Измерение параметров вибрации с помощью датчиков (акселерометров)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по курсу:

«Средства измерения неэлектрических величин»

на тему:

«Измерение параметров вибрации с помощью датчиков (акселерометров)»



СОДЕРЖАНИЕ

Техническое задание

Введение

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

1.1 Виды ИП по принципу действия

2. ДАТЧИКИ

2.1 Классификация датчиков

3. АКСЕЛЕРОМЕТРЫ

3.1 Область применения

3.2 Технологии построения акселерометров

3.3 Измеряемые параметры

3.4 Общие понятия

3.5 Вибрация

3.6 Ударные ускорения

3.7 Условия эксплуатации

4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

4.1 Разработка структурной схемы

4.2 Подбор газотурбинного двигателя

ВЫВОД

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



??????????? ???????

Дано: Частотный диапазон 1Гц-20 кГц

Вибросмещение 0-2 мм

Виброскорость до 200мм/с

Виброускорение до 500мм/

Измерение параметра вибрации газотурбинного двигателя.



????????

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Однако реализация этой предпосылки в значительной мере определяется возможностями устройств для получения информации о регулируемом параметре или процессе. Описание таких устройств- датчиков, будет рассмотрено в данной работе. Изготовление и применение датчиков за последние годы в технике измерения и регулирования параметров различных процессов выделилось в самостоятельную отрасль. Эта отрасль, постоянно развиваясь, служит основой создания разнообразных вариантов систем автоматического регулирования.

Такое развитие обусловлено прежде всего гигантским прогрессом микроэлектроники. Широкий спектр применений микро-ЭВМ в бытовой технике, автомобилестроении и других отраслях промышленности все в большей мере требует недорогих датчиков, выпускаемых крупными сериями.

Твердотельные датчики физических величин -- одно из успешных направлений передовых разработок компании Analog Devices Inc. В спектре продукции, выпускаемой компанией, направление твердотельных датчиков представляют аналоговые и цифровые датчики температуры, гироскопы и датчики ускорения. В данной курсовой работе будут рассмотрены датчики ускорения, или акселерометры.

Многие колебательные процессы, происходящие в механических системах, называют вибрациями.

Ориентация на методы виброакустической диагностики, базирующейся на принципах безразборности, оперативности и универсальности, позволяет успешно решать поставленные задачи, благодаря огромной информационной емкости виброакустических процессов, сопровождающих функционирование машин и механизмов, использованию новых методов обработки измерительной информации, применению микроэлектронной измерительной техники. Методы виброакустической диагностики позволяют не только выявить уже развившуюся неисправность и предотвратить катастрофические разрушения, но и обнаружить развивающийся дефект на очень ранней стадии.

Область применения акселерометров очень широка, это по-своему универсальные устройства, в разработке и производстве которых заинтересована промышленность, поэтому, несомненно, данная работа является актуальной.



1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

В точном смысле этого слова, определенном Оксфордским словарем, измерительный преобразователь является прибором, который преобразует изменение одной величины в изменение другой. В терминах электроники измерительный преобразователь определяется обычно как прибор, преобразующий неэлектрическую физическую величину (называемую измеряемой физической величиной) в электрический сигнал, или наоборот. Имеются, конечно, и исключения из этого правила. Любой преобразователь можно рассматривать как устройство, структурная схема которого представлена на рисунке. Здесь чувствительный элемент воспринимает измеряемое свойство объекта и преобразует его в другую физическую величину. Затем преобразующий элемент преобразует эту физическую величину в электрический сигнал, значение которого отражает уровень измеряемого свойства объекта.

Хотя на рынке продаются тысячи измерительных преобразователей, принципов действия, на которых они основаны, существует относительно немного, основные из них будут рассмотрены ниже.



1.1 Виды ИП по принципу действия

Емкостные преобразователи. Емкостные преобразующие элементы превращают изменения измеряемой величины в изменения емкости. Конденсатор формируется из двух пластин, разделенных слоем диэлектрика, а его емкость определяется из следующего выражения: ,где -диэлектрическая проницаемость диэлектрика, А-площадь поверхности каждой пластины; х-расстояние между пластинами.

