Кинематические характеристики механических колебаний определяются с помощью первичных преобразователей – датчиков измерения вибрации. В зависимости от измеряемого параметра, датчики вибрации подразделяются на датчики виброперемещения, датчики виброскорости и датчики виброускорения. Выбор того или иного типа датчика, в первую очередь, определяется частотным диапазоном измерений вибрации: в низкочастотной области предпочтительней использовать датчики виброперемещений, в области средних частот – датчики виброскорости, в высокочастотной– датчики виброускорений.
Благодаря самым высоким эксплуатационным качествам, наиболее популярны сегодня датчики виброускорения – акселерометры, среди которых, в свою очередь, наилучшие эксплуатационные характеристики показывают пьезоэлектрические датчики измерения вибрации. Именно поэтому все современные приборы для измерений вибрации динамического оборудования оснащаются именно пьезоэлектрическими акселерометрами. Применение пьезоэлектрического акселерометра, чувствительного к виброускорению, никак не сказывается на универсальности этих приборов, так как с помощью электронных интеграторов значения виброускорения легко преобразуются в значения виброскорости или виброперемещения без потери необходимой информации.
Пьезоэлектрические датчики контроля вибрации отличаются широким частотным и динамическим диапазонами, линейностью характеристик в этих диапазонах, прочностью конструкции, надежностью и долговременной стабильностью эксплуатационных параметров. Помимо этого, пьезоэлектрические акселерометры не требуют источника питания, так как сами генерируют электрический сигнал, и, благодаря отсутствию изнашиваемых деталей, обеспечивают исключительную долговременность работы.
Рисунок 1. Варианты конструкции пьезоэлектрического акселерометра
Основными элементами пьезоэлектрического акселерометра является диск из пьезоэлектрической керамики и некоторая инерционная масса. Под действием вибрации инерционная масса вызывает растяжение, сжатие или сдвиг (в зависимости от конструкции акселерометра) пьезоэлектрического диска, в результате которого на его поверхностях генерируется заряд, пропорциональный воздействию инерционной массы.
Основными характеристиками датчиков контроля вибрации являются динамический и частотный диапазоны. Динамический диапазон большинства стандартных общепромышленных пьезоакселерометров имеет значения от 0,01 м/с2 до 200 м/с2. Что касается частотного диапазона, то, несмотря на достаточность измерений в диапазоне 10÷ 1000 Гц для контроля вибрации большинства стандартных динамических машин, верхняя граница частотного диапазона акселерометра должна простираться до 5-10кГц или выше, так как частоты некоторых составляющих механических колебаний могут находиться именно в области высоких частот. Также при измерениях виброперемещений тихоходных машин необходимо расширение частотного диапазона в сторону частот, меньших 10 Гц. Для этих целей разработаны акселерометры с нижним частотным порогом менее 1 Гц.
Помимо ширины динамического и частотного диапазона и линейности рабочих характеристик пьезоакселерометра, для получения достоверных данных абсолютной вибрации машин очень важен правильный выбор и направление точек измерений, а также качество крепления акселерометра к исследуемой поверхности (см.рис.2).
Рисунок 2. Иллюстрация к выбору точек и направления измерений
Пьезоэлектрические датчики измерения вибрации входят в состав виброметров «БАЛТЕХ» (BALTECH VP-3405-2, BALTECH VP-3410, BALTECH VP-3470), обеспечивая высокую надежность, точность и повторяемость результатов.
Для повышения теоретических знаний и получения навыков работы с датчиками контроля и измерения вибрации, рекомендуется пройти обучение на курсе повышения квалификации ТОР-103 «Датчики контроля вибрации. Основы измерения вибрации» в одном из Учебных центров компании в Санкт-Петербурге, Астане или Любеке (Германия).