6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик вибрации своими руками

Схема чувствительного датчика вибрации

Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.

Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:

В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.

Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление — тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.

Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.

Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:

Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.

Датчик вибрации своими руками

Датчик вибрации своими руками

Датчик вибрации своими руками — дополненный простой системой крепления и несколькими спаянными «на весу» компонентами, пьезоэлемент может детектировать механические удары. Собственно датчик состоит из керамического пьезоэлемента и тонкого латунного диска. Такого рода сборка раньше использовалась во многих телефонных аппаратах в качестве источника вызывного сигнала или в наручных часах с будильником.

В зависимости от способа монтажа, датчик может воспринимать удары в направлении одной оси (Рисунок 16) или трех (Рисунок 16). Для одно осевого измерения припаяйте один край датчика к завернутому в монтажное основание винту. На противоположный край припаяйте груз, чтобы увеличить чувствительность датчика. Пара небольших крючков, прикрепленных к основанию, ограничивает движение датчика, не допуская поломки пьезоэлемента.

Если вы хотите, чтобы система была чувствительна к ударам в трех измерениях, один край датчика припаяйте к винту точно так же, как в первом случае. На другой край припаяйте винт с плоской потайной головкой, направленный в сторону, противоположную монтажному основанию. Используйте пару контр-гаек, чтобы увеличить полярный момент инерции конструкции. Положение контр-гаек определяет чувствительность пьезоэлемента. В обоих случаях, для того чтобы не нарушить соединение пьезоэлемента с латунным диском, время пайки должно быть минимально возможным.

На Рисунке 2 изображена простая схема сигнализации. При хорошем щелчке по пьезозлементу на 10-мегаомном резисторе R1 возникнет напряжение в несколько вольт. После этого микросхема сдвоенного таймера 1с1 в течение одной минуты будет включать питание звукового излучателя с периодичностью 1 с. Излучатель звука имеет собственную встроенную схему управления, генерирующую пронзительный сигнал со звуковым давлением 90 дБ.

Датчик вибрации своими руками

Датчик вибрации, как его сделать своими руками.

Здесь представлена ​​чувствительная сигнализация с использованием датчика вибрации для применения в качестве простой системы наблюдения для защиты дверей и окон. Он также может быть использован в качестве защиты багажа или шкафчика. Схема издает звуковой сигнал и зажигает белый светодиод, когда обнаруживает даже небольшую вибрацию. Он компактен, работает от батареи и может быть заключен в небольшую коробку.

В схеме используется миниатюрный датчик вибрации SW18020 P от Gaoxin. Его можно использовать различными способами для определения механических вибраций, чтобы активировать сигнализацию и другие системы наблюдения в различных проектах по обнаружению вибрации.

Датчик вибрации

Датчик вибрации имеет два электрических контакта, которые не касаются друг друга в состоянии холостого хода. При любом движении или вибрации контакты датчика замыкаются и соприкасаются друг с другом. Когда движение или вибрация прекращаются, контакты датчика возвращаются в исходное положение, далеко друг от друга. Замкнутые контакты во время вибрации запускают цепь, подключенную к нему. Авторский прототип показан на рис. 1.

Рис. 1: Авторский прототип

Датчик вибрации имеет небольшой пружинный механизм, который заставляет контакты касаться друг друга, когда вибрация возникает выше определенного порогового уровня. Два вывода, выходящие из датчика, изолированы с сопротивлением более 10 мОм. Во время вибрации пружина внутри датчика вибрирует и кратковременно замыкается между двумя клеммами.

Клеммы датчика вибрации не имеют полярности, но один штифт толстый. Он подключен к Vcc через резистор, а тонкий контакт подключен к цепи, которая должна быть запущена.

Максимальное рабочее напряжение датчика составляет 12 В постоянного тока, но оно работает даже при трех вольтах. При использовании его в цепи он потребляет ток менее 5 мА и обеспечивает сопротивление контакта около 10 мОм в открытом состоянии и менее 5 Ом в состоянии контакта. Это очень надежно, и его время отклика составляет менее 2 мс. Работает более 500 000 раз без поломок. Датчик вибрации показан на рис. 2.

Рис. 2: Датчик вибрации

Схема и работа

Принципиальная схема датчика вибрации показана на рис. 3. Он построен вокруг таймера NE7555 (IC1), NPN-транзистора BC547 (T1), пьезо-зуммера (PZ1) и нескольких других компонентов.

Рис. 3: принципиальная схема датчика вибрации

Схема проста. Таймер NE7555 настроен в моностабильном режиме для включения зуммера и белого светодиода в течение примерно двух минут, когда датчик обнаруживает вибрацию. Датчик вибрации напрямую подключен между контактом 2 запуска и контактом 1 заземления IC1. NE7555 является CMOS-версией таймера NE555 и работает от трех вольт.

Датчик смещен резистором R1, который также поддерживает триггерный вывод 2 IC1 в высоком состоянии в режиме ожидания. Когда датчик ощущает небольшую вибрацию, его контакты замыкаются и переводят вывод 2 таймера на уровень земли. Это запускает таймер, и его выходной сигнал повышается примерно на две минуты в зависимости от значений компонентов синхронизации R2 и C1. Когда выходной сигнал таймера становится высоким, транзистор T1 проводит питание на белый светодиод 0,5 Вт и зуммер.

Схема питается от 4,5-вольтовой аккумуляторной батареи, обычно используемой в беспроводных телефонах. Его можно заряжать с помощью зарядного устройства для мобильного телефона, если имеется подходящая розетка. LED2 указывает на зарядку аккумулятора.

