9.3. Современные датчики вибрации

9.3.1. Пьезоэлектические датчики

Современными датчиками вибрации являются пьезоэлектрические датчики (акселерометры).

В пьезоэлектрических вибропреобразователях используют пьезоэффект, возникающий при деформации сжатия — растяжения пьезоэлемента (рис. 9.7, а и б) и при деформации сдвига (рис. 9.7, в). Преимущества конструкции вибропреобразователя (рис. 9.7, а) — высокая вибропрочность, наилучшее отношение массы к коэффициенту преобразования и широкий частотный диапазон измерений ускорений. Однако этот вариант конструкции имеет повышенную чувствительность к акустическим шумам, изменениям температуры окружающей среды и деформации поверхности объекта из-за того, что пружина 1 прикреплена к тонкостенной крышке 5. Конструкция вибропреобразователя, приведенная на рис. 9.7, б, менее подвержена воздействию акустических шумов, температуры и деформаций поверхности объекта, поскольку пружина 1, инерционная масса 2 и пьезоэлементы 3 закреплены на центральной оси 6, которая соединена с жестким основанием 4.

В конструкции вибропреобразователя (рис. 9.7, в) с цилиндрическим пьезоэлементом 3 использован пьезоэффект, возникающий при деформации сдвига. Такие вибропреобразователи имеют широкий частотный диапазон, высокую вибропрочность, низкий коэффициент поперечного преобразования, мало подвержены влияниям окружающей среды, имеют небольшие размеры и массу.

Все вибропреобразователи с прижатой инерционной массой имеют широкий температурный диапазон. Вибропреобразователи с приклеенной инерционной массой (рис. 9.7, в), а также с защемленно-клеевой массой допускают измерение вибраций при температуре не выше +180° С. Для измерений небольших ускорений () используют высокочувствительные пьезоэлектрические вибропреобразователи (), в которых пьезоэлемент испытывает действие изгибающих деформаций. Такие вибропреобразователи имеют низкую вибропрочность и высокий коэффициент поперечного преобразования. Благодаря высокому коэффициенту преобразования этих вибропреобразователей при их использовании отпадает необходимость в использовании мощных возбудителей колебаний.

Рис. 9.7. Пьезоэлектрические вибропреобразователи

Акселерометры серии АВС 059 - высокотемпературные пьезоэлектрические акселерометры с диапазоном рабочих температур до +600^оС. Они предназначены для эксплуатации в неблагоприятных условиях окружающей среды и могут применяться при измерении, контроле и регистрации механических колебаний газовых и паровых турбин, двигателей самолетов, генераторов и других промышленных машин и оборудования в условиях воздействия высокой температуры Акселерометры имеют чувствительный элемент, работающий на растяжение-сжатие, изолированную электрическую схему, герметичный сварной корпус, обеспечивающий эксплуатацию в условиях высокой влажности. Акселерометры имеют высокую вибропрочность и надежность. Их технические параметры показаны в таблице 1, а характеристики приведены на рис.9.8-9.9.

Таблица 9.1

	АВС 059	АВС 059-01		АВС 059-02
Коэффициент преобразования по заряду, пКл/g	2,2	1,5		1
Частотный диапазон, Гц	20 ...10000	20 ...10000		20 ...10000
Собственная частота, кГц	30	40		50
Относительный коэффициент поперечного преобразования, не более %	5	5		5
Емкость, пФ	300	300		300
Нелинейность амплитудной характеристики, не более, %	3	3		3
Сопротивление изоляции при н.у.,  не менее, Мом	20	20		20
Физические характеристики
Вид электрической схемы	двухпроводная, изолированная от корпуса
Масса, (без кабеля), г	38	35		32
Материал корпуса	Сталь 12Х18Н10Т
Соединитель (разъем)	РС4ТВ или высокотемпературный
Крепление	фланцевое - 2 винта М3
Защита от внешней среды	сварной корпус
Тип преобразующей  аппаратуры	Девиз-7	Девиз-7		Девиз-7
Эксплуатационные характеристики
Рабочий диапазон температур, оС	-60...+600		-60...+600		-60...+600
Верхний предел ускорений: вибрация, g удар, g	300 600		500 1000		1000 2000
Деформационная чувствительность (250  на установочной плоскости), g/чstr	0,009		0,009		0,009
Электромагнитная чувствительность (50 Гц, 80 А/м), %/м/A	0,00002		0,00002		0,00002
Акустическая  чувствительность   (6 кПа), %/кПа	0,05		0,05		0,05

100 1000 10 10к Гц +10 % +5 0 -5 -10

Рис.9.8. Типовая частотная зависимость

+10 % +5 0 -5 -10 -50 0 +200 +400 +600 tºC

Рис.9.9. Типовая температурная зависимость