На какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Виброакустическая диагностика технических объектов

массу воздействует сила F ( t ). Это единственная сила, действующая на массу m , и поэтому она пропорциональна ускорению последней, т.е. ускорению всей системы:

Рис. 3.1. Современный акселерометр

Рис. 3.2. Разрез датчика

Когда на пьезоэлемент действует сила, на его поверхностях появляется электрический заряд. Масса воздействует на чувствительный элемент с такой же по величине и противоположной по направлению силой. Так как заряд Q ( t ) и напряжение U ( t ) на пьезоэлектрическом элементе прямо пропорциональны величине этой силы, то на обкладках чувствительного элемента появляется заряд, пропорциональный ускорению:

Q ( t ) = F ( t ) d = mx && ( t ) d = Kx && ( t ),

где d – пьезомодуль керамики ( d max ≈ 3·10 –10 Кл/Н); Q – заряд; K – коэффициент преобразования потоку.

Пьезоакселерометры имеют чувствительность не только в основном (главном) направлении, но и преобразуют сигнал в поперечном направлении.

Поперечная чувствительность вибродатчика – это относительная величина, равная отношению максимальной величины сигнала на входе датчика от вибрации, действующей в направлении, перпендикулярном рабочей оси, к сигналу отвибрациитогожеуровня, действующего вдольрабочейоси.

Данные о поперечной чувствительности датчика представляются в виде диаграммы направленности либо указанием максимального значения поперечной чувствительности, определенного по диаграмме направленности. Поперечную чувствительность датчика рекомендуется определять на базовой частоте или одной из частот, лежащей в рабочем диапазоне частот датчика, с учетом характеристик вибростенда.

Кроме того, датчик обладает деформационной чувствительностью, которая возникает из-за изгибных деформаций объекта в месте крепления акселерометра, что вызывает деформацию пьезопластин и возникновение на выходе датчика паразитного сигнала.

Для коэффициента преобразования по напряжению пьезоэлектрического датчика вибрации справедлива следующая формула:

а для коэффициента преобразования по заряду:

где d – пьезомодуль; Q – заряд; C – емкость чувствительного элемента.

На коэффициент преобразования пьезоэлектрического датчика, включенного на вход усилителя напряжения, влияет длина соединительного кабеля (активное и емкостное сопротивления). Сдвиговые и изгибные конструкции пьезодатчиков принципиально обладают наибольшей чувствительностью и наименьшей поперечной чувствительностью.

Пьезоэлемент может быть выполнен из кварца или синтетических керамических пьезоматериалов, которые работают достаточно надежно, причем даже при более высоких температурах, чем позволяет кварц. Если температура пьезоэлемента повышается и достигает так называемой температуры Кюри, то его пьезоэлектрические свойства утрачиваются. В этом случае датчик считается неисправным и не подлежащим ремонту.

Среди других конструкций одной из наиболее популярных является так называемый бендер (от англ. bend – изгиб), в котором используется консольно закрепленный пьезоэлемент с расположенным на нем небольшим грузом.

Пьезоакселерометры обладают чрезвычайно большой линейностью по амплитуде, поэтому у них очень большой динамический диапазон. Нижний предел ускорения, который они могут воспринимать, определяется только электрическим шумом электроники, а высшие уровни ограничены только пределом разрушения самого пьезоэлемента. Диапазон допустимых амплитуд может охватывать восемь порядков, или 160 дБ!

При правильном обслуживании пьезоакселерометр сохраняет стабильность и калибровку в течение длительного времени. Акселерометр можно повредить двумя способами: подвергнуть его воздействию избыточной температуры или уронить его на твердую поверхность. Общим правилом является ежегодная поверка акселерометров.

Частотный диапазон акселерометров очень широк: от очень низких частот до десятков килогерц. Высокочастотная характеристика ограничена резонансной частотой системы сейсмическая масса – пьезоэлемент. Ориентировочно акселерометр считается применимым для измерений на частотах, не превышающих 1/3

его собственной частоты (при более жестких требованиях к линейности верхнюю границу устанавливают равной около 1/5 собственной частоты). Выше этой величины сигнал будет усиливаться, однако его можно использовать, если сделатьсоответствующую поправку наизменение чувствительности.

Некоторые из применяемых сегодня в промышленности акселерометров принадлежат к типу ICP, т.е. имеют встроенный микропредусилитель. Этот предусилитель питается постоянным током по сигнальному проводу, ипоэтому для него не требуются дополнительные кабели. Устройство, к которому подключается такой акселерометр, должно обеспечивать соответствующее питание датчика. Из-за наличия предусилителя ICP-акселерометры имеют спад частотной характеристики в области низких частот. Обычно у большинства распространенных акселерометров общего назначения этот спад начинается приблизительно с 1 Гц. Для измерений в области очень низких частот используют специальные модели, допускающие измерения вплотьдо0,1 Гц.

Для усиления сигнала пьезоэлектрического датчика часто применяют дифференциальные усилители. Преимущество дифференциального согласующего усилителя перед недифференциальным заключается в том, что он компенсирует синфазные помехи.

Помимо пьезоэлектрических производятся также так называемые пьезорезистивные датчики, использующие эффект пьезорезистивности – изменения электрического сопротивления некоторых кристаллов под действием приложенных механических сил. Пьезорезистивные датчики позволяют производить измерения вплоть до 0 Гц.

Для получения сигнала, пропорционального смещению, скорости или ускорению, вводят операции интегрирования сигнала с акселерометра. При однократном интегрировании сигнал пропорционален скорости, при двойном интегрировании – смещению. Вид преобразования и, соответственно, частотный диапазон определяются характером исследуемых процессов. В низкочастотном диапазоне (0–500 Гц) колебательные процессы целесообразно измерять в режиме измерения перемещения, в диапазоне средних частот (500– 2000 Гц) – в режиме измерения скорости, а в высокочастотном диапазоне (2– 20 кГц и выше) – в режиме измерения ускорения.

3.1.3. Датчик скорости

Датчик скорости (велосиметр) был одним из первых вибропреобразователей. Он состоит из проволочной катушки, внутри которой находится магнит на пружинах (pис. 3.3). Когда корпус датчика приходит в движение, магнит по инерции стремится остаться в покое. Вследствие относительного перемещения катушки и магнита, в первой возникает индукционный ток, который пропорционален скорости перемещения корпуса датчика.

Напряжение на выходе датчика пропорционально не только скорости V относительного перемещения катушки и магнита, но и длине проводника в катушке:

U вых = – BlV = – Blx ( t ),

где B – магнитная индукция, Тл; l – Рис. 3.3. Датчик скорости (велосиметр) общая длина проводника , находяще —

Таким образом, это устройство вырабатывает электрический сигнал, прямо пропорциональный виброскорости. Он является самогенерирующим

и не требует дополнительной согласующей электроники, а также обладает сравнительно невысоким выходным электрическим импедансом, что делает его слабо чувствительным к наводкам.

Наряду с перечисленными достоинствами, датчик скорости обладает

и большим количеством недостатков. Он достаточно тяжел, сложен и дорогостоящ. Кроме того, его частотная характеристика охватывает диапазон от 10 до 1000 Гц. Пружина и магнит образуют систему с собственной частотой порядка 10 Гц. Этот резонанс демпфируют. На практике демпфирование чувствительно к температуре из-за чего амплитудно-фазочастотная характеристика датчика также зависит от температуры.

3.1.4. Датчик относительной вибрации

Датчик относительной вибрации (рис. 3.4), который также называют токовихревым датчиком или датчиком смещения, или датчиком зазора, представляет собой стационарно устанавливаемое устройство. Для него необходим усилитель для согласования сигнала, чтобы сформировать на выходе напряжение, пропорциональное расстоянию между торцом датчика и валом. Принцип его действия основан на магнетизме, и поэтому он чувствителен к разного рода магнитным аномалиям вала.

Во избежание зашумления выходного сигнала датчика необходимо тщательно следить, чтобы вал не был намагничен.

Важно понимать, что этот датчик измеряет относительное смещение подшипника и цапфы, а не общий уровень вибрации вала или корпуса. Обычно датчики зазора устанавливают на больших машинах с подшипниками скольжения. В этом случае они используются для своевременного обнаружения неисправностей подшипников иаварийногоотключения оборудования.

Эти датчики часто устанавливают попарно и ориентируют под 90° друг к другу. Их сигналы могут подаваться на вертикальную и горизонтальную оси осциллографа для получения орбиты, т.е. траектории движения цапфы внутри подшипника. Амплитудно-частотная характеристика датчиков смещения простирается от 0 до 10 000 Гц.

3.1.5. Способы установки датчиков

Существует по крайней мере три основных способа установки виброакустических датчиков для проведения измерений:

1) жесткое крепление с помощью шпильки, винтов, клея;

2) быстросъемное крепление с помощью магнита, воска, липкой ленты, специального держателя ит.п.;

Рис. 3.4. Датчик относительной вибрации: 1 – индукционная катушка; 2 – усилитель для согласования сигнала; 3 – установочный стакан датчика; 4 – корпус датчика; 5 , 6 – кабели питания и измерения; 7 – корпус подшип-

ника; 8 – вал (торец вала)

3) обеспечение контакта датчика с объектом путем прижатия и удержания его рукой к объекту.

Виброакустический сигнал передается через специальный щуп или элементы корпуса, контактирующие с объектом. Такие измерения называют измерениями с помощью щупа .

3.2. Модель виброакустического сигнала

Математическим образом сигнала служит функция времени s ( t ), заданная на интервале [0, T ]. Способность сигнала предоставлять информацию о состоянии объекта обусловлена тем, что некоторые его свойства имеют возможность изменяться в зависимости от изменения состояния. Для того чтобы диагностическая задача была разрешимой, различным состояниям объекта должны соответствовать различные сигналы, причем это соответствие должно быть взаимно однозначным. При этом необходимо установить, чем могут отличаться друг от друга сигналы и как количественно оценить их различие. Этот вопрос сводится к выяснению различия между собой функций.

С понятием функции y = f ( x ) обычно связывают три элемента:

1) независимую переменную x ;

2) зависимую переменную y ;

3) правило f , устанавливающее зависимость величины y от значений величины x.

В элементарном анализе существенным считается способность величин

x и y изменяться, а правило f считается каждый раз заданным и неизменным при рассмотрении. Объектом исследования являются отдельные функции.

В данном случае придется отойти от такого взгляда на функцию. Функцию целесообразно представлять в виде единого объекта, обладающего некоторыми признаками, которые позволяют отличить одну функцию от другой.

Таким образом, существенна возможность изменения самого правила f , вы-

ражающего функциональную зависимость. Вопрос о характере изменения величин x и y отходит на второй план. Это связано с тем, что информация, которую переносят сигналы, заключена в правиле f , устанавливающем зависимость между переменными величинами.

При таком рассмотрении исходным понятием является не индивидуальная функция, а класс функций, заданный определенным образом. Различные сигналы – это функции, принадлежащие определенному классу. Поэтому вопрос о передаче информации сигналами – это вопрос об изменении функций. Для формирования диагностических признаков дефектов и неисправностей необходимо установить, в чем проявляется отличие функций.

Класс диагностических сигналов обычно задают двумя параметрами:

длительностью сигнала T и шириной спектра ∆f c = [ f н , f в ], где f н – нижнее значение частоты; f в – верхнее значение частот диагностируемого объекта. Значение этих параметров устанавливается для данного класса объектов. При выборе T обычно приходится принимать компромиссное решение. Чем больше длительность анализируемого сигнала, тем более полные и надежные сведения о состоянии объекта можно из него извлечь. Но, с другой стороны, если длительность сигнала велика, то очень трудно обеспечить в течение этого времени стабильность условий работы объекта и аппаратуры.

При аналого-цифровом преобразовании сигнала оптимальная его длительность определяется из погрешности получения оцифрованного сигнала и разрешающей способности по частоте. При этом необходимо задаться длиной выборки и периодом дискретизации, которые определяют и ширину спектра сигнала. При многоканальных измерениях длина выборки будет определять время опроса датчиков. От длительности сигнала T зависит и время, необходимое для постановки диагноза.

Требуемая полоса частот [ f н , f в ], в которой лежат спектры сигналов, излучаемых объектом при его различных состояниях, определяется главным образом длительностью соударений и частотной характеристикой канала, по которому сигналы проходят на первичный преобразователь. По различным причинам, спектр сигнала приходится искусственно ограничивать с помощью соответствующих фильтров. Важно в период анализа модели объекта диагностирования правильно выбрать диапазон частот сигнала. При необоснованном расширении этого диапазона диагностическая аппаратура может быть в большой степени подвержена воздействию помех.

Итак, будем рассматривать класс сигналов фиксированной длительности T, спектры которых лежат внутри фиксированного частотного диапазона [ f н , f в ] . Чтобы рассмотрению придать математический характер, прежде всего необходимо решить вопрос о математической форме представления сигнала. Эта задача решается теорией аппроксимации, в которой рассматриваются способы приближенногопредставления функций одногокласса функциями другого класса.

Способ задания функции несущественен. Задача заключается в том, чтобы найти такую функцию F ( t ), которая была бы близка в определенном смысле кзаданной функции s ( t ) и могла служить заменителем последней. Ограничим ее тем, что вместо произвольной функции F ( t ) будем для приближения использоватьфункции определенного класса, аименно многочлен вида

F ( t ) = ∑ a i ϕ i ( t ),

где a i – постоянные коэффициенты; φ i ( t ) – известные функции.

В качестве функций вида φ i ( t ) целесообразно использовать функции, имеющие простую структуру, например, систему функций вида 1, t , t 2 , . или

1, sin(ω 1 t ), cos(ω 1 t ), sin(2ω 1 t ), cos(2ω 1 t ), .

Задачу аппроксимации в нашем случае можно сформулировать в следующем виде. Среди всех многочленов n -го порядка вида (3.7), где φ i ( t ) – известные функции, требуется найти такой многочлен, который был бы близок к заданной функции s ( t ). Для полной определенности этой формулировки необходимо уточнить, что понимают под близостью двух функций и что означает «найти многочлен».

Для ответа на первый вопрос необходимо установить количественный критерий, который позволил бы оценивать сходство и различие между собой двух функций. Таких критериев существует несколько:

а) критерий равномерного приближения; б) среднее отклонение как критерий близости функций;

в) среднеквадратичное отклонение как критерий близости функций.

3.2.1. Составляющие виброакустического сигнала

Виброакустический сигнал имеет сложную структуру, поэтому естественно попытаться разложить его на более простые части.

Любой сигнал содержит полезную составляющую и помеху. Помеха – это та часть принимаемого сигнала s ( t ), которая препятствует точной расшифровке информации, содержащейся в сигнале. Наличие помех в диагностическом сигнале обусловливает погрешности диагностического решения.

Принятый сигнал можно представить в следующем виде:

s ( t ) = k ( t ) s 1 ( t ) + m ( t ),

где s 1 ( t ) – полезная часть сигнала; k ( t ) и m ( t ) – помехи.

Первую из помех называют мультипликативной, вторую – аддитивной. Аддитивная помеха присутствует на выходе канала даже при отсутствии сигнала; мультипликативная появляется только совместно с сигналом.

В виброакустической диагностике существуют следующие источники помех:

1) нестабильность внешних условий, в которых работает механизм.

С этим источником связаны как мультипликативные, так и аддитивные помехи. Так, флуктуации скоростного режима и нагрузки механизма вносят в сигнал мультипликативную помеху;

2) наложения на сигнал, генерируемый исследуемой кинематической парой, колебаний, возбужденных другими парами механизма. Эта помеха аддитивна;

3) неполнота описания состояния, например, кинематической пары, выбранной совокупностью параметров. Так, состояние подшипника качения часто описывается всего одним параметром – радиальным зазором, а между тем на форму сигнала влияют и другие, неучитываемые свойства подшипника, например: волнистость беговых дорожек, овальность колец, качество посадки подшипника на вал и в гнездо и т.д. Влияние этих факторов следует рассматривать как аддитивную помеху, если их определение не входит в задачу диагностики;

4) аппаратурные помехи, возникающие в цепях диагностической аппа-

Помехи, о которых сейчас идет речь, нельзя смешивать с искажениями, которым подвергается диагностический сигнал при прохождении по каналам. В процессе диагностики виброакустический сигнал проходит по многочисленным цепям как в самом механизме до приема его датчиком, так и в блоках аппаратуры. Причем форма сигнала при прохождении его по цепи обычно меняется. Так, исходным сигналом является короткий импульс, вырабатываемый в кинематической паре при столкновении деталей, между тем датчик воспринимает не этот сигнал, а затухающее колебание. Но поскольку подобные искажения сигнала обусловлены известными свойствами канала, то, хотя бы в принципе, они могут быть устранены. Помехи в отличие от указанных искажений носят случайный характер и поэтому неизвестны заранее. Перед разработчиком системы диагностики стоит обычно много разнообразных задач, но в связи с упоминанием помех укажем две из них: выбор оптимальной системы параметров сигнала, которые в меньшей степени искажаются помехами, и выбор оптимального способа обработки сигнала, при которой влияние помех минимизируется.

Решение первой задачи сводится в общем случае к поиску параметров сигнала, наиболее чувствительных к изменению параметров состояния механизма и малочувствительных к различным неконтролируемым флуктуациям.

Способы обработки сигнала направлены на подавление помех и очищение его от искажений, вызванных помехой.

3.2.2. Периодические колебания

Отличительным признаком периодических колебаний является повторение колеблющейся величины через одинаковый промежуток времени, который называют периодом колебаний. Периодическим колебаниям бесконечно большой длительности соответствуют дискретные (линейчатые) спектры, состоящие из конечного или бесконечного множества отдельных спектральных линий. Простейшим видом периодических колебаний являются моногармонические колебания, прикоторых колеблющаяся величина изменяется позакону

x ( t ) = C cos(ω τ + φ).

Спектр моногармонического колебания содержит только одну наблюдаемую частоту. Полигармонический колебательный процесс (рис. 3.5) может быть представлен в виде суммы нескольких моногармонических колебаний с частотами, находящимися между собой в рациональном отношении:

Рис. 3.5. Полигармонический

x ( t ) = ∑ C k cos( ω k t + ω k ).

Форма графика изменения колеблющейся величины во времени в зависимости от соотношения параметров k гармоник позволяет провести классификацию процессов, разделяя их на прямоугольные, пилообразные, трапецеидальные и другие колебания.

Частный случай полигармонических колебаний – это бигармонические колебания, состоящие из суммы двухмоногармонических колебаний (рис. 3.6):

x ( t ) = A 1 cos(ω 1 τ + φ 1 ) + A 2 cos(ω 2 τ + φ 2 ),

угловые частоты которых ω 1 и ω 2 находятся между собой в рациональном отношении:

Структура вибрационного сигнала

Практически всегда первичный преобразователь исходного колебательного движения в электрический сигнал измеряет только один параметр, и переход к другому параметру осуществляется путем дифференцирования либо интегрирования измеряемого сигнала аппаратурными средствами или расчетными методами.

Вибродатчик инерционного действия, сейсмический датчик — это датчик на основе механической системы второго порядка (масса-пружина), в котором смещение массы относительно корпуса датчика пропорционально измеряемому параметру вибрации [84].

Уравнение движения вибродатчика инерционного действия имеет вид:

, (3.1)

где: M – масса инерционного элемента; h – коэффициент демпфирования; k – коэффициент упругости; x – относительное перемещение массы; S (t) – виброперемещение объекта контроля.

В зависимости от расположения области рабочих частот датчика относительно резонансной различают три режима его работы: режимы измерения виброперемещения, виброскорости и виброускорения.

В режиме измерения виброперемещения датчик работает в области частот, лежащих выше собственной частоты датчика.

В режиме измерения виброскорости датчик работает в области частот, лежащих в области задемпфированной собственной частоты датчика.

В режиме измерения виброускорения датчик работает в области частот, лежащих ниже собственной частоты датчика.

Кинематический принцип измерения вибрации заключается в измерении параметров вибрации исследуемого объекта относительно какого-либо другого объекта, принятого за неподвижный.

Динамический принцип измерения вибрации заключается в создании в датчике, воспринимающем вибрацию, искусственной неподвижной точки, относительно которой измеряются параметры вибрации исследуемого объекта.

Динамический принцип измерения реализуется в вибродатчиках инерционного действия, в которых инерционная масса и упругий элемент, соединяющий массу с основанием датчика, крепятся на объекте контроля, причем в силу инерционности масса отстает от колебаний объекта и, начиная с некоторой частоты, остается неподвижным в пространстве, позволяя измерять абсолютную вибрацию объекта.

Акселерометр

Пьезоэлектрический акселерометр – это датчик ускорения, в котором сейсмическая масса закреплена на пьезоэлементе или прижата к нему. Пьезоэлемент создает электрический заряд, пропорциональный инерционной силе и, следовательно, перемещению сейсмической массы.

Пьезоакселерометры на сегодняшний день являются стандартными датчиками, применяемыми для измерений вибраций машин. Они могут иметь различные конструкции [22]. Нагляднее всего принцип их действия можно описать на примере компрессионной конструкции (рис. 3.1). Сейсмическая масса крепится к основанию осевым болтом, который прижимает кольцевую пружину. Между массой и основанием вставляется пьезоэлемент. При перемещении акселерометра вверх или вниз, на сейсмическую массу воздействует сила F(t). Это единственная сила, действующая на массу m, и поэтому она пропорциональна ускорению последней, т. е. ускорению всей системы:

(3.2)

Когда на пьезоэлемент действует сила, на его поверхностях появляется электрический заряд. Масса воздействует на чувствительный элемент с такой же по величине и противоположной по направлению силой. Так как заряд Q (t)и напряжение U (t)на пьезоэлектрическом элементе прямо пропорциональны величине этой силы, то на обкладках чувствительного элемента появляется заряд, пропорциональный ускорению:

(3.3)

где d – пьезомодуль керамики (d_max ≈3 . 10 -10 К л /Н); Q –заряд; K –коэффициента преобразования потоку.

Рис. 3.1. Разрез датчика Рис. 3.2. Современный акселерометр

Поперечная чувствительность вибродатчика — это относительная величина, равная отношению максимальной величины сигнала на входе датчика от вибрации, действующей в направлении, перпендикулярном рабочей оси, к сигналу от вибрации того же уровня, действующего вдоль рабочей оси.

(3.4)

а для коэффициента преобразования по заряду:

K = dQ, (3.5)

где d – пьезомодуль; Q – заряд; C — емкость чувствительного элемента.

На коэффициент преобразования пьезоэлектрического датчика, включенного на вход усилителя напряжения, влияет длина соединительного кабеля (активное и емкостное сопротивления) Сдвиговые и изгибные конструкции пьезодатчиков принципиально обладают наибольшей чувствительностью и наименьшей поперечной чувствительностью.

Среди других конструкций одной из наиболее популярных является так называемый бендер (от англ. bend – изгиб), в котором используется консольно закрепленный пьезоэлемент с расположенным на нем небольшим грузом.

Частотный диапазон акселерометров очень широк и может простираться от очень низких частот до десятков килогерц. Высокочастотная характеристика ограничена резонансной частотой системы сейсмическая масса – пьезоэлемент. Ориентировочно, акселерометр считается применимым для измерений на частотах, не превышающих 1/3 его собственной частоты (при более жестких требованиях к линейности верхнюю границу устанавливают равной около 1/5 собственной частоты). Выше этой величины сигнал будет усиливаться, однако его можно использовать, если сделать соответствующую поправку на изменение чувствительности.

Некоторые из применяемых сегодня в промышленности акселерометров принадлежат к типу ICP, т. е. имеют встроенный микропредусилитель. Этот предусилитель питается постоянным током по сигнальному проводу, и поэтому для него не требуются дополнительные кабели. Устройство, к которому подключается такой акселерометр, должно обеспечивать соответствующее питание датчика. Из-за наличия предусилителя ICP-акселерометры имеют спад частотной характеристики в области низких частот. Обычно у большинства распространенных акселерометров общего назначения этот спад начинается приблизительно с 1 Гц. Для измерений в области очень низких частот используют специальные модели, допускающие измерения вплоть до 0,1 Гц.

Для получения сигнала, пропорционального смещению, скорости или ускорению, вводят операции интегрирования сигнала с акселерометра. При однократном интегрировании сигнал пропорционален скорости, при двойном интегрировании – смещению. Вид преобразования и, соответственно, частотный диапазон определяются характером исследуемых процессов. В низкочастотном диапазоне (0 – 500 Гц) колебательные процессы целесообразно измерять в режиме измерения перемещения, в диапазоне средних частот (500 — 2000 Гц) – в режиме измерения скорости, а в высокочастотном диапазоне (2 — 20 кГц и выше) – в режиме измерения ускорения.

Датчик скорости

Напряжение на выходе датчика пропорционально не только скорости V

относительного перемещения катушки и магнита, но и длине проводника в катушке:

где B –магнитная индукция, Тл; l – общая длина проводника, находящегося в поле, м.

Таким образом, это устройство вырабатывает электрический сигнал, прямо пропорциональный виброскорости. Он является самогенерирующим и не требует дополнительной согласующей электроники, а также обладает сравнительно невысоким выходным электрическим импедансом, что делает его слабо чувствительным к наводкам.

Рис. 3.3. Датчик скорости (велосиметр)

Наряду с перечисленными достоинствами, датчик скорости обладает и большим количеством недостатков. Он достаточно тяжел, сложен и дорогостоящ. Кроме того, его частотная характеристика охватывает диапазон от 10 до 1000 Гц. Пружина и магнит образуют систему с собственной частотой порядка 10 Гц. Этот резонанс демпфируют. На практике демпфирование чувствительно к температуре из-за чего амплитудно-фазочастотная характеристика датчика также зависит от температуры.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Общий, ВД_04 ответы. Общий экзамен по вибрационному методу нк. Ii уровень. Версия 2004 г

Общий экзамен по вибрационному методу НК. II уровень. Версия 2004 г.

1. Какие колебания имеют наибольшее практическое значение при эксплуатации промышленного оборудования?

2. Что представляет собой вибрация?

1. колебания машин

3. относительно малые отклонения твёрдого тела или его точек при механических колебаниях*

3. В каких видах деятельности метод вибрационного контроля оборудования приносит наибольший эффект?

1. при изготовлении оборудования

2. при монтаже и ремонте оборудования

3. при эксплуатации оборудования*

4. Всякая ли вибрация является вредной?

3. только низкочастотная

5. К чему приводит воздействие вибрации в роторных машинах?

2. к преждевременному износу и поломке*

3. к уменьшению продуктивности работы машины

6. Указать пример полезного использования вибрации.

1. в устройствах различного технологического назначения*

2. в устройствах для уплотнения бетона

3. в транспортирующих установках

7. Что такое параметрически возбуждаемые колебания?

2. колебания, возникающие вследствие параметрического изменения параметров системы*

3. колебания, возбуждаемые внешним источником

8. Какие колебания называют свободными?

1. колебания маятника

2. колебания физического тела в пространстве*

3. колебания тела при его возбуждении

9. Какие колебания называют вынужденными?

1. колебания стола вибростенда

2. колебания транспорта

3. колебания системы при воздействии на неё внешних сил*

10. Что такое крутильные колебания?

1. знакопеременное вращение физического тела вокруг выбранной оси*

2. вращение тела вокруг заданной оси

3. колебания ротора при его остановке

11. Какая вибрация называется периодической?

2. вибрация, при которой каждое значение колеблющейся величины повторяется через равные промежутки времени*

3. периодически повторяющаяся

12. Что такое случайная вибрация?

1. вибрация, параметры которой заранее не заданы

2. вибрация, протекание которой во времени неизвестно и не может быть выражено математически*

3. вибрация, которая возникает случайно
13. Какие известны виды периодической вибрации?

1. гармоническая и полигармоническая

2. прямолинейная и угловая

14. Какие колебательные величины характеризуют вибрацию?

1. резкость, виброускорение, виброскорость, виброперемещение*

15. Выбрать формулу виброускорения гармонической вибрации.

16. Выбрать формулу виброскорости гармонической вибрации.

17. Выбрать формулу виброперемещения гармонической вибрации.

18. Что такое форма вибрации?

1. графическое изображение непрерывной последовательности мгновенных значений колебательной величины на данном промежутке времени*

2. вид колебательной величины

3. спектр частот

19. В каких единицах принято измерять виброускорение?

20. В каких единицах принято измерять виброскорость?

21. В каких единицах принято измерять виброперемещение?

22. В каких единицах принято измерять частоту?

23. Какой параметр обычно используют при оценке интенсивности виброперемещения?

3. среднее значение

24. Какой параметр обычно используют при оценке виброскорости?

1. среднее значение

3. среднеквадратическое значение*

25. Какой параметр обычно используют при оценке интенсивности виброускорения?

1. среднеквадратическое значение

2. максимальное пиковое значение*

26. Что такое фазовый сдвиг?

1. разница в моментах начала отсчёта между двумя и более гармоническими процессами*

2. разность в отсчёте двух колебаний

3. расстояние между началами и окончаниями двух колебательных процессов

27. Что такое резонанс?

1. возникновение наибольшей амплитуды колебаний

2. резонансная частота системы

3. совпадение частоты возбуждающей силы с резонансной частотой системы или её части*

28. Чем характеризуется ударный импульс?

1. длительностью импульса, длительностью фронта нарастания, пиковым значением*

2. длительностью импульса, длительностью фронта нарастания

3. длительностью импульса

29. Какие колебания называют синфазными?

1. сдвиг фаз равен 180 0

2. сдвиг фаз равен 0 0 , 360 0 *

3. сдвиг фаз равен 90 0

30. Какие колебания называют противофазными?

1. сдвиг фаз равен 180 0 *

2. сдвиг фаз равен 90 0 , 270 0

3. сдвиг фаз равен 360 0

31. Сложение колебаний производится:

1. путём сложения мгновенных значений колебательных величин

2. путём сложения мгновенных значений колебательных величин с учётом фаз*

3. путём сложения скалярных значений

32. Что такое биение?

1. результат сложения двух колебаний различной частоты

2. результат сложения двух колебаний с близкими частотами*

3. колебания с периодически меняющейся амплитудой

33. Сколькими степенями свободы в пространстве обладает свободно подвешенное тело?

34. Что такое добротность системы?

1. величина, обратная коэффициенту затухания*

2. величина амплитуды колебаний на резонансе системы

3. результат воздействия сил сопротивления

35. Что такое «огибающая биений»?

1. кривая колебаний

2. кривая, касающаяся вершин и впадин отдельных колебаний*

3. несущая частота колебаний

36. Чему равна частота огибающей?

1. частоте биений*

2. частоте одной из составляющих колебаний

3. низшей частоте

37. Что такое узловая линия на вибрирующей детали?

1. линия, где вибрация максимальна

2. линия раздела фаз колебаний

3. линия с нулевой вибрацией, при переходе через которую колебания меняют фазу на 180 0

38. Как связана частота с периодом колебаний:

1. частота численно равна периоду колебаний

2. частота равна отношению единицы к периоду колебаний*

3. частота равна отношению единицы к половине периода колебаний

39. Что такое линейный спектр колебаний?

1. совокупность амплитуд гармонических составляющих колебаний*

2. совокупность различных частот колебаний

3. разница между наибольшей и наименьшей частотами колебаний

40. Что такое гармонический анализ?

1. практическое разложение колебаний в ряд Фурье*

2. разложение на гармоники

41. Что такое автоколебания?

1. колебания, возникающие произвольно

2. колебания, поддерживаемые внутренними силами системы*

3. колебания, подпитываемые извне

42. Какие известны принципы измерения вибрации?

1. кинематический и динамический*

2. контактные и бесконтактные

3. механические и электрические

43. Какой принцип измерения вибрации называется кинематическим?

1. который заключается в измерении параметров вибрации исследуемого объекта относительно какого-либо другого объекта, принятого за неподвижный*

2. который осуществляется, когда при измерении параметров вибрации используют механические виброметры

3. который обеспечивает измерение виброперемещений

44. В чём заключается динамический принцип измерения вибрации?

1. в создании в датчике, воспринимающем вибрацию, искусственной неподвижной точки, относительно которой измеряются параметры вибрации исследуемого объекта

2. в механическом возмущении колебательной системы датчика вибрации

3. в обеспечении возможности измерения параметров неустановившейся вибрации и удара

45. Назвать типы датчиков, применяемых в системах виброконтроля и диагностики ГЦН:

1. датчики нейтронного потока

2. акустические датчики

3. акселерометры и индуктивные датчики перемещения*

46. Какие известны режимы работы вибродатчика инерционного действия и чем они характеризуются?

1. известны два режима – виброметр в области ниже частоты собственного резонанса и акселерометр в области частоты собственного резонанса

2. известны два режима – виброметр в области ниже частоты собственного резонанса и акселерометр в области выше частоты собственного резонанса

3. в зависимости от расположения области рабочих частот датчика относительно его резонансной частоты различают три режима – измерения виброскорости, виброперемещения и виброускорения*

47. В какой области частот датчик работает в режиме измерения виброперемещения?

1. в области частот, лежащей выше собственной частоты датчика*

2. в области частот, лежащей ниже собственной частоты датчика

3. в области частоты, близкой к резонансной частоте датчика

48. В какой области частот датчик работает в режиме измерения виброскорости?

1. в области частот, лежащей в области задемпфированной собственной частоты датчика*

2. в области частот, лежащей значительно ниже собственной частоты датчика

3. в области частот, лежащих выше собственной частоты датчика

49. В какой области частот датчик работает в режиме измерения виброускорения?

1. в области частот, лежащей выше собственной частоты датчика

2. в области частот, лежащей ниже собственной частоты датчика*

3. в области частоты, близкой к задемпфированной резонансной частоте датчика

50. Указать уравнение движения вибродатчика инерционного действия:

1. My + hy + ky = — Ms (t)*

2. My + hy + ky = Ms (t)

3. My — hy — ky = Ms (t),

где М – масса инерционного элемента, h – коэф-т демпфирования, k – коэф-т упругости, y – относительное перемещение массы, s (t) – виброперемещение объекта контроля

51. Какие требования предъявляются к характеристикам виброизмерительной аппаратуры (при работе в нормальных условиях) для правильного измерения вибрации в рабочем диапазоне частот?

1. пропорциональная АЧХ и линейная АХ

2. плоская (параллельная оси частот) АЧХ, линейная ФЧХ, нулевая АХ

3. плоская (параллельная оси частот) АЧХ, пропорц — я частоте или нулевая ФЧХ и линейная АХ*

52. Какими соотношениями связаны между собой параметры гармонической вибрации (A,V, J – амплитудные значения виброперемещения, виброскорости и виброускорения соответственно)?

1. A; V = 2fA; J = (2f) 2 A*

2. A; V = fA; J = f 2 A

3. A; V = f; J = (f) 2 A

53. Какими соотношениями связаны между собой амплитудное, среднее и среднеквадратичное значения параметров гармонической вибрации?

54. Указать основные источники погрешности виброизмерительной аппаратуры:

1. неправильно установленный коэффициент преобразования, неправильно выбранная точка измерений, наличие внешних магнитных полей, несоответствие условий окружающей среды паспортным данным, недостаточная жёсткость крепления датчика

2. неправильно установленный коэффициент преобразования, неравномерность АЧХ, нелинейность АХ, непропорциональность ФЧХ, поперечная чувствительность датчика, несоответствие условий эксплуатации паспортным данным *

3. неправильно выбранный частотный диапазон, несоответствие условий окружающей среды паспортным данным, нелинейность АХ, непропорциональность ФЧХ, поперечная чувствительность датчика

55. Какое требование предъявляется к АЧХ виброизмерительной аппаратуры в рабочем диапазоне частот?

1. АЧХ должна быть плоской с допускаемой по ТУ погрешностью*

2. АЧХ должна быть линейной с допускаемой по ТУ погрешностью

3. АЧХ должна быть пропорциональной в рабочем диапазоне частот

56. Какое требование предъявляется к АХ виброизмерительной аппаратуры в рабочем диапазоне?

1. АХ должна быть плоской с допускаемой по ТУ погрешностью

2.АХ должна быть линейной с заданной в паспорте погрешностью в рабочем динамич. диапазоне*

3. АХ должна быть равномерной с заданной в паспорте погрешностью в рабочем динамическом диапазоне

57. Какое требование предъявляется к ФЧХ виброизмерительной аппаратуры в рабочем диапазоне частот?

1. ФЧХ должна быть равномерной

2. ФЧХ должна быть линейной с заданной в паспорте погрешностью в рабочем динамическом диапазоне частот

3. ФЧХ должна быть пропорциональной частоте или нулевой*

58. В каких случаях непропорциональность частоте ФЧХ не вносит искажений в результат измерений?

1. при измерении среднего значения параметра

2. при измерении СКЗ параметра и амплитудного спектра*

3. при измерении размаха виброперемещения и пикового значения виброускорения

59. Указать определение поперечной чувствительности вибродатчика (относительно коэффициента поперечного преобразования):

1. относительная величина, равная отношению макс. величины сигнала на входе датчика от вибрации, действующей в направлении, перпенд. рабочей оси, к сигналу от вибрации того же уровня, действующего вдоль рабочей оси*

2. сигнал на выходе датчика от вибрации, действующей в направлении, перпендикулярном рабочей оси датчика

3. погрешность измерений, вызванная наличием поперечной составляющей

60. В каком виде представляются данные о поперечной чувствительности датчика?

1. указывается поперечная чувствительность, определённая при произвольном направлении действия поперечной вибрации на датчик

2. указывается величина сигнала датчика при действии на него заданного значения вибрации

3. в виде диаграммы направленности либо указанием макс. значения поперечной чувствительности, определённого по диаграмме направленности*

61. На какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика?

1. на базовой частоте или одной из частот, лежащих в рабочем диапазоне частот датчика с учётом характеристик вибростенда*

2. одной из частот, лежащих в рабочем диапазоне частот вибростенда

3. на базовой частоте 80 Гц

62. Указать методы определения частоты установочного резонанса высокочастотных датчиков?

1. на вибростенде на различных частотах путём сличения сигналов испытуемого и образцового датчиков и с использованием стального куба со стороной 24,5 мм и массой 180 г, возбуждаемого датчиком-возбудителем*

2. методом ударного возбуждения при определении частоты установочного резонанса высокочастотных акселерометров

3. по расшифровке сигнала на выходе датчика, возникающего при ударе по объекту, на котором установлен датчик

63. Что такое деформационная чувствительность акселерометра?

1. возникновение на выходе датчика паразитного сигнала из-за неправильной установки датчика на объекте

2. паразитный выходной сигнал, возникающий в случае стеснённой деформации чувствительного элемента

3. возникновение из-за изгибных деформаций объекта в месте крепления акселерометра, что вызывает деформацию пьезопластин и возникновение на выходе датчика паразитного сигнала*

64. Как влияет способ крепления датчика к вибрирующему объекту на его характеристики?

1. определяет надёжность крепления датчика к объекту измерений

2. определяет частоту установочного резонанса, следовательно, верхнюю границу рабочего диапазона частот датчика *

3. влияет на коэффициент преобразования вибродатчика

65. Какие условия внешней среды могут оказать влияние на выходной сигнал пьезоэлектрического датчика?

1. резкие изменения температуры, магнитные и электрические поля, радиация, акустические шумы, влажность*

2. температура и радиация

3. температура, электрические и магнитные поля

66. Какие электрические характеристики контролируются при проверке исправности акселерометра?

1. только сопротивление изоляции

2. только коэффициент преобразования

3. соответствие ёмкости и сопротивления на выходе паспортным данным*
67. Как проверяют коэффициент преобразования вибродатчика и аппаратуры для измерения параметра вибрации?

1. на калибровочном вибростенде на базовой частоте*

2. на калибровочном вибростенде в рабочем диапазоне частот

3. на калибровочном вибростенде на средней частоте рабочего диапазона частот

68. Как определяется погрешность измерения, выполненного с помощью технического измерительного прибора?

1. принимается равной указанной в паспорте прибора погрешности, а далее в результат измерения вносят поправки, учитывающие влияние окружающей среды

2. принимается равной указанной в паспорте прибора погрешности, никаких поправок в результат измерений не вносится*

3. на калибровочном вибростенде на средней частоте рабочего диапазона частот

69. Из чего складывается погрешность измерений?

1. из дополнительных погрешностей от внешних влияющих факторов

2. из основной погрешности (погрешности калибровки при НУ) и дополнительных погрешностей от внешних влияющих факторов *

3. из основной погрешности (погрешности калибровки при НУ)

70. Как рассчитывается суммарная погрешность измерения технического измерительного прибора в области НУ?

1. арифметическим или квадратическим суммированием всех видов погрешностей, нормируемых в области НУ*

2. только квадратическим суммированием всех видов погрешностей, нормируемых в области НУ

3. только арифметическим суммированием всех видов погрешностей, нормируемых в области НУ

71. При каком способе суммирования частных погрешностей суммарная погрешность завышается?

1. при арифметическом способе суммирования *

2. при квадратическом способе суммирования

3. при всех способах суммирования

72. Чем определяются нормальные условия при калибровке виброизмерительной аппаратуры и датчиков?

1. температурой окружающей среды и характеристиками питающей сети

2. температурой 20 1 0 С, давлением 750  50 мм рт.ст., относительной влажностью 65  5 %, частотой питающей сети 50  0,5 Гц

73. Какими НД определяются условия поверки виброизмерительных приборов?

2. ТУ на поверяемый прибор

74. Чем определяются область нормальных условий эксплуатации измерительного прибора?

1. совокупностью значений влияющих величин, в которых дополнительные погрешности не выходят за допустимые пределы*

2. допустимой погрешностью измерения

3. паспортом прибора

75. Какая погрешность виброизмерительного прибора является основной и при какой метрологической операции она определяется?

1. погрешность определения коэффициента преобразования вибродатчика и аппаратуры, при их калибровке на вибростенде *

2. погрешность аппаратуры в области НУ

3. погрешность, указанная в паспорте

76. Может ли погрешность измерения параметров вибрации быть меньше, чем погрешность калибровки виброизмерительной аппаратуры?

3. погрешность определяется погрешностью калибровки

77. Выбрать правильное определение термина «вибрационная диагностика»:

1. техническая диагностика, основанная на моделировании вибрации объекта диагностирования

2. техническая диагностика, основанная на нормировании вибрации объекта диагностирования

3. техническая диагностика, основанная на анализе вибрации объекта диагностирования*

78. Выбрать правильное определение термина «вибрационно – диагностический метод»:

1. метод акустического НК, основанный на анализе параметров вибрации, возникающей при отклонениях состояния ОК от установленного в НД

2. метод акустического НК, основанный на анализе параметров случайной вибрации, возникающей при отклонениях состояния ОК от установленного в НД

3. метод акустич. НК, основанный на анализе параметров вибрации, возникающей при работе ОК *

79. Выбрать правильное определение термина «вибрационный НК»:

1. НК, основанный на измерениях упругих колебаний, возбуждаемых или возникающих в ОК *

2. НК, основанный на анализе случайных и упругих колебаний, возбуждаемых в ОК

3. НК, основанный на анализе случайных колебаний, возбуждаемых в ОК

80. Выбрать правильное определение термина «диагностическая модель»:

1. формальное описание изделия, подвергаемого диагностированию, с помощью аналитического математического аппарата с целью моделирования его поведения на ЭВМ, учитывающее возможные изменения в его исправном и неисправном состоянии

2. формальное описание изделия, подвергаемого диагностированию, необходимое для решения задач диагностирования (в аналитической, векторной и др. формах), учитывающее возможные изменения в его исправном и неисправном состоянии *

3. формальное описание изделия, подвергаемого диагностированию, с помощью аналитического математического аппарата с целью моделирования его поведения на ЭВМ

81. Выбрать правильное определение термина «состояние исправности»:

1. состояние, при котором исследуемый агрегат соответствует всем требованиям, установленным НД*

2. состояние при котором исследуемый агрегат способен выполнять заданные функции в пределах, установленных НД, т.е. могут присутствовать необнаруженные неисправности, не препятствующие применению его по назначению

3. состояние исследуемого агрегата, при котором он выполняет в текущий момент времени предписанные ему алгоритмы функционирования

82. Выбрать правильное определение термина «состояние работоспособности»:

1. состояние, при котором исследуемый агрегат соответствует всем требованиям, установленным НД

83. Выбрать правильное определение термина «состояние правильности функционирования»:

1. состояние, при котором исследуемый агрегат соответствует всем требованиям, установленным НД

3. состояние исследуемого агрегата, при котором он выполняет в текущий момент времени предписанные ему алгоритмы функционирования*

84. Выбрать правильное определение термина «предельное (аварийное) состояние»:

1. состояние исследуемого агрегата, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна вследствие превышения его параметрами допустимых пределов*

2. состояние, при котором при котором его дальнейшая эксплуатация вследствие превышения его параметрами допустимых пределов возможна только при постоянном контроле и с ограниченным НД сроком

3. состояние, при котором при котором его дальнейшая эксплуатация вследствие превышения его параметрами допустимых пределов возможна только при постоянном контроле, с ограниченным НД сроком и по согласованию с органами Госгортехнадзора

85. Выбрать правильное определение термина «предельное (аварийное) состояние»:

да*
нет
зависит от объекта контроля

3. зависит от объекта контроля

88. Что характеризует запас работоспособности?

1. средний межремонтный интервал данного типа оборудования

2. приближение состояния агрегата к предельно допустимому*

3. количество неисправностей, обнаруженных в текущий момент

89. Дать определение работоспособности.

1. установление принадлежности агрегата по состоянию к одному из подмножеств: исправное состояние, работоспособное состояние, состояние правильности функционирования

2. установление принадлежности агрегата по состоянию к одному из подмножеств: работоспособное состояние или предельное*

3. предсказание момента перехода агрегата из работоспособного состояния в предельное

90. В чём заключается обнаружение неисправности?

1. в анализе параметров вибрации с целью обнаружения дефекта

2. в анализе характера изменения работоспособности агрегата

3. в определении того, в каком из предельных состояний находится агрегат*

91. Выбрать правильное определение понятия «диагностический тест»:

1. совокупность проверок, достаточная для определения состояния агрегата вплоть до выявления характера неисправностей*

2. совокупность внешних воздействий, достаточная для определения состояния агрегата вплоть до выявления характера неисправностей

3. испытание агрегата с помощью внешних воздействий для моделирования его поведения

92. Всегда ли допустимо разбиение агрегата на узлы и точки для упрощения процедуры поиска возможных неисправностей, приводящих к отказу?

3. испытание агрегата с помощью внешних воздействий для моделирования его поведения

93. Что включают алгоритмы диагностирования?

2. формирование системы информативных диагностических признаков, построение эталонных изображений для каждого класса технических состояний и разработку правил принятия принадлежности к тому или иному классу состояний*

3. математическое моделирование изменения характера вибрации ОК при подаче на него тестовых воздействий
94. Дать определение понятию «критические узлы»:

1. элементы и сопряжения, на которых измеряется вибрация

2. элементы и сопряжения, находящиеся в предельном состоянии

3. элементы и сопряжения, отказ которых наиболее вероятен*

95. Какова основная причина вибрации деталей агрегатов?

1. циклические нагрузки

2. статические нагрузки

3. динамические нагрузки*

96. Вследствие чего возникает образивный износ?

1. истирания трущихся поверхностей*

2. контакта поверхностей в условиях разрушения масляной плёнки

3. усталости поверхностного слоя при относительном скольжении поверхностей и вследствие микрошероховатостей

97. Вследствие чего возникает заедание?

1. истирания трущихся поверхностей

2. контакта поверхностей в условиях разрушения масляной плёнки*

98. Вследствие чего возникает усталостный износ?

1. истирания трущихся поверхностей

2. контакта поверхностей в условиях разрушения масляной плёнки

3. усталости поверхностного слоя при относительном скольжении поверхностей и вследствие микрошероховатостей*

99. Характерно ли для процесса приработки увеличение скорости износа?

100. Какая зависимость в период нормального износа обычно наблюдается между значением износа и временем?

3. нет зависимости

101. Характерно ли для прогрессивного износа увеличение скорости износа?

102. Можно ли утверждать, что существует взаимосвязь между этапами износа и уровнем вибрации?

3. теоретически существует, но на практике не наблюдается

103. Характерно ли на этапе приработки постоянное увеличение уровня вибрации?

3. нет зависимости

104. Характерно ли на этапе нормальной работы постоянное увеличение уровня вибрации?

3. нет зависимости

105. Характерен ли на этапе интенсивного износа рост уровня вибрации?

3. нет зависимости

106. В чём заключается оценка состояний оборудования?

1. в сравнении текущих значений параметров вибрации с допустимыми в ГОСТах, НД

2. в установлении степени опасности зарождающихся и развитых дефектов ОК

3. в отнесении предъявленного к опознаванию виброакустического образа к одному из возможных классов (диагнозов) с помощью специально построенного разрешающего правила*

107. Допустимо ли рассматривать задачу диагностирования как двойственную: задачу построения характеристики класса состояний, которому принадлежит совокупный виброакустический образ и задачу принятия решения о принадлежности к одному из классов состояний испытуемого виброакустического образа?

3. вопрос поставлен некорректно

108. Способствует ли увеличение числа зависимых диагностических признаков более полному охарактеризованию объекта диагностирования и надёжному распознаванию?

3. зависит от ОК

109. Можно ли утверждать, что у роторных агрегатов периодическое возбуждение в наиболее простом виде проявляется как сумма гармонических составляющих, кратных основной частоте возмущения?

3. только для турбоагрегатов

110. Выбрать одну из основных частот возбуждения вибрации роторных агрегатов.

1. критическая частота ротора

2. вторая критическая частота ротора

3. частота вращения ротора*

111. Выбрать информативные параметры полигармонической и квазиполигармонической модели колебаний.

1. значения фаз дискретных составляющих спектра на частоте вращения ротора и её гармониках и скорость их изменения при увеличении наработки механизма

2. ширина линий дискретных составляющих спектра на частоте вращения ротора и её гармониках

3. значения амплитуд дискретных составляющих спектра на частоте вращения ротора и её гармониках и скорость их изменения при увеличении наработки механизма*

112. Чем чаще всего определяются амплитуды колебаний на роторных частотах?

1. нелинейностью и анизотропностью опорных реакций

2. величиной дисбаланса, несоосностью валов, кинематическими погрешностями и отношением критической частоты вращения ротора к рабочей*

3. конструктивными особенностями подшипниковых опор

113. Можно ли утверждать, что модель полигармонического возбуждения колебаний в роторных агрегатах не может учитывать частотные составляющие, кратные числу элементов взаимодействия на окружности ротора?

3. зависит от конструктивных особенностей

114. В чём преимущества полигармонической модели возбуждения колебаний?

1. она позволяет сконцентрировать внимание лишь на определённых частотах kf, кратных основной частоте колебаний f_в диагностируемого узла*

2. она позволяет учитывать влияние шумового компонента, прямо связанного со степенью деградации узлов и механизмов

3. это наиболее универсальная модель

115. Какая из моделей наиболее адекватно описывает процесс возбуждения колебаний – полигармоническая или квазиполигармоническая?

116. На чём основана квазиполигармоническая модель процесса возбуждения колебаний?

1. на представлении колебаний в виде суперпозиции широкополосных периодических полигармонических импульсных процессов с кратными средними частотами

2. на представлении колебаний в виде суперпозиции узкополосных случайных процессов с кратными средними частотами*

3. на представлении колебаний в виде суперпозиции узкополосных периодических полигармонических импульсных процессов с кратными средними частотами

117. Можно ли утверждать, что размытие линий спектра квазигармонической модели колебаний по отношению к дискретным линиям полигармонической модели является недостатком?

118. Допустимо ли широкое использование (при формировании диагностических признаков состояния агрегата) соотношения энергии периодического и шумового компонента в качестве информативного параметра вибросигнала?

3. только для турбоагрегатов

119. На чём основана импульсная модель виброакустического сигнала?

1. на представлении процессов возбуждения колебаний в роторных агрегатах в виде полигармонической вибрации

2. на представлении процессов возбуждения колебаний в роторных агрегатах в виде случайной последовательности полигармонических и шумовых импульсов произвольной формы

3. на представлении процессов возбуждения колебаний в роторных агрегатах в виде периодической последовательности импульсов определённой формы*

120. При формировании импульсной модели виброакустического сигнала используют:

1. представление колебания в виде модуляции высокочастотного гармонического сигнала суммой гармонических же низкочастотных колебаний*

2. представление колебания в виде одиночного полигармонического импульса суммой гармонических же низкочастотных колебаний

3. представление колебаний в виде полигармонической вибрации

121. Чем обычно сопровождается возникновение дисбаланса и/или несоосности валов?

2. ростом вибрации на субгармониках частоты вращения ротора

3. ростом вибрации на частоте вращения ротора и её гармониках*

122. В чём обычно выражается влияние на характер вибрации погрешностей изготовления и монтажа деталей машин, температурных изменений геометрических параметров деталей и зазоров в сочленениях, изменений вязкости смазки, искажения формы и качества поверхностей взаимодействующих деталей с наработкой?

1. в появлении вибрации на частоте вращения ротора и падении вибрации на зубцовых частотах

2. в падении вибрации на частоте вращения ротора и росте вибрации на зубцовых частотах

3. в появлении флуктуаций амплитуд, размытии дискретных линий спектра полигармонических колебаний, росте шумового компонента*

123. В чём обычно выражается влияние на характер вибрации истирания (абразивного изнашивания) контактирующих поверхностей роторных машин?

1. в росте шумового компонента, увеличении амплитуд гармонического ряда основной частоты возбуждения кинематического узла и перераспределение амплитуд между гармониками этого ряда*

2. в появлении характерных непериодических всплесков в сигнале вибрации, модулирующих основной процесс возбуждения колебаний

3. в уменьшении шумового компонента и увеличении амплитуд гармонического ряда зубцовых частот возбуждения кинематического узла
124. В чём обычно выражается влияние на характер вибрации выкрашивания (локального изнашивания) контактирующих поверхностей роторных машин?

1. в уменьшении шумового компонента и увеличении амплитуд гармонического ряда зубцовых частот возбуждения кинематического узла

2. в появлении периодических всплесков вибросигнала, модулирующих основной процесс возбуждения колебаний*

3. в появлении периодических всплесков импульсной кратно-частотной вибрации

125. В чём обычно выражается влияние на характер вибрации периодического попадания раковин в зону контакта при вращательном движении элементов агрегата?

1. в появлении в спектре сигнала одиночных импульсов в окрестности основных частот возбуждения, вызванных амплитудной модуляцией

2. в появлении в спектре сигнала групп импульсов в окрестности основных частот возбуждения, вызванных частотной модуляцией

3. в появлении в спектре сигнала комбинационных частот (mf_z  kf_r) в окрестности основных частот возбуждения, вызванных амплитудной модуляцией*

126. C чем сходно по своему проявлению развитие трещины в теле детали вращения?

1. с развитием выкрашивания, но скорость развития данного дефекта значительно выше*

2. с развитием выкрашивания, но скорость развития данного дефекта значительно ниже

3. оба ответа не верны

127. В чём выражается влияние развивающегося задира на сигнал вибрации?

1. сигнал вибрации становится существенно нестационарным из-за нерегулярности выбросов, а в спектре сигнала наблюдается рост амплитуд основных частот возбуждения mf_z при одновременном падении амплитуд комбинационных частот (mf_z  kf_r)

2. сигнал вибрации становится существенно нестационарным из-за нерегулярности выбросов, а в спектре сигнала наблюдается рост амплитуд основных частот возбуждения mf_z при одновременном росте амплитуд комбинационных частот (mf_z  kf_r)*

3. никакого влияния нет

128. Что рационально исследовать, если физика воздействия неисправности на колебания механизма связана с появлением амплитудной или фазовой модуляции?

1. свойства шумового компонента сигнала вибрации

2. свойства огибающей сигнала вибрации*

3. соотношение амплитуд дискретных составляющих

129. Что рационально использовать для выделения периодического сигнала на фоне помехи?

1. метод синхронного накопления*

2. метод асинхронного накопления

3. уменьшение количества усреднений при методе асинхронного накопления

130. Какой метод анализа рационально использовать при появлении или усилении полигармонических колебаний?

1. анализ формы вибросигнала, легко позволяющий оценить визуально соотношение периодического и шумового компонентов

2. анализ контурных характеристик

3. кепстральный анализ, сжимающий информацию об изменениях в сигнале до обозримого количества гармоник, амплитуды которых легко оценить количественно*

131. Выбрать наиболее приемлемое правило размещения вибродатчика на подшипниках:

1. максимально возможное приближение к диагностическому узлу и установка только на жёсткие элементы конструкции с подготовленной поверхности*

2. максимально возможное приближение к главным осям подшипника и установка в том числе и на тонкостенные элементы конструкции с подготовленной поверхностью

3. максимально возможное приближение к диагностическому узлу и установка в том числе и на тонкостенные элементы конструкции с подготовленной поверхностью
132. Допускается ли измерение составляющих вибрации путём установки на верхнюю часть крышки подшипника трёхкомпонентного вибродатчика для измерения вибрации?

1. да, для всех типов агрегатов

2. для некоторых типов агрегатов*

3. не допускается

133. Если при периодическом контроле насосов и нагнетателей невозможно проведение измерений по трём главным направлениям в зоне одного подшипника или требуется минимизация количества замеров, каким двум направлениям отдаётся предпочтение?

1. осевому и поперечному, как правило, соответствующим направлению минимальной жёсткости системы*

2. осевому и поперечному, как правило, соответствующим направлению максимальной жёсткости системы

3. двум поперечным направлениям, соответствующим максимальной и минимальной жёсткости системы

134. Допускается ли измерять осевую вибрацию привода и нагнетателя при периодическом контроле только у подшипника свободного конца вала?

2. зависит от режима работы агрегата

135. Существует ли необходимость использования различных контрольных точек и направлений измерения вибрации для диагностирования моделей механической и электромагнитной систем электрических машин?

2. только на холостом ходу машины

136. Какова основная цель эксплуатационных норм вибрации оборудования?

1. контроль производительности и КПД оборудования

2. контроль технического состояния оборудования в процессе эксплуатации, т.е. создание таких условий эксплуатации, при которых была бы исключена возможность аварий

3. контроль технического состояния оборудования в процессе эксплуатации, т.е. решение диагностической задачи: создание таких условий эксплуатации, при которых была бы создана возможность своевременного обнаружения любых, даже незначительных повреждений или отклонений*

137. Существует ли единый набор критериев для оценки технического состояния, подходящий для любого класса оборудования?

1. только для насосов

2. да, существует

138. При оценке состояния агрегатов (кроме гидротурбин) с вращающимся ротором по общему уровню вибрации, какой из нормируемых параметров устанавливается в большинстве случаев?

1. среднеквадратическое значение виброскорости*

2. среднеквадратическое значение виброускорения

3. пиковое значение виброускорения

139. Какой из трёх приведённых ниже недостатков более существенен при оценке состояния оборудования по общему уровню вибрации?

1. нечувствительность к изменениям сравнительно низкоуровневых частотных составляющих (составляющих с малыми энергиями в колебательном процессе) вибросигнала, характерных для ряда зарождающихся дефектов*

2. отсутствие возможности обеспечения достаточно высокой степени чувствительности параметра на начальной стадии развития дефекта, поскольку уровень вибрации определяется в фиксированной полосе частот (обычно 10-1000 ГЦ)

3. отсутствие связи между частотной полосой контроля и частотой вращения ротора

140. Правомерно ли утверждение, что оценка состояния по уровню вибрации в частотных полосах даёт более достоверные результаты, чем оценка состояния по общему уровню вибрации?

2. только для турбоагрегатов

141. Правомерно ли утверждение, что при оценке состояния по уровню вибрации в частотных полосах требования к ширине полос, их количеству и допустимым значениям не зависят от конструктивных особенностей агрегата?

2. только при постоянной нагрузке

142. Целесообразно ли в большинстве случаев применение индивидуального набора критериев и предельных значений для оценки состояния каждого конкретного агрегата на каждой конкретной контрольной точке?

2. только при достаточной численности специалистов по диагностике

143. Возможно ли с помощью периодического мониторинга исключить возникновение аварий и разрушение оборудования?

2. только при обеспечении ежедневных измерений вибрации

144. Возможно ли с помощью аппаратуры постоянного контроля вибрации исключить возникновение аварий и разрушение оборудования?

2. только при параллельном проведении периодического контроля

145. В чём заключается основная задача периодического вибромониторинга?

1. в оценке состояния оборудования с целью оптимизации межремонтного интервала и уменьшения вероятности возникновения аварий и разрушения оборудования*

2. в 100%-ном недопущении возникновения аварий и разрушения оборудования

3. в увеличении производительности оборудования

146. Может ли применение вибродиагностики вызвать отрицательный экономический эффект?

2. на определённых этапах развития

147. Возможно ли проведение балансировки без использования фазового датчика?

148. Всегда ли изменение вязкости масла в подшипниках приводит к значительному увеличению вибрации на частоте ротора?

149. Всегда ли изменение вязкости масла в подшипниках приводит к изменению температуры подшипника?

150. Всегда ли увеличение статической силы приводит к увеличению температуры подшипника?

ГОСТ ИСО 5347-0-95 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения

Текст ГОСТ ИСО 5347-0-95 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения

ГОСТ ИСО 5347-0-95

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 0. Общие положения

Vibration. Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups. Part 0. Basic concepts

Дата введения 1997-07-01

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар»

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 8-95 от 12 октября 1995 г.)

За принятие проголосовали

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Казахстан

Таджикский государственный центр по стандартизации, метрологии и сертификации

3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст ИСО 5347-0-87 «Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения»

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 30.05.96 N 339 межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 5347-0-95 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1997 г.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на датчики (преобразователи) ускорения, скорости и перемещения линейной вибрации и удара и устанавливает основные положения методов их калибровки.

Стандарт не распространяется на датчики угловой вибрации, а также датчики силы, давления и деформации, даже в том случае, если они могут быть калиброваны подобными методами.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их определения — по ГОСТ 24346 и приведенные ниже.

3.1 Датчик — устройство, предназначенное для преобразования измеряемого параметра механического движения, например, ускорения, в величину, удобную для измерения или записи.

Примечание — Датчик может включать в себя дополнительные устройства, обеспечивающие необходимое рабочее напряжение, индикацию или запись его выходного сигнала и др.

3.1.1. Взаимный (обратимый) датчик — двусторонний электромеханический датчик, для которого отношение приложенного тока к возникающей силе (когда скорость движения датчика равна нулю) равно отношению приложенной скорости к возникающему напряжению (когда ток в датчике равен нулю). Такими датчиками являются электродинамический и пьезоэлектрический датчики.

3.1.2. Односторонний датчик — датчик, использующий тензочувствительные элементы, для которых электрическое возбуждение не вызывает ощутимый механический эффект в датчике.

3.2. Рабочий диапазон — диапазон частот или амплитуд, в котором датчик является линейным в пределах нормированных допусков.

3.3. Входной сигнал — сигнал, приложенный к входу датчика, например, затухающий сигнал, приложенный к его посадочной поверхности.

3.4. Выходной сигнал — сигнал, генерируемый датчиком, как отклик на входной сигнал.

3.5. Чувствительность (коэффициент преобразования) — для линейного датчика это отношение выходного сигнала к входному при синусоидальном воздействии, приложенном к посадочной поверхности вдоль оси чувствительности датчика. В общем случае, чувствительность включает в себя информацию как об амплитуде, так и о частоте и, следовательно, является комплексной величиной, зависящей от частоты.

Синусоидальное входное движение может быть выражено следующими уравнениями:

; (1)

; (2)

(3)

, (4)

где — комплексная величина перемещения;

— комплексная величина скорости;

— комплексная величина ускорения;

— комплексная величина выходного сигнала;

— амплитуда синусоидального перемещения;

— амплитуда синусоидальной скорости;

— амплитуда синусоидального ускорения;

— амплитуда выходного сигнала;

3.5.1 Чувствительность по перемещению в единицах выходного сигнала на метр рассчитывают по формуле

, (5)

где — амплитуда чувствительности по перемещению;

— сдвиг фаз.

3.5.2 Чувствительность по скорости в единицах выходного сигнала на м/с рассчитывают по формуле

, (6)

где — амплитуда чувствительности по скорости;

— сдвиг фаз.

3.5.3 Чувствительность по ускорению в единицах выходного сигнала на м/с рассчитывают по формуле

, (7)

где — амплитуда чувствительности по ускорению;

— сдвиг фаз.

1 Обычно чувствительность по перемещению определяют для датчиков перемещения; чувствительность по скорости — для датчиков скорости; чувствительность по ускорению — для датчиков ускорения. В общем случае амплитуды и фазовые углы чувствительности являются функциями частоты .

2 Датчики перемещения, скорости и ускорения, чувствительность которых при достижении нулевого значения частоты не становится равной нулю, называют датчиками с нулевой частотной характеристикой (характеристикой постоянного тока). При постоянном ускорении частота и сдвиг фаз равны нулю. Примерами датчиков с нулевой частотной характеристикой являются датчики ускорения, использующие в качестве чувствительных элементов тензорезисторы, потенциометры, дифференциальные трансформаторы, устройства балансировки силы (серво) или другие аналогичные элементы. Сейсмические генераторные датчики, такие как пьезоэлектрические и электродинамические датчики, являются примером датчиков, не имеющих нулевой частотной характеристики.

3.6 Относительная поперечная чувствительность (относительный коэффициент поперечного преобразования) — отношение выходного сигнала датчика, ориентированного основной осью чувствительности перпендикулярно направлению входного сигнала, к выходному сигналу этого датчика, основная ось чувствительности которого направлена вдоль того же входного сигнала.

3.7 Генератор вибрации — любое устройство для создания и передачи контролируемого движения посадочной поверхности датчика.

Примечание — Генераторы вибрации также называют вибровозбудителями, вибраторами и вибростендами.

4 ИЗМЕРЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1 Общие положения

Основной целью калибровки датчика является определение его чувствительности в рабочем диапазоне частот и амплитуд для той степени свободы, в которой датчик предназначен использоваться. Кроме того, может быть важна информация о чувствительности датчика к движению в направлении других пяти степеней свободы. Например, для линейных датчиков ускорения необходимо знать их чувствительность к движению, перпендикулярному направлению оси чувствительности и вращению. Другими важными факторами являются демпфирование, сдвиг фаз, нелинейность или вариация выходного сигнала при изменении амплитуды входного сигнала, чувствительность к воздействию температуры, давления и других внешних условий, таких, например, как движение соединительного кабеля.

4.2 Основные характеристики датчика

4.2.1 Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики

Чувствительность датчика определяют измерением параметров движения или входного сигнала, прикладываемого к датчику генератором вибрации, и выходного сигнала датчика. При этом датчик устанавливают таким образом, чтобы его ось чувствительности совпадала с направлением движения, возбуждаемого генератором вибрации. С помощью контролируемого регулируемого воздействия, амплитуда и частота которого лежат в пределах соответствующих диапазонов датчика, могут быть откалиброваны как датчики непрерывного действия, так и датчики максимальных значений.

Для выполнения резонансов датчика необходимо наблюдать за его выходным сигналом во время медленного непрерывного изменения частоты генератора вибрации во всем частотном диапазоне датчика.

В функции частоты определяется в основном амплитуда чувствительности. Однако для использования датчиков на частотах, близких к их нижним или верхним пределам, или для специальных целей может потребоваться знание их фазо-частотной характеристики. Она определяется путем измерения сдвига фаз между выходным сигналом датчика и входным механическим воздействием во всем интересующем диапазоне частот.

4.2.2 Нелинейность амплитудной характеристики (АХ)

Нелинейность АХ датчика (искажение амплитуды) определяют, измеряя амплитуду его выходного сигнала при изменении входного сигнала в рабочем диапазоне амплитуд от минимального до максимального значений. При использовании генератора синусоидальной вибрации измерения проводят на нескольких частотах.

Нелинейность АХ может иметь несколько форм. Чувствительность может изменяться постепенно с увеличением амплитуды, может иметь постоянное изменение, ведущее к смещению нуля после воздействия на датчик вибрации или удара, могут быть задержки, которые внезапно ограничивают диапазон движения.

Тип и значения нелинейности АХ датчика могут быть определены по его амплитудным искажениям и сравнением его резонансной кривой, фазового сдвига и затухания с соответствующими характеристиками идеального линейного датчика. Учитывая, что нелинейность зависит от значений измеряемых величин, ее необходимо определять на верхних пределах динамического диапазона датчика.

4.3 Характеристики влияния

4.3.1 Температурная характеристика

Чувствительность, относительное деформирование и резонансная частота многих датчиков находятся в функциональной зависимости от температуры. При определении температурной характеристики чаще всего используют метод сличения.

Испытуемый датчик размещают внутри термокамеры соосно с эталонным, который защищают от изменений температуры, располагая его снаружи термокамеры или другим способом. Изменение чувствительности эталонного датчика не должно превышать 2% в течение всего времени калибровки. Испытания проводят на частотах, где поперечное движение генератора вибрации не превышает 25% осевого движения. Генератор вибрации, крепление датчиков на частотах калибровки должны обеспечивать незначительное относительное движение между эталонным и испытуемым датчиками.

Альтернативным является метод, при котором эталонный и испытуемый датчики крепят на площадке внутри термокамеры. Этот метод ограничен диапазоном температур, в котором известны температурные свойства эталонного датчика.

Для датчиков, чувствительных к статическому ускорению, измеряют разбаланс нуля при максимальной и минимальной температурах.

Датчики с внутренним демпфированием больше 10% критического демпфирования следует калибровать как минимум на четырех частотах при одном значении амплитуды вибрации и при пяти значениях температуры, включая комнатную. Этот метод должен применяться при испытаниях, например, датчиков электродинамического типа, в которых используются катушки с проводом. Частоты выбирают из частотного диапазона в зависимости от предполагаемого использования.

У пьезоэлектрических датчиков после их стабилизации при максимальной температуре измеряют внутреннюю емкость и сопротивление. При этом, если его сопротивление настолько низкое, что влияет на низкочастотную область характеристики применяемого усилителя, необходимо откалибровать датчик в низкочастотной области при этой температуре. Для адекватного описания частотной характеристики испытания проводят на нескольких частотах. При этом калибруется полная система с использованием того усилителя, который будет эксплуатироваться с датчиком.

Температурную чувствительность вычисляют как разность между чувствительностью датчика, измеренной при нормальной температуре (20 °С) на частоте из диапазона частот, в котором частотная характеристика датчика линейна, и чувствительностью датчика при испытательной температуре. Эта разность выражается в процентах от чувствительности при нормальной температуре. Желательно использовать датчики, температурная чувствительность которых не превышает 15% во всем рабочем диапазоне температур.

Примечание — Высокая температура может влиять как на частотную характеристику в низкочастотной области, так и на помехоустойчивость и стабильность системы датчик — усилитель.

4.3.2 Чувствительность пьезоэлектрических датчиков к перепаду температур

Пьезоэлектрические датчики под действием перепада температур генерируют пироэлектрический сигнал. Это особенно очевидно для ферроэлектрических материалов. Значение пироэлектрического выходного сигнала зависит от химического состава кристалла и конструкции датчика. Обычно частота пироэлектрического выходного сигнала значительно меньше 1 Гц. Большинство пироэлектрических сигналов датчика фильтруются благодаря частотным характеристикам усилителей в низкочастотной области. Таким образом, пироэлектрический выходной сигнал зависит от скорости изменения температуры и от характеристик усилителя и датчика, используемых совместно.

Пироэлектрические испытания проводят, используя тот тип усилителя, с которым обычно используется датчик. Датчик крепят к алюминиевому бруску обычным способом крепления. Их быстро погружают в ванну с ледяной водой или другой подходящей жидкостью, температура которой отличается от нормальной приблизительно на 20 °С. Жидкость в ванне должна быть оговорена. Масса бруска должна быть приблизительно в 10 раз больше массы датчика. Должны быть приняты меры предосторожности, чтобы жидкость не проникла в датчик или чтобы сопротивление электрической изоляции не снизилось при соприкосновении с жидкостью и т.д. Максимальное значение выходного сигнала усилителя и время от начала погружения до момента достижения этого максимума измеряют на осциллографе постоянного тока или на самописце. Если выходной сигнал в течение первых двух секунд изменит полярность и достигнет максимума противоположной полярности, то значение и время этого максимума тоже должны быть зарегистрированы.

Для датчиков ускорения чувствительность к перепаду температур выражают в м·с/°С и определяют как частотное от деления максимального выходного сигнала датчика на произведение разницы между температурой жидкости в ванне и нормальной температурой на чувствительность датчика.

В особых случаях используют усилители, имеющие низкочастотную область значительно шире. Пироэлектрические испытания следует проводить с использованием именно таких специфических усилителей. Для случаев, когда скорость изменения температур сильно отличается от получаемой при условиях, описанных выше, могут быть проведены испытания, имитирующие определенное изменение температуры.

4.3.3 Относительная поперечная чувствительность датчика

Относительную поперечную чувствительность обычно определяют на одной частоте ниже 500 Гц. Используемая частота должна быть оговорена.

Синусоидальное движение воспроизводят на частоте, на которой движение в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, как минимум в 100 раз больше движения в направлении оси чувствительности. Для значений относительной поперечной чувствительности меньше 1% это требование является трудновыполнимым, поэтому для получения достоверных значений относительной поперечной чувствительности необходима большая осторожность и высокая квалификация.

Датчик крепят перпендикулярно направлению входного движения с помощью специального приспособления, позволяющего поворачивать его вокруг оси чувствительности на 360° с шагом не более 45°. Поворачивая датчик, определяют его максимальный выходной сигнал в поперечном направлении.

Примечание — Экспериментальные исследования поперечной чувствительности датчиков свидетельствуют о ее независимости от частоты до 2000 Гц. В настоящее время имеются ограниченные данные о поперечной чувствительности датчиков в частотном диапазоне от 2000 до 10000 Гц. Они обычно показывают, что поперечная чувствительность в этом диапазоне частот такого же порядка, как и на низких частотах (менее 500 Гц). Обычно считается, что у датчиков с осевой резонансной частотой более 30 кГц частота резонанса в поперечном направлении более 10 кГц и, следовательно, находится за рабочим диапазоном частот датчика. Для других типов вибрационных датчиков информации еще меньше. По возможности должна быть определена низшая частота резонанса датчика в поперечном направлении.

4.3.4 Ротационная чувствительность датчика

Некоторые линейные датчики вибрации восприимчивы к ротационному воздействию. Примерами таких датчиков являются изгибные пьезоэлектрические и пьезорезистивные датчики ускорения и маятниковые сбалансированные (серво) датчики. В настоящее время из-за недостаточной изученности и отсутствия соответствующих средств испытаний не могут быть стандартизованы методы определения ротационной чувствительности датчиков. Однако внимание к существованию ротационной чувствительности привлечено и нужно принимать меры предосторожности при других испытаниях для того, чтобы предотвратить погрешность измерения от этого эффекта.

4.3.5 Деформационная чувствительность датчика

Предпочтительным при определении изменения чувствительности датчика из-за прогиба его основания является следующий метод.

Датчик крепят на простой консольной балке, которая воспроизводит радиус кривизны 25 м и относительную деформацию =250·10.

Стальная консольная балка крепится к жесткой опоре. Балка имеет следующие размеры: ширина 76 мм, толщина 12,5 мм, длина 1450 мм. Собственная частота обычно близка к 5 Гц. Деформацию измеряют тензометрами, закрепленными на балке около места крепления датчика, расположенного на расстоянии 40 мм от места крепления конца балки. Движение в месте крепления должно контролироваться с помощью датчика, закрепленного с использованием изоляции для предотвращения прогиба его основания. При этом применяют датчик, чувствительность которого не менее чем в 10 раз больше чувствительности испытуемого датчика. Выходные сигналы от тензометров и испытуемого датчика регистрируют.

Систему возбуждают отклонением свободного конца балки вручную. Выходной сигнал испытуемого датчика снимают в точке, где деформация поверхности балки составляет 250·10. Это соответствует радиусу кривизны балки 25 м. Погрешность, обусловленная деформацией, равна разнице между движением балки в месте крепления испытуемого датчика и движением, измеренным с помощью этого датчика. Деформационную чувствительность, выраженную в единицах выходного сигнала на относительную деформацию , определяют делением значения этой погрешности на 250.

Деформационная чувствительность должна быть определена при различных амплитудах деформации и в различных направлениях. Максимальная деформационная чувствительность датчиков может привести к существенной погрешности измерений при определенных условиях применения и способах крепления.

4.3.6 Магнитная чувствительность датчика

Для определения магнитной чувствительности датчик помещают в известное однородное магнитное поле и поворачивают в нем. Максимальный выходной электрический сигнал датчика характеризует его магнитную чувствительность. Для датчиков ускорения магнитная чувствительность выражается в м·с/Тл; для датчиков скорости — в м·с/Тл. При этом вибрация и электрические шумы должны быть исключены.

4.3.7 Чувствительность датчика к крутящему моменту

Изменение чувствительности датчика от крутящего момента определяют, прикладывая к датчику момент, равный половине нормированного, нормированному и удвоенному нормированному. Этому испытанию подвергают только датчики, устанавливаемые с помощью винтов, болтов или других резьбовых соединений. Если крепление предусматривает более одного соединения, то соответствующие моменты должны быть приложены к каждому крепежному элементу. При этом необходимо убедиться в том, что посадочная поверхность датчика не имеет заусенцев или других дефектов, которые могут препятствовать плоской установке датчика. Поверхность, на которую устанавливают датчик, также должна быть плоской и гладкой. Рекомендуемые значения неплоскостности и шероховатости поверхности следующие: неплоскостность — не более 5 мкм; среднее квадратическое значение шероховатости — не более 2 мкм. Для установления датчика монтажная поверхность должна иметь отверстия с резьбой, перпендикулярные поверхности с неперпендикулярностью не более 0,05 мм. Обычно рекомендуется смазывать посадочные поверхности. Крутящий момент должен прикладываться к незакрепленному датчику, т.е. крутящий момент увеличивается от нулевого до каждого из трех испытательных значений.

Чувствительность к крутящему моменту определяют как изменение чувствительности датчика при половине или при удвоенном значении нормированного крутящего момента относительно его нормированного значения. Погрешность задания прикладываемого крутящего момента не должна превышать 15%.

4.3.8 Специальные условия окружающей среды

На работу некоторых типов датчиков могут влиять различные специальные условия окружающей среды, такие как электростатические, переменные магнитные и радиочастотные поля, акустические поля, кабельные эффекты и радиация.

В настоящее время нет общепринятых методик для оценки влияния таких специфических условий на датчик, хотя в тех случаях, когда ожидается их существенное влияние, такие испытания проводят.

5 МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ

5.1 Общие положения

Для выполнения прямой калибровки датчика применяют генератор вибрации, создающий на входе датчика регулируемый и измеряемый сигнал, и средства для регистрации или измерения выходного сигнала датчика.

Датчик должен быть прикреплен к генератору вибрации или размещен около него, если датчик предназначен для измерения относительного движения между датчиком и вибрирующим объектом. Крепление должно быть достаточно жестким, чтобы передавать движение от генератора вибрации датчику во всем частотном диапазоне датчика. Собственная частота системы, состоящей из датчика, рассматриваемого как масса, и крепления в виде пружины с одной степенью свободы, должна быть выше верхней частоты частотного диапазона генератора вибрации.

Генераторами вибрации являются: устройство для поворота датчика по отношению к силе гравитации, центрифуга, электродинамический генератор вибрации, наковальня баллистического маятника и др.

Устройство для поворота датчика и центрифугу используют для калибровки на нулевой частоте. Ротационную калибровку в гравитационном поле Земли применяют для низкочастотных датчиков. Электродинамический генератор вибрации обычно используют для калибровки датчиков в установившемся синусоидальном режиме. Баллистические маятники, создающие кратковременное воздействие, используют для определения собственной частоты датчика в ударном режиме.

Некоторые методы калибровки, описанные в этом стандарте, имеют специальное назначение. Тем не менее использование лазерного интерферометра рекомендуется для абсолютной калибровки и, главным образом, для калибровки эталонных датчиков предпочтительно на одной из частот 160; 80 или 16 Гц в зависимости от применения датчика. Этим методом может определяться и частотная характеристика датчика. Ее снимают на дискретных частотах во всем интересуемом диапазоне частот. Большинство других калибровочных потребностей может быть обеспечено сличением с эталонным датчиком, откалиброванным абсолютным методом. Калибровка обычно относится к движущемуся основанию датчика, а калибровка методом «спина к спине» — к закрепленному основанию испытуемого датчика.

5.2 Калибровка абсолютными методами

5.2.1 Калибровка методом измерения амплитуды перемещения и частоты

5.2.1.1 Общие положения

Многие динамические методы калибровки зависят от точности измерения амплитуды перемещения вибрации, которой подвергается датчик.

Калибровку методом измерения амплитуды перемещения и частоты обычно используют для датчиков непрерывного отсчета. Синусоидальное движение, создаваемое генератором вибрации, должно быть линейным, поперечные движения должны быть пренебрежимо малы.

Измеренное перемещение может быть использовано для расчета скорости , м/с, и ускорения , м/с, по формулам:

(8); , (9)

где =3,14 радиан, которые получаются простым и двойным дифференцированием перемещения по частоте . Эти формулы предполагают, что гармоники и шумовые составляющие движения останутся незначительными и после дифференцирования. Следовательно, необходимо минимизировать искажения от электрических источников энергии или других причин, таких, например, как механический резонанс. Гармоники также нежелательны, так как они могут возбуждать резонанс датчика.

Если амплитуда перемещения известна, чувствительность датчика может быть вычислена как отношение измеренного выходного сигнала датчика к амплитуде скорости или ускорения.

Амплитуда перемещения может быть измерена с помощью лазерного интерферометра.

Методы расчета, используемые в лазерной интерферометрии, обычно дают высокую точность в диапазоне частот до 600 Гц при ускорении 1000 м/с, что соответствует амплитуде перемещения 70 мкм: 1% неопределенности получается на частоте 600 Гц, 0,5% — в диапазоне от 80 до 160 Гц. Значительные погрешности в измерениях перемещения имеют место в том случае, когда референтное зеркало интерферометра колеблется с частотой (или гармоникой) возбуждения датчика. Погрешность может быть также результатом колебаний разделителя луча. Рекомендуется наблюдать за этими колебаниями, используя очень чувствительный датчик ускорения.

5.2.1.2 Теория идеального интерферометра

Принцип действия интерферометра показан на рисунке 1, где , и — векторы электрического поля; и — расстояния, которые проходят лучи после разделителя; — измеряемое перемещение.

Рисунок 1 — Принципиальная схема идеального интерферометра

Векторы электрического поля могут быть представлены формулами:

; (10)

, (11)

где , — постоянные лазерного излучения;

— длина волны лазерного излучения;

— угловая частота лазерного излучения.

Интенсивность фотодетектора выражается формулой

, (12)

где и — постоянные системы;

. (13)

Из выражения интенсивности фотодетектора видно, что максимум достигается при

, (14)

где — число интерференционных полос (частота полос) и, следовательно, перемещение, соответствующее расстоянию между двумя максимумами интенсивности, равно

. (15)

Тогда число максимумов за один период равно

, (16)

где — амплитуда измеряемого перемещения, что обычно принимают как «отношение частот», так как оно может быть определено делением числа полос, подсчитанных за 1 с, на частоту вибрации.

Амплитуду перемещения рассчитывают по формуле

. (17)

Если при этом измеряют и частоту вибрации, то можно рассчитать скорость и ускорение.

Эта же система может быть использована для измерения амплитуды перемещения на частотах за пределами рекомендованного ранее диапазона для метода счета полос.

Могут быть использованы и другие методы, учитывающие частотный спектр интенсивности . Разложение дает

(18)

где , , . — функции Бесселя -го порядка.

При этом можно выделить два способа обработки данного сигнала для измерения амплитуды перемещения .

а) Устанавливая амплитуду вибрации на уровне, при котором -я гармоника равна нулю, и решая уравнение , получаем .

б) В случае невозможности проведения измерений на уровнях амплитуды, при которых

, (19)

значение перемещения можно получить из отношения двух гармоник, например, решением относительно уравнения

, (20)

где , — функции Бесселя 1-го и 3-го порядков;

и — измеренные амплитуды первой и третьей гармоник.

5.2.1.3 Измерительная система

Пример измерительной системы показан на рисунке 2. Калибруемый датчик (пьезодатчик) является эталонным датчиком и чувствительность должна быть определена для верхней поверхности (посадочной поверхности эталонного датчика). Лазер имеет мощность сигнала 1 мВт, детектором является обычный кремниевый фототранзистор. Вместо встроенного кристаллического осциллятора используют импульсный генератор с целью получения требуемого сигнала для минимизации погрешности счета полос. Анализатор применяют для выделения необходимой частоты при использовании нулевого метода. Лазер, интерферометрическая система и вибростенд должны быть установлены на независимых тяжелых виброизолирующих блоках (например, масса каждого из блоков более 400 кг) для исключения колебаний референтного зеркала или разделителя луча интерферометра, вызванных реакцией основания вибростенда.

Рисунок 2 — Пример измерительной системы с использованием интерферометра

5.2.2 Калибровка методом взаимности

Первичная калибровка датчиков также может быть осуществлена методом взаимности. Она проводится реже, чем калибровка абсолютным методом, ввиду сложности проведения эксперимента и расчета. Теория взаимности применима для калибровки вибрационных датчиков в амплитудном диапазоне, где их выходной сигнал прямо пропорционален движению, создаваемому генератором вибрации.

Теория показывает взаимозависимость электрической и механической сторон электромеханического преобразователя. Для катушки возбуждения электродинамического вибростенда имеет место равенство отношений

, (21)

где — сила, прикладываемая к механической стороне при разомкнутой цепи электрической стороны;

— напряжение на выходе электрической стороны при приложении силы к механической стороне;

— ток в электрической цепи при подключении напряжения к электрической стороне;

— скорость на механической стороне при подключении напряжения к электрической стороне.

При возбуждении калибратора переменным током определенной частоты, проходящим в его катушке возбуждения, чувствительность определяют как отношение напряжения на выходе катушки, чувствительной к скорости, к ускорению на поверхности монтажного стола

. (22)

Цель метода взаимности — определение чувствительности с тем, чтобы по результатам измерения напряжения можно было рассчитать ускорение по формуле (22).

Чувствительность определяют из следующего выражения

, (23)

где — механический импеданс датчика, кгм/с.

Величины и определяют из следующих двух экспериментов и вычислительных процедур.

Несколько нагрузок последовательно устанавливают на монтажном столе калибратора. Для каждой из нагрузок и без них определяют коэффициент передачи между катушкой возбуждения и датчиком по формуле

, (24)

где — ток в катушке возбуждения, А;

— напряжения на выходе датчика, В.

Монтажный стол калибратора устанавливают (присоединяют) на генератор вибрации и подвергают синусоидальной вибрации. (Некоторые электродинамические вибрационные генераторы имеют две катушки возбуждения, механически соединенные с арматурой генератора и монтажным столом. В этом случае нет необходимости в использовании отдельного генератора вибрации). Измеряют отношение напряжения на выходе датчика к напряжению открытой цепи катушки возбуждения калибратора.

Определяют значения ординаты и наклон функции , построенной относительно масс нагрузок, закрепленных на монтажном столе в эксперименте 1.

— значение с закрепленной нагрузкой массой ;

Эту функцию разделяют на действительную и мнимую части, из которых определяют действительную и мнимую части ее ординаты и наклона . Тогда значения и в выражении (23) рассчитывают по формулам:

; (25)

, (26)

где — угловая частота, рад/с;

5.2.3 Калибровка на центрифуге

5.2.3.1 Одинарная центрифуга

Центрифуга состоит из сбалансированного стола или рычага, который может вращаться вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью. С помощью центрифуги на датчик ускорения можно подавать постоянное ускорение с высокой точностью в течение необходимого времени.

На одинарной центрифуге могут быть откалиброваны только линейные датчики ускорения с нулевой частотной характеристикой.

Для того чтобы откалибровать датчик ускорения, он должен быть помещен на столе или рычаге центрифуги таким образом, чтобы его ось чувствительности совпадала с радиусом окружности вращения. При этом ускорение , м/с, действующее на датчик, рассчитывают по формуле

, (27)

где — угловая частота центрифуги, рад/с;

— расстояние от оси вращения до центра тяжести инерционной массы датчика, м.

Датчики крепят на таком расстоянии от оси вращения, чтобы отклонение инерционной массы датчика было пренебрежительно мало по сравнению со значением величины . Большинство датчиков имеет такую конструкцию, что довольно трудно измерить величину точно. Значение может быть определено по показаниям датчика, установленного в двух положениях с известным расстоянием . Желательно устанавливать такую скорость вращения, чтобы в обоих положениях к датчику было приложено приблизительно одинаковое ускорение. Значение величины во втором положении, обозначенной , рассчитывают по формуле

, (28)

где — угловая частота в первом положении, для которого , рад/с;

где — угловая частота во втором положении, для которого , рад/с;

— выходной сигнал датчика при угловой частоте ;

Со значением и угловой частотой ускорение может быть рассчитано по формуле (27).

Определение величины может быть исключено, если датчик линейный в диапазоне ускорений, распространяющемся вниз до ускорения свободного падения . В этом случае датчик сначала калибруют на ускорении с помощью поворотной опоры. Затем датчик помещают на центрифугу и определяют частоту , на которой выходной сигнал соответствует ускорению, равному . Тогда приложенное ускорение , м/с, на другой угловой частоте рассчитывают по формуле

. (29)

Угловая частота должна быть определена более точно, чем расстояние , так как приложенное ускорение зависит от квадрата угловой частоты. Большинство центрифуг, разработанных для калибровочных целей, оснащены тахометром, который непосредственно измеряет скорость вращения с погрешностью не более 2%. Еще большей точности можно достичь, используя стробоскоп или одно из устройств (например, устройство, использующее фотоэлектрический элемент или магнит), которое создает импульсы со скоростью, пропорциональной скорости вращения. Скорость импульсов может быть определена электронным счетчиком.

При калибровке электромеханических датчиков на центрифуге провода выводят через скользящие кольца и щетки. Так как датчики ускорения с нулевой частотной характеристикой относительно низкоимпедансные устройства, защита от внешних полей и кабельного шума не создает особых проблем. Электрический шум от изношенных колец хорошей конструкции пренебрежим при нормальных условиях. Однако некоторые датчики ускорения, использующие в качестве чувствительного элемента тензоэлементы, содержат только один или два активных элемента. В этом случае другие сопротивления моста Уитстона подключают снаружи. Для таких датчиков должен быть смонтирован полный мост на вращающемся столе во избежание ложных сигналов, которые будут возникать в результате небольших изменений сопротивления устройства скользящих колец. Также может быть использован и мост Кельвина.

При калибровке датчиков на маленьких ускорениях сила тяжести может оказать значительное влияние, если датчик чувствителен к поперечным ускорениям. Поэтому датчик должен быть размещен на центрифуге таким образом, чтобы его ось максимальной поперечной чувствительности находилась в горизонтальной плоскости.

Чувствительность датчиков ускорения на нулевой частоте может быть определена с погрешностью не более 1%. Калибровка на центрифуге не дает информации о рабочем частотном диапазоне датчика.

5.2.3.2 Наклонная центрифуга

Когда ось вращения центрифуги не параллельна вектору силы тяжести Земли, ускорение, приложенное к датчику, закрепленному на центрифуге, кроме центростремительного ускорения , будет иметь переменную гравитационную составляющую,

, (30)

— ускорение силы тяжести Земли;

где — угол между осью вращения и вертикальной осью;

— переменный угол, образованный рабочей осью датчика и горизонтальной плоскостью.

Влияние гравитационной составляющей ускорения на датчик, представленный в виде системы пружина — масса, описано. Синусоидальное ускорение может быть приложено к датчику, когда =0 и =90°. В этом случае гравитационную составляющую ускорения определяют с минимальной неопределенностью. Ее пределом является ускорение на любой частоте вращения. Максимальная частота обычно меньше нескольких сотен герц, она ограничена конструкцией центрифуги и возможностью ее балансирования.

5.2.3.3 Двойная центрифуга

Двойная центрифуга состоит из маленькой центрифуги, эксцентрично установленной на большой, прочно закрепленной на стене. Вибрационный датчик, смонтированный на маленькой центрифуге, может быть приведен в движение независимо маленькой центрифугой или приводным ремнем со шкивом, закрепленным в пространстве концентрично с большой центрифугой. При движении обеих центрифуг с постоянными угловыми скоростями ось чувствительности датчика переменно меняет свое направление относительно центра большой центрифуги. Составляющую ускорения , м/с, приложенную вдоль оси чувствительности датчика в любой момент времени , рассчитывают по формуле

, (31)

где — расстояние между центрами двух центрифуг, м;

— угловая частота большой центрифуги, рад/с;

— угловая частота маленькой центрифуги относительно большой центрифуги, рад/с; знак плюс ставят, когда направления вращений центрифуг совпадают, и минус — когда они противоположны.

— расстояние между центром тяжести сейсмической массы датчика и центром маленькой центрифуги, м.

Когда членом можно пренебречь, ускорение, приложенное вдоль оси чувствительности датчика, становится синусоидальным и рассчитывается по формуле

. (32)

Член равен нулю, когда и равны, но противоположно направлены.

Существует также составляющая ускорения, направленная перпендикулярно оси чувствительности, которая делает этот метод неприемлемым для датчиков с высокой поперечной чувствительностью.

Выражение (32) верно и составляющая ускорения вдоль оси чувствительности датчика будет строго синусоидальной при приведенных ниже условиях. Центр шкива совпадает с центром большой центрифуги. Шкив такого же размера закреплен концентрично с маленькой центрифугой и соединен с другим шкивом ремнем. Большая центрифуга приводится в движение мотором. При этом угловые частоты обеих центрифуг вокруг их соответствующих центров будут всегда равны и противоположно направлены.

Двойную центрифугу используют для создания синусоидального ускорения до 500 м/с в диапазоне частот приблизительно от 0,7 до 10 Гц.

5.2.4 Гравитационная калибровка (калибратор с поворотной опорой)

Для калибровки линейных датчиков ускорения с нулевой частотной характеристикой и с незначительной поперечной чувствительностью используют калибратор с поворотной опорой, принцип действия которого основан на гравитации Земли. Он применяется в диапазоне ускорений от минус до плюс . Калибруемый датчик прикрепляют к платформе на конце рычага для измерения составляющей ускорения вдоль рычага. Рычаг может быть отклонен на угол относительно вертикальной оси между 0° и 180°. Он снабжен стрелкой для считывания значений угла с градуированного круга. Уровень основания, к которому прикреплен датчик, должен быть тщательно выставлен в положение =0°. Установка рычага с погрешностью не более 0,1° осуществляется с помощью отградуированного круга.

Составляющую ускорения вдоль рычага рассчитывают по формуле

. (33)

Тогда изменение ускорения в зависимости от углового перемещения рассчитывают по формуле

. (34)

Датчик ускорения подвергают воздействию составляющей ускорения под прямым углом к направлению оси чувствительности датчика, равной рассчитанной по формуле

. (35)

Обычно это не влияет на результаты калибровки датчиков с незначительной поперечной чувствительностью.

Примечание — Для достижения удовлетворительных результатов может потребоваться виброизоляция средств испытаний. Снизить воздействие вибрации позволяет также электронное фильтрование и усреднение в измерителях напряжения постоянного тока.

5.2.5 Калибровка методом удара

Большинство абсолютных методов ударной калибровки основаны на принципе измерения скорости. Это связано с тем, что скорость может быть измерена практически. Обычно калибруемый датчик крепят на наковальне, подвешенной каким-нибудь способом в положении покоя. Затем молотком определенного вида ударяют по наковальне таким образом, чтобы вызвать ее кратковременное движение. Удар должен контролироваться, чтобы изменение скорости не было слишком быстрым или слишком медленным и не возбудило частотных составляющих за пределами рабочих диапазонов приборов. Калибруемые датчики скорости или ускорения должны иметь массу намного меньше, чем масса наковальни, на которой они крепятся. Направление оси чувствительности датчика должно точно совпадать с направлением силы удара во время столкновения. В процессе удара записывают выходной сигнал датчика во времени. Сразу после удара измеряют приращение скорости наковальни .

Приращение скорости может быть определено измерением времени движения наковальни в пределах известного расстояния. Для включения электронного таймера могут использоваться фотоэлектрические и магнитные датчики. Приращение скорости , м/с, являющееся прямым результатом воздействия ускорения, приложенного во время удара, рассчитывают по формуле

, (36)

где и — время начала и конца удара;

Тогда выходной сигнал датчика рассчитывают по формуле

, (37)

где — чувствительность датчика в единицах выходного сигнала на м/с.

Объединив выражения (36) и (37), решение относительно даст

. (38)

Формула (38) позволяет калибровать линейные датчики ускорения по записи выходного сигнала во время баллистического удара.

Если удар проводится по наковальне, расположенной на пружине с линейной характеристикой, то он имеет форму полусинусоидального импульса с площадью, равной , где и — высота и ширина импульса соответственно. Форма и длительность импульсов обычно регулируются изменением массы, упругости и других начальных условий, таких как высота падения, давление воздуха или других физических параметров в зависимости от типа генератора удара.

Обе методики (удар по свободной наковальне и удар по подпружиненной наковальне) применимы для получения значения , требуемого для формулы (38). Выходной сигнал датчика может быть зарегистрирован в процессе удара в виде функции времени быстродействующим осциллографом или с помощью запоминающего осциллографа с фотографированием. Значения напряжения и времени могут быть оценены наложением сигнала с известными напряжением и временем . Коэффициент напряжения и коэффициент временной шкалы рассчитывают по формулам

; . (39)

Площадь записанного выходного сигнала датчика рассчитывают по формуле

, (40)

где и — начало и конец удара, деления шкалы времени;

— напряжение выходного сигнала, деления шкалы напряжений.

Подстановка этих выражений в формулу (38) дает

. (41)

Площадь может быть получена графическим интегрированием записи ускорения во времени. При измерении площади под записью ускорения во времени обычно используют планиметрию. При определении площади необходимо соблюдать осторожность, обращая внимание на уход нуля, зашкаливание и дребезг.

Интеграл в уравнении (38) может быть также определен с помощью электронного интегратора или цифровых интегрирующих и суммирующих приборов. Это ускоряет процесс калибровки и уменьшает субъективные ошибки оператора.

Абсолютные методы ударной калибровки могут быть проведены с погрешностью менее 5% практически во всем разумном диапазоне амплитуд и длительностей удара. При этом предполагается, что калибруемый датчик имеет линейную частотную характеристику в интересующем диапазоне частот. Если это условие не выполняется, то значение результирующей погрешности очень трудно оценить. Кроме того, определенное значение чувствительности не дает никакой практической информации об амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристиках. Однако это не ограничивает использование данного метода. Более существенной проблемой является обеспечение требуемой точности.

5.3 Калибровка методом сличения

Вибрационные датчики, откалиброванные одним из вышеизложенных методов, могут быть использованы в качестве эталонных для калибровки других датчиков. Метод, описанный в 5.2.1, является предпочтительным.

При калибровке методом сличения эталонный и калибруемый датчик, установленные соответствующим образом, подвергают одному и тому же движению на входе и измеряют их выходные сигналы и или отношение двух выходных сигналов. Если оба датчика чувствительны к одному и тому же параметру вибрации, т.е. оба чувствительны к скорости или к ускорению, и если характеристики обоих датчиков линейны, то амплитуда чувствительности датчика связана с соответствующей амплитудой чувствительности эталонного датчика 1 следующим соотношением

. (42)

Калибровка методом сличения ограничена диапазоном частот, длительностью импульса и амплитудами, для которых датчик 1 был откалиброван. Также может быть определена и комплексная чувствительность датчика 2, если известна фазо-частотная характеристика датчика 1 и измерено отношение фаз между и .

Если два датчика чувствительны к различным параметрам вибрации, например, если датчик скорости сравнивают с датчиком ускорения, то чувствительность будет также связана с какой-то степенью . В рассматриваемом случае , рассчитанное по формуле (42), следует умножить на .

Наилучшие результаты обычно достигаются, когда датчики жестко установлены в положение «спина к спине» и их оси чувствительности параллельны направлению движения. Необходимо убедиться в том, что датчики 1 и 2 испытывают одно и то же движение. Если оба датчика линейны и размещены на столе генератора вибрации, качающиеся движения стола должны быть пренебрежительно малы. Искажения формы сигнала обычно не являются критичными для калибровки методом сличения, особенно если датчики чувствительны к одному и тому же параметру вибрации. Однако наличие гармоник в движении может увеличить выходные сигналы обоих датчиков на разные значения в зависимости от отношения чувствительностей датчиков на частотах гармоник.

Практически калибровка может быть выполнена с использованием электродинамического генератора вибрации (вибростенда). Эталонный датчик («спина к спине») крепят на столе вибростенда некалиброванной поверхностью к столу. Калибруемый датчик размещают на «спине» эталонного.

Для использования метода сличения на высоких частотах эталонный датчик должен быть откалиброван с нагружением массой, равной массе калибруемого по нему датчика.

Электрический выходной сигнал предусилителя эталонного датчика может быть удобно и точно сравнен с выходным сигналом калибруемого датчика, в случае использования прецизионного усилителя с аттенюатором и компаратором.

На какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Виброакустическая диагностика технических объектов

Структура вибрационного сигнала

Общий, ВД_04 ответы. Общий экзамен по вибрационному методу нк. Ii уровень. Версия 2004 г

Общий экзамен по вибрационному методу НК. II уровень. Версия 2004 г.

ГОСТ ИСО 5347-0-95 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения

Текст ГОСТ ИСО 5347-0-95 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

4 ИЗМЕРЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

5 МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ

Добавить комментарий Отменить ответ