на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Поперечная чувствительность датчиков зависит от того, параллельны ли рабочие поверхности пьезоэлемента и есть ли на них неровности, а также от величины предварительного поджа-тия поверхностей. Экспериментальные данные показывают, что уменьшение отклонения от параллельности рабочих поверхностей с 50 до 5 мкм приводит к снижению коэффициента максимальной поперечной чувствительности в 3 раза. Отклонение от парал-лености рабочих поверхностей пьезоэлемента, а также связанная с ним неравномерность нагружеиия отдельных участков пьезоэлемента определяют расстояние от оси симметрии пьезоэлемента до центра тяжести диаграммы распределения чувствительности по рабочей поверхности пьезоэлемента. Если влияние этих факторов свести к нулю, то поперечная чувствительность датчика будет в основном зависеть от неравномерности структуры пьезокерамики, из которой изготовлен пьезоэлемент. Улучшение однородности структуры пьезокерамики путем увеличения ее плотности, как правило, не приводит к желаемым результатам, так как в этом случае растут внутренние напряжения в пьезо-элементе, которые приводят к повышению поперечной чувствительности датчика. Составляющие поперечной чувствительности пьезодатчика, определяемые по графикам рис. 8, можно представить диаграммами типа восьмерки. Общая поперечная чувствительность минимальна в том случае, когда эти диаграммы находятся в противофазе. [2]

Поперечная чувствительность датчиков зависит от того, параллельны ли рабочие поверхности пьезоэлемента и есть ли на них неровности, а также от величины предварительного поджа-тия поверхностей. Экспериментальные данные показывают, что уменьшение отклонения от параллельности рабочих поверхностей с 50 до 5 мкм приводит к снижению коэффициента максимальной поперечной чувствительности в 3 раза. Отклонение от парал-лености рабочих поверхностей пьезоэлемента, а также связанная с ним неравномерность нагружения отдельных участков пьезоэлемента определяют расстояние от оси симметрии пьезоэлемента до центра тяжести диаграммы распределения чувствительности по рабочей поверхности пьезоэлемента. Если влияние этих факторов свести к нулю, то поперечная чувствительность датчика будет в основном зависеть от неравномерности структуры пьезокерамики, из которой изготовлен пьезоэлемент. Улучшение однородности структуры пьезокерамики путем увеличения ее плотности, как правило, не приводит к желаемым результатам, так как в этом случае растут внутренние напряжения в пьезо-элементе, которые приводят к повышению поперечной чувствительности датчика. Составляющие поперечной чувствительности пьезодатчика, определяемые по графикам рис. 8, можно представить диаграммами типа восьмерки. Общая поперечная чувствительность минимальна в том случае, когда эти диаграммы находятся в противофазе. [4]

На рис. 20 показана диаграмма направленности поперечной чувствительности датчика на частоте, для которой вектор поперечной чувствительности не является простым. На рисунке для каждого направления действия гармонического ускорения a ( just) е / 0) а полярным радиусом отложена амплитуда ц, выходного сигнала датчика и ( / со, t) с указанием фазы относительно действующего ускорения. [6]

При проведении точных измерений это необходимо учитывать введением поправок при обработке результатов измерений. Из-за поперечной чувствительности датчика направление вектора его максимальной чувствительности не совпадает с направлением продольной оси симметрии датчика. Поперечная чувствительность датчика в основном зависит от неравномерности продольной дифференциальной чувствительности по площади рабочей поверхности пьезо-элемента и отклонения вектора поляризации пьезоэлемента от его продольной геометрической оси. [7]

При проведении точных измерений это необходимо учитывать введением поправок при обработке результатов измерений. Из-за поперечной чувствительности датчика направление вектора его максимальной чувствительности не совпадает с направлением продольной оси симметрии датчика. Поперечная чувствительность датчика в основном зависит от неравномерности продольной дифференциальной чувствительности по площади рабочей поверхности пьезоэлемента и отклонения вектора поляризации пьезоэлемента от его продольной геометрической оси. Максимальная поперечная чувствительность датчика, соответствующая первой составляющей. [8]

При проведении точных измерений это необходимо учитывать введением поправок при обработке результатов измерений. Из-за поперечной чувствительности датчика направление вектора его максимальной чувствительности не совпадает с направлением продольной оси симметрии датчика. Поперечная чувствительность датчика в основном зависит от неравномерности продольной дифференциальной чувствительности по площади рабочей поверхности пьезо-элемента и отклонения вектора поляризации пьезоэлемента от его продольной геометрической оси. [9]

При проведении точных измерений это необходимо учитывать введением поправок при обработке результатов измерений. Из-за поперечной чувствительности датчика направление вектора его максимальной чувствительности не совпадает с направлением продольной оси симметрии датчика. Поперечная чувствительность датчика в основном зависит от неравномерности продольной дифференциальной чувствительности по площади рабочей поверхности пьезоэлемента и отклонения вектора поляризации пьезоэлемента от его продольной геометрической оси. Максимальная поперечная чувствительность датчика, соответствующая первой составляющей. [10]

Поперечная чувствительность датчиков зависит от того, параллельны ли рабочие поверхности пьезоэлемента и есть ли на них неровности, а также от величины предварительного поджа-тия поверхностей. Экспериментальные данные показывают, что уменьшение отклонения от параллельности рабочих поверхностей с 50 до 5 мкм приводит к снижению коэффициента максимальной поперечной чувствительности в 3 раза. Отклонение от парал-лености рабочих поверхностей пьезоэлемента, а также связанная с ним неравномерность нагружения отдельных участков пьезоэлемента определяют расстояние от оси симметрии пьезоэлемента до центра тяжести диаграммы распределения чувствительности по рабочей поверхности пьезоэлемента. Если влияние этих факторов свести к нулю, то поперечная чувствительность датчика будет в основном зависеть от неравномерности структуры пьезокерамики, из которой изготовлен пьезоэлемент. Улучшение однородности структуры пьезокерамики путем увеличения ее плотности, как правило, не приводит к желаемым результатам, так как в этом случае растут внутренние напряжения в пьезо-элементе, которые приводят к повышению поперечной чувствительности датчика. Составляющие поперечной чувствительности пьезодатчика, определяемые по графикам рис. 8, можно представить диаграммами типа восьмерки. Общая поперечная чувствительность минимальна в том случае, когда эти диаграммы находятся в противофазе. [11]

Поперечная чувствительность датчиков зависит от того, параллельны ли рабочие поверхности пьезоэлемента и есть ли на них неровности, а также от величины предварительного поджа-тия поверхностей. Экспериментальные данные показывают, что уменьшение отклонения от параллельности рабочих поверхностей с 50 до 5 мкм приводит к снижению коэффициента максимальной поперечной чувствительности в 3 раза. Отклонение от парал-лености рабочих поверхностей пьезоэлемента, а также связанная с ним неравномерность нагружеиия отдельных участков пьезоэлемента определяют расстояние от оси симметрии пьезоэлемента до центра тяжести диаграммы распределения чувствительности по рабочей поверхности пьезоэлемента. Если влияние этих факторов свести к нулю, то поперечная чувствительность датчика будет в основном зависеть от неравномерности структуры пьезокерамики, из которой изготовлен пьезоэлемент. Улучшение однородности структуры пьезокерамики путем увеличения ее плотности, как правило, не приводит к желаемым результатам, так как в этом случае растут внутренние напряжения в пьезо-элементе, которые приводят к повышению поперечной чувствительности датчика. Составляющие поперечной чувствительности пьезодатчика, определяемые по графикам рис. 8, можно представить диаграммами типа восьмерки. Общая поперечная чувствительность минимальна в том случае, когда эти диаграммы находятся в противофазе. [12]

Источник

Критерии выбора пьезоэлектрических датчиков и влияние внешних факторов

При выборе пьезоэлектрических датчиков всегда надо обращать внимание на условия их применения. Пьезоэлектрические датчики характеризуются более, чем сорока параметрами, служащими для оценки их работоспособности, точности и применимости для конкретных измерительных целей.

Технические характеристики делятся на метрологические и эксплуатационные.

К важнейшим метрологическим характеристикам относятся:

К основным эксплуатационным характеристикам могут относиться:

Пьезоэлектрические преобразователи по типу выходного сигнала делятся на две группы:

Каждая группа обладает своим рядом недостатков и преимуществ. Если при проведении измерений нужно обеспечить высокую стойкость датчика к температуре (более 150 °С) или большим значениям амплитуд измеряемых ускорений (более 500 000 м/с2), то выбирать лучше из ряда датчиков с выходом по заряду.

В остальных случаях целесообразно использовать преобразователи со встроенной электроникой, обладающие более помехоустойчивыми характеристиками, возможностью использования более длинных кабельных линий (пьезоэлектрический преобразователь — согласующее устройство) до 500 метров (для питания током 2 мА — до 50 м). При этом паразитный сигнал, пропорциональный внешним факторам может внести существенное влияние в полезный сигнал пропорциональный контролируемым механическим колебаниям.

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Виды воздействий на пьезодатчик

Влияние температуры окружающей среды

Пьезоэлектрические датчики работоспособны в широком диапазоне температур. При отклонении температуры от нормальной изменяются как осевая чувствительность, так и электрическая ёмкость преобразователей. Эти изменения носят обратимый характер и при установлении нормальной температуры восстанавливаются.

На рисунке приведены характерные температурные зависимости чувствительности и емкости для пьезопреобразователей (датчиков) с чувствительным элементов из пьезокерамики.

При известной температуре эксплуатации пьезопреобразователей по этим зависимостям при необходимости можно откорректировать результаты измерения ускорений. Наименьшей чувствительностью к изменению температуры обладают датчики с чувствительными элементами из кварца.

Поперечная чувствительность

Поперечная чувствительность пьезопреобразователей не превышает 5% от осевой чувствительности. В паспорте на каждый датчик приводится только максимальное значение поперечной чувствительности. С целью снижения влияния поперечной чувствительности на результаты измерения необходимо по возможности точно совместить ожидаемое направление действия ускорения с рабочей осью чувствительности пьезопреобразователя.

Влияние деформации объекта испытаний

При установке пьезопреобразователей на сильно деформирующуюся в процессе удара или вибрации поверхность возможно появление паразитного сигнала вследствие передачи деформации через основание корпуса чувствительному элементу. Большинство вибропреобразователей ООО «ГлобалТест» имеют сдвиговую схему работы пьезоэлемента и отличаются малой деформационной чувствительностью, которая в основном не превышает величины 5∙10-3 g∙м/мкм при деформации 250 мкм/м.

Влияние переменного магнитного поля

Основную роль в формировании чувствительности пьезопреобразователей к переменному магнитному полю играет магнитная восприимчивость материалов основных элементов конструкции. В связи с этим основные элементы конструкции пьезопреобразователей выполнены из неферромагнитных материалов, магнитная восприимчивость которых близка к нулю. Чувствительность пьезопреобразователей ООО «ГлобалТест» к переменному магнитному полю не превышает 10-4 g/A∙м-1 и заметное влияние её возможно лишь при измерении ускорений низкого уровня.

Акустическая чувствительность

Акустические поля высокого давления оказывают незначительное влияние на выходной сигнал пьезопреобразователей. При уровнях звукового давления около 140 дБ на частоте 250 Гц акустическая чувствительность пьезопреобразователей АР составляет десятые доли «g».

Влияние кабельного эффекта

Монтаж соединительного кабеля — один из наиболее важных аспектов установки вибропреобразователя на объекте контроля. Особое внимание необходимо уделять трем основным моментам: длине кабеля, выбору направления монтажа и заземлению.

Влияние кабельного эффекта

В вибропреобразователях АР используется антивибрационный малошумящий кабель. Однако при измерении ускорений низкого уровня (единицы «g») могут появляться эффекты, связанные с трибоэлектрическими явлениями в кабеле. При ударных нагружениях данный эффект пропорционален длине колеблющейся (незакреплённой) части кабеля и длительности ударного нагружения. При длительностях ударного нагружения до 10–20 мс его влияние на результат измерений незначительно. В то же время при низкочастотных колебаниях влияние трибоэлектричества на результат измерения может оказаться
решающим. Поэтому при измерениях вибропреобразователями АР ускорений низкого уровня целесообразно:

Выбор направления монтажа кабеля и электромагнитные помехи

Портативные радиостанции, шины питания и даже электростатические искровые разряды могут вызвать сигнал помехи. Правильно выбранное направление монтажа кабеля позволит минимизировать сигнал помехи. Соединительные кабели не должны проходить вдоль шин питания переменного тока. Кабели должны пересекать шины питания переменного тока под прямым углом. Кроме того, кабели следует направлять в противоположную сторону от радиопередающих устройств, двигателей, генераторов и трансформаторов.

Влияние контуров заземления

Заземление кабеля и паразитные контуры с замыканием через землю

Для исключения сигналов помехи, обусловленной протекающими через шины заземления объектов контроля и регистрирующей аппаратуры паразитными токами, необходимо уделять особое внимание заземлению кабеля в зависимости от схемы подключения вибропреобразователя к регистрирующей аппаратуре.

Паразитный контур в результате неправильного заземления

Паразитный контур с замыканием через шину заземления возникает, когда общая шина «вибропреобразователь — регистрирующая аппаратура» заземлена в двух местах с различными электрическими потенциалами. В условиях возможного возникновения паразитных контуров рекомендуется применять вибропреобразователи с внешней электрической изоляцией корпуса или использовать изолирующие шпильки (AH1005, AH1006, AH1010) и изолирующие магниты (AM05, AM08). В вибропреобразователях с чувствительным элементом и встроенным усилителем, электрически изолированными от корпуса, возникновение паразитных контуров не происходит (АР2028В, АР2028I, АР2035 и АР2036 (без металлорукава), АР208501, АР2086).

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Смещение нулевой линии

Смещение нулевой линии в вибропреобразователях может проявляться в виде смещения постоянной составляющей, которая возвращается к нулевой линии по экспоненте. Причиной появления смещения нулевой линии может быть влияние кабельного эффекта, нерациональное заземление объекта испытаний и регистрирующей аппаратуры, а также конструктивные особенности вибропреобразователей. Вибропреобразователи АР с чувствительным элементом, работающим на сдвиг, наименее подвержены явлению смещения нулевой линии и в этом отношении превосходят вибропреобразователи других конструкций.

Требования к электропитанию вибропреобразователей со встроенной электроникой

Величина тока питания зависит от длины соединительного кабеля (емкостной нагрузки) и условий эксплуатации вибропреобразователя. При температуре окружающей среды t > 100 °C, когда важен фактор теплового рассеяния, оказывающий влияние на коэффициент передачи усилителя, ток питания не должен превышать 6 мА.

Если в регистрирующей аппаратуре отсутствует устройство питания, отвечающее выше перечисленным требованиям, подключение вибропреобразователей к регистрирующей аппаратуре следует производить через блок питания AS01 или согласующие устройства AG01 (AG013), AG02 (AG023). Применение согласующих устройств AG02 (AG023) снижает влияние переходных процессов при переключении каналов на результат измерения в низкочастотной области.

Для использования других схем питания вибропреобразователей со встроенной электроникой требуется консультация с изготовителем.

Источник: Компания «ГлобалТест»

Источник

На какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

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»

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

Синусоидальное входное движение может быть выражено следующими уравнениями:

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика; (1)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика; (2)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика(3)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика, (4)

— 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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика, (5)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика— сдвиг фаз.

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика, (6)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика— сдвиг фаз.

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика, (7)

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика— сдвиг фаз.

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.

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.

Источник

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

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

ЧАСТЬ 0. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК

183 «Вибрация и удар»

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, мет

рологии и сертификации (протокол № 8—95 от 12 октября 1995 г.)

За принятие проголосовали

Наименование национального органа по стандартизации

Республика Белоруссия Республика Казахстан Российская Федерация Республика Таджикистан

Госстандарт Республики Казахстан Госстандарт России

Таджикский государственный центр по стандартизации, метрологии и сертификации

Туркменглавгосинспекцмя Госстандарт Украины

3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст

ИСО 5347—0—87 «Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения»

5 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандар

тизации, метрологии и сертификации от 30.05.96 № 339 межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 5347—0—95 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1997 г.

© ИПК Издательство стандартов, 1996

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Госстандарта России

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

4 Измеряемые характеристики

4.1 Общие положения

4.2 Основные характеристики датчика

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

4.3 Характеристики влияния

4.3.1 Температурная характеристика

4.3.2 Чувствительность пьезоэлектрических датчиков к перепаду температур

4.3.3 Относительная поперечная чувствительность датчика 8

4.3.6 Магнитная чувствительность датчика

5 Методы калибровки

5.1 Общие положения

5.2 Калибровка абсолютными методами

5.2.1 Калибровка методом измерения амплитуды перемеще

5.2.1.1 Общие положения

5.2.1.2 Теория идеального интерферометра

5.2.1.3 Измерительная система

5.2.2 Калибровка методом взаимности

5.2.3 Калибровка на центрифуге

5.2.3.1 Одинарная центрифуга

5.2.3.2 Наклонная центрифуга

5.2.3.3 Двойная центрифуга

5.2.4 Гравитационная калибровка (калибратор с поворотной опорой)

5.2.5 Калибровка методом удара

5.3 Калибровка методом сличения

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

Дата введения 1997—07—01

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.

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 тензо-чувствительныс 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:

= P[cos(g>/ 4- cpj 4- л/2) 4- /sin(co/ + cpj + n/2)];

где Ка — амплитуда чувствительности по ускорению;

(*₽i — ф2 + я) — 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 f == _2 /°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 значении 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 нс 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 дачников 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 изгиб-ные 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 с = 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.

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. Максима и>ный выходной электрический сигнал датчика характеризует его Mai нитную чувствительность. Для датчиков ускорения магнитная чувствительность выражается в м * с

2 /Тл; для датчиков скорости — в м • с* 1 / 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; нсплоскостность — нс более 5 мкм; среднее квадратическое значение шероховатости — не более 2 мкм. Для установления датчика монтажная поверхность должна иметь отверстия с резьбой, перпендикулярные поверхности с неперпсндикулярностью 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 используюг 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.Z1 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.

где л= 3,14 радиан, которые получаются простым и двойным дифференцированием перемещения 5 по частоте f 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.

5.2.1.2 Теория идеального интерферометра

Принцип действия интерферометра показан на рисунке 1, где EQ9

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Рисунок 1 — Принципиальная схема идеального интерферометра

Векторы электрического поля могут быть представлены формулами:

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

где Bv В2 — постоянные лазерного излучения;

X — длина волны лазерного излучения; о» — угловая частота лазерного излучения.

Интенсивность фотодетектора /(/) выражается формулой

1(f) = | Е, + Е2 | = В + Ceos (£ + *)], (12)

где В и С — постоянные системы;

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Из выражения интенсивности фотодетектора видно, что максимум достигается при

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

Тогда число максимумов Rf за один период равно

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

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

где /0, 7P 7д — функции Бесселя л-го порядка.

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

а) Устанавливая амплитуду вибрации на уровне, при котором и-я гармоника равна нулю, и решая уравнение / (4лсД) = 0, получаем с,.

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

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

где /р /3 — функции Бесселя I-го и 3-го порядков;

I/j и Uy — 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.

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 дат-

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

— z Полмроеамнае поверхмосте

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Не- Nt лазер £32.В мы

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

внбромэо лнруеощл й

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Рисунок 2 — Пример измерительной системы с использованием интерферометра

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

чиков в амлитудном диапазоне, где их выходной сигнал прямо пропорционален движению, создаваемому генератором вибрации.

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

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

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

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

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

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

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

Чувствительность К определяют из следующего выражения

где Zm — механический импеданс датчика, кгм/с.

Величины К9 и к^ 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 уе между катушкой возбуждения и датчиком по формуле

где / — ток в катушке возбуждения, А;

Ut — 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 U* катушки возбуждения калибратора.

Определяют значения ординаты 1 и наклон Q функции W/(yn — уго), построенной относительно масс ^нагрузок, закрепленных на монтажном столе в эксперименте 1.

ул— значение yt с закрепленной нагрузкой массой W>

ую — значение уг при IF = 0.

Эту функцию И7(ул — уто ) разделяют на действительную и мнимую части, из которых определяют действительную и мнимую части се ординаты / и наклона а. Тогда значения и к^ в выражении (23) рассчитывают по формулам:

где со — угловая частота, рзд/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.

где о — угловая частота центрифуги, рад/с;

г — 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 г. Большинство датчиков имеет такую конструкцию, что довольно трудно измерить величину г точно. Значение г может быть определено по показаниям датчика, установленного в двух положениях с известным расстоянием Аг. Желательно устанавливать такую скорость вращения, чтобы в обоих положениях к датчику было приложено приблизительно одинаковое ускорение. Значение величины г во втором положении, обозначенной г2, рассчитывают по формуле

^Л^?7/ 28 >

где »2 — угловая частота во втором положении, для которого г = г2, рад/с;

Xj — выходной сигнал датчика при угловой частоте

х2 — выходной сигнал датчика при угловой частоте оц;

Со значением г2 и угловой частотой со2 ускорение может быть рассчитано по формуле (27).

Определение величины г может быть исключено, если датчик ли-

Угловая частота © должна быть определена более точно, чем расстояние Гу 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 болеее 2 %. Еще боль шей 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 прснсбрежим 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

g — ускорение силы тяжести земли;

где ср — угол между осью вращения и вертикальной осью;

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

где г — расстояние между центрами двух центрифуг, м;

а — угловая частота большой центрифуги, рад/с;

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

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

Когда членом г (со ± ©р) 2 можно пренебречь, ускорение, приложенное вдоль оси чувствительности датчика, становится синусоидальным и рассчитывается по формуле

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Член г (со ± ор) 2 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 2 в диапазоне частот приблизительно от 0,7 до 10 Гц.

5.2.4 Гравитационная калибровка (калибратор с поворотной опорой)

Тогда выходной сигнал датчика иа (0 рассчитывают по формуле

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

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

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Площадь D записанного выходного сигнала датчика рассчитывают по формуле

где х, и х2 — начало и конец удара, деления шкалы времени;

у — напряжение выходного сигнала, деления шкалы напряжений.

Подстановка этих выражений в формулу (38) дает

на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Смотреть картинку на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Картинка про на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика. Фото на какой частоте рекомендуется определять поперечную чувствительность датчика

Площадь D 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. Болес 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 х2 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 2 — /Г, связана с соответствующей амплитудой чувствительности эталонного датчика 1 следующим соотношением

Калибровка методом сличения ограничена диапазоном частот, длительностью импульса и амплитудами, для которых датчик 1 был откалиброван. Также может быть определена и комплексная чувствительность к2 датчика 2, если известна фазо-частотная характеристика датчика 1 и измерено отношение фаз между х2 и хг

Если два датчика чувствительны к различным параметрам вибрации, например, если датчик скорости сравнивают с датчиком ускорения, то чувствительность К2 будет также связана с какой-то степенью /ш. В рассматриваемом случае К2, рассчитанное по формуле (42), следует умножить на /ш.

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 (вибростснда). 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.

УДК 620.178.5.05:006.354 ОКС 17 020 П18 ОКП 42 7746

Технический редактор В. Н. Прусакова Корректор Т А. Васильева Компьютерная верстка В. Н. Романова

Изд. лиц. № 021007 от 10.08 95. Сдано в набор 19.06.96. Подписано в печать 02.09.96.

Усл.печ.л. 1,86. Уч.-изд л. 1,73. Тираж 512экз. С 3771 Зак. 947.

ИПК Издательство стандартов, 107076, Москва, Колодезный пер., 14.

Набрано в Калужской типографии стандартов на ПЭВМ.

Калужская типография стандартов, ул. Московская, 256.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *