Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Приборы и методы контроля качества»

Реферат

На тему: «Методология построения измерительных преобразователей вибрации»

Направление 200100 Приборостроение

Авторы работы:	студ., гр. М01-091-1 Зямбахтина А.Н. Пудова М.Н.
Проверил:	д. т. н., профессор Миловзоров Г.В.

Ижевск

2011 Содержание

Введение 3

1Вибрация 4

2Методы измерения вибрации 5

3Акселерометры 8

4Акселерометр компании Analog Devices 13

Вывод 15

Список используемой литературы 16

Введение

Современные технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота вибрации).

Подобный контроль необходим в самых разных областях: в полупроводниковой электронике (контроль вибрации установок для выращивания кристаллов), в микроэлектронике (вибрация установок фотолитографии), в машиностроении (вибрация станков и биение деталей), в автомобильной промышленности (контроль вибрации отдельных узлов автомобилей и всего автомобиля в целом), на железнодорожном транспорте (датчики приближения поезда), в энергетике (контроль вибрации лопаток газовых турбин), в авиастроении (контроль биений турбин) и т.д. Этот список можно продолжать достаточно долго, что говорит о необходимости создания высокоточных вибродатчиков.

В настоящее время разработано достаточно много вибродатчиков, основанных на различных эффектах. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Кроме того, существуют определенные трудности в теоретическом описании и моделировании работы вибродатчиков.

1. Вибрация

Вибрация – это относительно малые перемещения твердого тела или его точек при механических колебаниях относительно положения равновесия.

Виброперемещение в большинстве технических задач (размах и амплитуда) измеряется в микрометрах, реже в миллиметрах или ангстремах. Виброскорость (среднеквадратическое значение) измеряется в мм/с, м/с. Частоту вибрации измеряют в герцах (Гц, 1/c).

Виброускорение измеряется в м/с². Зачастую результаты измерения виброускорения представляют в децибелах относительно выбранного уловного уровня ускорения, например,м/c², и определяют по формуле

(1.6)

где L_a– уровень ускорения, дБ;a– ускорение, м/с.

Перевод скорости в децибелы относительно условного нулевого значения v₀= 5 · 10^-8м/с осуществляется по формуле

(1.7)

где L_v– уровень виброскорости, дБ;a– ускорение, м/с².

Перевод виброперемещения в децибелы относительно условного нулевого уровня s₀= 8·мм осуществляют по формуле

(1.8)

где L_s– уровень виброскорости, дБ;S– величины перемещения.

2. Методы измерения вибрации

Существует два принципа измерения вибрации: кинематический и динамический.

Кинематическийметод заключается в том, что измеряют координаты точек объекта относительно выбранной неподвижной системы координат. Измерительные преобразователи, основанные на этом методе измерения, называют преобразователями относительной вибрации.

Динамическийметод основан на том, что параметры вибрации измеряют относительно искусственной неподвижной системы отсчета, большинстве случаев инерционного элемента, связанного с объектом через упругий подвес. Такие приборы называют преобразователями абсолютной вибрации.

Измерительные преобразователи вибрации основаны на различных физических принципах преобразования механических колебаний в электрический сигнал. В таблице 7 приведены основные типы измерительных преобразователей.

Таблица 1

Типы измерительных преобразователей

	Преобразователи абсолютной вибрации	Бесконтактные измерители относительной вибрации
Генераторные	пьезоэлектрические	магнитные
	индукционные	радиоволновые
	на основе эффекта Холла	электромагнитные
Параметрические	резисторные	электромагнитные
	пьезорезисторные	акустические
	индуктивные	радиационные
	трансформаторные	оптические
	магнитоупругие
	емкостные
	импедансные
	вибрационно-частотные
	электронно-механические

В бесконтактных измерителях реализуют кинематический метод измерения параметров относительной вибрации на основе использования оптических радиоволновых и др. электромагнитных полей.

Измерение параметров вибрации, основанное на измерении частоты излучения оптического квантового генератора, отраженного от объекта, проводят измерительными устройствами, действие которых основано на использовании эффекта Доплера.

Преобразователи значений вибрации в электрический сигнал делят на два класса: генераторные, преобразующие энергию механических колебаний в электрическую; параметрические, преобразующие механические колебания в изменение параметров электрических цепей, например, индуктивности, емкости, активного сопротивления, частоты или сдвига фаз и т.д.

Пьезоэлектрические преобразователиприменяют для измерения параметров абсолютных колебаний невращающихся частей механизмов. Пьезоэлектрические преобразователи обладают высокими метрологическими свойствами, широким амплитудным и частотным диапазоном, высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью. Они позволяют проводить измерения с высокой точностью в диапазоне низких частот и относительно больших амплитуд вибрации, но вследствие своей высокой инерционности, приводящей к искажению формы сигнала, делает невозможным измерение вибраций высокой частоты и малой амплитуды. Кроме того, если масса исследуемого объекта, а, следовательно, и его инерционность не велика, то такой датчик может существенно влиять на характер вибрации, что вносит дополнительную ошибку в измерения.

Основными их недостатками являются высокое выходное сопротивление и низкая помехозащищенность. В меньшей степени эти недостатки свойственны пьезорезистивным преобразователям, относящимся к классу параметрических преобразователей.

Электродинамические преобразователиприменяют для измерения параметров вибрации в частотном диапазоне 1 Гц–2 кГц.

Электродинамический преобразователь содержит магнитную систему, в зазоре которой расположена катушка с проводом. Обычно магнитная система закреплена на основании, а катушка жестко соединена с сейсмической массой.