатчика на дифференцирующие или интегрирующие устройства, можно получить скорость или перемещение при входном, ускорении и аналогично ускорение при позиционном или скоростном входе.
Сигналы датчиков вибрации записываются на осциллографах (регистрирующих устройствах) различных типов. В настоящее время разработаны компактные магнитоэлектрические осциллографы для применения на борту летательного аппарата.
Принцип действия датчиков вибрации прост. Благодаря встроенному чувствительному элементу, установленный на оборудовании датчик преобразует механические колебания различных агрегатов, например, насосов, электродвигателей, турбин и другого оборудования в пропорциональные электрические сигналы.
Главное в вибродатчике – чувствительный элемент. В этом смысле каждый тип измерительного преобразователя имеет свои достоинства и недостатки.
Ёмкостные. Этот тип преобразователей используется в так называемых бесконтактных измерениях, когда непосредственное воздействие измерительного прибора на оборудование недопустимо. Дело в том, что главным недостатком приборов емкостного типа является низкий уровень помехозащищенности. Именно поэтому такие преобразователи устанавливаются на определенном расстоянии от испытуемого оборудования, образующим воздушный конденсатор. Он заряжается постоянным напряжением в 200 В, что позволяет получать переменное напряжение, возникающее в результате вибросмещений на испытуемом агрегате.
Индукционные. В отличие от емкостных, этот вид преобразователей обладает повышенной степенью надежности и помехоустойчивости. Однако использование индукционных вибродатчиков сильно ограничено. Во-первых, они могут применяться лишь при частоте вибраций не более 500 Гц, а во-вторых, они имеют внушительные массу и габариты, что приводит к сильным искажениям результатов измерений.
Пьезоэлектрические. Вид преобразователей виброускорения – акселерометры, представляющие собой два пьезоэлектрических диска с закрепленной на них тяжелой массой, которая в свою очередь нагружена жесткой пружиной. В результате вибраций этой массы создаются переменные усилия на пьезоэлементы, что приводит к возникновению на обкладках дисков напряжения, величина которого пропорциональна прилагаемым усилиям, и соответственно, виброускорению. Вибрационные пьезодатчики широко применяются для измерения высокочастотных виброускорений, частота которых может достигать 20 кГц.
Датчик вибрации (виброметр) – прибор, позволяющий определять параметры вибрационных явлений. Наиболее часто виброметры используются для определения:
Проще говоря, если вибрирующий объект считать простым осциллятором, то виброметр позволяет получить сведения как о базовых параметрах его колебаний (частота и амплитуда), так и, в некоторых случаях, получить спектральную характеристику колебательного процесса.
Рисунок 1. Схема датчика вибрации.
Общая схема датчика вибрации содержит два основных блока (Рисунок 1): вибропреобразователь (1) и электронный блок обработки (2). Функциональное назначение первого блока – преобразование механических вибраций в электрический сигнал. Механизмов преобразования несколько:
Механизм преобразования в значительной мере определяет как характеристики прибора, так и его стоимость.
Второй блок – электронный блок обработки – служит для «расшифровки» полученного сигнала. Как правило, на входе таких блоков стоит аналогово-цифровой преобразователь, и основная часть операций над сигналом производится уже в цифровом виде, что расширяет функциональные возможности процесса пост-обработки, улучшает помехоустойчивость и позволяет осуществлять вывод информации по внешнему интерфейсу.
При использовании на производстве стационарные виброметры могут входить в состав регулирующих систем в качестве датчиков обратной связи, для этих целей некоторые модели виброметров имеют аналоговый выходной сигнал (как правило, напряжение).
Для получения комплексной характеристики вибрационного процесса в состав измерительной системы может быть добавлен спектроанализатор. Если спектроанализатор многоканальный – он может служить основой распределенной системы вибрационной диагностики, содержащей более одного вибродатчика.
Датчиком вибрации (измерительным преобразователем) называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем .
измерительные преобразователи (ИП) характеризуются чувствительностью, динамическим диапазоном, пределом и погрешностями преобразований.
Под чувствительностью преобразователя понимают отношение изменения сигнала на выходе к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чувствительность.
Абсолютная чувствительность
. (15)
Относительная чувствительность
, (16)
где - изменение сигнала на выходе;
x - измеряемая величина;
- изменение измеряемой величины
Предел преобразования - наибольшее значение входной величины, которое воспринимается ИП без искажений и повреждений.
Динамический диапазон измерений характеризуется наибольшим и наименьшим значениями входных величин, измерения которых производится без искажений.
Под погрешностью измерений в общем случае понимают отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
ИП определяются также динамическими характеристиками, которые описывают их поведение при быстрых изменениях измеряемых величин.
К динамическим характеристикам, в частности, относят амплитудно-частотные и фазовые характеристики Измерительных преобразователей . Частотная характеристика определяет зависимость чувствительности Измерительных преобразователей от частоты изменения входного сигнала, а фазовая характеристика - зависимость сдвига фаз между векторами входной и выходной измеряемых величин от частоты синусоидального изменения входной измеряемой величины.
При измерении параметров вибрации используют два принципа измерения. Кинематический принцип заключается в том, что измеряют координаты точек исследуемого объекта относительно выбранной неподвижной системы координат, например неподвижных элементов измерительного прибора или неподвижных объектов вне прибора.
Приборы, действие которых основано на кинематическом принципе измерения, называют приборами измерения параметров вибрации относительно неподвижных координат.
Динамический принцип заключается в том, что параметры исследуемого вибрационного процесса измеряют относительно искусственной неподвижной системы отсчета, в большинстве случаев инерционного элемента, сочленяемого с вибрирующим объектом через упругий подвес.
Измерительные преобразователи инерционного действия, реализующие динамический принцип измерения, являются измерителями абсолютных значений параметров вибраций исследуемых объектов. Абсолютные измерения вибраций обеспечиваются за счет использования инерционной массы, вывешенной на упругом подвесе, который при достаточно высоких частотах вибрации сохраняет инерционный элемент практически в состоянии покоя.
По принципу работы Измерительных преобразователей абсолютной вибрации разделяют на генераторные и параметрические (рис. 31).
Рис. 31. Классификация преобразователей абсолютной вибрации
Генераторные Измерительные преобразователи осуществляют прямое преобразование механической энергии в электрический сигнал. К ним относят ИП, действие которых основано на эффекте Холла, пьезоэлектрические, индукционные и др.
Параметрические Измерительные преобразователипредставляют собой устройства, в которых под действием измеряемых входных механических величин изменяются электрические параметры схем: сопротивление, емкость, частота и т.д. Особенностью параметрических ИП является наличие внешних источников питания и демодуляторов, фиксирующих изменение электрических параметров схем.
К параметрическим Измерительным преобразователям относят резистивные, реостатные, тензорезисторные, емкостные, индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие, вихретоковые, вибрационно-частотные, электронно-механические и др.
Из всего многообразия существующих Измерительные преобразователи наибольшее распространение получили преобразователи с пьезоэлектрическим, тензорезистивным, электромагнитным (индуктивным), емкостным и струнным чувствительными элементами. Каждый из перечисленных ИП имеет свою область рационального применения. Так, пьезоэлектрические ИП наиболее целесообразно использовать при наличии в динамическом процессе широкого спектра частот (до нескольких десятков тысяч герц) и больших значений ускорений. Тензорезистивными, индуктивными, емкостными и вибрационно-частотными ИП целесообразно одновременно измерять переменную и постоянную составляющие динамического процесса.
Рассматриваемые датчики являются контактными, их закрепляют на исследуемом объекте и кабелем соединяют с контрольно-измерительной аппаратурой. Они просты в реализации, имеют точное положение на исследуемом объекте. Небольшая стоимость и приемлемая точность широко распространили их в промышленности, однако необходимость установки контактного датчика непосредственно на динамическом объекте резко снижает область их применения.
К основным недостаткам контактных датчиков можно отнести: подверженность датчиков и линий связи вредным с точки зрения надежности механическим и температурным воздействиям, что приводит к частым и дорогостоящим сбоям и отказам в системах контроля состояния оборудования; наличие линий связи, которые могут помешать вращающимся или движущимся узлам; применимость только, когда их масса принципиально меньше массы исследуемого объекта; относительно слабый уровень электрического сигнала, по сравнению с микрофонным эффектом подводящих проводов, собственными шумами и другими помехами; изменение чувствительности со временем, требующей периодической калибровки; существенный разброс характеристик от образца к образцу; невозможность производить измерения, начиная с 0 Гц; малая механическая прочность.
Существует много ситуаций, в которых необходимо измерить параметры вибрации объекта, не имея физического контакта с ним, или такой контакт просто невозможен, например, вращающиеся объекты (валы, цилиндры и т.п.), когда вследствие их эксцентриситета имеют место биения.
Таким образом, для случаев, в которых невозможен или недопустим контакт с исследуемым динамическим объектом, необходимо использование бесконтактных ИП, что, в свою очередь, не исключает их применимость наряду с контактными датчиками. Общим достоинством бесконтактных ИП является отсутствие механического воздействия на исследуемый объект и пренебрежительно малая инерционность, что позволяет избежать основных недостатков, присущих контактным методам. В частности, это возможность получения необходимой информации на малых и больших расстояниях, в любых режимах работы, в условиях низких и высоких температур, давлений, от герметичных объектов, от элементов находящихся в агрессивных и взрывоопасных средах, из замкнутых объемов. Отсутствие влияния на работу механических систем позволяет бесконтактным датчикам исследовать вибрацию легких поверхностей, стенок баков, лопастей турбин и прочих объектов, к которым невозможно крепление обычных датчиков.
Бесконтактные датчики основаны на принципе зондирования объекта звуковыми или электромагнитными волнами. Используются оптические, радиоволновые, акустические, радиационные, электромагнитные и магнитные методы . Рассмотрим некоторые из них.
Датчики, используемые в методе ультразвуковой фазометрии, измеряют разности фаз опорного сигнала ультразвуковой частоты и сигнала, отраженного от исследуемого объекта. В качестве чувствительных элементов используется пьезоэлектрическая керамика. К достоинствам этого метода можно отнести дешевизну и компактность аппаратуры, малое время измерения, отсутствие ограничения на нижнюю границу частотного диапазона, высокую точность измерения низкочастотных вибраций. Использование ультразвуковых методов ограничивают невысокая разрешающая способность, сильное затухание ультразвука в воздухе, зависимость от состояния атмосферы, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации .
Широкое распространение получили оптические ИП, зондирующие объект видимым светом. Все они подразделяются на две группы. К первой относятся датчики на эффекте Допплера. Простейшими из них являются датчики, основанные на гомодинном методе, который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с их помощью невозможно исследовать негармонические и большие по амплитуде вибрации. Датчики, основанные на гетеродинном методе, лишены этого недостатка, однако требуют калибровки и очень сложной аппаратуры. Существенным недостатком оптических датчиков первой группы являются высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта и среде. Требования к качеству поверхности для датчиков второй группы намного ниже и они обладают высокой разрешающей способностью. Однако они требуют сложного и дорогостоящего оборудования, а также сравнительно большего времени измерения .
Общими недостатками оптических ИП являются: сложность, громоздкость и высокая стоимость оборудования; большое энергопотребление; высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта и к состоянию атмосферы (определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п.). Кроме того, лазерное излучение оказывает вредное влияние на зрение обслуживающего персонала и требует дополнительных мер предосторожности и защиты .