Пьезоэлектрические преобразователи. Одним из емкостных принципов преобразования, требующим специального рассмотрения, является пьезоэлектрический эффект, при котором изменение измеряемой величины превращается в изменение электростатического заряда или напряжения, возникающих в некоторых материалах при их механическом напряжении. Напряжение обычно образуется под действием сил сжатия, растяжения или изгиба, которые являются измеряемой величиной и воздействуют на чувствительный элемент либо непосредственно, либо с помощью некоторой механической связи. Чтобы воспринять изменение заряда или напряжения к пьезоэлектрическому материалу подсоединяют 2 металлические пластинки, которые фактически образуют пластинки конденсатора. В качестве пьезоэлектрического материала, применяемого в конструкции такого преобразователя, используются:1)природные кристаллы, такие, как кварц или рочеллевая соль; 2)синтетические кристаллы; 3)поляризованная ферромагнитная керамика.

Электромагнитные преобразователи. Электродвижущая сила (ЭДС) генерируется вдоль проводника, когда его пересекает переменное магнитное поле. И, наоборот, когда проводник движется через магнитное поле, вдоль него генерируется ЭДС.

Индуктивное преобразование, где самоиндукция катушки меняется в соответствии с изменением измеряемой величины. Изменение индуктивности может быть осуществлено путем движения ферромагнитного сердечника внутри катушки либо путем внесения внешнего изменяющего потока в катушку с неподвижным сердечником.

Преобразование магнитного сопротивления, на котором цепочка сопротивления между двумя или более катушками изменяется в зависимости от вариаций изменяемой величины. Когда к системе катушек прикладывается переменный ток, тогда изменение измеряемой величины трансформируется в измерение выходного напряжения.

Электромеханические преобразователи. Выпускаются в разном исполнении, но все они выполняются в форме механического контактного устройства, работающего под действием изменяющейся физической величины, измерение которой и осуществляется. Обычно контакты имеют простую форму и работают в дискретном режиме. Электромеханические преобразователи являются, как правило, цифровыми, поскольку их контакты могут быть лишь в двух положениях и представляют собой элемент включен/выключен.

Ионизационные преобразователи. Ионизационные преобразующие элементы превращают изменение измеряемой величины в изменение тока ионизации, который протекает, например, через жидкость, расположенную между двумя электродами.



На рисунке показано ионизационное преобразование, при котором ионы мигрируют в жидкости к электродам и действуют как переносчики зарядов, вызывая тем самым электрический ток.

Фотоэлектрические преобразователи. Фотоэлектрическими являются такие первичные измерительные преобразователи, которые реагируют на электромагнитное излучение, падающее на поверхность преобразующего элемента. Излучение может быть видимым, т.е. световым, а также иметь большую или меньшую длину волны и быть невидимым. Известны три основных типа фотоэлектрических преобразователей: два из них официально классифицируются как полупроводниковые приборы (фотоэлектрические и фотополупроводниковые).

Резистивные преобразователи. Принцип действия основан на преобразовании значения измеряемой величины в изменение сопротивления. Последнее может быть вызвано различными эффектами в преобразующем элементе, например нагреванием или охлаждением, механическим напряжением, воздействием светового потока, увлажнением, осушением, механическим перемещением контактной щетки реостата. Если через резистивный материал во время изменения измеряемой величины протекает фиксированный ток, то результатом будет изменение напряжения вдоль материала, которое отражает изменение измеряемой величины.

В данной работе будут рассмотрены измерительные преобразователи ускорения (часто называемые акселерометрами). Принцип действия таких преобразователей заключается в том, что ускорение, которому подвергается преобразователь, вызвано силой, действующей на некоторое тело (сейсмическую массу), что и приводит его в движение вместе с преобразователем. Сейсмическая масса прикрепляется к пружине (или непосредственно к прибору), которая противодействует ее перемещению. Поэтому масса движется до тех пор, пока сила пружины не уравновесит силу, действующую на массу вследствие ускорения. Изменение перемещения сейсмической массы по отношению к телу позволяет преобразователю производить вычисление и самого ускорения . На рисунке показан принцип действия акселерометра с одной сейсмической массой и пружиной, которой она крепится к корпусу прибора, а также измерительной шкалой с преобразователем. В неподвижном состоянии а) масса также неподвижна и на шкале устанавливается нуль. Но если к преобразователю прикладывается ускоряющая сила, то масса стремится оставаться в своем первоначальном состоянии вследствие присущей ей инерции, в то время как тело преобразователя движется. В результате изменяется положение шкалы относительно стрелки, индицирующей значение ускорения.



2. ДАТЧИКИ

измерительный преобразователь акселерометр газотурбинный

Датчик - это устройство, которое, подвергаясь воздействию физической измеряемой величины, выдает эквивалентный сигнал, обычно электрической природы (заряд, ток, напряжение или импеданс), являющейся функцией измеряемой величины: s=F (m), здесь s-выходная величина, а m-входная.

Датчик с точки зрения вида сигнала на его входе может быть активным - генератором, выдающим заряд, напряжение или ток,- либо пассивным, с выходным сопротивлением, индуктивностью или емкостью, изменяющимися соответственно входной величине.

2.1 Классификация датчиков

Учитывая физические принципы преобразования и соответствующие типовые конструкции, датчики систематизируют на несколько больших групп, таких, как контактные датчики, оптико-электрические и оптические датчики, волоконно-оптические датчики. Каждая из этих групп подразделяется на меньшие группы. Основными группами, если не отступать от традиционной классификации, считают: резистивные датчики, пьезоэлектрические датчики, датчики электростатической группы, датчики электромагнитной группы, тепловые датчики, оптические. В работе будут рассмотрены лишь некоторые из них, которые имеют непосредственное отношение к теме работы, а именно некоторые виды контактных датчиков.

Резистивные датчики. Датчики этой группы принадлежат к числу параметрических и обычно делятся на три подгруппы: контактные, реостатные преобразователи и тензорезисторы. Принцип действия резистивного датчика поясняется схемой на рисунке. Последовательно с собственным, изменяющимся под воздействием измеряемой величины сопротивлением оказывается включенным сопротивление соединительных проводов и контактов, образующее в сумме сопротивление линии . Параллельно этой цепочке включено сопротивление утечки , образуемое сопротивлением изоляции между контактами и сопротивлением утечек на корпус или на землю.

Важнейшие категории составляют также емкостные и тепловые датчики, однако я не стану здесь их рассматривать, а перейду сразу к той категории, которая имеет отношение к данной курсовой работе.

Пьезоэлектрические датчики. Пьезоэлектрическими называются кристаллы и текстуры, электризующиеся под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся в электрическом поле (обратный пьезоэффект). Пьезоэффект обладает знакочувствительностью, т.е. происходит изменение знаков заряда при замене сжатия растяжением и изменение знака деформации при изменении направления поля.

Типичным представителем пьезоэлектриков, достаточно широко применяемым при построении датчиков в приборах для измерений механических величин (силы, давления, ускорения и пр.), является кварц. Однако в последнее время используют также такие разновидности пьезоэлектриков, как пироэлектрики, сегнетоэлектрики и сегнетоэлектрические пьезокерамики.

Пироэлектрики представляют собой особую разновидность пьезоэлектрических кристаллов, поляризующихся при всестороннем гидростатическом давлении и тепловом расширении.

Сегнетоэлектрики входят в группу пироэлектрических кристаллов. Одни и те же кристаллы в зависимости от температуры могут быть как сегнетоэлектриками, так и линейными кристаллами. Значительно чаще применяются сегнетоэлектрические пьезокерамики, представляющие собой продукт отжига спрессованной смеси, состоящей из мелкораздробленного кристалла с присадками.

На основе пиро- и сегнетоэлектриков создаются бесконтактные датчики. Обе группы относят к датчикам генераторного типа.



3. АКСЕЛЕРОМЕТРЫ

Принцип работы акселерометров основан на измерении смещения инерционной массы относительно корпуса и преобразовании его в пропорциональный электрический сигнал. Емкостной метод преобразования измеренного перемещения является наиболее простым, надежным и легче реализуемым, поэтому емкостные акселерометры получили широкое распространение.

Современные интегральные датчики изготавливаются на кристалле кремния по технологии iMEMS. Структура датчика представляет собой кремниевую подложку, на которой расположен чип датчики и схема усиления сигнала.

Акселерометры являются одновременно измерителями статического и динамического ускорения и могут быть использованы как датчики вибрации, наклона и ускорения. Выходной сигнал таких датчиков - это напряжение, пропорционально ускорению.

3.1 Область применения

Системы автоматизированного управления и автоматического регулирования стали неотъемлемой частью современного высокотехнологического производства. Они все шире используются на современном транспорте и бытовых приборах. Датчик физической величины является необходимым звеном любого контура управления, обеспечивая сигналом обратной связи электронику, управляющую исполнительным устройством.

Бытовая техника. Большинство современных бытовых приборов, как правило, приводятся в действие электромоторами. Кухонные комбайны, посудомоечные, стиральные машины- все они имеют электропривод , работающий на скоростях до 2000 об/мин и являющийся источником вибрации. Встроенный акселерометр позволяет компенсировать эти вибрации, повысив тем самым скорость вращения двигателя.

Высококачественное звуковоспроизведение. Достигнутые в последних моделях акселерометров показатели полосы частот преобразуемых ускорений позволяет использовать их в качестве датчика обратной связи в низкочастотных динамиках высококачественных аудиосистем. С выходом на рынок дешевых сверхминиатюрных акселерометров появляется возможность создания недорогих акустических систем с одновременным улучшением качества воспроизведения звука. Предлагаемая конструкция включает датчик ускорения, установленный в контуре петли обратной связи на контуре активных динамических головок. Благодаря цифровой обработке в реальном времени нелинейность АЧХ динамических головок может быть откорректирована.

Применение в спорте. Спортивные снаряды, тренажеры, одежда и обувь представляют практически неограниченное поле для применения полупроводниковых акселерометров по вполне понятным причинам. Стал уже классическим пример встраивания датчика и микропроцессорной системы сбора данных в кроссовки спортсмена. Спортивные успехи в большом теннисе в большей мере обусловлены тем, использует ли теннисист ракетку со встроенным датчиком силы измерения удара.

Личный автотранспорт. Успехи в технологии производства акселерометров позволяют создавать более надежные и перенастраиваемые противоугонные системы, менее подверженные ложным срабатываниям.

Устройства ввода/вывода. Интересной перспективой является использование акселерометров в устройствах ввода данных в компьютер, когда движения руки пользователя будут преобразовываться в сигналы интерфейса. Подобные устройства смогут заменить, например, манипулятор-мышь. При этом не будет требоваться использовать в качестве опоры стол или другую поверхность.

Акселерометры могут также использоваться для диагностики степени износа работающих частей механизмов, охраны здоровья человека при его работе с инструментами и механизмами, являющимися источниками вибрации, и в прочих случаях.

3.2 Технологии построения акселерометров

Первый шаг к правильному выбору акселерометра - это определение наиболее подходящего параметра измерений. Сегодня используются три технологии построения акселерометра:

- пьезоэлектрические акселерометры - самый распространенный на сегодняшний день вид акселерометров, которые широко используются для решения задач тестирования и измерений. Такие акселерометры имеют очень широкий частотный диапазон (от нескольких Гц до 30 кГц) и диапазон чувствительности, а также выпускаются в различных размерах и формах. Выходной сигнал пьезоэлектрических акселерометров может быть зарядовым (Кл) или по напряжению. Датчики могут использоваться для измерений как удара, так и вибрации. - пьезорезистивные акселерометры обычно имеют малый диапазон чувствительности, поэтому они больше подходят для детектирования ударов, чем определения вибрации. Еще одна область их применения - испытания на безопасность при столкновении. В большинстве своем пьезорезистивные акселерометры отличаются широким диапазоном частот (от нескольких сотен Гц до 130 кГц и более), при этом частотная характеристика может доходить до 0 Гц (т.н. DC датчики) или оставаться неизменной, что позволяет измерять сигналы большой продолжительности - акселерометры на переменных конденсаторах относятся к компонентам новейших технологий. Как и пьезорезистивные акселерометры, они имеют DC ответ. Такие акселерометры отличаются высокой чувствительностью, узкой полосой пропускания (от 15 до 3000 Гц) и отличной температурной стабильностью. Погрешность чувствительности в полном температурной диапазоне до 180°C не превышает 1.5 %. Акселерометры на переменных конденсаторах используются для измерений низкочастотной вибрации, движения и фиксированного ускорения.

3.3 Измеряемые параметры

Схематично, параметры, измеряемые акселерометрами, можно сгруппировать в следующие классы: измерение вибрации: объект вибрирует, если он производит колебательные движения относительно положения равновесия. Вибрацию измеряют в транспортной и аэрокосмической промышленности, а также на промышленном производстве. измерение ударных ускорений: внезапное возбуждение структуры, создающее резонанс. Ударный импульс может создаваться взрывом, ударом молотка по предмету или в результате столкновения с другим объектом. измерение движения: медленное перемещение со скоростью от доли секунды до нескольких минут, например, перемещение руки робота или подвеска автомобиля. сейсмоисследования: измерения малых перемещений и низкочастотной вибрации. Такие измерения требуют специализированных малощумящих акселерометров с высокой разрешающей способностью. Акселерометры для сейсмоисследований контролируют движения мостов, полов, а также определяют землетрясения.

3.4 Общие понятия

Перед обсуждением технологии и особенностей применения, необходимо сделать несколько общих замечаний. Частотная характеристика - это зависимость электрического выходного сигнала акселерометра от внешнего механического воздействия в частотном диапазоне с фиксированной амплитудой. Это один из основных параметров, от которого зависит выбор того или иного компонента. Диапазон частот обычно определяется серией экспериментов и указывается в спецификации. Обычно этот параметр указывается с точностью ±5% от опорной частоты (обычно100Гц). Многие компоненты специфицированы на ±1 дБ или ±3 дБ. Эти значения указывают на точность акселерометра в заданном частотном диапазоне. Многие data sheet содержат графики типичной АЧХ, которые иллюстрируют флуктуацию точности компонента в различных частотных диапазонах. Другой важный параметр акселерометра - число осей измерения. Сегодня выпускаются компоненты с одной и тремя измерительными осями. Еще одна возможность построения сложной системы - это организация трех акселерометров в один измерительный блок.

3.5 Вибрация

Основные вибрационные параметры: виброускорение, виброскорость, виброперемещение, механический импеданс, собственная частота; энергетические характеристики вибрационной волны: среднеквадратичное значение; единицы измерения вибрации: абсолютные значения и уровни, сложение и вычитание уровней вибрации. Лучший выбор для измерения вибрации - это пьезоэлектрические акселерометры, благодаря их широкой частотной характеристике, хорошей чувствительности и высокой разрешающей способности. В зависимости от типа выходного сигнала они могут быть с зарядовым выходом и с выходом по напряжению(IEPE). В последнее время широко используются акселерометры с вольтовым выходным сигналом, поскольку они удобны в применении. Несмотря на разнообразие торговых марок и модификаций, все производители компонентов этой группы придерживаются единого псевдо-стандарта, поэтому легко заменяемы между собой. Обычно такие акселерометры имеют в своей структуре усилитель заряда, поэтому не требуют дополнительных внешних компонентов. Всё, что нужно для подключения акселерометра, - это источник постоянного тока. Таким образом, для измерения вибраций в известном диапазоне и в пределах температурной нормы -55…125°C (до 175°C для высокотемпературных моделей) рекомендуется использовать пьезоэлектрические акселерометры с выходным сигналом по напряжению. Преимущества акселерометров с зарядовым выходом проявляются в возможности работы при высоких температурах и в широком диапазоне амплитуды, который определяется настройками усилителя заряда (заметим, что акселерометры по напряжению имеют фиксированный диапазон амплитуды). Типичный рабочий диапазон температур составляет -55…288°C, а специализированные компоненты могут работать в диапазоне -269…760°C. Однако в отличие от IEPE акселерометров, емкостные датчики требуют применения специальных малошумящих кабелей, цена которых значительно превышает цену на стандартные коаксиальные кабели. Для подключения датчиков также потребуются усилители заряда и линейные конвертеры. Подводя итоги, можно придти к заключению, что емкостные акселерометры предпочтительны для высокотемпературных измерений неизвестных заранее ускорений. В приложениях, где требуется измерять вибрацию очень малой частоты, рекомендуется использовать акселерометры на переменных конденсаторах (VC). Их частотная характеристика составляет от 0 Гц до 1 кГц, в зависимости от требуемой чувствительности. При проведении измерений низкочастотной вибрации VC акселерометр с частотной характеристикой 0-15 Гц будет иметь чувствительность 1 В/г. Такие датчики незаменимы в электрогидравлических шейкерах, в автомобилестроении, в тестовых испытаниях машин и конструкций, в системах подвески, железнодорожном транспорте.

3.6 Ударные ускорения

Для измерений ударных ускорений используются две технологии, модельный ряд представлен компонентами на различный уровень силы удара и с различными выходными характеристиками. Выбор акселерометра для ударных ускорений, в первую очередь, зависит от ожидаемого уровня ударного ускорения.

Низкий уровень <500 г

Столкновение<2000г Поле в дальней зоне 500-1000 г, датчик на расстоянии 2 метров от точки удара . Поле в ближней зоне >5000 г, датчик на расстоянии менее 1 метра от точки удара .Для измерения малых ударных ускорений можно использовать акселерометры общего применения. Акселерометр должен иметь линейный диапазон до 500 г и ударопрочность 500 г. Обычно для этого используются датчики с выходным сигналом по напряжению, поскольку они не чувствительны к кабельным вибрациям. Для аттенюации резонанса рекомендуется использовать усилитель с фильтром нижних частот. Для тестовых испытаний машин на безопасность используются пьезорезистивные акселерометры. Для измерений ударов в дальней зоне применяются специализированные акселерометры со встроенным фильтром и сдвиговой модой. Электронный фильтр уменьшает собственную резонансную частоту акселерометра для предотвращения перегрузки оборудования. Акселерометры для измерений в ближней зоне имеют рабочий диапазон до 20,000 г. Здесь выбор зависит от специфики проводимого теста, поэтому используются как пьезоэлектрические, так и пьезорезистивные датчики. Обычно такие приборы имеют встроенный механический фильтр. Также как и при измерении вибрации, частотная характеристика является важнейшим параметром датчиков ударного ускорения. Желательно, чтобы такие датчики имеют широкий диапазон частот (около 10 кГц). Измерение движения, фиксированного ускорения и низкочастотной вибрации. Для таких целей наиболее подходящим выбором станут акселерометры с переменной емкостью. Они позволяют измерять медленные изменения ускорения и низкочастотную вибрацию, при этом уровень их выходного сигнала достаточно высок. Также, такие датчики обеспечивают высокую стабильность в широком диапазоне рабочих температур. При установке VC акселерометра в положение, когда его ось чувствительности параллельна оси земного притяжения, выходной сигнал датчика будет равен усилию в 1 г. Такая закономерность известна как DC отклик. Благодаря такой особенности, акселерометры на переменных конденсаторах часто используются для измерений центробежной силы или ускорений и замедлений подъемных устройств.

3.7 Условия эксплуатации

После выбора акселерометра соответствующей технологии и отвечающего требованиям целевого применения необходимо рассмотреть ряд следующих факторов. В первую очередь, это условия окружающей среды, где датчик будет использоваться. Сюда относятся рабочая температура, максимальный уровень ускорения и влажность. Температурный диапазон:

Пьезоэлектрические общего применения -55…260°C.

Пьезоэлектрические высокотемпературные-55…650°C

Пьезоэлектрические низкотемпературные -184…177°C.

С выходом по напряжению общего применения-55…125°C

С выходом по напряжению высокотемпературные-55…175°C

Пьезорезистивные-55…66°C

Диапазон измерений акселерометра указывается в спецификации дважды, что может спутать инженера по применению. Действительный диапазон указывается в динамических характеристиках. Например, IEPE акселерометр может иметь диапазон 500 g, но при определенных условиях среды может выдерживать удар до 1000 g и 2000 g. 500 g - это максимальный диапазон линейной работы акселерометра. Параметры, указанные для определенных условий эксплуатации, показывают максимально допустимый уровень удара. В случае с акселерометрами зарядового типа, динамические характеристики не содержат рабочего диапазона, поскольку он во многом зависит от усилителя заряда. Здесь лучше обратиться к линейности амплитудной характеристики, которая указывается в разделе динамических параметров. Также как и в предыдущем случае, максимальный диапазон измерений, указанный при определенных условиях эксплуатации, свидетельствует о предельной нагрузочной способности акселерометра. О возможностях работы датчиков во влажной среде свидетельствуют различные указатели на герметичность исполнения корпуса. Следует заметить, что непрерывное изменение температурных условий может нарушить эпоксидную изоляцию корпуса датчика. Поскольку современные технологии производства акселерометров используют немагнитные материалы, магнитная чувствительность редко указывается в спецификации на компоненты. Если датчик предназначен для установки на гибкие поверхности, на ведущее место выходят параметры изгиба основания. Сгиб поверхности приводит к изгибу основания акселерометра, что может привести к ошибочному срабатыванию датчика в результате вибрации. Поэтому следует избегать применения компрессионных акселерометров на гибких поверхностях.



4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

4.1 Разработка структурной схемы

На рисунке представлена упрощенная схема акселерометра с ШИМ-выходом ADXL202(Нулевой контакт и контакт питания не показаны). Этот датчик измеряет ускорения по двум взаимно перпендикулярным направлениям, векторы которых лежат параллельно плоскости корпуса микросхемы, и преобразует их методом широтно-импульсной модуляции в две последовательности импульсов, скважность которых пропорциональна величине ускорения по осям. Существуют акселерометры для измерения малых, средних и больших ускорений (на схеме приведен акселерометр для измерения малых ускорений) .Однако в данной работе, учитывая заданные параметры, придется прибегнуть к более сложному устройству- газотурбинному двигателю, который также будет работать для измерения малых ускорений.



4.2 Подбор газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель - двигатель, представляющий совокупность газовой турбины, компрессора и камеры сгорания, конструктивно объединенных в единое целое. В составе газотурбинного двигателя может использоваться несколько турбин и компрессоров. Принцип работы наиболее распространенных газотурбинных двигателей, в которых сгорание топлива происходит при постоянном давлении, следующий: воздух засасывается в компрессор, там сжимается и поступает в камеру сгорания, куда вместе с воздухом подается топливо, которое сгорает при постоянном давлении. Нагретый газ направляется в газовую турбину высокого давления, которая вращает компрессор. Отработавший в турбине высокого давления газ поступает в турбину низкого давления, где энергия газа превращается в механическую работу на валу. Полезная работа равна разности работ турбин и компрессора. Возможно создание газотурбинного двигателя с КПД 35 %.

Используя справочный материал, подбираю необходимый газотурбинный двигатель. Среди аппаратур, наиболее удовлетворяющих заданным параметрам:

1) аппаратура контроля вибраций ИВ-Д-ПФ для измерения вибрации газотурбинных двигателей путем выдачи сигналов, пропорциональных виброскорости в месте установки датчиков вибрации. Диапазон измерения виброскорости от 0,75 до 15 и от 5 до 100 мм/с в зависимости от исполнения. Погрешность от 6 до 10%. 24 варианта исполнения.

2)аппаратура Вибробит 100 служит для измерения и контроля параметров механического состояния паровых и газовых турбин, центробежных насосов, турбокомпрессоров и другого промышленного оборудования, во время их эксплуатации, для применения на тепловых, атомных и других электростанциях. Диапазоны измерения: виброскорости, мм/с 0,4 ...12; 0,4 ...15; 0,8 ...30; относительного виброперемещения, мкм 10 ...200; 20 ...400; 25 ...500; смещения, мм от 0 ...1 до 0 ...320; оборотов, об/мин (Гц) 200 ...4000 (3,33 ...66,66); 250 ...6000 (4,16 ...100); 500 ...8000 (8,33 ...166,66); 200 ...4000 (200 ...4000). Погрешность ±5,0%; ±8,0%; ±5,0%; ±5,0%-



ВЫВОД

В данной курсовой работе были рассмотрены основные принципы действия измерительных преобразователей, особое внимание было уделено акселерометрам- датчикам для измерения ускорения. Также был осуществлен подбор газотурбинного двигателя с заданными параметрами: частотный диапазон 1Гц-20 кГц, вибросмещение 0-2 мм, виброскорость до 200мм/с, виброускорение до 500мм/.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бриндли «Измерительные преобразователи»

2.М.Д.Генкин, А.Г.Соколова «Виброакустическая диагностика машин и механизмов»

3.Виглеб Г. «Датчики. Устройство и применение»,1989г.

4.Датчики в современных измерениях.

5.Датчики измерительных систем.

6.Иориш Ю.И. «Виброметрия»

7.Материалы Интернета(www.sensorica.ru)

8.Материалы Интернета (акселерометры компании ANALOG DEVICES), andev_230.

Размещено на Allbest.ru