Сборка и тестирование

Схема односторонней печатной платы для датчика вибрации показана на рис. 3, а компоновка его компонентов на рис. 4. Соберите схему на печатной плате и поместите в подходящую коробку. Подключите датчик вибрации к цепи с помощью разъема CON1. Приклейте датчик сверху коробки, если он будет использоваться для защиты багажа, или на окне или двери, если он используется в качестве вибрационной сигнализации.

Рис. 4: Компоновка печатной платы датчика вибрации. Рис. 5. Компоновка печатной платы.

Загрузить PDF-файлы с печатной платой и компоновкой компонентов: нажмите здесь

Схема работает от батареи 4,5 В. Для зарядки аккумулятора требуется регулируемый источник питания 5В.

ДАТЧИК ВИБРАЦИИ

Сегодня мы с вами поговорим о такой интересной штуке, как датчик вибрации, область ее применения зависит от вашей фантазии. Я, например, использовал его как датчик, для сигнализации приклеив его к рамке, на которой установлена дверь. Теперь поговорим о самом устройстве. Схема датчика была разработана лично мной, и ее нет нигде в интернете — только на нашем сайте. Характеристики ее следующие: устройство начинает работать сразу после правильной сборки – то есть, не нуждается ни в каких настройках, которые мы с вами так не любим, чувствительность просто потрясающая — с десяти метров от него, исполняя какой нибудь танец, микроамперметр или светодиод начнет подтанцовывать вместе с вами. Вот сама схема датчика вибрации:

Микросхему LM358 использовал, так как она, на мой взгляд, является самым распространенным операционным усилителем, есть она в любом радиомагазине, и стоит копейки. В крайнем случае, ее можно выдрать из краба – универсального зарядного для аккумуляторов мобильных телефонов или из автомобильной сигнализации – там они часто встречаются в приемной части, еще можно заменить на LM324 – у нее плюс питания на четвертую ногу, а минус на одиннадцатую при этом конечно уже не соединяем восьмую и четвертую. Пьезодинамик покупаем или достаем из убитых калькуляторов, наручных часов, велосипедных пищалок и прочих пиликающих игрушек. Микроамперметр бывает в советских магнитофонах, усилителях или авометрах (древних тестерах). Пьезик можно заменить на светодиод или небольшой динамик с малым током потребления (около 20-ти миллиампер, тогда убираем R6). Резисторы R3, R5 – могут быть в пределах 1к до 3к3, главное чтоб они были одинакового номинала. Резистор R4 — влияет на чувствительность, меньше сопротивление — выше чувствительность (минимальное что я ставил 0, 33 ом – это подкрадываясь почувствует на расстоянии 5-6 метров). R1, R2 в пределах 47к … 220к тоже оба с одинаковыми номиналами. R6 как ограничение тока, подходит для микроамперметра и светодиода. Конденсаторы C1 и C2 от 1мк до 47мк. Питание датчика вибрации
возможно даже от литиевого аккумулятора 3,7 вольта, тогда для светодиода можно будет убрать R6. В принципе всё, если собрали все необходимые детали — можно начинать сборку. Собираем сначала схему датчика на ОУ и не трогаем пьезодинамик. Вариант изготовления платы смотрим здесь:

Теперь разбираемся с пьезо динамиком. У него есть середина из пьезоэлемента с напылением сверху для пайки, и пластина (обычно бронзовая или никелированное железо) на которой с одной стороны та самая середина из пьезоэлемента. Припаиваем к середине пьезоэлемента провод, другой его конец провода припаиваем к выводу 3 микросхемы, потом припаиваем пластину прямо на плату, а на противоположной от платы стороне к пьезодинамику прикрепляем пружину (для большей чувствительности) смотрим рисунок. Итак, датчик вибрации собран, можно проверять. Подключаем питание и ждем, пока пружина не успокоится. Когда на выходе будет «0” (не светится светодиод или микроамперметр показывает «0”), щелкаем пальцами или хлопаем, датчик должен отреагировать. Если все работает – отлично, если нет, проверьте, нет ли замыканий, правильно ли все соединили. Микросхема вообще должна быть рабочей, даже если вы ее выпаяли из какого нибудь устройства (на ней нет никакой нагрузки). Если интересно как этот датчик работает, читаем тут. У операционного усилителя есть два входа ( один из них называют «+” другой «-”) и один выход. Если подаем на вход «+” напряжение больше чем на вход «-«, на выходе имеем «+” если же наоборот на выходе будет «-«. По схеме напряжение входе «+” меньше чем на входе «–» на пару милливольт и поэтому на выходе имеем «-«. Теперь пьезо динамик — такая крутая вещь, что преобразует звук или вибрацию в напряжение (у меня от пьезодинамика даже светодиод светился, просто ударяя по нему карандашом), и он при вибрации увеличивает напряжение на входе «+”и, следовательно, имеем на выходе тоже «+”. Заранее благодарю за повторение моих конструкции. Автор статьи — Леша «левша», устройство испытал: АКА.

Читать еще:  Избавляемся от тактования газового котла

Форум по обсуждению материала ДАТЧИК ВИБРАЦИИ

Датчики вибрации в схемах для МК

в качестве датчиков вибрации радиолюбители часто используют пьезокерами- ческие излучатели серии ЗП, больше известные как звуковые «пищалки». Ошибки здесь нет. Пьезоизлучатели являются обратимыми приборами, т.е. они могут генерировать звук (основная функция) или улавливать внешние звуковые колебания (дополнительная функция).

Если корпус «пьезопищалки» жёстко закрепить на шасси исследуемого объекта, то любые щелчки, удары, вибрация будут преобразовываться в переменное или импульсное электрическое напряжение. Полезный сигнал обычно имеет малую амплитуду, поэтому между МК и пьезодатчиком ставят предварительный усилитель. Кроме усиления он играет роль буферной защиты, поскольку резкий и сильный удар по пьезопластине может вызвать короткий импульс очень большой амплитуды, способный повредить МК.

Вместо «пищалок» также используют высокочувствительные промышленные пьезодатчики, применяемые в охранных сигнализациях. Кроме того, в чулане или на чердаке может залежаться старый проигрыватель грампластинок. Его пьезоголовка тоже подходит для экспериментов как хороший высокоомный датчик.

На Рис. 3.31, а…к показаны схемы подключения датчиков вибрации к МК.

Рис. 3.31. Схемы подключения датчиков вибрации к МК <начало):

а) датчик вибрации НА! w МК соединяются между собой через двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1, VT2. Резисторами R1, /? J устанавливают максимальную чувствительность датчика при отсутствии самовозбуждения усилителя;

б) транзисторный усилитель с диодным детектором, удваивающим амплитуду сигнала. Резистором /?/регулируют симметричность ограничения сигнала на коллекторе транзистора VT1

в) аналогичнРис. 3.31, б, но с дополнительным транзисторным усилителем, с регулятором чувствительности /?2и с другими номиналами радиоэлементов;

г) резистором R1 подбирается рабочая точка транзистора VT1 по максимальной досто1юрно- сти срабатывания датчика вибрации НА 1 (например, если он слишком чувствительный);

Рис. 3.31. Схемы подключения датчико!^ вибрации к МК <окончание):

д) необычное применение телевизионной микросхемы DA 1 в качестве входного усилителя;

е) диоды VD1, KZ)2 защищают транзистор КГ/от всплесков напряжения пьезодатчика НА1, а также от электростатических разрядов. Резистором R1 задают оптимальный режим для АЦП;

ж) датчик для автомобильного стетоскопа. Диоды VDJ, К/)2ограничивают входной сигнал на уровне ±(0.7…0.9) В. Резистором /?2 выставляется рабочая точка АЦП МК примерно в середине передаточной характеристики. Доработка датчика НА 1 заключается в его утяжелении;

з) подключение пьезодатчика к быстродействующему компаратору DA1, имеющему «цифровой» выход с открытым коллектором. Напряжение входного сигнала должно быть не более 5 В;

и) Я/4/ —это вибродатчик музыкальной ударной установки. Питание микросхемы DAlw МК осуществляется от разных напряжений. Вместо пьезодатчика может без изменения схемотехники использоваться оптодатчик с перекрывающимся световым каналом;

к) резистором R! регулируют порог срабатывания сигнала отдатчика вибрации НА1.

Датчик вибрации для охраны автомобиля

Датчик вибрации — устройство, которое реагирует на малейшие вибрации вызванные движением человека (и не только). На основе датчика вибрации можно построить довольно хорошие охранные системы для дома и автомобиля, одно из которых мы сегодня рассмотрим.

Сердцем такой схемы является двухканальный операционный усилитель LM358. Микросхема выбрана, как самый доступный вариант, но в принципе можно использовать почти любой ОУ. Устройство питается в диапазоне напряжений от 6 до 16 Вольт, что позволяет применить микросхему для охраны автомобиля, питая ее от бортовой сети 12 Вольт.

В качестве датчика вибрации использован пьезоэлемент — такой можно найти в любых пищалках, музыкальных шкатулках, электронных часах с будильником, в детских игрушках и т.п.

Не смотря на простоту и доступность использованных компонентов схемы, датчик довольно чувствительный и реагирует на мельчайшие вибрации. Резистор R6 — ограничитель тока, если используйте светодиод или микроамперметр.

Чувствительность прибора 8-10 метров — более, чем достаточна. Единственный недостаток схемы заключается в том, что датчик срабатывает только при наличии вибрации и прекращает работы, если вибрация отсутствует. Для устранения этого недостатка несколько месяцев назад я совместил схему датчика вибрации со старой доброй схемы электронной кнопку, статья уже была опубликована на нашем сайте.

Принцип заключается в том, что как только датчик вибрации срабатывает, напряжение с выхода микросхемы замыкает кнопку. Все, что вам нужно — подключить звуковую сирену или же мощный прожектор — сигнализация на ваше усмотрение.

Схема датчика вибрации была разработана год назад близким мне человеком, проверена в деле лично мной, так, что спокойно можно собирать. Устройство можно приспособить под капотом, работать будет так же точно, как и дорогая автомобильная сигнализация.

Охрана автомобиля – делаем датчик вибрации

Датчик вибрации в автомобиле имеет немаловажное значение, особенно при парковке в крупных городах, устройство способно реагировать на любые, даже самые незначительные движения человека возле машины.

Датчик послужит неплохой охранной системой для автомобиля или для мотоцикла, кстати для любителей быстрой езды на железных, двухколёсных байках, есть отличные недорогие мотокуртки, так что заходите и выбирайте. А теперь вернёмся к схеме, которая представляет собой операционный усилитель с двумя каналами марки LM358. Можно для данных целей воспользоваться и любым другим усилителем, но данная микросхема более проста и доступна для понимания и чтения.

Питания для устройства достаточно от 6 до 16 Вт, срабатывать микросхема будет и от бортовой сети в 12 Вт. Сам датчик представляет собой обычный пьезоэлемент, которым пичкают детские игрушки, пищалки, музыкальные шкатулки. Все компоненты в датчике просты и доступны в продаже, а эффект, чувствительность датчика будет высоким. При использовании микроамперметра, либо светодиодов поступление тока нужно будет ограничить, поставить резистор марки R6.

Реагировать устройство будет в радиусе 8 – 10 метров от автомобиля, но срабатывать датчик будет только в случае вибрации, при ее стихании, отсутствии работа прибора прекратится. Конечно, это существенный минус, но недостаток можно устранить, если совместить предложенную схему со схемой электронной кнопки, проблема в данном случае будет устранена, сигналы будут подаваться и при прекращении вибрации, время для подхода к машине будет вполне достаточно.

Принцип работы такого двойного подключения заключается в замыкании кнопки при срабатывании вибрационного датчика и при подаче напряжения на кнопку. В качестве сигнализации можно подключить прожектор мощнее, или звуковую сирену. Предложенная схема датчика для сигнализации проверена на деле, поэтому не должно быть сомнений в ее использовании, качество сирены гарантировано, главное, собрать все правильно, согласно вышеописанной инструкции.

Датчик можно расположить под капотом, и не нужно покупать дорогую сигнализацию. Эта будет и надежней и исправной, а звучание – громким и продолжительным.

Вихретоковые датчиковые системы

Вихретоковые датчиковые системы предназначены для бесконтактного измерения вибрации перемещения и частоты вращения электропроводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Наиболее часто объектом контроля является осевое смещение и радиальная вибрация вала ротора относительно корпуса.

Вихретоковая датчиковая система (eddy probe system / proximity sensor system) состоит из бесконтактного вихревого пробника, удлинительного кабеля и драйвера.

Вихревой пробник представляет собой металлический зонд с диэлектрическим наконечником на одном конце и небольшим отрезком коаксиального кабеля на другом. С помощью коаксиального удлинительного кабеля пробник подключается к драйверу. Драйвер представляет собой электронный блок, который вырабатывает сигнал возбуждения пробника и осуществляет выделение информативного параметра.

Выходным сигналом драйвера является, электрический сигнал пропорциональный расстоянию от торца вихревого пробника до контролируемого объекта.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

В торце диэлектрического наконечника вихревого пробника находится катушка индуктивности. Драйвер обеспечивает возбуждение высокочастотных колебаний в катушке, в результате чего возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, которые, в свою очередь, изменяют параметры катушки — ее активное и индуктивное сопротивление. Параметры, меняются при изменении зазора между контролируемым объектом и торцом датчика. Драйвер преобразует эти изменения в электрический сигнал, осуществляет его линеаризацию и масштабирование.

КОНСТРУКЦИЯ

Наибольшее количество вариантов исполнения имеет пробник (зонд), поскольку его конструкция существенно зависит от места монтажа.

Использование соединительного кабеля, состоящего из двух частей — кабеля пробника и удлинительного кабеля выгодно с технологической точки зрения. С помощью типового набора удлинительных кабелей разной длины, удобно задавать общую длину системы. Для защиты от механического повреждения весь кабель или его отдельные части армируются.

Драйвер представляет собой герметичную металлическую коробку, на которой имеется коаксиальный соединитель для подключения кабеля, а также клеммы питания, земли, общего провода и выходного сигнала.

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Вихретоковые датчики обладают хорошим частотным откликом (реакция на изменение расстояния между торцом пробника и объектом контроля). Обычно частотный диапазон составляет 0 — 10000 Гц. При этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает 0,5 дБ.

Читать еще:  Меры безопасности в лифте

ВХОД И ВЫХОД

Входным параметром вихретокового датчика является величина зазора между торцом пробника и электропроводящим объектом. Величина измеряемого зазора составляет несколько миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце диэлектрического наконечника. Выходной сигнал, пропорциональный измеряемому зазору, может быть представлен в виде напряжения, тока или в цифровом формате (определяется типом системы наблюдения).

Для драйверов с выходным сигналом в виде напряжения указывают чувствительность (коэффициент преобразования зазора в электрический сигнал), которая в большинстве случаев составляет 8мв/мкм. Часто для сопряжения вихретокового датчика с типовыми системами мониторинга необходимо дополнительное преобразование выходного напряжения в формат 4-20мА токовой петли или в цифровой вид.

Устройства, сочетающие функции драйвера и дополнительного формирователя называют трансмиттерами.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Приоритетной областью использования вихретоковых измерителей является контроль осевого смещения и поперечного биения валов больших турбин, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Применение для этих целей датчиков скорости и ускорения, хотя и допустимо, но неоправданно, поскольку из-за слабого отклика на низких частотах (

Краткие основы виброизмерения

1. Основные термины и определения принятые при электрорадиоизмерениях.

Измерение — процесс нахождения значения физической величины опытным путем. Метод измерения — совокупность приемов использования принципов и средств измерения.

Методика измерения — детально разработанный план размещения и включения средств измерений, порядок снятия показаний и обработки результатов измерения. Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.

Диапазон частот — область рабочих частот средства измерения, в пределах которой нормированы допускаемые погрешности.

Точность средства измерений — качество средства измерений, характеризующее близость к нулю его погрешности.

Погрешность измерения — некоторая величина, на которую отличается результат измерения от истинного значения физической величины.