Частотную нишу между ультразвуковыми и оптическими датчиками занимают радиоволновые. Особенности носителя информации - электромагнитного поля - придают ряд замечательных свойств радиоволновым методам измерения, контроля и технической диагностики. Радиоволновые датчики являются безинерционными и допускают бесконтактные измерения не только вибрации, но и перемещения, а также линейной скорости объектов. Контролируемые объекты могут быть как проводниками, так и диэлектриками с потерями или без потерь. Они могут быть использованы на расстоянии от сантиметров до нескольких метров, в условиях отсутствия или плохой оптической видимости, высоких температур и для объектов с большим многообразием форм и материалов поверхностей. Становится возможным измерить вибрацию динамических узлов, не нарушая конструкции или через герметичные стенки приборов. Например, измерить параметры движения второй крыльчатки турбины самолета, зондируя сигналом через первую в процессе их работы .
Радиоволновые методы измерения основаны на использовании зависимостей от контролируемой величины различных параметров электромагнитных систем, применяемых в качестве первичных измерительных преобразователей. К таким параметрам относятся: амплитуда и фаза отраженного сигнала; частота электромагнитных колебаний системы, ее добротность; число возбуждаемых типов колебаний; время прохождения электромагнитной волны от источника излучения до контролируемого объекта и др.
Из всего разнообразия радиоволновых методов измерения вибраций можно выделить две основные группы: резонаторные и интерференционные.
Резонаторные методы основаны на размещении вибрирующего объекта в поле ВЧ или СВЧ резонатора (вне или, хотя бы частично, внутри него), при котором под влиянием вибраций изменяются характеристики резонатора. Они могут быть реализованы на объемных резонаторах и отрезках длинных линий. С применением СВЧ резонаторов возможно достижение большой чувствительности при соответствующем построении измерительной цепи и выборе ее параметров, в частности по двухканальной схеме с опорным каналом [10].
Однако сложность конструкции, низкая чувствительность, малая удаленность от объекта измерения, необходимость создания дополнительных гармонических колебаний, а также сложный механизм оценки уровня вибрации не позволяют им найти широкое применение.
В основе интерференционных методов лежит зондирование вибрирующего объекта электромагнитными волнами ВЧ и СВЧ диапазонов, прием и анализ отраженных (рассеянных) объектом волн. Между излучающим устройством и объектом в результате интерференции образуется стоячая волна. Вибрация объекта приводит к амплитудной и фазовой модуляции отраженной волны и к образованию сигнала биений. У выделенного сигнала переменного тока амплитуда пропорциональна амплитуде вибраций, а частота соответствует частоте вибраций контролируемого объекта. Однако прямое измерение абсолютных значений параметров вибрации, проводимое по амплитуде выходного сигнала биений, требует выполнения сложных процедур калибровки (градуировки) при смене и/или изменении расстояния до исследуемого объекта, что затрудняет разработку на их основе вибродатчиков с нормированными метрологическими характеристиками. Эти сложности в реализации ограничивают широкое использование и внедрение радиоволновых датчиков на базе существующих амплитудных методов [10].
Этого недостатка лишен фазовый интерференционный радиоволновой метод, в котором амплитуда отраженного сигнала непосредственно не участвует в расчете параметров.
Сравнительные характеристики бесконтактных методов приведены в таблице 3 .
|
Характеристики |
Вибрация |
||
|
ультразвуковая |
радиоволновая |
оптическая |
|
|
Длины волн зондируемого сигнала |
1-15 мм |
3-8 мм |
400-760 нм |
|
Диапазон перемещений |
10-50 мкм |
от 1 мкм до 5 м |
от 1 пм до 1м |
|
Диапазон измеряемых частот |
0-3000 Гц |
0-250 кГц |
0-20 МГц |
|
Разрешение |
10-30 мкм |
?1 мкм |
?1 пм |
|
Рабочие расстояния до объекта |
Не более 1,5-2 м |
0,2-10 м |
0,1-10 м |
|
Недостатки |
Низкая разрешающая способность, малый динамический диапазон, невозможность измерения перемещений |
Сложность калибровки (для амплитудных методов) |
Сложность и высокая стоимость аппаратуры, высокие требования к поверхности объекта и среде |
|
Достоинства |
Дешевизна и компактность аппаратуры |
Широкий динамический диапазон, измерение в условиях отсутствия прямой видимости, комплексные измерения вибрации поверхностей, работают для любых сред и поверхностей |
Высокая точность и разрешающая способность, возможность точечных измерений |
В настоящее время большинство виброметров относится к одному из двух типов:
Рассмотрим более подробно каждый тип датчиков.
В основу работы оптического виброметра подобно ультразвуковым датчикам перемещения положен эффект Доплера. Прибор обычно содержит лазерный источник излучения, приемную оптическую схему, а также электронную схему обработки (Рисунок 2). При отражении излучения от неподвижного объекта длина волны принятого луча не отличается от истинной длины волны лазера. Если объект перемещается вдоль оси излучения, происходит сдвиг длины волны отраженного излучения на некоторую величину (эффект Доплера), значение и знак которой несут информацию о скорости и направлении движения объекта, а используемая в составе приемного оптического модуля интерферометрическая схема позволяет определить эту величину. Таким образом, колебания отражающей поверхности модулируют частотный сдвиг, и электронная обработка этого сигнала модуляции позволяет получить параметры вибрационных колебаний.
Рисунок 2. Схема оптического виброметра.
Несмотря на то, что в состав оптических виброметров входит источник лазерного излучения, такие приборы достаточно безопасны, поскольку за счет высокой чувствительности приемной оптической системы для проведения измерений достаточной оказывается весьма незначительная оптическая мощность.
Одним из основных достоинств оптических виброметров является то, что диагностика с их помощью может проводиться бесконтактно, при их использовании в стационарном измерительном комплексе требуется лишь однократная фокусировка на измеряемой поверхности. Кроме того, устройства этого типа обладают высокой точностью и быстродействием, поскольку лишены подвижных элементов. К недостаткам можно отнести довольно высокую цену.
Как ясно из названия, в основу работы данного типа приборов положен пьезоэффект – явление возникновения разности потенциалов на пьезокристалле при его механической деформации. Внутри корпуса виброметра содержится инертное тело, подвешенное на упругих элементах, содержащих пьезоэлектрический материал (Рисунок 3). Если корпус прибора прикреплен к вибрирующей поверхности, упругие элементы зарегистрируют колебания инертного тела, которое не прикреплено непосредственно к корпусу, а потому стремится сохранять свое первоначальное положение. В целом, в данной конфигурации пьезоэлектрический виброметр есть не что иное, как акселерометр, и часто довольно сложно провести границу между этими видами чувствительных устройств.
Рисунок 3. Схема пьезоэлектрического виброметра.
Электрический сигнал с пьезокристалла, как правило, подается на аналогово-цифровой преобразователь, и его обработка осуществляется в цифровом виде. В целом, как и в случае с оптическим виброметром, основным назначением приемного чувствительного блока является преобразование вибрации в электрический сигнал, а характер его дальнейшей обработки определяется параметрами цифровой электронной схемы.
Основным недостатком этого класса приборов является необходимость соприкосновения чувствительной части с измеряемым объектом, что не всегда уместно в условиях производства. Кроме того, пьезоэлектрические приборы имеют, как правило, более узкий диапазон воспринимаемых частот, поскольку имеют механический тракт передачи вибрации, где максимальная частота определяется инертностью компонентов.
К достоинствам пьезоэлектрических виброметров можно отнести их относительно невысокую стоимость, а также относительно простое устройство, что обеспечивает надежность и устойчивость к внешним воздействиям.
При измерении вибраций всегда участвуют три элемента: вибрирующее звено, исходное (не вибрирующее) звено и устройство для измерения движения вибрирующего звена относительно не вибрирующего. Очень часто исходное звено отсутствует, например, при измерении вибраций на самолете, поэтому исходное положение должно быть создано в самом приборе. Обычно исходное (не вибрирующее) звено создается при помощи массы, которая может двигаться вдоль (или вокруг) оси измерения вибраций. Масса связывается с основанием прибора при помощи пружины и демпфера (рис. 6.2.1).
Масса вибродатчика по аналогии с сейсмографами (приборами для записи землетрясений) называется сейсмической или сейсмическим элементом. Сейсмический элемент вместе с пружиной и демпфером образуют сейсмическую систему. Такая система реагирует на вибрации, передаваемые на корпус вибродатчика. Движение корпуса прибора 4, который приводится в соприкосновение с вибрирующим элементом, относительно сейсмического элемента 1, исполняющего роль исходного звена, измеряется датчиком 5. Совокупность сейсмической системы и датчика сигналов 5 образует датчик вибраций или, короче, вибродатчик. Сигналы датчика 5 в зависимости от параметров сейсмической системы могут быть сделаны пропорциональными относительному перемещению элементов 7 и 4, относительной скорости или ускорению.
При изучении вибродатчиков необходимо различать следующие движения его элементов:
1.Перемещение корпуса прибора относительно инерциального пространства;
2.Перемещение сейсмического элемента относительно инерциального пространства;
3.Перемещение сейсмического элемента относительно корпуса прибора.
Рис. 6.2.1. Схема датчика вибраций:
1 – сейсмический элемент; 2 – пружина; 3 – демпфер; 4 – корпус прибора; 5 – датчик; 6 – входная ось вибродатчика; 7 – направление передачи вибраций на корпус вибродатчика
В ходным сигналом датчика является первое перемещение, а выходным – третьего
В состав каждого виброметра входят несколько датчиков вибрации (обозначают буквами МВ), электронные блоки ВЕ (ВЭ) и прибор указатель типа ВВ-200 (ИВ-200) или ПП-68В (УК-68В).
Датчик вибрации, включающий сейсмическую систему и преобразователь перемещения в электрический сигнал, реагирует на входные колебания и генерирует на выходе сигналы, зависящие от входа. Вибродатчики могут быть с внешней базой и без нее, она может быть заменена сейсмической системой. Будем рассматривать последний тип вибродатчика
Рис. 6.3.2. Схема линейного электромагнитного вибродатчика:
1 – направляющий диск, 2 – ось чувствительности; 3 – вязкая жидкость; 4 – опорный стержень; 5 – втулка с малым трением; 6 – постоянный магнит; 7 –обмотка; 8 – сейсмический элемент; 9 – каркас катушки; 10 – паз; 11 –воздушный зазор; 12 – соединительные пружины; 13 – пружинный мост; 14 – корпус
Рассмотрим конструктивные схемы некоторых типов датчиков вибрации.
На рис. 6.3.2. дана схема электромагнитного линейного вибродатчика с направляющей опорой для сейсмического элемента.
Рис. 6.3.3. Схема вибродатчика с индуктивным мостом:
1 – опорный стержень; 2 – ось чувствительности; 3 – немагнитная втулка; 4 – пластинчатая пружина; 5 – каркасы катушек; 6 – лента; 7 – сейсмический элемент; 8 – пластинчатая пружина; 9 – немагнитная втулка; 10 – вязкая жидкость; 11 – якорь; 12 – корпус; 13 – воздушный зазор
Вибродатчик этого типа при объеме 90 см3 весит около 450 г, обладает собственной частотой 10 Гц и коэффициентом относительного затухания d ~ 0,7, что достигается помещением сейсмического элемента в жидкость. Чувствительность прибора достигает 0,03 в/см/сек и диапазон входных смещений ±0,5 см.
Вибродатчик с индуктивным мостом показан нарис. 6.3.3. Сейсмический элемент представляет собой цилиндр из магнитного материала с малым гистерезисом. Он выполняет функции якоря и перемещается между двумя катушками. Датчик при объеме 45 см3 весит 200 Г. При питании напряжением 10В 400 Гц он обладает чувствительностью 0,01 в/см/сек2. Датчик работает в диапазоне измерения ускорений до 10 g.
Конструктивная схема линейного электромагнитного вибродатчика с переменным воздушным зазором и сейсмическим элементом в виде плоской диафрагмы показана на рис. 6.3.4. Диафрагма благодаря подбору материала одновременно выполняет функции сейсмического элемента, упругого элемента и демпфера. Собственная частота подобного датчика может составлять 40000 Гц при коэффициенте относительного демпфирования d – 0,005. При весе 56 г и объеме 22,5 см3 чувствительность прибора при измерении ускорений составляет 5 · 10 –4 в/см/сек3.
На рис. 6.3.5. показан линейный магнитострикционный вибродатчик. Постоянный магнит используется как источник магнитного потока и как магнитострикционный элемент (т. е. элемент, магнитная проницаемость которого зависит от деформации).
Размеры и вес прибора могут быть такие же, как и вибродатчика на рис. 6.3.4, а собственная частота 50000 Гц при коэффициенте демпфирования d = 0,005. Чувствительность прибора
0,1 мв/см/сек3.
Рис. 6.3.4. Схема линейного электромагнитного вибродатчика с переменным воздушным зазором:
1 – сейсмический элемент; 2 – ось чувствительности; 3 – воздушный зазор; 4 –полюсный наконечник; 5 – корпус катушки; 6 – корпус из немагнитного материала; 7 – диск; 8 – основание; 9 – рабочий воздушный зазор; 10 –обмотка; 11 – постоянный магнит
Рис. 6.3.5. Схема линейного магнитострикционного вибродатчика
1– корпус катушки;2– ось чувствительности;3– основание из магнитно-мягкого материала;4– постоянный магнит из магнитострикционного материала;5– выводной конец;6– сейсмический элемент;7– контактный наконечник;8– изолятор;9– прокладка;10– обмотка;11– корпус
Датчики типа МВ-04-1 выполнены с пьезоэлектрическим преобразователем, других типов – с магнитоиндукционными преобразователями. прибором указателем является вибростойкий магнитоэлектрический микроамперметр. В приборах типа ВВ-200 (ИВ-200) шкала градуирована в единицах виброскорости от 0 до 100 мм/с, а в приборах типа ПП-68ВБ (УК-68ВБ) – в процентах от 0 до 100%(100%соответствует виброскорости 100 мм/с).
|
Тип виброметра |
Состав |
Количество |
Диапазон измерения (диапазон частот) |
Значения допустимой погрешности |
|
ВВ-200 (ИВ-200) |
МВ-25Д ВЭ6-2 ИВ-200 |
8 4 1 |
0-100 мм/с (30-150 Гц) |
±15% от верхней границы измерения в диапазоне от 20 до 40 мм/с |
Вот некоторые примеры применения датчиков вибрации:
Инженерные и научные применения: Датчики вибрации широко используются в инженерии и науке для мониторинга и анализа вибраций в машинах, строительных конструкциях, авиации, автомобильной промышленности, сейсмологии и других областях. Они помогают обнаруживать проблемы, связанные с износом или неисправностью оборудования.
Медицинские приложения: Датчики вибрации могут использоваться в медицинских устройствах, таких как кардиографы и медицинские аппараты для диагностики и мониторинга состояния пациентов.
Смартфоны и устройства IoT: Современные смартфоны и устройства интернета вещей (IoT) также могут включать в себя датчики вибрации для различных функций, таких как определение положения устройства или создание тактильной обратной связи.
Безопасность и обнаружение движения: Датчики вибрации используются для обнаружения движения, в том числе в системах безопасности и умных домах.
Развлекательная и игровая индустрия: Вибрационные датчики также применяются в игровых контроллерах и устройствах виртуальной реальности для создания ощущения тактильной обратной связи.
Датчики вибрации имеют разные характеристики, такие как чувствительность, диапазон измерений и частотный диапазон, которые делают их подходящими для разных задач. Они играют важную роль в обеспечении безопасности, диагностике и комфорта в различных применения и областях.
Комментарии
Оставить комментарий
Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы
Термины: Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы