ГОСТ Р ИСО 5348-99

Группа П17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация и удар

МЕХАНИЧЕСКОЕ КРЕПЛЕНИЕ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ

Mechanical vibration and shock.
Mechanical mounting of accelerometers

ОКС 17.160

ОКП 42 7714

Дата введения 2000-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация и удар"

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 22 декабря 1999 г. N 661-ст

3 Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст ИСО 5348-98 "Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Наиболее распространенным методом измерения вибрации конструкции или тела является тот, в котором используется датчик вибрации .

Датчики, применяемые в системах контроля вибрации, бывают двух типов: контактного и бесконтактного. Датчики бесконтактного типа для измерения отклика конструкции (наиболее часто встречающиеся - вихретоковые и оптические) помещают в непосредственной близости от этой конструкции. Датчики контактного типа (наиболее распространенные - пьезоэлектрические и пьезорезистивные акселерометры, датчики вибрации инерционного типа) устанавливают в непосредственном механическом контакте с конструкцией. Настоящий стандарт распространяется на акселерометры контактного типа общего назначения. Особенностью применения таких акселерометров является то, что механическая связь между акселерометром и испытуемой конструкцией может оказать существенное влияние на отклик конструкции, на выходной сигнал акселерометра или на то и другое вместе. Настоящий стандарт акцентирует внимание на факторах, которые следует принимать в расчет при выборе способа крепления акселерометра к конструкции.

В настоящем стандарте рассмотрены акселерометры, которые соединены с поверхностью вибрирующей конструкции посредством механического крепления (см. рисунок 1).

Датчик обеспечивает передачу информации, содержащейся в электрическом сигнале , который является следствием колебаний самого датчика. Информация же, которая нужна пользователю, - это вибрация в некоторой точке конструкции .

Электрический сигнал , производимый датчиком, отличается от того, который имел бы место, если бы акселерометр и в самом деле измерял вибрацию . Это объясняется неидеальностью передачи движения от к чувствительному элементу акселерометра .

Причиной отличий могут быть также несовпадение оси чувствительности датчика с направлением измерений, деформация основания датчика, влияние температуры момента затяжки и перемещений кабеля.

От конкретного вида механического крепления зависит частотный диапазон, в котором амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристики датчика будут находиться в пределах заданного допуска.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает характеристики крепления акселерометров, которые должен указывать изготовитель, а также дает рекомендации пользователю по установке акселерометров.

Настоящий стандарт распространяется только на такие способы крепления, которые обеспечивают установку акселерометра непосредственно на поверхности вибрирующей конструкции, как это схематически изображено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схематичное изображение установки акселерометра

Стандарт не распространяется на датчики других типов, в частности датчики относительной вибрации.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ ИСО 2954-97 Вибрация машин с возвратно-поступательным и вращательным движением. Требования к средствам измерений

ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 8042-99 Вибрация и удар. Датчики инерционного типа для измерений вибрации и удара. Устанавливаемые характеристики

      3 Определения

В настоящем стандарте применяют термины по ГОСТ 24346.

 4 Характеристики, указываемые изготовителем акселерометров

Изготовитель должен указывать следующие сведения:

а) характеристики поверхности, на которую устанавливают датчик, в соответствии с устройством крепления акселерометра, например класс чистоты обработки поверхности; ее плоскостность; угол, под которым высверливают отверстие, и нарезаемая резьба;

б) геометрические размеры акселерометра, в том числе:

- положение центра тяжести акселерометра в сборе,

- положение центра тяжести инерционной массы акселерометра;

в) способ крепления, используемый при калибровке;

г) рекомендуемый и максимальный (т.е. такой, что диапазон частот измерений в рамках заданной точности изменяется менее чем на 2%) моменты затяжки;

д) допустимый диапазон температур;

е) характеристики механической конструкции акселерометра, в том числе:

- общая масса,

- материал основания,

- низшая собственная частота незакрепленного акселерометра,

- амплитудно-частотная характеристика для заданных условий крепления с описанием объекта, на который устанавливают акселерометр, т.е. его массы, размера и материала, из которого он изготовлен,

- максимальная относительная чувствительность в поперечном направлении и частота, для которой это значение получено;

ж) характеристики различных устройств крепления, которыми снабжен акселерометр, в том числе:

- диаметр,

- резьба,

- материал;

з) кривую амплитудно-частотной характеристики акселерометра для типа крепления, рекомендуемого изготовителем, и влияние на нее специальных крепежных устройств, поставляемых изготовителем, с приведением значений, в частности:

- жесткости в осевом направлении с учетом состояния контактирующей поверхности конструкции и плотности затяжки акселерометра;

- изгибной жесткости в поперечном направлении.

Другие характеристики, устанавливаемые изготовителем, - по ГОСТ Р ИСО 8042.

     5 Выбор способа крепления

5.1 Общие факторы, влияющие на выбор

5.1.1 Принципы

Акселерометр будет работать наилучшим образом только при выполнении следующих принципов:

а) акселерометр должен воспроизводить, насколько это возможно, движение испытуемой конструкции в месте установки акселерометра;

б) установка акселерометра должна влиять на колебания конструкции в минимальной, насколько это возможно, степени;

в) отношение сигнала с выхода акселерометра к воспринимаемым им колебаниям не должно быть искажено влиянием собственной резонансной частоты установленного акселерометра.

5.1.2 Условия

Для реализации указанных принципов необходимо выполнить следующие требования:

а) акселерометр и его крепление должны быть максимально жесткими и твердыми, а поверхность крепления - максимально чистой;

б) само крепление должно вносить минимальные искажения в движение конструкции, для чего рекомендуется использование симметричных креплений;

в) масса акселерометра вместе с устройством крепления должна быть мала в сравнении с динамической массой конструкции (определение степени малости - по ГОСТ ИСО 2954).

5.2 Частные факторы, влияющие на выбор

5.2.1 Рабочий диапазон частот

Рабочий диапазон частот акселерометра должен лежать много ниже его резонансной частоты. Если пользователь руководствуется методом крепления, предложенным изготовителем, то в случае недемпфированного акселерометра (т.е. такого, у которого добротность резонансной кривой превышает 30 дБ) работа акселерометра в диапазоне частот, верхняя граница которого не превышает 20% указанной изготовителем резонансной частоты для установленного датчика, гарантирует, как правило, что погрешность в измерении отклика конструкции не будет превышать нескольких процентов. При необходимости оценить приближенное значение погрешности это можно сделать, используя эквивалентную) пружинно-массовую модель с заданным коэффициентом демпфирования.

Примечание - При измерении одиночных ударных импульсов ожидать, что погрешность будет находиться в пределах нескольких процентов, можно только в том случае, если значение резонансной частоты установленного датчика в десять раз превышает значение, обратное длительности импульса.

5.2.2 Момент затяжки

При установке датчика на шпильку момент затяжки следует выбирать в соответствии с рекомендациями изготовителя.

5.2.3 Кабели

Жесткие кабели, в случае осевого соединения с акселерометром, могут вызывать появление больших механических напряжений. Чтобы избежать этого, кабели необходимо должным образом зафиксировать (см. рисунок 2).

а - осевое соединение кабеля; б - радиальное соединение кабеля

1 - отсутствие напряжения; 2 - вибрирующая поверхность; 3 - отсутствие напряжения; 4 - кабель зафиксирован на вибрирующей поверхности

Рисунок 2 - Способы фиксации кабеля для разных типов его соединения с акселерометром

Деформации кабеля и нарушение целости его экранной оболочки могут привести к внесению значительных дополнительных составляющих в сигнал вибрации и его нестационарности. В случае датчиков пьезоэлектрического типа свободно болтающиеся кабели могут служить причиной появления трибоэлектрического эффекта.

5.3 Определение резонансной частоты установленного датчика

Желательно, хотя на практике иногда и трудноосуществимо, определять точное значение резонансной частоты акселерометра, установленного на конструкции. Знание резонансной частоты позволяет быть уверенным, что между нею и диапазоном измерений вибрации существует необходимый интервал. Ниже описаны методы, которые могут быть использованы для нахождения приблизительного значения резонансной частоты.

5.3.1 Метод вибрационного возбуждения

Для испытаний рекомендуется использовать эталонный стальной блок точно определенной формы и размеров с отшлифованной поверхностью, например блок из нержавеющей стали массой 180 г. Вибрацию участка поверхности эталонного блока, на которой расположен испытуемый акселерометр, следует измерять также с помощью эталонного акселерометра, расположенного в непосредственной близости от испытуемого. Резонансная частота эталонного акселерометра должна быть выше частоты первой изгибной моды колебаний стального блока. Вынуждающую силу воспроизводят посредством электродинамического вибростенда. Влияние качества обработки поверхности контакта акселерометра и поверхности блока можно проверить, вводя между блоком и испытуемым акселерометром типичные образцы материалов (см. рисунок 3). Представительные кривые частотной характеристики акселерометра для типичных способов крепления акселерометра показаны на рисунках, соответствующих конкретным способам крепления (см. 5.4).