Пьезоэлектрический вибропреобразователь

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

Электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники

Реферат

По дисциплине «Методы технической диагностики»

Тема: Измерительные виброакустические преобразователи. Конструкция вибродатчика. Энергетические характеристики вибрации.

Студент гр. 5582		Кареев П.С
Преподаватель		Теплякова А. В.

Санкт-Петербург

2018

ЗАДАНИЕ

На реферат

Студент Кареев П.С.
Группа 5582
Тема реферата: Измерительные виброакустические преобразователи. Конструкция вибродатчика. Энергетические характеристики вибрации.
Дата выдачи задания: 12.09.2018
Дата сдачи реферата: 11.10.2018
Дата защиты реферата: 11.10.2018

Студент		Кареев П.С.
Преподаватель		Теплякова А. В.

содержание

	Введение	4
	Энергетические характеристики вибрации Вибродатчики Конструкция вибродатчика Пьезоэлектрический вибропреобразователь Аппаратура для измерения вибрационных характеристик	5 6 6 7 8
	Заключение	9
	Список использованных источников	10

Введение

Необходимость точного измерения и анализа механических колебаний возникла с первых шагов разработки и конструирования машин, учитывающих вопросы амортизации механических колебаний и виброизоляции. Исследование механических колебаний прочных машин медленного действия в прошлом основывалось на опыте инженеров-конструкторов и применении несложных оптических приборов, измеряющих смещение механических колебаний.

Применение пьезоэлектрических акселерометров, преобразующих механические колебания в электрические сигналы, раскрыло новые возможности точного измерения и анализа механических колебаний электронными измерительными приборами.

Энергетические характеристики вибрации

Вибрацией называются малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля.

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, которые возникают:

· при возвратно-поступательных движениях систем (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, и т.п.);

· в результате наличия неуравновешенных вращающихся масс (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п.);

· при ударах деталей (зубчатые зацепления, подшипниковые узлы).

Основными параметрами вибрации являются:

· амплитуда виброперемещения (смещения) - x_m, м;

· амплитуда колебательной скорости (виброскорости) - U_m=2*π*f*x_m, м/с;

· амплитуда колебательного ускорения (виброускорения) - a_m=(2*π*f)²* x_m, м/с²;

· период колебаний – Т, с;

· частота колебаний –f, Гц.

Для количественной оценки амплитуд механических колебаний, отображающей их опасность и строгость, можно использовать разные значения.

· Двойная амплитуда - отображает полный размах колебаний.

· Пиковое значение эффективно именно при оценке кратковременных механических ударов и т. д. Однако, пиковое значение отображает только максимальное значение исследуемых колебаний, а не заключает в себе их временное развитие.

· Среднее значение (усредненное или абсолютное) отображает временное развитие исследуемых колебаний, но его практическое применение ограничено ввиду того, что оно не имеет непосредственной связи ни с физической величиной этих колебаний.

· Среднеквадратичное значение (СКЗ) является самым важным, так как в нем учитывается временное развитие исследуемых колебаний, и оно непосредственно отображает значение, связанное с энергией и, следовательно, разрушающей способностью этих колебаний.

Действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости U(t) за время усреднения t_у, которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

Таким образом, для характеристики вибраций используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов.

Характеристиками вибрации, определяющими ее воздействие на человека, являются среднеквадратические значения виброскорости или ее логарифмические уровни (L_v, дБ) в октавных полосах частоты:

где U- среднеквадратическая виброскорость м/с, U₀- опорная виброскорость (5*10^-8), м/с.

Уровень виброускорения определяется выражением:

Вибродатчики

Датчик вибрации, или вибродатчик — это аппарат, реагирующий на вибрационные явления и определяющий их параметры; исследуемые величины — виброперемещение, виброскорость, виброускорение. Основной параметр прибора — чувствительность.

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.

Вибродатчики позволяют получать достоверные данные в процессе испытаний и исследований. Таким образом, вибродатчиками измеряется ударное и вибрационное ускорение в системах диагностики, а также применяется для лабораторных исследований при сильном электромагнитном поле. Вибродатчики сочетают высокие значения собственной частоты, ударной стойкости и осевой чувствительности со встроенным предусилителем и низким собственным шумом. Приборы подключаются к спектральным анализаторам, а также могут поддерживать опрос датчиков. Благодаря этой особенности анализатор спектра может определять тип вибродатчика и его чувствительность автоматически.

Конструкция вибродатчика

В конструкцию любого датчика вибрации входят: (рис.1)

· вибропреобразователь — блок, предназначенный для преобразования механического вибрационного движения в электрический сигнал; в зависимости от задействованного механизма преобразования различают модели оптические, пьезоэлектрические, индукционные и вихретоковые;

· электронный блок обработки для принятия, расшифровки и обработки сформированного электросигнала и вывода информации по внешнему интерфейсу.

Рис. 1 Схема датчика вибрации.

Пьезоэлектрический вибропреобразователь

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 2). 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. Пьезоэлемент деформируется от действия на него инерционной силы F=ma, где m- масса инерционного элемента, а-ускорение объекта.

Рис. 2 Схема пьезоэлектрического виброметра

Основным достоинством пьезопреобразователей являются широкий диапазон рабочих частот, малая чувствительность к магнитным полям, большая вибрационная и ударная прочность, возможность создания преобразователей с малыми размерами и массой.

Пьезоэлектрические вибропреобразователи преобразуют ускорение колебания в электрический сигнал; Отношение между этим электрическим сигналом и ускорением колебания представляет собой чувствительность акселерометра, выражающуюся через напряжение или через заряд .

Для повышения чувствительности преобразователей увеличивают инерционную массу, применяют пьезокерамику, обладающую высоким пьезомодулем, а также используют изгибные деформации пьезоэлемента.

Наряду с чувствительностью, одной из важнейших характеристик датчиков вибрации является частотный диапазон. Для снижения нижней границы частотного диапазона в качестве предварительных усилителей применяют усилители заряда, а увеличение верхней граничной частоты достигается снижением массы датчика и качественным креплением его к объекту. Для уменьшения массы корпуса его изготавливают из материалов малой плотности типа титана и дюралюминия.

Среди разнообразных моделей можно выделить основные датчики вибрации, различающиеся конструкцией, параметрами и характеристиками, а также областью применения:

· Миниатюрные модели вибродатчиков измеряют ударное и вибрационное ускорение в диагностических системах и при лабораторных исследованиях. Чувствительность данных приборов составляет 0,5-33 мВ/g.

· Вибродатчик общего назначения работают в частотном диапазоне от 0,5 до 10000 Гц, совместимы с технологией опроса датчиков. Чувствительность приборов составляет 100 мВ/g.

· Трехкомпонентные устройства служат для определения объемного фазового портрета виброускорений на объекте в точке их закрепления. Чувствительность моделей – от 10 до 100 мВ/g.

· Модели промышленного назначения могут исполняться во взрывозащищенных вариантах. Чувствительность составляет от 10 до 100 мВ/g.

· Высокочувствительные вибродатчики измеряют механические и сейсмические колебания сооружений и инженерных конструкций. Они отличаются высокой (500-600 мВ/g) чувствительностью.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 3104; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!