Файл: 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.doc

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Технические средства измерения вибрации и принципы их построения

Одной из актуальных проблем современной техники является измерение параметров вибраций, ударов и шумов. Совокупность методов и средств для измерения величин, характеризующих колебания, называется виброметрией. Необ­ходимость в проведении таких измерений на машиностроительном предприятии возникает по ряду причин, например, для определе­ния виброактивности выпускаемых машин, режимов работы виб­рационного технологического оборудования, при вибродиагно­стике машин и агрегатов, контроле их качества. Сегодня нельзя назвать практически ни одного объекта контроля или производственного процесса, который не испытывал бы воздействие вибрационных, ударных или акустических нагрузок. Уже длительное время разрабатываются способы борьбы с вредным воздействием вибраций, ударов и шумов в технике и природе.

1.1.1 Уровень техники

Современные виброизмерительные приборы  это обычно электронные малогабаритные приборы с автономным питанием и калибровочным устройством для контроля электрической части, со встроенными фильтрами.

Специалисту, выполняющему измерения, необхо­димы знания основ теории колебаний, стандартных методов изме­рения и анализа вибрации, правил обращения с приборами и их эксплуатации.

Выбор мето­дов и средств измерения определяется поставленными целями и программой экспериментальных исследований.

Средствами измерения параметров вибрации служат специаль­ные приборы, в которых информация об измеряемой величине представляется в форме, удобной для восприятия человеком.

Виброизмерительный тракт обычно формируется из нескольких последовательно соединенных приборов. В зависимости от усло­вий проведения измерений, способа регистрации получаемых ре­зультатов и других обстоятельств число приборов, входящих в из­мерительный тракт, может изменяться в широких пределах. На рисунке 3. приведена блок-схема, наиболее полно удовлетворяю­щая требованиям проведения измерения вибрации в гигиениче­ских целях. Приборы, указанные в блок-схеме, позволяют преоб­разовывать энергию механического колебания в электрический сигнал и затем определять уровни вибрации, ее частотный спектр, регистрировать спектрограммы, а также записывать механические колебания на измерительный магнитофон.

Рисунок 3  Блок-схема универсального виброизмерительного тракта

Первичным элементом схемы является вибропреобразователь (вибродатчик), который входит в любой комплект виброизмери­тельной аппаратуры. Он выполняет роль преобразователя энергии вибрационных колебаний, получаемых от источника, в электри­ческие сигналы. Широкое применение получили преобразователи пьезоэлектрические, емкостные, индукционные и т. п. В совре­менной виброизмерительной аппаратуре (при динамических процессах) чаще используют пьезоэлектрические датчики. Их преобразующий элемент состоит, как правило, из двух пьезоэлектрических дисков, на которых закреп­лена инерционная масса, создающая при вибрации переменное давление на пьезоэлементы, пропорциональное виброускорению. Вследствие пьезоэффекта на обкладках дисков возникает пере­менное напряжение, пропорциональное прилагаемому усилию и, следовательно, виброускорению.

---

Основными преимуществами таких преобразователей являются: широкий диапазон рабочих частот, большая вибрационная и ударная прочность, простота конструкции, малая чувствительность к магнитным полям, возможность создания высокотемпературных преобразователей с малыми размерами и массой.

Основными параметрами вибропреобразователя являются его коэффициент преобразования, который зависит от свойств пьезоматериала и массы датчика, а также относительный коэффи­циент поперечного преобразования.

Емкостные преобразователи также находят применение для измерения параметров вибрации, но особенно широко они используются для акустических измерений (конденсаторные микрофоны).

Большое распространение имеют также индукционные вибродатчики, в которых массой является постоянный магнит, совершающий вынужденные колебания от­носительно соленоида, посаженного в корпус и не­подвижно скреплённого с точкой измерения. Та­ким образом, в соленоиде наводится электродвижущая сила, пропорцио­нальная относительной скорости движения магнита и соленоида.

Предусилители включают в измерительную блок-схему как для усиления слабого выходного сигнала акселерометра, так и для согласования высокоомного выхода акселерометра с низкоомными последующими каскадами.

В измерительных приборах осуществляются интегрирование и дифференцирование входных сигналов и, соответственно, опре­деление значений виброскорости, виброускорения и их уровней.

Выделение требуемой полосы анализируемых частот колебаний производится фильтрами. Они, как правило, выполняются с по­стоянной относительной полосой пропускания, большей частью кратной долям октавы (октавные, третьоктавные). Использование фильтров дает возможность вести спектральный анализ вибрации путем измерения ее уровней в заданных диапазонах частот, в том числе и определяемых гигиеническими и техническими нормами, т. с. в октавных или третьоктавных диапазонах.

Индикаторы уровней дают возможность фиксировать резуль­таты измерений с помощью цифровых или стрелочных указателей. Результаты экспериментальных исследований удобно фиксиро­вать на бумажной ленте с помощью самопишущих приборов, вклю­чаемых в измерительный тракт, что упрощает процесс спектраль­ного анализа, повышает надежность измерений.

В последнее время получает распространение метод анализа производственной вибрации, основанный на предварительной за­писи ее измерительным магнитофоном и последующей обработке в лабораторных условиях на стационарном измерительном тракте.

Виброизмерительные приборы делятся на две группы. В первую из них входят измерительные приборы, обеспечивающие измерение среднего квадратического значения виброскорости и виброускорения и их логарифмических уровней в октавных или третьоктавных полосах частот, а также корректированного значения виброскорости (виброускорения).

---

Измерительные приборы второй группы используют для изме­рения дозы вибрации, а также эквивалентного корректированного значения виброскорости (виброускорения). Их оснащают корректирующими фильтрами.

В последние годы получает развитие вибродозиметрия  со­ставная часть виброметрии, основанная на интегральной оценке вибрационного воздействия на объект виброзащиты путем на­копления дозы колебательной энергии за длительный отрезок времени. Дозу можно либо рассчитать по данным спектрального анализа, либо измерить вибродозиметром прибором, определя­ющим усредненную вибрационную нагрузку на человека-опера­тора в течение, например, рабочей смены.

Перспективной можно считать разра­ботку индивидуальных вибродозиметров, использующих неэлектронные принципы регистрации дозы вибрации (оптико-ме­ханический, электрохимический, эффект контактной электризации и др.). Известна конструкция вибродозиметра, в котором ре­гистрация дозы вибрации происходит с помощью электрокинема­тического накопителя. Он содержит два регистрирующих узла, выполненных на основе капилляра с по­ристой перегородкой, заполненного полярной жидкостью, и раз­мещенных по разные стороны от перегородки электродов.

1.1.2 Выбор прототипа:

Наиболее близким техническим решение является выпускаемый серийно прибора ВШВ003. Данный прибор является хорошей системой диагностирования с использованием новейших технологий. Достоинствами ВШВ003 является высокая точность измерения и обработки колебательных процессов, широкий диапазон измеряемых частот (от 10 до 2800 Гц.), питание прибора осуществляется как от сети, так и от батарей, и другие технические характеристики. Основными недостатками таких устройств является их высокая цена, которая является недоступной широкому кругу потребителей (мелким коммерческим и государственных фирмам), применение требующее специальных технических навыков, а также большие габаритные размеры (100280240 мм.) и масса (4 кг.).

1.2 Тема дипломного проекта

Целью дипломного проекта является рассмотрение первичных вибропреобразователей (таких как пьезоэлектрические датчики, в системе диагностирования механических колебаний), а также, разработка, конструирование и сборка физической модели, измерительной системы диагностирования электрических машин и механизмов для раннего обнаружения их неисправности.

1.3 Техническое задание

Изобретение относится к радиоэлектронике, более конкретно к измерительным средствам, и используется в измерительной технике, автоматике, механике и других областях. Целью создания изобретения были такие характеристики как: относительно малая стоимость (достигаемая за счет современной элементной базы), простота применения не требующая специальных технических навыков, достаточно высокий частотный спектр (не мене 1000 Гц), малые массогабаритные параметры.

---

П редлагаемое изобретение как и аналогичное устройство объединяют в себе: вибропреобразователь (преобразующий колебания в электрический сигнал), усилитель электрического сигнала, увеличивающий и согласующий значение заряда до доступного для измерения, измерительный прибор уровня напряжения дает возможность визуально фиксировать резуль­таты измерений. На рисунке 4 приведена блок-схема измерительная системы.

Рисунок 4 Блок-схема измерительная системы.

1) Вибропреобразователь (вибродатчик), который входит в любой комплект виброизмери­тельной аппаратуры. Он выполняет роль преобразователя энергии вибрационных колебаний, получаемых от источника, в электри­ческие сигналы. В предлагаемом устройстве используется преобразователь пьезоэлектрический виброизмерительный ДН4.

Основные технические характеристики вибропреобразователя.

а) Рабочий диапазон частот от 0 до 12500 Гц.

б) Электрическое сопротивление изоляции:в нормальных условиях не менее 1 ГОм ; в условиях повышенной влажности не менее 0,1 ГОм.

в) Электрическая ёмкость вибропреобразователя, включая ёмкость кабеля, не менее 1000 пФ.

г) Номинальное значение коэффициента преобразования на часто­те 1000Гц

д) Относительный коэффициент поперечного преобразования не более  5%.

е) Габаритные размеры вибропреобразователя:18,817,014,0 мм

з) Масса вибропреобразователя ( без кабеля и штеккера) не более: 0,013 кг.

2) Усилитель включен в измерительную схему как для усиления слабого выходного сигнала с вибропреобразователя, так и для согласования высокоомного выхода вибропреобразователя с низкоомными последующими каскадами.

Основным элементом усилителя является операционный усилитель КР574УД 2. Выбор данной микросхемы был обусловлен тем, что у нее малый входной ток и большое входное сопротивление.

Основные технические характеристики усилителя:

а) Напряжение питания –9В;

б) Потребляемый ток 5 мА;

в) Входной ток0,5 мА;

г) Входное сопротимвление10³ МОм;

3) Измерительный прибор уровня напряжения дает возможность визуально фиксировать резуль­таты измерений вибрации. В качестве измерительного прибора выступает стрелочный электромагнитный вольтметр.

Технические характеристики устройства диагностирования приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные технические характеристики устройства:

- Напряжение питания, В	9
- Потребляемый ток, А	0,01
- Частотный диапазон, Гц	50  5000
- Диапазон измерений виброускорения, м/с2	0,1  500
- Диапазон рабочих температур, 0С	-30  +50
- габаритные размеры, мм	70х80х60
- масса, кг, не более	0,5

Достоинствами данного прибора являются такие характеристики как:

- Низкая себестоимость (доступен широкому кругу потребителей);

---

- Простота применения не требующая специальных технических навыков;

- Высокий частотный спектр (то 50 до 5000 Гц);

- Простота конструкции и малая элементная база;

- Широкий круг применения(ремонт и наладка электродвигателей, автомобилей, трансформаторов, насосов, редукторов и других средств техники);

- Малые массогабаритные параметры.

Недостатками данного прибора является:

- Точность значений, измеряемой величены, является средне выраженным.

1.3.1 Техническое обслуживание системы

Обслуживание системы заключается в плановом осмотре и ремонте (в основном измерительного прибора) устройства, в плановой замене электробатарей (“Крона”) (один раз в квартал или по необходимости) и наблюдением за ходом выдачи окончательного результата о состоянии технологического оборудования.

Применение этих приборов на производстве позволяет уменьшить время на определение неисправностей, а также избегать простоя технологического оборудования из-за проведения плановых осмотров и ремонтов, проводя ремонтные работы по фактическому состоянию оборудования. Внедрение данного устройства позволяет также избежать аварийных режимов работы технологического оборудования из-за быстро развивающихся дефектов, так как производится постоянный мониторинг его работоспособности. Такие качества, а также достаточно низкая стоимость устройства привлекают покупателей, обеспечивая высокий спрос на эту продукцию.

---