7.15 Вимірювання вібрацій

Рівень вібрації є одним з важливих індикаторів стану електротехнічних комплексів та систем. Підвищення вібрації приводить до передчасного зносу та виходу з ладу окремих елементів електрообладнання. Зниження рівня вібрації веде до підвищення надійності, довговічності, зменшення експлуатаційних затрат.

Вібраціями називають коливальний процес, що характеризується багаторазовим почерговим зростанням та зменшенням відносно малої амплітуди коливань в часі.

Розглянемо основні поняття. Нехай u(t) – функція, що описує коливальний процес.

Якщо справедлива рівність

,

де t – час, n – ціле число, T – період коливань

то такий коливальний процес називають періодичним (рис.7.31).

Рисунок 7.31

Самим простим видом періодичних коливань є гармонічні (рис.7.32), які описують таким рівнянням:

,

Рисунок 7.32

де А – амплітуда коливань, - кутова частота (рад/с); - початкова фаза (рад), 2А – подвійна амплітуда, А_сер – середнє значення амплітуди коливань ( ), А_еф – середнє квадратичне (ефективне, діюче) значення амплітуди коливань ( ).

В сучасній цифровій техніці вимірювання вібраційного сигналу здійснюється не в аналоговій, а в дискретній формі (нижній рисунок 7.32). Тут прийнято такі позначення - ∆t – крок дискретизації.

Час вибірки – проміжок часу, за який виконується аналого-цифрове перетворення аналогового вібросигналу:

,

де n – кількість миттєвих значень дискретизованої величини.

На практиці коливання частіше всього є полігармонічними (рис. 7.33), тобто є сумою гармонічних коливань з різними частотами (рис. 7.34).

Рисунок 7.33

де – A_i, , - амплітуда, частота і фаза відповідної i-ої гармоніки коливання.

Рисунок 7.34

Основними складовими сучасних засобів вимірювання вібросигналів є такі:

• первинний вимірювальний перетворювач (сенсор), що перетворює неелектричну величину в електричну;

• фільтр, який виділяє параметри сигналів в необхідній області частот;

• аналого-цифровий перетворювач з мікропроцесором (мікроконтролер).

Дані засоби вимірювання називають вимірювальними каналами вібрацій, узагальнена структурна схема якого наведена на рис.7.35.

Рисунок 7.35

Виведемо рівняння перетворення для даного каналу.

Рівняння перетворення сенсора вібрацій (Приклад побудови ємнісного перетворювача п.6.3.2) має такий вигляд

.

В процесі вимірювання вібрацій користуються такими трьома фізичними величинами:

- віброприскорення – а [м/с²];

- віброшвидкість – v [мм/с];

- віброзміщення – S [мкм].

В низькочастотній області коливань пріоритет віддають віброзміщенням, а у високочастотній – віброприскорення. Знайдемо співвідношення між цими фізичними величинами.

Наприклад, покази сенсора віброприскорення а = 1м/с² для частоти коливань 50 Гц, що відповідає ефективному (діючому, середнє квадратичному) значенню віброприскорення. Знайдемо для нього ефективне значення віброшвидкості

[мм/с],

та віброзміщення

[мкм].

Звідси видно, що між амплітудою віброзміщення та діючим значенням віброшвидкості для коливань з частотою 50Гц справедливе співвідношення .

Контрольні питання:

1. Дайте поняття вібрації. Які коливання називають гармонічними, полігармонічними?

2. Поясніть принцип дії вимірювального каналу вібрації.

3. Виведіть рівняння перетворення сенсора вібрації.

4. Наведіть співвідношення між віброзміщенням, віброшвидкістю і віброприскоренням.

5. В якій області коливань, низькочастотній чи високочастотній, доцільно в якості інформативного параметра вібрації використовувати віброзміщення, а в якій віброприскорення?

410