Погрешность метода измерений — составляющая погрешности измерений происходящая от несовершенства метода измерений и приемов использования средств измерений. Инструментальная погрешность измерений — составляющая погрешности, зависящая от погрешности применяемых средств измерений.

Систематические погрешности — составляющие погрешности измерения, остающиеся постоянными или закономерно изменяющимися при повторных измерениях одной и той же величины и тем же измерительным прибором.

Случайная погрешность измерений — составляющие погрешности измерения, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Литература: Лозицкий Б.И,Мельниченко И.И. Электрорадиоизмерения. М., Энергия 1976

2. Основные термины и определения принятые при виброизмерениях.

Виброметр — средство измерения физических величин линейной вибрации,состоящее из первичного вибропреобразователя и вторичного измерительного прибора (аппаратуры). Виброизмерительный преобразователь (вибропреобразователь, датчик вибрации) — измерительный преобразователь, предназначенный для выработки сигнала измерительной информации о значениях измеряемых параметров вибрации.

Пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь — виброизмерительный преобразователь, в котором под действием вибрации в пьезоэлементе возникает заряд.

Рабочий диапазон (диапазон измерений) виброметра — область значений измеряемого параметра вибрации, для которой нормированы допускаемые погрешности виброметра. Рабочий диапазон частот — область значений частот, в пределах которой нормирована погрешность средства измерения.

Основная погрешность в рабочем диапазоне амплитуд — некоторая величина, на которую отличается результат измерения параметра вибрации (виброскорость, виброускорение, виброперемещение) от истинного значения, определенная в середине диапазона рабочих частот (на базовой частоте).

Основная погрешность в рабочем диапазоне частот(неравномерность амплитудно-частотной характеристики) — то же, определенное при постоянном значении амплитуды вибрации и частотах в рабочем диапазоне.

Основная погрешность в рабочем диапазоне частот и амплитуд — погрешность виброметра, определяется вычислением в соответствии с МИ 1873-88 или ГОСТ Р 8.669-2009.

3. Обоснование использования аппаратуры виброконтроля

Одной из основных проблем Российских промышленных предприятий, особенно малого и среднего бизнеса, является сохранение работоспособности устаревшего оборудования и увеличение срока эксплуатации нового. На промышленных предприятиях применяется большое количество электрических машин, вентиляторов, компрессоров, турбин и др.

При эксплуатации этого, и аналогичного, оборудования, служба главного механика с достаточной точностью должна определить момент, когда проведение текущего или капитального ремонта технически и, главное, экономически обосновано. Отсутствие контроля за уровнем вибрации вращающихся узлов ведет к дополнительным и необоснованным затратам материальных средств на ремонт оборудования, а так же к тяжелым неисправностям, а иногда и авариям.

Сократить затраты на ремонт и устранение аварий, при наиболее неблагоприятных случаях, возможно, если при эксплуатации оборудования проводить постоянный контроль уровня вибрации (мониторинг виброактивности оборудования).

Осуществляя контроль вибрации работающего оборудования, удается вовремя обнаружить:

  • износ подшипников
  • разбалансировку ротора
  • несоосность передач
  • увеличение зазоров в кинематических парах
  • несимметричность питания электрических машин и многие другие отклонения и неисправности.

Наиболее эффективно использование виброизмерительной контрольно-сигнальной аппаратуры (аппаратуры виброконтроля). Установленная на оборудовании, аппаратура виброконтроля выдает сигналы предупреждения при повышенных уровнях вибрации, а при превышении опасного (аварийного) уровня вибрации — отключает оборудование.

На рисунке 1 изображен график изменения уровня вибрации при эксплуатации оборудования.

При начальной эксплуатации происходит прирабатывание узлов оборудования, уровень вибрации понижается.

По начальному уровню вибрации и характеру его изменения в начальный период эксплуатации возможно:

  • сделать вывод о качестве изготовления и проведения пуско-наладочных работ
  • провести замену неисправных подшипников
  • выполнить балансировку ротора и др.

При нормальной эксплуатации оборудования уровень вибрации медленно повышается, иногда уровень вибрации может уменьшаться. Контроль вибрации при нормальной эксплуатации позволяет вовремя обнаружить наступление предаварийного состояния оборудования и его узлов.

Предаварийная эксплуатация характеризуется быстрым ростом уровня вибрации, иногда уровень вибрации повышается скачкообразно. Если оборудование в это время не вывести из эксплуатации, возможна авария. Аппаратура виброконтроля (которая состоит из датчика вибрации и вторичного прибора) предоставляет возможность вовремя обнаружить нарушения в работе оборудования и произвести отключение.

Опыт эксплуатации аппаратуры виброконтроля на промышленных предприятиях, которые ее эксплуатируют, позволяет утверждать о ее высокой технико-экономической эффективности.

4. Рекомендации по использованию датчиков вибрации

При эксплуатации в промышленных условиях на датчик вибрации и виброизмерительную аппаратуру воздействуют различные электрические и магнитные поля, акустические шумы, механические деформации и др.

Датчики вибрации в основу принципа работы которых положен пьезоэффект (пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи) малочувствительны к перечисленным выше влияниям, но в некоторых случаях они могут оказаться существенным.

Между объектом, на котором установлен датчик вибрации, и местом заземления вторичной аппаратуры могут появиться значительные электрические напряжения (паразитная наводка). Для исключения влияния паразитной наводки на результат измерения необходимо предпринять меры по исключению соединения электрической цепи датчика вибрации с заземлением более чем в одном месте.

Далее приведены варианты соединения датчиков вибрации с вторичной аппаратурой.

На рисунке 2 изображена схема при использовании датчика вибрации 1 с изолированной от корпуса выходной электрической цепью (изолированный выход) и неизолированными от корпуса и контакта замемления входными цепями (неизолированный вход) вторичной аппаратуры.

Из рисунка очевидно, что напряжение помехи не воздействует на входные цепи вторичной аппаратуры 3, т.к. объект 2 в точке установки датчика вибрации не имеет электрического контакта с входной цепью вторичной аппаратуры. Этот вариант наиболее предпочтителен, однако в нём должен быть применён датчик вибрации имеющий наиболее сложную, а значит дорогостоящую конструкцию.

На рисунке 3 изображена схема при использовании датчика вибрации с неизолированным выходом и вторичную аппаратуру с изолированным входом. По качеству противодействия паразитной наводке эта схема эквивалентна предыдущей, однако в ней применёт менее дорогостоящий датчик вибрации. Усложнение конструкции вторичной аппаратуры, при этом, незначительное.

На рисунке 4 изображена схема при использовании датчика вибрации и вторичной аппаратуры с неизолированным выходом и входом, соответственно. Для исключения воздействия на вход вторичной аппаратуры паразитной помехи, датчик вибрации установлен на объект через изоляционную прокладку 5.

Прокладка должна удовлетворять некоторым специальным требованиям, для исключения влияния на результат измерения. На рисунке 5 изображена схема при использовании датчика вибрации и вторичной аппаратуры с неизолированными выходом и входом, соответственно. Схема недопустима к использованию, т.к в ней отсутствует какое либо противодействие влиянию паразитной помехе.

При измерении вибрации электрических машин датчики вибрации могут подвергаться воздействию переменных магнитных полей напряжённостью до десятков тысяч ампер на метр.

Влияние переменного магнитного поля обусловлено:

  • наведением электромагнитной ЭДС на провода и токоведушие элементы
  • явлением магнитострикции
  • возникновением вихревых токов.

Чувствительность пьезоэлектрических датчиков вибрации к переменному магнитному полю носит нелинейный характер, в связи с этим напряжение помехи вызванной этим воздействием содержит гармонические составляющие. Чувствительность датчика вибрации к механическим деформациям проявляется при установке их на тонких стенках объектов.

Механические деформации приводят к изменению коэффициента преобразования датчика вибрации. Датчики вибрации с пьезоэлементом работающим на изгиб менее чувствительны к механической деформации. При изменении температуры (окружающего воздуха, объекта) основные характеристики датчика вибрации значительно изменяются.

Это происходит из-за влияния температуры на пьезомодуль и диэлектрическую постоянную пьезоэлемента. Температурную погрешность возможно снизить, если перед установкой пьезоэлемент предварительно состарить. Вибрация некоторых объектов сопровождается интенсивным акустическим шумом, который тоже может оказать влияние на погрешность измерения вибрации.

Особое влияние на погрешность оказывают акустические шумы имеющие в своём частотном спектре составляющие с частотами вблизи частоты установочного резонанса. От качества вибрационного контакта поверхностей датчика вибрации (рабочей поверхностью) и объекта зависит частота установочного резонанса, а от неё, в свою очередь, зависит верхняя граница рабочего диапазона частот датчика вибрации. Верхняя граница рабочего диапазона частот равна 0,3 fуст (где fуст — фактическая частота установочного резонанса), при погрешности в диапазоне рабочих частот менее 10%.

Наибольшее качество контакта датчика вибрации и объекта обеспечивается при плотном резьбовом соединении, при этом частота установочного резонанса уменьшается не более чем на (25. 30)% от собственного датчика вибрации.

На рисунке 6 изображены две АЧХ, зелёного цвета — собственно датчика вибрации, красного цвета датчика вибрации установленного на объекте.

1 — допустимая погрешность датчика вибрации в диапазоне рабочих частот;

2 — верхняя граница рабочего диапазона частот до установки датчика вибрации на объекте;

3 — тоже установленного на объекте.

Совершенно недопустима установка датчика вибрации «с упором на торец». В этом случае значительно изменяется коэффициент преобразования и относительный коэффициент поперечного преобразования. Изменение крутящего момента крепления приводит, при этом, к изменению коэффициента преобразования на (15. 20)%.

Относительный коэффициент поперечного преобразования — возрастает на (3. 20)%. При установке датчиков вибрации «с опорой на буртик»- получаются значительно более лучщие результаты. Но даже этом коэффициент преобразования может измениться более чем на 5%, при увеличении момента крепления от 4 до 40 Н-м.

Читать еще:  Высокоэффективная резка металла в Москве

При низком качестве изготовления элементов крепления относительный коэффициент поперечного преобразования возрастает в 2 — 3 раза. Установка датчиков вибрации через промежуточные шайбы не приводит к заметному изменению его характеристик.

При использовании датчиков вибрации с установочным резонансом до 5 — 8 кГц качество крепежной резьбы, крутящий момент крепления (20 — 30 Н-м) и неперпендикулярность оси крепежной резьбы (до 2°) не изменяют существенно характеристик датчиков вибрации.

Недопустимым является установка датчиков вибрации с помощью струбцины или планки, прижимающей его корпус к объекту. При этом изменяется коэффициент преобразования и относительный коэффициент поперечного преобразования.

Литература:

Под ред.В.В.Клюева, Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара, М, «Машиностроение», 1978;

Брох Е.Т., Применение измерительных систем фирмы «Брюль и Къер» для измерения механических колебаний и ударов, 1973.

Датчик вибрации для охраны автомобиля

Датчик вибрации – устройство, которое реагирует на малейшие вибрации вызванные движением человека (и не только). На основе датчика вибрации можно построить довольно хорошие охранные системы для дома и автомобиля, одно из которых мы сегодня рассмотрим.

Сердцем такой схемы является двухканальный операционный усилитель LM358. Микросхема выбрана, как самый доступный вариант, но в принципе можно использовать почти любой ОУ. Устройство питается в диапазоне напряжений от 6 до 16 Вольт, что позволяет применить микросхему для охраны автомобиля, питая ее от бортовой сети 12 Вольт.

В качестве датчика вибрации использован пьезоэлемент – такой можно найти в любых пищалках, музыкальных шкатулках, электронных часах с будильником, в детских игрушках и т.п.

Не смотря на простоту и доступность использованных компонентов схемы, датчик довольно чувствительный и реагирует на мельчайшие вибрации. Резистор R6 – ограничитель тока, если используйте светодиод или микроамперметр.

Чувствительность прибора 8-10 метров – более, чем достаточна. Единственный недостаток схемы заключается в том, что датчик срабатывает только при наличии вибрации и прекращает работы, если вибрация отсутствует. Для устранения этого недостатка несколько месяцев назад я совместил схему датчика вибрации со старой доброй схемы электронной кнопку, статья уже была опубликована на нашем сайте.

Принцип заключается в том, что как только датчик вибрации срабатывает, напряжение с выхода микросхемы замыкает кнопку. Все, что вам нужно – подключить звуковую сирену или же мощный прожектор – сигнализация на ваше усмотрение.

Схема датчика вибрации была разработана год назад близким мне человеком, проверена в деле лично мной, так, что спокойно можно собирать. Устройство можно приспособить под капотом, работать будет так же точно, как и дорогая автомобильная сигнализация.

Виброметр

Вибрация – это механические колебания твердых тел. Частным примером колебания твердых тел являются динамические машины на производстве (насосы, вентиляторы, редукторы, турбины, компрессоры, электродвигатели), работа которых обязательно, в большей или меньшей мере, сопровождается вибрацией. Во многих случаях вибрация машин сопровождается повышенным уровнем шума или избыточным выделением тепла.

Вибрация машин – это колебательное движение машины в целом или отдельных ее узлов. При значительном уровне вибрации могут наблюдаться недопустимые относительные перемещения деталей или недопустимые значения периодических инерционных сил, способных привести к разрушению конструкции. Иными словами, чрезмерная вибрация приводит к ухудшению качества работы машины и преждевременному ее выходу из строя.

Подобно тому, как повышенное давление человека сигнализирует о неполадках со здоровьем, так и повышенная вибрация машины является верным признаком «ухудшения здоровья» машины. Проводя постоянный контроль уровня вибрации машины, можно получить достоверную информацию о ее техническом состоянии и преждевременно обнаруживать и устранять зарождающиеся дефекты и, как следствие, на 18% сократить затраты на ремонтные издержки.

Контроль вибрации проводится с помощью специальных приборов – виброметров (например, портативными приборами BALTECH VP-3410 серия «VibroPoint»), которые определяют один или несколько параметров вибрации: виброперемещение, виброскорость или виброускорение.

Рис.1. Схема виброметра.

Все виброметры по способу проведения измерений подразделяются на контактные и бесконтактные, а по принципу действия – на следующие типы:

  • оптические;
  • вихретоковые;
  • индукционные;
  • пьезоэлектрические;
  • емкостные и др.

Рассмотрим вкратце принцип действия каждого типа виброметров. Работа оптических виброметров основана на принципе Допплера – изменении длины волны отраженного сигнала за счет вибрации изучаемой поверхности. Отраженный сигнал регистрируется оптическим интерферометром, обрабатывается электроникой и на выходе получают данные по параметрам вибрации. Оптические виброметры обладают хорошей точностью и быстродействием, но главное их преимущество заключается в бесконтактном методе определения вибрации. Главный же существенный недостаток оптических виброметров – существенно высокая цена по сравнению с виброметрами других типов.

В вихретоковых виброметрах датчиком вибрации является вихревой пробник, в рабочей зоне которого расположена катушка индуктивности. На катушку индуктивности подается сигнал высокой частоты, который наводит на исследуемой электропроводящей поверхности вихревые токи. Последние, в свою очередь, изменяют параметры сопротивления самой катушки, причем величина этих изменений пропорциональна величине зазора между исследуемой поверхностью и торцом датчика.

Рис.2 Схема вихревого пробника

По принципу изменения характеристик электромагнитного поля катушки датчика электропроводящей поверхностью работают и индукционные виброметры, в которых регистрируются изменения индуктивности катушки в зависимости от расстояния до исследуемой ферромагнитной поверхности.

Рис.3 Схема индуктивного виброметра

Индукционные и вихретоковые виброметры доступны по цене, обладают приемлемой точностью измерений, но способны регистрировать вибрацию только токопроводящих поверхностей, и будучи установленными от них на расстоянии 3-5 мм.

Пьезоэлектрические виброметры, как следует из самого названия, работают на пьезоэффекте – возникновении разности потенциалов на пьезокристалле при его механической деформации.

Рисунок 4. Схема пьезоэлектрического виброметра.

Пьезоэлектрический датчик устанавливается непосредственно на исследуемую поверхность и конструктивно представляет собой некоторую инертную массу, подвешенную на упругих пьезокристаллических элементах. Вибрации от исследуемой поверхности передаются к инертной массе, которая пытается сохранить положение равновесия, вызывая, тем самым, деформации упругих элементов. Сигнал, соответствующий величине деформации регистрируется и обрабатывается электроникой прибора и на выходе выдается сигнал по току, заряду или напряжению.

Относительным недостатком пьезоэлектрических виброметров является необходимость непосредственного контакта датчика вибрации с исследуемой поверхностью, что не всегда удобно при решении некоторых производственных задач. Но, благодаря небольшой цене, хорошей чувствительности, высокой разрешающей способности, надежности и устойчивости к внешним воздействиям, высокой скорости проведения измерений (до 100 машин за смену), пьезоэлектрические виброметры серии BALTECH VP являются лучшими инструментами для контроля вибрации.

Виброметры для контроля вибрации роторных машин измеряют параметры вибрации (виброскорость, виброперемещение или виброускорение) в частотном диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц. Допустимые нормы вибрации регламентируются стандартом ISO 10816-1-97 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях».

Проводя мониторинг вращающихся машин с помощью виброметров BALTECH VP и построив тренды с помощью программного обеспечения BALTECH-Expert, можно прогнозировать последующий уровень вибрации и сроки последующих ремонтов. Более того, виброметры могут быть использованы и для диагностики некоторых дефектов: расцентровки и дисбаланса роторов, состояния крепления машины к фундаменту и др.

Компания «БАЛТЕХ» рекомендует применение портативных виброметров – начиная с простейшей виброручки BALTECH VP-3405 и заканчивая автоматизированной системой контроля ПРОТОН-1000.

Виброконтроль роторных машин с помощью виброручки BALTECH VP-3405 или вибротестера BALTECH VP-3410 является самым доступным по цене, а с помощью виброметра-балансировщика «ПРОТОН-Баланс-II» можно еще и провести точную балансировку роторов (методом трех пусков с пробной массой) в собственных опорах.

Для обучения правилам измерения вибрации с помощью виброметров в лицензионном Учебном центре «БАЛТЕХ» предусмотрен специальный обучающий курс ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Виброметры для виброконтроля», пройти который рекомендуется всем начинающим специалистам.

Если в вашей компании отсутствуют собственные специалисты-вибродиагносты, то компания «БАЛТЕХ» предлагает воспользоваться услугами специалистов нашего Отдела Технического Сервиса (ОТС), которые быстро и качественно выполнят все работы по вибродиагностике, вибромониторингу и виброконтролю любого типа роторного оборудования (насосов, компрессоров, вентиляторов, электродвигателей, редукторов, подшипников качения и скольжения).

Вибростенды

Вибростенд — комплекс для динамических испытаний, проверки, калибровки вибро диагностического оборудования (вибродатчиков). Вибростенды могут имитировать вибрацию, различные ее режимы в различных условиях.

(синонимы — калибровочный стенд, калибровочная система, калибратор и пр.)

Фирма РСВ Piezotronics производит различные вибростенды для различных параметров вибрации, их условий и характеристик.

В данном разделе предоставлены портативные модели вибростендов, более широкий выбор предоставлен на сайте производителя.

Основные отличительные особенности портативных калибровочных стендов серии 9ХХХ:

9100D — базовая модель, 7-10 000 Гц

9110D — дополнительно, встроенный преобразователь для подключения icp датчиков, сохранение показаний на флеш-носитель.

9200D — для низкочастотных датчиков, 0,7 — 2 000 Гц;

9210D — для низкочастотных датчиков с встроенным icp преобразователем датчиков и сохранение данных с icp датчиков на флеш-носителе.

Все стенды этой серии поверяются как виброустановка 2-го разряда.

Межповерочный интервал 3 года.

Новая модель портативного калибровочного стенда 9200D и 9210D

Новая модель 2014г. Низкочастотный стенд с частотным диапазоном от 0,7Гц до 2кГц.

Ниже можно скачать описание.

Взрывозащищенные версии ЕХ

ВНИМАНИЕ! СНЯТ С ПРОИЗВОДСТВА И НЕ ПОСТАВЛЯЕТСЯ!

Портативные стенды для калибровки модели ВКВП-101 и ВКВП-101(М)

Модель ВКВП-101 — это аналог стенда модель 9100D

Модель ВКВП-101(M) — это аналог стенда модель 9110D

Портативный стенд для калибровки вибродатчиков модель 9100D

Нов ая модель 9100D с 2012года.

на замену 9100С

Портативная система калибровки датчиков вибрации модели 9100D — это система нового поколения и предназначена для проведения калибровки датчиков вибрации в полевых и лабораторных условиях в широком частотном и амплитудном диапазонах.

С помощью данной системы можно производить калибровку датчиков вибрации ускорения, скорости и перемещения с помощью специального устройства, которое устанавливается на вибростенд калибратора 9100D.

Модель 9100D представляет законченное решение для калибровки датчиков и имеет крепкий корпус, встроенный вибростенд на карбоновых амортизаторах, генератор сигналов с регулировкой частоты и амплитуды, современный энергоемкий усилитель мощности класса D, эталонный кварцевый ICP акселерометр PCB Q353B17, дисплей для индикации параметров, а также интеллектуальный контроллер аккумуляторной батареи.

Удобство этого стенда в том, что в нем собраны все необходимые компоненты калибровочного канала в одном устройстве.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector