Меню

Токовихревые датчики вибрации принцип действия

Интеллектуальные вихретоковые датчиковые системы

Вихретоковый датчик состоит из вихретокового пробника, удлинительного кабеля и драйвера (рис. 1), поэтому датчик часто называют вихретоковой датчиковой системой (ВДС). Вихретоковый пробник — это металлический зонд с диэлектрическим наконечником (в который заключена катушка) на одном конце и отрезком коаксиального кабеля на другом. С помощью коаксиального удлинительного кабеля пробник подключается к драйверу. Драйвер (от английского driver , в данном контексте — возбудитель колебаний, выходной формирователь и т. п.) вихретокового пробника представляет собой электронный блок, который вырабатывает сигнал возбуждения пробника и осуществляет выделение информативного параметра. Выходным сигналом драйвера является электрический сигнал, прямо пропорциональный расстоянию от торца вихревого пробника до контролируемого объекта. Принцип действия датчика основан на взаимодействии электромагнитного поля катушки с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, электромагнитное поле этих токов действует навстречу полю катушки пробника, изменяя ее комплексное сопротивление. При изменении зазора между контролируемым объектом и торцом пробника возникает эквивалентное изменение комплексного сопротивления катушки. Драйвер преобразует эти изменения в электрический сигнал.

Основной областью промышленного использования ВДС является контроль осевого смещения и поперечного биения валов турбин, энергетических агрегатов, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Преимущество вихретокового метода заключается в следующем:

  • контроль осуществляется без контакта пробника и объекта;
  • на сигнал вихретокового датчика практически не влияют влажность, давление и загрязненность окружающей газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля неэлектропроводящими веществами;
  • исключительная точность (этот метод не только не имеет нижнего предела по частоте, но и не требует математической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала величине зазора между торцом пробника и поверхностью контролируемого объекта).

Американским институтом нефти разработан стандарт API 670, в котором прописаны требования к техническим характеристикам различных датчиков, применяемых для диагностики состояния промышленного оборудования, в том числе приводится минимально необходимый набор требований для вихретоковых датчиков зазора. В настоящее время действует уже четвертая редакция стандарта.

На мировом рынке существует несколько производителей вихретоковых датчиков, одним из ведущих среди которых является американская корпорация Bently Nevada. Производством вихретоковых датчиков занимаются также такие компании, как шведская SKF, датская Bruel & Kjaer, американская Metrix Instrument Co. Технические характеристики вихретоковых датчиков от указанных производителей полностью удовлетворяют требованиям стандарта API 670, который фактически стал международным.

Российское Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии требования к техническим характеристикам (диапазон измерения, чувствительность, нелинейность, шум и др.) вихретоковых датчиков не конкретизирует. Существуют только рекомендации по метрологическому обеспечению и методам поверки. Поэтому вихретоковые датчики от различных отечественных производителей зачастую существенно отличаются друг от друга техническими параметрами. Если предприятие поставляет датчик в составе измерительного оборудования, данное обстоятельство не имеет решающего значения, поскольку пользователь получает конечный продукт «под ключ». Если же конечным продуктом является собственно вихретоковый датчик, его технические характеристики должны быть стандартизованы. Данное обстоятельство позволяет потребителю использовать стандартные мониторинговые системы и при необходимости с минимальными затратами заменить датчики одного производителя на датчики другого, который предложит более выгодные условия поставки.

Ниже приводятся основные требования стандарта API 670 к характеристикам вихретоковых датчиков:

  • нормальный температурный диапазон эксплуатации пробника и удлинительного кабеля — от 0 до +45 °С;
  • расширенный температурный диапазон эксплуатации пробника и удлинительного кабеля — от –35 до +120 °С;
  • нормальный температурный диапазон эксплуатации драйвера — от 0 до +45 °С;
  • расширенный температурный диапазон эксплуатации драйвера — от –35 до +65 °С;
  • диапазон измерения — 0,2–2,2 мм;
  • чувствительность — 7,87 В/мм ±5% в нормальном температурном диапазоне (±10% — в расширенном);
  • девиация передаточной характеристики относительно прямой линии не должна превышать ±25 мкм в нормальном температурном диапазоне (±75 мкм — в расширенном);
  • напряжение питания — 24 В относительно общего провода;
  • собственный шум драйвера на выходе не должен превышать 20 мВ от пика до пика.

Воздействие температуры окружающей среды на компоненты вихретоковой системы (пробник, удлинительный кабель, драйвер) приводит к дополнительной погрешности измерения. Компенсация влияния температуры — задача весьма не простая, поскольку пробник, удлинительный кабель и драйвер, как правило, эксплуатируются в разных температурных режимах. Воздействие температуры на пробник приводит к изменению активного сопротивления катушки индуктивности, а следовательно, к изменению добротности, что воспринимается драйвером как изменение зазора между торцом пробника и поверхностью контролируемого объекта.

Для решения проблемы воздействия температуры окружающей среды на пробник был разработан специальный импульсный метод возбуждения вихретокового пробника, на который получен патент Российской Федерации [1]. Благодаря примененному способу возбуждения драйвер всегда «знает» температуру окружающей среды пробника и автоматически изменяет коэффициент усиления в ту или иную сторону для компенсации температурной погрешности.

Импульсный метод возбуждения колебаний хорошо согласуется с применением цифровых элементов в схемотехнике драйвера, что, в свою очередь, снижает погрешность от воздействия температуры на драйвер.

Для вихретоковых измерений характерна зависимость электромагнитного вихревого поля от физических свойств контролируемого объекта, а именно его проводимости и магнитной проницаемости. На предприятии-изготовителе для калибровки датчика используется образцовый материал. Если физические свойства образцового материала и материала контролируемого объекта отличаются, то возникает дополнительная погрешность измерения.

В вихретоковых измерениях для увеличения чувствительности обычно используют резонансный метод возбуждения колебаний, где элементами параллельного резонансного контура являются емкость коаксиального кабеля и индуктивность катушки пробника.

Предлагается несколько основных конфигураций вихретоковых систем, отличающихся диаметром катушки пробника, длиной кабеля, параметрами выходного сигнала и характером измеряемой величины. Диаметр катушки пробника определяет диапазон измерения и площадь взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. Считается, что площадь взаимодействия не выходит за пределы воображаемой окружности на поверхности объекта, диаметр которой равен двойному диаметру катушки пробника. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при выборе места монтажа пробника, а также при контроле поперечной вибрации вала, поскольку в этом случае облучаемая поверхность цилиндрическая, что является причиной возникновения систематической погрешности, которая растет с увеличением диаметра катушки и уменьшением диаметра вала.

Тип электронного
блока		 Модель Диаметр катушки
пробника, мм		 Диапазон
измерения		 Чувствительность,
выходной диапазон		 Системная
длина, м		 Измеряемая
величина
Драйвер АР2000 5 0,3–2,3 мм –8 мВ/мкм 5/9 Вибрация,
смещение
8 0,3–3,0 мм –8 мВ/мкм 5/9
19 1,0–8,0 мм –2 мВ/мкм 9
Трансмиттер АР2200 5 0,3–2,3 мм 4–20 мА 5/9 Вибрация,
смещение
8 0,3–3,0 мм 4–20 мА 5/9
19 1,0–8,0 мм 4–20 мА 5/9
АР2300 5 5–30 000 об/мин 4–20 мА 5/9 Частота вращения
Читайте также:  Замыкает датчик задний ход

В таблице приведены основные системные характеристики, позволяющие пользователю определить подходящую конфигурацию датчиковой системы для решения существующих прикладных задач.

На предприятии-изготовителе для каждой комбинации диаметр катушки + длина соединительного кабеля калибруется свой драйвер, после чего на его корпус наносится соответствующая маркировка. Таким образом, при выходе из строя какого-либо компонента ВДС замена должна быть идентичной. В противном случае требуется повторная калибровка драйвера на предприятии-изготовителе. Но даже при идентичной замене неизбежна дополнительная погрешность, которая часто оговаривается в характеристиках драйвера — это так называемая погрешность при замене компонентов. Опыт эксплуатации ВДС показывает, что очень часто пробник эксплуатируется в зоне высокого давления. В этом случае для изоляции драйвера от зоны высокого давления в разрыв соединительного кабеля между пробником и драйвером помещается герметичный переходник. Применение переходника вносит существенную дополнительную погрешность [2].

Для исключения влияния марки материала, а также погрешности от замены компонентов ВДС и погрешности, вносимой дополнительными переходниками в соединительном кабеле, был разработан драйвер D200A с новыми «интеллектуальными» возможностями, а именно с функцией автоматической калибровки [3].

Суть автоматической калибровки заключается в следующем. К выходу драйвера подключается индикатор на основе светодиода. Для того чтобы драйвер вошел в режим автоматической калибровки, необходимо нажать кнопку на корпусе драйвера и, удерживая ее, подать на него питание. Затем «прогнать» в микрометрической установке с образцовым материалом весь диапазон измерения датчика с шагом 100 мкм, фиксируя каждый зазор нажатием кнопки. Индикатор необходим для визуального отслеживания реакции драйвера на нажатие кнопки. После прохождения всего диапазона в драйвере формируется практически идеальная передаточная функция. Для выхода из режима автоматической калибровки нужно отключить и снова подать питание на драйвер. Процесс калибровки занимает около 2 мин. Таким образом можно оперативно откалибровать датчик по месту установки, при замене компонентов ВДС, а также исключить погрешность от дополнительных переходников между зоной высокого и низкого давления.

Введение функций автоматической калибровки, линеаризации, термокомпенсации и учета влияния кривизны облучаемой поверхности существенно повышает конкурентоспособность ВДС. Анализ рынка показывает, что ни одна из ведущих фирм, производителей ВДС, не выпускает сегодня датчики с такими сервисными возможностями.

Реализация новых «интеллектуальных» возможностей ВДС потребовала применения современной элементной базы. Основным компонентом драйвера является высокопроизводительный микроконтроллер C8051F007 фирмы Silicon Labs. Также применены компоненты от Microchip, Analog Devices, Burr Brown и Linear Technology.

Необходимо отметить, что в драйвере реализована еще одна полезная сервисная функция, а именно возможность обновления его программного обеспечения через последовательный порт персонального компьютера.

На рис. 2 приведена типовая передаточная характеристика ВДС. Девиация характеристики относительно прямой линии не превышает ±25 мкм в нормальном температурном диапазоне.

Описанные технические решения реализованы в ВДС АР2000А. Технические характеристики системы удовлетворяют требованиям стандарта API 670. Системную длину возможно откалибровать до 20 м. ВДС АР2000А имеет взрывозащищенное исполнение Exib II AT4 (сертификат соответствия № РООС RU.ГБ04. В00876 от 28.04.08 г.).

ВДС АР2000А прошла государственные приемочные испытания с целью утверждения типа СИ, внесена в Госреестр СИ под № 37564-08 и имеет сертификат об утверждении типа СИ RU.С.28.046.А № 31269 от 28.04.08 г.

Источник

Лекция 12. Измерение параметров вибрации

Датчики для измерения вибрации

Измерение механических колебаний может быть относительным (например, биения вала относительно корпуса подшипника) или абсолютной, что предполагает наличие неподвижной точки отсчёта – искусственного «нуля», относительно которого и выполняются измерения. Основным решением, в настоящее время, является преобразование механических колебаний в электрический сигнал при помощи вибрационных датчиков.

Вибрационный датчик – устройство, генерирующее электрический сигнал, пропорциональный измеряемому параметру вибрационного процесса. При измерении параметров вибрации используются датчики: проксиметры – для измерения виброперемещения; велосиметры – для измерения виброскорости; акселерометры генерирующие сигнал, пропорциональный виброускорению.

Проксиметр (датчик перемещения) – стационарно установленное устройство, имеющее усилитель сигналов и генерирующее напряжение на выходе, пропорциональное расстоянию до вращающегося ротора (рисунок 78). Датчик (вихретоковый) бесконтактно измеряет относительное перемещение вала в пределах зазора подшипника. При колебаниях зазора между ротором и датчиком, закрепленном на опоре, изменяются частота или амплитуда электромагнитных параметров, пропорциональных частоте и значению амплитуды зазора. Для измерения радиальной вибрации, датчики устанавливают парами под углом 90° перпендикулярно валу. Это делает возможным визуализацию на экране осциллографа орбиты движения вала, полярную диаграмму траектории центра вала в радиальной плоскости.

Вихретоковый преобразователь относительного перемещения: 1 – рабочая катушка; 2 – катушка температурной компенсации; 3 – корпус; 4 – изоляционная втулка

Рисунок 78 – Проксиметры

Велосиметры (измерители виброскорости) состоят из катушки индуктивности и магнита (рисунок 79). Относительное движение магнитного поля в катушке порождает ЭДС индукции, сила которой пропорциональна скорости движения. Имеют больший выходной сигнал, применение ограничивается частотой 2000 Гц.

Электродинамический преобразователь относительного перемещения: 1 – магнит; 2 – магнитопровод; 3 – разрезные пружины; 4 – катушка в качестве инерционного элемента

Рисунок 79 – Велосиметры

Конструктивно датчик выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором расположена катушка индуктивности в упругом подвесе, внутри которой расположен магнит. При колебаниях корпуса датчика катушка индуктивности начинает колебаться под действием силы инерции, пересекая магнитное поле, при этом в катушке возникает ЭДС, амплитуда и частота которой пропорциональны скорости и частоте колебаний корпуса датчика, прикрепленного к исследуемой поверхности.

Пьезоэлектрические акселерометры – наиболее универсальные и часто используемые датчики (рисунок 80). Основные варианты конструкции:

  • сжатие масса воздействует силой сжатия на пьезоэлектрический элемент;
  • сдвиг работа пьезоэлемента под действием срезывающего усилия.

Датчик с элементом сжатия

Датчик со сдвиговым элементом

Рисунок 80 – Акселерометры

Акселерометр является преобразователем механических колебаний в электрический сигнал пропорциональный виброускорению. Чувствительный элемент акселерометра состоит из одного или нескольких дисков или пластинок из пьезоэлектрических материалов. Действие пьезоэлектрического измерительного преобразователя основано на использовании прямого пьезоэффекта, то есть свойств некоторых материалов (пьезоэлектриков) генерировать заряд, под действием приложенной к ним механической силы. Над чувствительным элементом установлена инерционная масса, прижатая гайкой (жесткой пружиной). Под воздействием механических колебаний инерционная масса m воздействует на пьезоэлемент с силой F, пропорциональной ускорению a: F = m × a. В результате пьезоэлектрического эффекта на поверхности пьезоэлемента возникает электрический сигнал U пропорциональный воздействующей силе F и ускорению а механических колебаний. Частотный диапазон от 0 до 1/3 резонансной частоты акселерометра (обычно 30 кГц). Акселерометры имеют линейную амплитудную чувствительность в рабочем диапазоне (рисунок 81), стабильно работают длительное время, нуждаются в периодической калибровке.

Рисунок 81 – Амплитудно-частотная характеристика пьезоакселерометра

Датчики вибрации работают в ограниченном температурном диапазоне. Для акселерометра рабочий диапазон температур составляет от -30 °С до +80 °С. Для установки на горячие поверхности используются высокотемпературные пьезоакселерометры, работающие в диапазоне до +260 °С.

Пьезоэлектрические вибропреобразователи имеют диапазон рабочих частот до первого резонанса; электродинамический датчик имеет диапазон рабочих частот между первым и вторым резонансом; датчик перемещения – в области частот выше собственной частоты датчика.

Применение пьезоэлектрических датчиков по температуре окружающей среды ограничено, точкой Кюри температурой фазового перехода. При нагреве датчика возможен пироэффект появление заряда на выходе датчика и уменьшение чувствительности. Применяемые в пьезоэлектрических датчиках ферроэлектрические керамики (группа титанатов и цирконатов свинца) имеют высокие значения точек Кюри и работают в температурных диапазонах до +250 °С.

Акселерометры различаются на «зарядовые», датчики напряжения и со встроенной электроникой. Первые два типа относятся к высокоомным преобразователям, третий к низкоомным. Акселерометры измеряют абсолютное ускорение, а сигналы виброперемещения и виброскорости получаются путем преобразования в электронной части виброметра.

Пьезоэлектрический элемент акселерометра используется как источник заряда или как источник напряжения. Поэтому, чувствительность акселерометра определяется по заряду на единицу ускорения или напряжению на единицу ускорения.

Чувствительность по заряду выражается в единицах заряда (пКл) на единицу ускорения механических колебаний – пКл/(м/с 2 ).

Чувствительность по напряжению выражается в единицах выдаваемого электрического напряжения на единицу ускорения механических колебаний – мВ/(м/с 2 ).

Чувствительность по заряду не зависит от длины соединительного кабеля, а по напряжению зависит. Учитывая это, калибровка акселерометров по напряжению проводится с определенным соединительным кабелем.

При использовании пьезоэлектрических датчиков с усилителем заряда отношение сигнал/шум падает с увеличением длины кабеля. Поэтому, при применении усилителя заряда надо применять малошумные кабели и минимизировать изгибы.

Рабочий диапазон акселерометра по верхней частоте, в котором его характеристика равномерна и линейна, определяется, исходя из его амплитудно-частотной характеристики (рисунок 81), которая определяется резонансной характеристикой датчика в закрепленном состоянии. Фазовая характеристика акселерометра не вносит искажений в пределах частоты АЧХ.

Нижний предел рабочего частотного диапазона определяется характеристикой предусилителя, используемого в виброметре.

По характеристикам неравномерности датчики выпускаются:

  • с погрешностью измерения в рабочем диапазоне ±5% и предельной рабочей частотой равной 1/4…1/5 частоты резонанса;
  • с погрешностью измерения в рабочем диапазоне ±10% и предельной рабочей частотой равной 1/3 частоты резонанса.

Разъемы для подключения соединительных кабелей акселерометров распо-ложены сверху, или сбоку корпуса. Чувствительность находится в диапазоне 1…16 мВ/(м/с 2 ) или пКл/(м/с 2 ). Специальные акселерометры имеют нормализованную чувствительность, например 1 или 10 пКл/(м/с 2 ), что упрощает калибровку и проверку виброизмерительных систем.

Параметры акселерометров, при эксплуатации и хранении которых соблюдаются определяемые технической спецификацией пределы температуры, излучения, механических ударов и так далее, стабильны в течение длительного времени. На основе опыта установлено, что параметры акселерометров не изменяются более чем на 2% даже в течение нескольких лет. Однако, не бережное обращение с акселерометрами даже при их нормальной эксплуатации может привести к значительным изменениям их параметров и к их повреждению. Результатом свободного падения акселерометра из руки на пол из бетона является механический удар.

Акселерометры рекомендуется проверять и повторно калибровать по регулярным интервалам времени. Калибровка чувствительности акселерометра дает гарантию его работоспособности.

Способы крепления вибрационных датчиков

Возможны следующие способы крепления вибрационных датчиков (рисунок 82):

  • при помощи шпильки;
  • клеевые соединения, включая крепление при помощи пчелиного воска;
  • использование промежуточных элементов;
  • при помощи магнитов;
  • при помощи щупа.

Рисунок 82 – Способы крепления вибрационных датчиков

Крепление при помощи шпильки на гладкой плоской поверхности является предпочтительным. Место проведения измерения предварительно подготавливается (рисунок 83). Сверлится отверстие, нарезается резьба, шлифуется поверхность. При этом соблюдаются следующие требования:

  • глубина резьбового отверстия должна быть достаточной, чтобы шпилька не упиралась в дно отверстия в основании датчика;
  • шероховатость поверхности не более 1,6…0,25 Rz;
  • неперпендикулярность оси резьбового соединения к плоскости крепления преобразователя не более 0,02%;
  • неплоскостность поверхности крепления 0,01%;
  • крутящий момент при креплении датчика на шпильку М4…М8 1,7…2 Нм.

Рисунок 83 – Требования к месту установки датчика при помощи шпильки

Поверхность объекта должна быть ровной и чистой. На рабочую поверхность датчика наносится слой пластичной смазки, что увеличивает жёсткость механического соединения датчика и объекта измерений и создает хороший контакт поверхностей.

На рисунке 84 показана амплитудно-частотная характеристика пьезодатчика, закрепленного стальной шпилькой на гладкой поверхности объекта. В этом случае резонансная частота пьезодатчика практически совпадает с резонансной частотой, полученной при калибровке производителем (примерно 33 кГц).

Рисунок 84 – Амплитудно-частотная характеристика вибрационного датчика при креплении с помощью стальной шпильки

Недостатки: большие затраты времени на установку датчика и необходимость проведения слесарных работ.

Альтернативным методом крепления пьезодатчиков является крепление на тонком слое пчелиного воска, при помощи клея, цемента и другие. Резонансная частота уменьшается незначительно (рисунок 85). Этот способ крепления применим при комнатной температуре поверхности объекта и малой амплитуде колебаний.

Рисунок 85 – Амплитудно-частотная характеристика вибрационного датчика при креплении с помощью пчелиного воска

Недостатками этого метода крепления являются размягчение воска или клея с ростом температуры (допустимая температура +35…40 °С) и ненадежность крепления массивных датчиков, особенно в направлении измерения, отличном от вертикального. Крепление датчика пчелиным воском на гладкой чистой поверхности при измерении вибрации в вертикальном направлении можно считать допустимым для датчиков массой не более 20 г при амплитудах виброускорения до 100 м/с 2 .

Использование промежуточных элементов – пластин, дисков приводит к искажению воспринимаемого сигнала на высоких из-за механической фильтрации и снижению резонансной частоты из-за повышенной податливости системы.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить прочное крепление акселерометра без нарушения поверхности объекта резьбовыми отверстиями, используются специальные шпильки, закреплённые на плоском диске (промежуточные элементы) прикрепляемые твёрдым клеем или цементом. В качестве склеивающих материалов рекомендуются эпоксидные смолы и цианакриловые клеи. Изолированная шпилька и слюдяная шайба используются там, где необходима электрическая изоляция акселерометра относительно объекта.

Наиболее широкое распространение получил способ крепления датчиков на гладкой поверхности объекта с помощью постоянного магнита. При этом статическая сила сцепления магнита с измерительной поверхностью во многом влияет на диапазон измерений. Это определяет необходимость использования неодимовых магнитов с усилием 30…50 Н. Требования к обработке поверхности те же, что и для соединения при помощи шпильки. Крепление при помощи магнита (рисунок 86) сокращает измеряемый частотный диапазон до 5000 Гц. Резонансная частота в этом случае уменьшается примерно до 7… 15 кГц и зависит от типа магнита.

Рисунок 86 – Амплитудно-частотная характеристика вибрационного датчика при креплении с помощью магнита

Измерение вибрации с помощью щупа, снижает верхний частотный диапазон (рисунок 87) до 1000 Гц. Угол между измерительной осью вибродатчика и направлением измерения на должен превышать 25°.

Рисунок 87 – Амплитудно-частотная характеристика вибрационного датчика при креплении с помощью щупа

При проведении измерений измерительный кабель не должен подвергаться интенсивным колебаниям и должен быть удален (по мере возможности) от источ-ников сильных электромагнитных полей.

Устройство средств измерения вибрации

Основными элементам приборов для измерения вибрации являются: датчики вибрации, фильтры, преобразователи сигнала. Датчик вибрации преобразует механические колебания в электрический сигнал. Фильтры выделяют компоненты сигнала в необходимой области частот. Преобразователи сигнала: детектор для оценки амплитуды выделенных компонент; сумматор – для оценки среднеквадратичного значения сигнала; интегратор – для преобразования сигнала виброускорения в виброскорость или виброскорости в виброперемещение.

Виброметры

Приведенная на рисунке 88 блок-схема иллюстрирует конструкцию и принцип действия современного виброметра. Акселерометр соединяется с усилителем заряда, образующим входной каскад прибора. Усилитель заряда во входном каскаде исключает необходимость применения внешнего предусилителя и даёт возможность соединения акселерометра и виброметра длинным кабелем без заметной потери чувствительности системы.

Рисунок 88 – Блок-схема виброметра

Каскад электронных интеграторов обеспечивает измерение виброскорости и виброперещения. Фильтры верхних и нижних частот настраивают согласно требованиям к ширине анализируемой полосы частот, рабочему частотному диапазону используемого акселерометра. Фильтры позволяют эффективно подавляют помехи, обусловленные низко- и высокочастотными шумами. Усилительный каскад обеспечивает необходимое усиление сигнала.

Виброметр позволяет измерять среднеквадратичное, пиковое значение или размах колебаний измеряемого сигнала. В конструкции может быть предусмотрено запоминающее устройство. Запоминающее устройство эффективно при измерении механических ударов и переходных процессов. После преобразования в каскаде линейно-логарифмического преобразователя измеряемый сигнал поступает на измерительный прибор.

Вместе с виброметром можно использовать внешние фильтры, обеспечи-вающие частотный анализ исследуемых механических колебаний. Виброметр снабжается выходами переменного и постоянного напряжений. Это позволяет подключать осциллографы, измерительные магнитофоны и регистрирующие приборы.
Динамический диапазон определяет возможность виброизмерительной аппаратуры при измерении амплитуды вибрационного сигнала сохранять линейную связь между входом и выходом. Выражается в дБ или параметрах вибрации.

Динамический диапазон сверху ограничен максимальным значением входного заряда, снизу уровнем собственных шумов усилителя заряда. Динамический диапазон зависит от коэффициента преобразования акселерометра.

Величина отношения сигнал/шум (Кш) регламентируется ГОСТ 30296-95:

  • для диапазона частот 10 Гц Кш = 2,51;
  • для диапазона частот от 10 Гц и выше Кш = 3,162.

Динамический диапазон вибродиагностической аппаратуры лежит в пределах 60…100 дБ, иногда выше.

Анализатор вибрации

Наиболее часто используются средства измерения, реализуемые на базе вычислительной техники: анализаторы формы, спектральные анализаторы и анализаторы спектра огибающей, структура которых приведена на рисунках 89, 90, 91. Функции анализатора формы (рисунок 89) заключаются в измерении амплитуд и фаз отдельных составляющих сигнала и в сравнительном анализе формы отдельных участков сигнала, начало и конец которых определяется углом поворота вала. Подобные анализаторы широко используются для диагностики машин возвратно-поступательного типа и роторов в процессе балансировки. Анализатор спектра (рисунок 90) благодаря использованию однотипных элементов позволяет уменьшить время обработки вибрационного сигнала. Введение в схему детектора огибающей дает возможность обнаруживать повреждения подшипников качения и элементов механической системы на ранних стадиях зарождения (рисунок 91).

Рисунок 89 – Структура анализатора формы сигналов вибрации и шума

Рисунок 90 – Структура анализатор спектра сигналов вибрации и шума

Рисунок 91 – Структура анализатора спектра с детектором огибающей

Выпускаются анализаторы, реализующие возможности персональных компьютеров, структура которых приведена на рисунке 92. Подобные средства измерения и анализа сигналов отличаются большими габаритами и используются в лабораторных или стендовых условиях.

Рисунок 92 – Структура входного устройства (AЦП – аналого-цифровой преобразователь)

Развитие конструкции анализаторов вибрации неразрывно связано с развитием компьютерных технологий. Уменьшение габаритов, увеличение объёмов памяти и выполняемых функций – основные направления развития спектроанализаторов.

Встроенные системы

Принципиальная схема встроенной системы вибрационного контроля включает: датчики, соединительные устройства, персональный компьютер, совместно с программным обеспечением выполняющий функции управления переключением датчиков, сбора и анализа информации (рисунок 93).

Рисунок 93 – Принципиальная схема встроенной системы вибрационного контроля

Конфигурация измерительных блоков включает: датчики, измерительные или измерительно-сигнализирующие блоки и средства коммутации. Дополнительно измерительные блоки могут иметь контрольные выходы для подключения переносных приборов. Измерительные блоки являются независимыми друг от друга устройствами. Каждый блок индивидуально программируется. Измерительно-сигнализирующие блоки осуществляют сравнение измеренных значений с запрограммированными.

Программное обеспечение, используемое системой, сохраняет, визуализирует и оценивает результаты измерений. Осуществляет связь с переносными приборами-сборщиками информации. Управляет стационарной системой мониторинга, позволяет организовать базы данных по оборудованию, по времени измерений, работ по смазке, работ по ремонту и техническому обслуживанию. Обеспечивает графическое представление информации о состоянии оборудования.

Источник

➤Adblock
detector