Измерение параметров вибрации

Приборы для контроля и измерения параметров вибрации применяются при вибрационных испытаниях изделий и при эксплуатации различных агрегатов, в которых возможно появление вибрации, недопустимой для обеспечения их нормальной работы и длительной эксплуатации.

Измеряемыми параметрами вибрации являются среднеквадратические значения виброперемещения, виброскорости, виброускорения и частоты вибрации.

Мгновенное вибросмещение вибрирующей точки объекта

Х = А·sinωt,

где Х – вибросмещение, А – амплитуда вибросмещения, ω – частота вибрации.

Виброперемещения (амплитуду вибрации) измеряют виброметры, виброскорость – велосиметры, а виброускорения – акселерометры.

По физическому принципу различают преобразователи пьезоэлектрические, емкостные, тензометрические, вихретоковые, индуктивные, индукционные, магниторезисторные и др.

В зависимости от способа съема информации различают контактные и бесконтактные преобразователи. Контактные крепятся на объекте контроля с помощью винтов, клея, мастики и т.п. Преобразователи характеризуются коэффициентом преобразования, диапазоном измеряемых перемещений, скоростей, ускорений, частот, температурным диапазоном, погрешностями измерения и т.д.

По принципу действия преобразователи разделяют на генераторные и параметрические. К генераторным преобразователям относятся пьезоэлектрические, индукционные и магнитомодуляционные (на эффекте Холла).

Преимущество бесконтактных преобразователей заключается в возможности проведения измерений с повышенной точностью в труднодоступных местах и в условиях высоких температур и агрессивных сред. В общем комплексе существующих датчиков наиболее полно требованиям практики удовлетворяют вибродатчики с пьезоэлектрическими преобразователями.

Пьезоэлектрические преобразователи вибрации

Для измерения динамических процессов наиболее широко применяются пьезоэлектрические преобразователи, в которых в качестве чувствительного элемента используются монокристаллические или поликристаллические материалы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами. Область применения их непрерывно расширяется. Раньше их применяли для измерений только на высоких частотах. Сейчас они начали использоваться на частотах от единиц и десятых долей герца.

Успехи в электронике (разработка полевых транзисторов, модульных элементов) привели к созданию измерительных преобразователей, совмещающих в одном корпусе чувствительный элемент и согласующий усилитель, – пьезотронов. Для них не требуются дефицитные специальные антивибрационные кабели. Они позволяют устанавливать датчик от измерительной аппаратуры на любом расстоянии (в пределах нескольких сот метров). Однако динамический диапазон и температура ограничены возможностями деталей согласующего усилителя. Используя усилители заряда, можно устранить влияние длины соединительного кабеля на коэффициент преобразования.

Основные преимущества пьезоэлектрического преобразователя: широкий диапазон рабочих частот, большая вибрационная ударная прочность, простота конструкции, малая чувствительность к магнитным полям, возможность создания высокотемпературных преобразователей.

Основные недостатки: наличие большого выходного сопротивления, зависимость выходного напряжения от длины кабеля (при работе с усилителем напряжения) и невозможность измерения постоянной составляющей динамического процесса. Напряжение на выходе преобразователя пропорционально виброускорению, поэтому для выделения сигнала виброскорости и вибросмещения в виброаппаратуре необходимо иметь два интегрирующих усилителя.