ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.05.2020
Просмотров: 236
Скачиваний: 3
Чувствительность датчиков к механическим деформациям особенно проявляется при установке их на тонких стенках таких объектов, как редукторы, насосы и тому подобное. В этих случаях в местах установки преобразователя могут возникнуть большие изгибные деформации, которые вызывают в корпусе и в пьезоэлементе значительные механические напряжения, что приводит к изменению коэффициента преобразования.
Для уменьшения влияния механической деформации (уменьшения тензочувствительности) датчиков:
увеличивают толщину основания между пьезоэлементом и корпусом акселерометра вводят промежуточный элемент;
используют двухкорпусную конструкцию;
применяют переходник, удаляющий пьезоакселерометр от объекта; преобразователь приклеивают через прокладку или устанавливают на мастику.
Виброизмерительные преобразователи с чувствительным элементом, работающим на изгиб вследствие особенности конструкции, практически не подвержены влиянию механических деформаций.
В большинстве случаев при измерении вибраций механическая деформация в месте установки преобразователя бывает небольшой, поэтому изменением коэффициента преобразования можно пренебречь.
Схема крепления преобразователя на переходнике показана на рисунке .
Следует иметь в виду, что в это случае его установочный резонанс снижается в полтира, два раза. Наименьшей чувствительностью к механическим деформациям объекта обладают двухкорпусные преобразователи, а также преобразователи, у которых чувствительный элемент значительно удален от места крепления корпуса к объекту.
Рисунок . Cхема крепления преобразователя на переходнике.
1 преобразователь;
2 переходник;
3 объект.
При нагреве пьезоэлектрического преобразователя его основные характеристики (коэффициент преобразования и емкость) значительно изменяются. Это происходит вследствие зависимости пьезомодуля и диэлектрической проницаемости от температуры. У различных материалов эти параметры изменяются по разному. Существуют материалы, пьезомодуль которых с повышением температуры изменяется мало, а диэлектрическая проницаемость значительно. Поэтому для уменьшения температурной погрешности датчика эти материалы следует использовать в преобразователях, работающих с усилителем заряда.
При создании высокотемпературных датчиков используют высокотемпературные клеи, провода, изоляционные материалы и высокотемпературные антивибрационные кабели.
При нагреве преобразователя на электродах пьезоэлемента появляется статический заряд, вызванный явлением пироэффекта и температурной деформацией пьезоэлемента. При включении преобразователя на вход измерительного прибора, имеющего входное сопротивление мене 100 МОм, этот заряд обычно не оказывает влияния на показания прибора при небольшой скорости нагрева или охлаждения датчика. В случае применения прибора с входным сопротивлением более 200 МОм или при значительной скорости нагрева и охлаждения могут наблюдаться нарушения работы прибора. Если преобразователь необходимо использовать в условиях термоциклирования, то его следует подвергнуть дополнительным испытаниям. Большинство моделей преобразователей не предназначено для работы в этих условиях, и заводы-изготовители не проверяют их на термоциклирование.
Вибрация некоторых агрегатов (высокооборотные компрессоры, насосы, редукторы и другие) при определенных режимах сопровождается интенсивным акустическим шумом, который из-за акустической чувствительности пьезоэлектрических преобразователей (чувствительности к давлению) оказывает влияние на выходной сигнал последних. Как правило, это влияние невелико, но при измерении вибрации небольшого уровня для оценки
погрешности измерения важно знать акустическую чувствительность преобразователей.
Пьезоэлектрические датчики большинства моделей обладают высокой вибрационной и ударной прочностью и устойчивостью, причем наибольшие значения имеют преобразователи с чувствительным элементом, поджатым в корпусе и работающим на сдвиг.
Преобразователи с чувствительным элементом, работающим на изгиб, характеризуются меньшей вибрационной и, особенно, ударной прочностью. Эти преобразователи не следует применять для исследования вибрационных процессов или ударных импульсов, частотный спектр которых содержит составляющие ускорения значительного уровня (до 200—500 м/с2), а частота совпадает с собственной частотой преобразователя, так как может нарушиться целостность пьезоэлемента, приклеенного к стальному упругому элементу. По этой же причине нельзя допускать падения таких преобразователей. При падении преобразователя на цементный или металлический пол может возникнуть значительное ускорение (до 10000 м/с2 и более). В случае использования преобразователей для измерения больших ускорений (более 10000 м/с2), особенно в области низких частот (менее 1000 Гц), из-за больших перемещений возникает опасность повреждения выводного кабеля вблизи места заделки его в корпусе преобразователя или у разъема. Для предохранения кабеля, оставляя небольшую петлю, его следует крепить через мягкую прокладку к корпусу преобразователя или к объекту, на котором установлен преобразователь.
Для стационарного эксплуатационного контроля вибрации машин, а также в случае затруднений при съеме датчика с машины удобно использовать датчики, имеющие внутреннее калибровочное устройство (в виде дополнительного пьезоэлемента или электромагнитного возбудителя колебаний).
Известны и другие схемы контроля исправности датчиков, например путем подачи на пьезоэлемент импульсного напряжения и съема с него отклика. Большим недостатком пьезоэлектрических датчиков является ограниченная длина выводного кабеля, соединяющего акселерометр с высокоомной частью измерительного прибора. С увеличением длины кабеля уменьшается коэффициент преобразования датчика при работе последнего с усилителем заряда. Кроме того, применяемый для этой цели антивибрационный радиочастотный кабель дефицитный и дорогостоящий. Поэтому создание датчиков, совмещенных с входным усилителем (пьезотронов) является важной задачей.
В каждом конкретном случае для измерения параметров вибрации или удара выбирают датчики наиболее подходящей модели.
Для измерения низкочастотных вибраций малого уровня ускорений необходимы преобразователи, обладающие высоким коэффициентом преобразования.
В условиях высоких температур при наличии других влияющих факторов (акустических шумов, механических деформаций, электрических или магнитных полей, давлений, радиации и тому подобного) необходимо применять малочувствительные к влияющим факторам датчики или принимать меры по защите преобразователя от их воздействия.
Для контроля вибрации в эксплуатационных условиях главными характеристиками являются надежность преобразователя, его вибрационная и ударная прочность и устойчивость, способность длительное время работать в условиях непрерывного воздействия различных влияющих факторов.
Частотный диапазон датчиков определяют исходя из спектра частот вибрационного или ударного ускорения испытуемого объекта. Если спектр частот неизвестен, то следует использовать широкодиапазонные датчик. Коэффициент преобразования датчиков обратно пропорционален квадрату частоты его резонансных колебаний, поэтому целесообразно выбирать датчики, имеющий установочный резонанс, в два, три раза превышающий верхнюю границу спектра частот ускорений объекта. При заданной неравномерности амплитудно-частотной характеристики датчика верхнюю границу неискаженного воспроизведения спектр частот исследуемого объекта (без учета затухания) определяют из выражения:
= 1/(1-(f/f0)2)
где f, fо текущая и резонансная частоты соответственно, Гц.
Установочный резонанс можно значительно снизить, если датчик закрепить на объекте через маложесткий переходник или на маложесткой части объекта. Установочный резонанс закрепленного датчика следует проверять непосредственно на объекте.
Широкие возможности пьезоэлектрических датчиков могут быть реализованы только при соблюдении правильных методов использования преобразователей в сложных условиях эксплуатации.
На точность измерения влияют следующие факторы:
способ и качество крепления преобразователя на объекте;
возможная вибрация выводного кабеля;
температура;
переменные электрические и магнитные поля;
механические деформации;
акустические шумы;
перепады давления;
проникновение к токоведущим элементам датчика влаги или масла.
При установке преобразователя на исследуемом объекте часто используют различные переходники.
Примеры крепления преобразователя приведены на рисунке .
Рисунок . Примеры крепления преобразователя на подшипнике:
а на консольной пластине;
б на П-образном переходнике;
в на Г-образном переходнике;
г на приваренном или приклеенном фланце;
1— преобразователь;
2 — переходник;
3-подшипник.
Если невозможно выполнить крепежные отверстия на объекте, то для крепления преобразователя может быть рекомендован способ, на рисунке ,б. При этом способе крепления небольшую легкую планку с крепежными отверстиями приваривают или приклеивают на объекте (установочный резонанс для высокочастотных преобразователей может уменьшится почти в два раза).
На рисунке представлены эквивалентные механические схемы преобразователя, закрепленного без переходника и с переходником. Как видно из этих схем, при наличии переходника образуется двух массовая система вместо одно-массовой и снижается установочный резонанс.
Качество крепления датчика определяется:
методом его крепления (смотри рисунок , б г);
оптимальным значением крутящего момента крепления, с которым преобразователь закреплен на объекте;
качеством и точностью изготовления крепежного отверстия.
Рисунок . Схемы крепления преобразователей на объекте:
а с опорой на буртик;
б с упором на торец;
в через прокладку;
г винтом.
На рисунке представлены схемы крепления двух моделей часто встречающихся датчиков:
с опорой на буртик (рисунок , а);
с упором на торец рисунок , б);
через прокладку (рисунок , в);
частный случай крепления с опорой на буртик и винтом через центральное отверстие (рисунок , г).
Совершенно недопустимо крепление преобразователя с упором на торец, как показано на рисунке ,б. В этом случае значительно изменяется коэффициент преобразования и относительный коэффициент поперечного преобразования, причем для каждого датчика эти параметры изменяются по-разному.
При креплении преобразователей с опорой на буртик (рисунок , а) получают значительно лучшие результаты. В случае крепления датчика с опорой на буртик относительный коэффициент поперечного преобразования практически не зависит от момента крепления. Крепление датчиков через различные промежуточные шайбы, имеющие разную толщину до 0,3 мм, практически не приводит к заметному изменению его характеристик.
Недопустимым является крепление датчика с помощью струбцины или планки, прижимающей его корпус к объекту. При этом изменяются условия закрепления пьезоэлемента и, следовательно, коэффициент преобразования и относительный коэффициент поперечного преобразования.
Источником погрешности при измерении вибрации с помощью пьезоэлектрических датчиков может быть помеха, появившаяся из-за возникновения электростатического заряда на внутренней изоляции выводного кабеля. Это явление наблюдается при наличии больших перемещений кабеля и в большинстве случаев проявляется на низких частотах. Для уменьшения этого явления кабель жестко закрепляют на объекте. Существенно меньше электризация специальных антивибрационных кабелей.
Для измерения вибрации при температуре окружающей среды, превышающей 80°С, используют высокотемпературные датчики. Кроме того, применяют охлаждаемый водой переходник и металлический экран, предохраняющий выводной кабель от радиационного нагрева. Для дополнительного охлаждения кабеля используют обдув воздухом.