Приборы вибрационной системы

Содержание

Виброметр. Виды и работа. Применение и особенности

Виброметр – это точный электронный прибор для фиксации показаний амплитуды и частоты вибраций различных объектов. Они применяются для тестирования условий производства, а также различного оборудования. Прибор является несложным в использовании и не требует специального обучения для применения.

Где используется виброметр

Использование виброметра позволяет определить состояние различного оборудования, которое имеет вращающиеся элементы. От полученных данных уровня вибрации можно судить об аварийном или тревожном состоянии объектов. Практически все промышленное оборудование, которое соответствует требованиям ГОСТ, имеет стандартизированные показатели уровня вибрации в нормальном и критическом техническом состоянии. Периодически проверяя установки с помощью виброметра можно судить об уровне износа деталей и делать прогнозирование необходимости капитального ремонта.

Также виброметры используются для контроля качества производства железобетонных и бетонных изделий. Технология выпуска такой продукции подразумевает, что цементный раствор с пластификатором для уплотнения поддается обработке вибрацией. Чем лучше она будет произведена, тем плотнее получится изделие после застывания. Использование виброметра позволяет оценить насколько эффективно осуществляется уплотнение на этапе производства, не ожидая пока бетон застынет, и можно будет проверить его твердость. К тому же, если контролировать только твердость готовых бетонных конструкций, то на показатель влияет не только на сколько эффективно работало производственное оборудование, но и концентрация цемента и качество материалов. В связи с этим виброметры являются единственным точным оборудованием для контроля эффективности работы производственных установок без погрешности, вызываемых прочими факторами.

Вибрация весьма негативно сказывается на состоянии здоровья человека. Ее наличие приводит к нарушениям работы нервной системы и вредит суставам. Люди, которые в связи со спецификой своей профессии с ней сталкиваются, гораздо чаще страдают бессонницей, головными болями и нарушениями координации, чем работники спокойного производства. В связи с этим существуют санитарные нормы насчет уровня вибрации на рабочем месте. Таким образом, виброметры используются и для проведения контроля соответствия нормам охраны труда.

Виброметр нашел свое применение и в строительстве. Им пользуются при прокладке железнодорожных линий и метрополитена. С помощью виброметра можно измерить как реагируют мосты и эстакады на проезжающий транспорт. То же самое касается и стоящих зданий вблизи оживленных магистралей.

Виброметры используются в авиации, а также автомобилестроении. С их помощью осуществляется проверка характеристик колебания внутри салона автомобиля или летательного аппарата. При испытании данные собираются с обшивки, частей кузова и прочих элементов, чрезмерное дребезжание которых приводит к ускоренному ослаблению каркаса конструкции. Используемые в подобных целях устройства отличаются от классических ручных моделей, поскольку они имеют много датчиков с проводами, которые подсоединяются к центральному считывающему виброметру.

Виды виброметров по принципу действия
Данное оборудование может снимать измерения по различному принципу в зависимости от своих конструктивных особенностей. По этому критерию виброметры разделяют на четыре группы:
  • Пьезоэлектрические.
  • Оптические.
  • Вихретоковые.
  • Индукционные.
Пьезоэлектрические

Данное оборудование работает по физическому принципу под названием пьезоэффект. В корпусе такого виброметра имеется инертное тело, подвешенное на эластичных растяжках. Поскольку они содержат пьезоэлектрические материалы, то по уровню их деформации проводится считывание сигнала, колебание которого соответствует вибрации, воздействующей на них. Данный метод является весьма точным, но подобное оборудование требует непосредственного контакта с поверхностью измерения. Такой виброметр имеет узкий частотный диапазон.

Точнее всего можно получить данные, если прикладывать устройство к вибрирующему объекту вертикально, поскольку убирается гасящий эффект от руки, которая придавливает прибор. При снятии показаний вертикально наблюдается погрешность. Ее уровень незначительный, поэтому пьезоэлектрические устройства являются вполне распространенными.

Оптические

Виброметр оптического или лазерного типа оснащается светочувствительным датчиком, который воспринимает световой луч. Принцип действия подобного оборудования заключается в том, что отправляемый на объект измерения луч отбиваясь поддается диагностике. Если направить прибор на спокойное тело, то длина отправленного и отбитого луча является совершенно одинаковой. Если же поверхность дребезжит, то это фиксируется датчиком, который проводит расчет показателей изменения в единицу выражения вибрации. Данное оборудование является весьма точным, а главное не требует непосредственного контакта с измеряемой поверхностью. Оно быстро позволяет получить измерительные данные без необходимости длительных замеров.

Вихретоковые

Выхретоковый виброметр также позволяет проводить бесконтактное измерение, но только при работе с токопроводящим объектом. Подобное оборудование является одним из самых сложных в реализации, поскольку содержит множество элементов. Оно оснащается катушкой, диэлектрическим элементом и различными датчиками. С такой установкой можно измерить колебания электродвигателя, турбины, компрессора и подшипников. Такие виброметры позволяют измерить прямое смещение и уровень поперечных биений вала. Стоит отметить, что это узкоспециализированный прибор, который имеет высокую погрешность, если его применять не в идеальных условиях.

Индукционные

Индукционные виброметры оснащаются датчиками сейсмического типа, их принцип действия похож на работу сейсмографа, с помощью которого осуществляется измерение силы землетрясений. Такое оборудование относится к более высокой ценовой категории, и не пользуется большой популярностью в связи с тем, что оно не лучше прочих типов виброметра, но при этом стоит дороже.

Классификация устройств

Проводя классификацию виброметров следует в первую очередь разделить их на переносные и стационарные приборы. Стационарные используются в лабораторных условиях при испытании различного оборудования и новых образцов, которые не запущены в промышленное производство, а также для контроля качества и поверки. Переносные являются самыми выпускаемыми. Они стоят дешевле, а пользоваться ими удобнее. Их можно взять с собою к объекту измерения и снять показатели вибрации. Стоит отметить, что переносные устройства по точности уступают стационарным.

Также виброметры разделяют по принципу снятия показателей. Они бывают контактными и бесконтактными. Контактные приборы в качестве исполнения являются более точными, чем бесконтактные. Это связано с тем, что если измерение проводится с помощью лазера, то наблюдаются небольшие погрешности, особенно у переносных моделей.

Также подобное оборудование отличается по количеству каналов измерения. Самые простые имеют один канал. Они позволяют получить один показатель с каждой точки фиксации. В отдельных случаях это является неудобным. К примеру, некоторые разновидности оборудования имеют различную степень вибрации на разных частях своей конструкции. В связи с этим для получения данных о разнице замеров важно провести их снятие в один момент. В этом случае применяются многоканальные виброметры. Они позволяют одновременно диагностировать уровень вибрации на нескольких поверхностях. Такие устройства стоят дороже, но их применение на промышленных объектах более чем оправданно.

Виды по объекту измерения

Объекты измерений данного оборудования разделяются на две группы – оборудование и вибрация, влияющая на человека.

Виброметр, который применяется для измерения показателей колебания поверхности оборудования, является самым распространенным. С его помощью проводится диагностика промышленного оборудования, объектов строительства и прочих поверхностей.

Что касается устройств для фиксации вибрации, влияющей на человека, то они более редкие и используются уполномоченными органами, которые контролируют условия труда. Такое оборудование проводит продолжительные замеры на протяжении рабочей смены сотрудника. По результату полученных таким способом данных можно судить о негативном влиянии, которое получает организм рабочего, вынужденный в силу своих профессиональных обязанностей периодически подвергаться такому неблагоприятному воздействию.

Какие данные дают виброметры

Виброметр выдает числовые данные, которые выражаются в интегральном значении вибрации. Обычно она определяется виброскоростью. Данное понятие является значением вибрации, напрямую связанным с силой, которая ее вызывает. Этот показатель отображает амплитуду колебаний. Его выражение возможно в нескольких единицах измерения:

В каком именно показателе выдается результат особого значения не имеет, поскольку несложные физические формулы позволяют перевести число с одной единицы измерения в другую. Также существуют онлайн калькуляторы, которые делают это автоматически. Во многих моделях виброметров предусматривается возможность переключения между режимами измерения.

Вибрационная система.

Измерение частоты резонансным (вибрационным) частотомером основано на возникновении явления резонанса гибких стальных пластин, вибрирующих под влиянием переменного магнитного потока. Применяют две конструкции измерительных механизмов частотомеров – с непосредственным и косвенным возбуждением.

Рис. 2.3.3. Измерительный механизм резонансного (вибрационного) частотомера: а – с непосредственным возбуждением, б – лицевая шкала, в – с косвенным возбуждением

Измерительный механизм частотомера с непосредственным возбуждением (рис. 2.3.3,а) имеет электромагнит 1, обмотка которого включается в контролируемую сеть подобно вольтметру. В поле электромагнита находятся два ряда гибких стальных пластин 3, закрепленных в основаниях 4. Прибор имеет лицевую панель 2, в окнах которой видны отогнутые края пластин, окрашенные в белый цвет. Вдоль отверстий лицевой панели нанесены деления шкалы с интервалом в 0,5 Гц, обычно соответствующим разности частот собственных колебаний двух соседних пластин.

Читайте также:  Прибор для проверки фазировки

Под влиянием переменного поля электромагнита, вызванного током, частота которого измеряется, пластины частотомера в момент похождения тока через амплитудное значение притягиваются к электромагниту и удаляются от него при каждом нулевом значении тока. С наибольшей амплитудой колеблется та пластина, частота собственных колебаний которой равна удвоенному значению измеряемой частоты. Отогнутый конец этой пластины виде в окне шкалы, как прямоугольник, и указывает на шкале значение частоты (рис. 2.3.3, б).

У частотомера с косвенным возбуждением (рис. 2.3.3, в) электромагнит 1 притягивает якорь 6, к которому через основание 4 прикреплен один ряд гибких стальных пластин 3. Якорь и пластины прикреплены к эластичной опоре 5. При включении электромагнита в контролируемую цепь пластины начинают колебаться с удвоенной частотой.

Резонансные частотомеры выполняются на диапазоны частот 45 – 55 и 450 – 550 Гц. Их точность соответствует классам 1,0 и 1,5.

Рис. 2.3.4. Электростатические измерительные механизмы: а – с изменяющимся расстоянием, б – с изменяющейся активной площадью

Электростатическая система.

Электростатическими называются приборы, вращающий момент которых создается в результате действия сил электрического поля, возникающих между разноименно заряженными проводниками – электродами измерительного механизма. Указанный способ создания вращающего момента принципиально отличает электростатические приборы от всех приборов непосредственной оценки, у которых вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля измерительного механизма с током.

Электростатический измерительный механизм представляет собой конденсатор той или иной конструкции, емкость которого изменяется при перемещении его подвижной части, вызванном подключением к электродам прибора нагрузки, напряжение которой измеряется. Величина перемещения связана определенной зависимостью со значением напряжения. Электрическая емкость конденсатора, как известно, прямо пропорциональна абсолютной диэлектрической проницаемости диэлектрика, разделяющего электроды, и активной площади S электродов, т.е. площади нормальной проекции подвижного электрода на неподвижный, обратно пропорциональна расстоянию между электродами . В зависимости от способа изменения емкости измерительные механизмы разделяются по конструкции на два вида.

На рис. 2.3.4, а представлен механизм, емкость которого изменяется под воздействием сил электрического поля в результате изменения  при практически неизменной активной площади S . Электроды 7 и 5 жестко прикреплены к деталям из изоляционного материала; они представляют собой неподвижную часть измерительного механизма. Электрод 6 прикреплен к планке 4 эластичными металлическими лентами; он является основной деталью подвижной части. При измерении постоянного напряжения U пластины 7 и 6 заряжаются одноименными по знаку зарядами, а пластина 5 – зарядами противоположного знака. Под действием сил электрического поля пластина 6 отталкивается от пластины 7 и притягивается к пластине 5. Перемещение пластины 6 вправо вызывает линейное перемещение прикрепленной к ней тяги 2, а, следовательно, и поворот оси 3 со стрелкой 1 на некоторый угол. Противодействующий момент у измерительных механизмов такой конструкции создается силой веса пластины 6 при отклонении ее от вертикального положения.

У измерительного механизма на рис. 2.3.4, б емкость изменяется вследствие изменения активной площади S при неизменной . При подключении напряжения неподвижные пластины 8 и 9 заряжаются одноименными зарядами, а пластины 10 подвижной части – зарядами противоположного знака. Под действием сил электрического поля пластины 10 поворачиваются так, чтобы активная площадь увеличивалась, т.е. на рис. 2.3.4, б по часовой стрелке. Часто подвижная часть таких измерительных механизмов закрепляется на растяжках, а у более чувствительных приборов – на подвесе. Тогда указателем служит луч, отраженный от зеркала, закрепленного на растяжке или подвесе. противодействующий момент создается силами упругости спиральной пружины, растяжек или подвеса.

Определим вращающий момент М электростатического измерительного механизма в цепи постоянного тока на основании уравнения . Энергия измерительного механизма в данном случае есть энергия электрического поля конденсатора, образованного электродами этого механизма, т.е. , тогда . Так как противодействующий момент МПР = W (W – удельный противодействующий момент, зависящий только от свойств упругого элемента), то уравнение шкалы электростатического прибора в цепи постоянного тока . Из формулы ясно, что знак угла отклонения  не зависит от полярности измеряемого напряжения, следовательно, электростатические приборы пригодны для измерения в цепях переменного тока. В этом случае мгновенный вращающий момент , где u – мгновенное значение переменного напряжения. За период Т изменения напряжения подвижная часть ввиду ее инерционности не сможет существенно изменить своего положения и отклонение определяется средним значением вращающего момента: .

Но , где U – действующее значение измеряемого напряжения. Выражение вращающего момента соответствует формуле вращающего момента для постоянного тока, следовательно, уравнение шкалы такого механизма в цепи переменного тока тождественно при условии замены постоянного напряжения действующим значением измеряемого переменного напряжения.

Из выведенных уравнений очевидно, что на основе электростатического измерительного механизма может быть выполнен вольтметр, непосредственно измеряющий напряжение постоянного или переменного тока без предварительного преобразования этой величины. Из двух конструкций измерительного механизма более распространена конструкция, приведенная на рис. 2.3.4, б. Шкала электростатического вольтметра неравномерна, так как угол  пропорционален квадрату напряжения, однако она может быть существенно линеаризована. Это достигается выполнением электродов 3 (рис. 2.3.4, б) такой формы, чтобы множитель dС / d в формуле угла поворота при увеличении  уменьшался. Электростатический вольтметр для создания вращающего момента не нуждается в потреблении тока от объекта измерения. Однако ввиду наличия емкости и некоторой проводимости изоляции измерительного механизма прибор в цепи переменного тока потребляет незначительный емкостный ток и крайне малый ток утечки изоляции (при измерении постоянного напряжения – только ток утечки). Входное сопротивление электростатических вольтметров очень велико – оно достигает 10 10 Ом, а емкость мала – измеряется десятками пикофарад. Очень малое потребление тока из контролируемой цепи является одним из существенных преимуществ электростатических вольтметров. Другое преимущество – широкий частотный диапазон применения, измеряемый десятками мегагерц.

Недостатком электростатических измерительных механизмов являются малый (меньший, чем у всех рассмотренных механизмов) вращающий момент и, как следствие этого, малая чувствительность. Они нечувствительны к внешним магнитным полям, но чувствительны к электрическим. Для защиты от них измерительные механизмы помещают в электростатические экраны – замкнутые поверхности из электропроводящих металлов, например из фольги, или в металлические корпуса, которые обычно заземляют.

Температурные погрешности рассматриваемых приборов возникают ввиду зависимости упругих свойств пружин, растяжек или подвесов от температуры. Они не превышают 0,2 % диапазона измерения. Частотная погрешность электростатических приборов, а также погрешность, зависящая от формы кривой измеряемого напряжения, малы. Это позволяет использовать приборы в широком диапазоне частоты измеряемого сигнала, достигающем десятков мегагерц (в частности в радиотехнических целях) при точности измерения, соответствующей классам 0,5; 1,0; 1,5.

Выпускаются переносные и щитовые одно- и многопредельные электростатические приборы. Основная область применения переносных приборов – экспериментальные, исследовательские работы, требующие высокой точности измерения напряжения, тока, выполняемого как в мощных, так и в маломощных цепях в диапазоне напряжений от 10 В до 300 кВ с верхним пределом частоты до десятков мегагерц. Щитовые приборы применяют главным образом в стационарных электроэнергетических установках высокого напряжения, в частности постоянного тока.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Вибрационный прибор

Вибрационные приборы применяют для измерения частоты и колебания в электрических машинах. Действие прибора основано на резонансе. Переменный ток, проходя по катушке, сердечником которой служит магнит 1, создает пульсирующее магнитное поле и переменную силу притяжения якоря. С якорем жестко связан рычаг 3 с укрепленными на нем металлическими пластинками. Колебания якоря 2 через рычаг 3 передаются пластинкам. Пластинки подобраны таким образом, что частоты их собственных колебаний отличаются одна от другой на 0 5 Гц. [1]

Вибрационные приборы представляют обособленную группу электрических измерительных приборов. Рассмотрим устройство и принцип действия вибрационного частотомера – прибора для измерения частоты переменного тока. Действие этого прибора основано на резонансе, а именно совпадении частоты собственных колебаний механической системы прибора с частотой сообщаемых ей вынужденных колебаний. [2]

Вибрационные приборы просты по конструкции и широко применяются для измерения частоты в энергетических установках переменного тока. Включение их в цепь аналогично вольтметру. В последнее время, кроме вибрационных частотомеров, широко применяются также стрелочные частотомеры, обеспечивающие большую точность отсчета. [3]

Вибрационные приборы представляют обособленную группу электрических измерительных приборов. Рассмотрим устройство и принцип действия вибрационного частотомера – прибора для измерения частоты переменного тока. Действие этого прибора основано на резонансе, а именно совпадении частоты собственных колебаний механической системы прибора с частотой сообщаемых ей вынужденных колебаний. [4]

Вибрационные приборы просты по конструкции и широко применяются для измерения частоты в энергетических установках переменного тока. Включение их в цепь аналогично вольтметру. В последнее время, кроме вибрационных частотомеров, широко применяются также стрелочные частотомеры, обеспечивающие большую точность отсчета. [5]

Читайте также:  Прибор для обжима сетевого кабеля

Вибрационным прибором естественно называть прибор, в структурной схеме которого используется хотя бы один функциональный или измерительный вибрационный преобразователь. [6]

В вибрационных приборах применяются настроенные пластины, имеющие разные периоды собственных колебаний и позволяющие измерять частоты благодаря резонансу частоты колеблющейся пластины с измеряемой частотой. Вибрационные приборы используются только в качестве частотомеров. [7]

В вибрационных приборах применяют настроенные пластины, имеющие разные периоды собственных оле-баний и позволяющие измерять частоты благодаря резонансу частоты колеблющейся пластины с измеряемой частотой. Вибрационные приборы используют только в качестве частотомеров. [8]

Сыпучесть определяли вибрационным прибором ВГЫ2 по изложенной ранее методике: величину крутящего момента на валу ворошителя рассчитывали как среднее из трех измерений. [9]

Электрический секундомер представляет собой вибрационный прибор , сос-оящий из поляризованного реле и кинематического устройства. [10]

На рис. V-20 изображена шкала вибрационного прибора в момент измерения переменного тока с частотой 52 гц. [12]

В настоящее время проектируют и изготовляют вибрационные приборы следующих типов , генераторы ( эталонные, опорные, перестраиваемые и Др. [13]

Из краткого перечисления видно, что многообразие вибрационных приборов чрезвычайно велико. Сведения об этих приборах можно найти в многочисленных научно-технических публикациях, часть из которых указана в списке литературы. Наиболее перспективные и широко распространенные из вибрационных приборов имеют в основе своей конструкции кварцевые резонаторы. [14]

Для ускорения определения могут применяться различные встряхивающие и вибрационные приборы . При применении этих приборов в конце опыта делается контрольная проба над листом белой бумаги. Для того чтобы сетка не забивалась, она после каждого определения – должна тщательно промываться водой и высушиваться. [15]

Датчики вибрации

Статья о датчиках вибрации. В статье приведена принципиальная схема датчика вибрации, а также подробно разобраны 2 типа датчиков вибрации: оптические и пьезоэлектрические вибродатчики.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики давления метран» или «Датчики перемещения (индуктивный, оптический, емкостной и другие типы)».

Датчик вибрации (виброметр) – прибор, позволяющий определять параметры вибрационных явлений. Наиболее часто виброметры используются для определения:

  1. Виброскорости
  2. Виброускорения
  3. Виброперемещения

Проще говоря, если вибрирующий объект считать простым осциллятором, то виброметр позволяет получить сведения как о базовых параметрах его колебаний (частота и амплитуда), так и, в некоторых случаях, получить спектральную характеристику колебательного процесса.

Рисунок 1. Схема датчика вибрации.

Общая схема датчика вибрации содержит два основных блока (Рисунок 1): вибропреобразователь (1) и электронный блок обработки (2). Функциональное назначение первого блока – преобразование механических вибраций в электрический сигнал. Механизмов преобразования несколько:

  • Пьезоэлектрический
  • Оптический
  • Вихретоковый
  • Индукционный

Механизм преобразования в значительной мере определяет как характеристики прибора, так и его стоимость.

Второй блок – электронный блок обработки – служит для «расшифровки» полученного сигнала. Как правило, на входе таких блоков стоит аналогово-цифровой преобразователь, и основная часть операций над сигналом производится уже в цифровом виде, что расширяет функциональные возможности процесса пост-обработки, улучшает помехоустойчивость и позволяет осуществлять вывод информации по внешнему интерфейсу.

При использовании на производстве стационарные виброметры могут входить в состав регулирующих систем в качестве датчиков обратной связи, для этих целей некоторые модели виброметров имеют аналоговый выходной сигнал (как правило, напряжение).

Для получения комплексной характеристики вибрационного процесса в состав измерительной системы может быть добавлен спектроанализатор. Если спектроанализатор многоканальный – он может служить основой распределённой системы вибрационной диагностики, содержащей более одного вибродатчика.

В настоящее время большинство виброметров относится к одному из двух типов:

  1. Оптический виброметр
  2. Пьезоэлектрический виброметр

Рассмотрим более подробно каждый тип датчиков.

Оптический виброметр

В основу работы оптического виброметра подобно ультразвуковым датчикам перемещения положен эффект Доплера. Прибор обычно содержит лазерный источник излучения, приёмную оптическую схему, а также электронную схему обработки (Рисунок 2). При отражении излучения от неподвижного объекта длина волны принятого луча не отличается от истинной длины волны лазера. Если объект перемещается вдоль оси излучения, происходит сдвиг длины волны отражённого излучения на некоторую величину (эффект Доплера), значение и знак которой несут информацию о скорости и направлении движения объекта, а используемая в составе приёмного оптического модуля интерферометрическая схема позволяет определить эту величину. Таким образом, колебания отражающей поверхности модулируют частотный сдвиг, и электронная обработка этого сигнала модуляции позволяет получить параметры вибрационных колебаний.

Рисунок 2. Схема оптического виброметра.

Несмотря на то, что в состав оптических виброметров входит источник лазерного излучения, такие приборы достаточно безопасны, поскольку за счёт высокой чувствительности приёмной оптической системы для проведения измерений достаточной оказывается весьма незначительная оптическая мощность.

Одним из основных достоинств оптических виброметров является то, что диагностика с их помощью может проводиться бесконтактно, при их использовании в стационарном измерительном комплексе требуется лишь однократная фокусировка на измеряемой поверхности. Кроме того, устройства этого типа обладают высокой точностью и быстродействием, поскольку лишены подвижных элементов. К недостаткам можно отнести довольно высокую цену.

Пьезоэлектрический виброметр

Как ясно из названия, в основу работы данного типа приборов положен пьезоэффект – явление возникновения разности потенциалов на пьезокристалле при его механической деформации. Внутри корпуса виброметра содержится инертное тело, подвешенное на упругих элементах, содержащих пьезоэлектрический материал (Рисунок 3). Если корпус прибора прикреплён к вибрирующей поверхности, упругие элементы зарегистрируют колебания инертного тела, которое не прикреплено непосредственно к корпусу, а потому стремится сохранять своё первоначальное положение. В целом, в данной конфигурации пьезоэлектрический виброметр есть не что иное, как акселерометр, и часто довольно сложно провести границу между этими видами чувствительных устройств.

Рисунок 3. Схема пьезоэлектрического виброметра.

Электрический сигнал с пьезокристалла, как правило, подаётся на аналогово-цифровой преобразователь, и его обработка осуществляется в цифровом виде. В целом, как и в случае с оптическим виброметром, основным назначением приёмного чувствительного блока является преобразование вибрации в электрический сигнал, а характер его дальнейшей обработки определяется параметрами цифровой электронной схемы.

Основным недостатком этого класса приборов является необходимость соприкосновения чувствительной части с измеряемым объектом, что не всегда уместно в условиях производства. Кроме того, пьезоэлектрические приборы имеют, как правило, более узкий диапазон воспринимаемых частот, поскольку имеют механический тракт передачи вибрации, где максимальная частота определяется инертностью компонентов.

К достоинствам пьезоэлектрических виброметров можно отнести их относительно невысокую стоимость, а также относительно простое устройство, что обеспечивает надёжность и устойчивость к внешним воздействиям.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Системы измерительных приборов

Системы измерительных приборов — это классификация электроизмерительных приборов (электромеханического действия) по физическому принципу действия измерительного механизма, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части.

Содержание

Общие принципы действия

Все электрические приборы электромеханического действия снабжены неподвижной проградуированной шкалой, отсчёт по которой обычно производится по указательной подвижной стрелке (иногда светового зайчика, образуемого подвижным зеркалом), положение которой определяется равенством вращательного момента и момента сопротивления. Обычно момент сопротивления создаётся пружиной или торсионом (растяжкой), работающей на скручивание. Для логометрических и индукционных систем момент сопротивления создаётся иными способами, которые рассматриваются в соответствующих разделах. Приборы вибрационного типа вообще подвижной стрелки не имеют и её принцип индикации основан на иной основе, чем равенство вращательного момента и момента сопротивления (см. вибрационная система). Как правило, разновидности систем приборов различаются по способу создания вращательного момента и конструктивным особенностям.

Разновидности систем приборов

  • Магнитоэлектрическая с подвижной рамкой — вращательный момент создаётся между неподвижным постоянным магнитом и подвижной рамкой с намотанной на ней проводом, по которому при подключения источника ЭДС протекает ток. Вращательный момент, создаваемый в таком приборе описывается законом Ампера. Шкала магнитоэлектрического прибора является равномерной. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.
  • Магнитоэлектрическая с подвижным магнитом — вращательный момент создаётся между неподвижной рамкой с током и подвижным постоянным магнитом. Эта система является аналогом магнитоэлектрической с подвижной рамкой, имеет низкий класс точности — 4,0 и ниже, менее распространена и применяется для указательных приборов транспортных средств, благодаря своей стойкости к внешним механическим воздействиям. Аналогом этой системы является двигатель постоянного тока обращённого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.

Важно:Магнитоэлектрические приборы по своему принципу действия измеряют среднюю величину тока, а направление отклонения стрелки зависит от направления тока в рамке: поэтому они могут применяться только для измерения знакопостоянных токов, и требуют соблюдения полярности подключения [1] . Магнитоэлектрические приборы непригодны для непосредственного измерения переменного тока (стрелка будет дрожать вблизи нулевого значения).

  • Электромагнитная — вращательный момент создаётся между неподвижной катушкой с током и подвижным ферромагнитным сердечником.

Теоретическая основа данного прибора — это закон взаимодействия тока и ферромагнитной массы. Особенностью электромагнитной системы является квадратичная зависимость вращающего момента от тока в катушке, откуда следует возможность применения таких систем для измерения как постоянных так и переменных токов, а также неравномерная шкала. Аналогом такой системы является реактивный двигатель, работающий в соответствии с законом сохранения импульса.

  • Электродинамическая — вращательный момент создаётся между двумя катушками с током: подвижной и неподвижной. Вращательный момент пропорционален произведению токов в катушках. Электродинамическое усилие основано на взаимодействии обоих токов с полями (закон Ампера). Аналогов такой системы в двигателях не существует, в связи с малыми вращающими моментами.
  • Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения.
Читайте также:  Прибор для измерения напряжения и сопротивления

Электродинамические и ферродинамические системы применяют в вольтметрах и амперметрах, но чаще всего в — ваттметрах и варметрах.

  • Индукционная — вращающий момент создаётся между бегущим полем неподвижных катушек (для создания бегущего поля в катушках токи должны быть сдвинуты по фазе)и токами, наводимыми во вращающемся неферромагнитном диске (обычно алюминиевом). В индукционной системе индицирование может осуществляться количеством оборотов диска, которое отображается через счётный механизм. Тормозной момент в этом случае создаётся взаимодействием магнитного поля постоянного магнита и токов, наводимых в диске. Иногда индицирование индукционной системе может производится с помощью стрелки — в таком случае тормозной момент создаётся пружиной. Вращающий момент в индукционной системе равен произведению потоков катушек и зависит от угла сдвига между их фазами. Аналогом этой системы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Индукционную систему чаще всего применяют для счётчиков электрической энергии.

  • Электростатическая — вращающий момент создаётся между подвижным и неподвижным электродами, несущими на себе электрический заряд. Вращательный момент создаётся согласно закону Кулона.
  • Логометрическая — система отличается от предыдущих принципом создания тормозного момента — здесь тормозной момент создаётся с помощью специальной обмотки. Логометрическая система подразделяется по принципу создания вращательного момента: магнитоэлектрический логометр, электромагнитный логометр, электродинамический логометр, ферродинамический логометр. Особенностью логометров является безразличное положение стрелки до момента подключения прибора.
  • Вибрационная — система, в которой используются другой принцип измерения, не основанный на равенстве вращательного и момента сопротивления. В вибрационных приборах используется эффект электромеханического резонанса. Для этого в приборе устанавливаются несколько разной длины язычков из ферромагнитного материала, охваченных одной катушкой. При подаче переменного тока в катушку язычки начинают колебаться с разной амплитудой. Амплитуда язычка с наиболее близкой собственной резонансной максимальна — что индицирует примерную частоту тока в катушке. Это свойство используется в частотомерах промышленной частоты.
  • Тепловая — электрический ток, протекая через проводник, вызывает его нагревание и удлинение, которое регистрируется измерительным механизмом. За счёт тепловой инерции усредняются быстрые изменения тока. Примеры: автомобильные приборы, предназначенные для измерения уровня топлива в топливном баке, температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания, автомобильные манометры, показывающие давление моторного масла в системе смазки двигателя.

Дополнительные элементы

В качестве дополнительных элементов приборов применяют гасители колебаний гидравлического, пневматического и электромагнитного действия для быстрого успокоения стрелки на установившемся положении относительно шкалы.

Дополнительным элементом является экранировка прибора ферромагнитным экраном и создание астатических приборов.

Поскольку электромагнитные приборы имеют слабое внутренне поле, то внешние поля могут сильно повлиять на их показания. Для этого создаются астатические приборы с двумя неподвижными катушками и двумя сердечниками, включёнными так, что их электромагнитные моменты складывались. Внешнее магнитное поле ослабляя поле одной катушки будет усиливать поле другой и суммарный вращающий момент останется практически постоянным.

Дополнительным элементом являются также термоэлектрические преобразователи — с помощью их измеряется не само значение тока, протекающего по проводнику, но его тепловой эквивалент и значит подключив к такому преобразователю магнитоэлектрический прибор можно измерять им переменные токи достаточно высокой частоты c большой точностью (тогда без такого преобразователя показания магнитоэлектрического прибора будут равны нулю). Термоэлектрические преобразователи могут также использоваться для гальванической развязки прибора.

Для измерения переменных токов с помощью магнитоэлектрических приборов применяют также выпрямительные схемы (т. н. «детекторные системы») — в основном в стрелочных мультиметрах и токоизмерительных клещах. В этом случае прибор будет показывать точное значение действующей величины только при синусоидальной форме измеряемого сигнала, при несинусоидальной форме будут появляться значительные погрешности в показаниях прибора.

Наличия астатизма, термоэлектрического преобразователя, выпрямителя и усилителя обозначается специальными символами, дополняющий основной символ системы измерительных приборов.

Вибрационный контроль

Вибрационный контроль (ВК) или вибродиагностика – одна из эффективных разновидностей неразрушающего контроля. Она базируется на мониторинге и анализе ключевых показателей вибрации (колебаний), которую создает функционирующий исследуемый объект. ВК позволяет контролировать фактическое состояние и своевременно выявлять отклонения в работе насосных агрегатов, вентиляторов, систем охлаждения, отопления и другого промышленного оборудования.

Дефекты механических, электромагнитных и прочих систем, как правило, отражаются на вибрации, изменяющей под их влиянием ряд своих параметров. Измерение показателей вибрации в соответствии с ГОСТ Р ИСО 7919-1-99 позволяет получить сведения о техническом состоянии объекта, его неисправностях и остаточном потенциале

Принцип действия вибрационной дефектоскопии

Изменения в любой системе возникают по причине внутреннего или наружного воздействия, порождаемого в зависимости от характера рабочего процесса статическими, динамическими или вибрационными нагрузками. Возбудители вибрации и шумов, как правило, имеют механическое, магнитное или аэродинамическое происхождение.

  1. Механические колебания (вибрации) генерируют несбалансированные вращающиеся опоры, зубчатые передачи, щеточно-коллекторные узлы и другие детали. Их дисбаланс вызывает вибрации с кратными частотами
  2. Магнитные колебания вызываются изменениями электромагнитных усилий в воздушном зазоре систем с аналогичным названием
  3. Аэродинамические колебания создаются движением деталей в механизмах

Возникновение вибраций говорит о наличии повреждений, параметры которых устанавливают путем измерения колебаний. В диагностических целях определяют и анализируют по ГОСТ ИСО 10816-1-97 три величины:

  • Вибросмещение (амплитуда) – пределы перемещения точки измерения в момент вибрации
  • Виброскорость – скорость перемещения точки контроля в момент прецессии вдоль оси измерения
  • Виброускорение – значение вибрации, напрямую связанное с вызвавшей ее силой

В процессе измерения вибраций рассматривается наиболее информативный тип колебаний и параметр, обеспечивающий максимальную равномерность частотного спектра.

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Частотный анализ

Для установления причины вибраций проводят частотный анализ. Задействованные в нем устройства, помогают установить все частотные составляющие, вызывающие колебания машин и оборудования, тремя способами.

  1. Гармонический анализ вибраций – наиболее точный, но проблематичный способ обнаружения гармонирующих составляющих (гармоников) вибрации. Помимо наличия датчика вибрации нуждается в фотоэлектрическом или лазерном датчике для определения частоты вращения машинного вала
  2. Полосовое выделение частот – более простой способ, действующий посредством настройки интегрированных полосовых фильтров на определенную частоту. Фильтр пропускает те из них, что совпадают с его характеристиками. Изменяя положения фильтра с помощью регулятора, можно конкретизировать частотные составляющие, присутствующие в общем вибрационном фоне
  3. Перестраиваемые фильтры, которыми оснащено большинство виброизмерительных аппаратов, могут автоматически изменять частоту пропускания. Изменения индикатора, фиксирующиеся самописцем в виде диаграммы, отражают конкретные частотные составляющие, а также их количественный объем в общем вибрационном уровне

Частотные составляющие, выделяемые в процессе анализа спектра, подразделяют на три группы:

  • Гармоники – крайние точки на частотах, кратных частоте вращения, свидетельствующие о неуравновешенности, несоосности или ослаблении соединений
  • Несинхронные составляющие – свойственны частотам некратным частоте цикла, что говорит о наличии дефектов подшипников и ремней
  • Субгармоники – располагаются ниже частоты вращения и могут отражать вихри в масляном клине подшипника, излишнее трение между деталями, повреждения ременной передачи и ослабление соединений

Наиболее важными составляющими считаются гармоники. Совпадая с частотами определенных элементов, они могут увеличиваться и образовывать источник акустического шума, передающийся другим механизмам

Алгоритм проведения ВК

Проведение диагностики любым вибрационным методом (пик-фактор, эксцесс, ударные импульсы, огибающей высокочастотной виброактивности) предусматривает организацию воздействия на контролируемый объект с регистрацией показателей вибрации специальными приборами.

  1. Подготовительный процесс, предполагающий разработку критериев, подтверждающих наличие отклонений на проверяемом объекте
  2. Проведение диагностических мероприятий в соответствии с выбранным методом ВК
  3. Обработка и анализ полученных результатов с оценкой остаточного потенциала безопасного функционирования оборудования и возможности его дальнейшего использования

Методы ВК активно применяются в различных отраслях российской промышленности, включая машиностроение, металлургию, транспортную и нефтегазовую отрасли. В диагностике используются современные виброметры, виброанализаторы, стационарные вибросистемы и другие устройства, позволяющие выявлять:

  • Неуравновешенность
  • Ослабление соединений и опор
  • Отсутствие соосности
  • Параллельность и геометрические изменения линии вала
  • Обрывы болтов
  • Излишек и недостаточность смазки,
  • Износ и повреждения различных узлов и деталей.

Плюсы методов ВК

Применение методов ВК демонстрирует в последнее время растущую популярность. Это связано с неоспоримыми плюсами вибродиагностики:

  • Возникновение и локализация колебаний в местах дислокации повреждений
  • Высокая информативность вибраций
  • Возможность выявления скрытых отклонений и находящихся на самой ранней стадии
  • Отсутствие необходимости в остановке производственных процессов, а также в сборке и разборке оборудования
  • Минимум временных затрат на выполнение процедур контроля

Корректная организация диагностических мероприятий и правильный выбор вибрационных устройств гарантируют получение максимально точных и информативных результатов.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector