ГОСТ ИСО 5347-0-95 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения.
ГОСТ ИСО 5347-0-95
Группа П18
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Вибрация
МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА
Часть 0. Общие положения
Vibration. Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups. Part 0. Basic concepts
ОКС 17 020
ОКП 42 7746
Дата введения 1997-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация и удар"
ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 8-95 от 12 октября 1995 г.)
За принятие проголосовали
|
|
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Республика Белоруссия | Белстандарт |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикский государственный центр по стандартизации, метрологии и сертификации |
Туркменистан | Туркменглавгосинспекция |
Украина | Госстандарт Украины |
3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст ИСО 5347-0-87 "Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 0. Общие положения"
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 30.05.96 N 339 межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 5347-0-95 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1997 г.
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на датчики (преобразователи) ускорения, скорости и перемещения линейной вибрации и удара и устанавливает основные положения методов их калибровки.
Стандарт не распространяется на датчики угловой вибрации, а также датчики силы, давления и деформации, даже в том случае, если они могут быть калиброваны подобными методами.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их определения - по ГОСТ 24346 и приведенные ниже.
3.1 Датчик - устройство, предназначенное для преобразования измеряемого параметра механического движения, например, ускорения, в величину, удобную для измерения или записи.
Примечание - Датчик может включать в себя дополнительные устройства, обеспечивающие необходимое рабочее напряжение, индикацию или запись его выходного сигнала и др.
3.1.1. Взаимный (обратимый) датчик - двусторонний электромеханический датчик, для которого отношение приложенного тока к возникающей силе (когда скорость движения датчика равна нулю) равно отношению приложенной скорости к возникающему напряжению (когда ток в датчике равен нулю). Такими датчиками являются электродинамический и пьезоэлектрический датчики.
3.1.2. Односторонний датчик - датчик, использующий тензочувствительные элементы, для которых электрическое возбуждение не вызывает ощутимый механический эффект в датчике.
3.2. Рабочий диапазон - диапазон частот или амплитуд, в котором датчик является линейным в пределах нормированных допусков.
3.3. Входной сигнал - сигнал, приложенный к входу датчика, например, затухающий сигнал, приложенный к его посадочной поверхности.
3.4. Выходной сигнал - сигнал, генерируемый датчиком, как отклик на входной сигнал.
3.5. Чувствительность (коэффициент преобразования) - для линейного датчика это отношение выходного сигнала к входному при синусоидальном воздействии, приложенном к посадочной поверхности вдоль оси чувствительности датчика. В общем случае, чувствительность включает в себя информацию как об амплитуде, так и о частоте и, следовательно, является комплексной величиной, зависящей от частоты.
Синусоидальное входное движение может быть выражено следующими уравнениями:
время.
Примечания
2 Датчики перемещения, скорости и ускорения, чувствительность которых при достижении нулевого значения частоты не становится равной нулю, называют датчиками с нулевой частотной характеристикой (характеристикой постоянного тока). При постоянном ускорении частота и сдвиг фаз равны нулю. Примерами датчиков с нулевой частотной характеристикой являются датчики ускорения, использующие в качестве чувствительных элементов тензорезисторы, потенциометры, дифференциальные трансформаторы, устройства балансировки силы (серво) или другие аналогичные элементы. Сейсмические генераторные датчики, такие как пьезоэлектрические и электродинамические датчики, являются примером датчиков, не имеющих нулевой частотной характеристики.
3.6 Относительная поперечная чувствительность (относительный коэффициент поперечного преобразования) - отношение выходного сигнала датчика, ориентированного основной осью чувствительности перпендикулярно направлению входного сигнала, к выходному сигналу этого датчика, основная ось чувствительности которого направлена вдоль того же входного сигнала.
3.7 Генератор вибрации - любое устройство для создания и передачи контролируемого движения посадочной поверхности датчика.
Примечание - Генераторы вибрации также называют вибровозбудителями, вибраторами и вибростендами.
4 ИЗМЕРЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
4.1 Общие положения
Основной целью калибровки датчика является определение его чувствительности в рабочем диапазоне частот и амплитуд для той степени свободы, в которой датчик предназначен использоваться. Кроме того, может быть важна информация о чувствительности датчика к движению в направлении других пяти степеней свободы. Например, для линейных датчиков ускорения необходимо знать их чувствительность к движению, перпендикулярному направлению оси чувствительности и вращению. Другими важными факторами являются демпфирование, сдвиг фаз, нелинейность или вариация выходного сигнала при изменении амплитуды входного сигнала, чувствительность к воздействию температуры, давления и других внешних условий, таких, например, как движение соединительного кабеля.
4.2 Основные характеристики датчика
4.2.1 Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики
Чувствительность датчика определяют измерением параметров движения или входного сигнала, прикладываемого к датчику генератором вибрации, и выходного сигнала датчика. При этом датчик устанавливают таким образом, чтобы его ось чувствительности совпадала с направлением движения, возбуждаемого генератором вибрации. С помощью контролируемого регулируемого воздействия, амплитуда и частота которого лежат в пределах соответствующих диапазонов датчика, могут быть откалиброваны как датчики непрерывного действия, так и датчики максимальных значений.
Для выполнения резонансов датчика необходимо наблюдать за его выходным сигналом во время медленного непрерывного изменения частоты генератора вибрации во всем частотном диапазоне датчика.
В функции частоты определяется в основном амплитуда чувствительности. Однако для использования датчиков на частотах, близких к их нижним или верхним пределам, или для специальных целей может потребоваться знание их фазо-частотной характеристики. Она определяется путем измерения сдвига фаз между выходным сигналом датчика и входным механическим воздействием во всем интересующем диапазоне частот.
4.2.2 Нелинейность амплитудной характеристики (АХ)
Нелинейность АХ датчика (искажение амплитуды) определяют, измеряя амплитуду его выходного сигнала при изменении входного сигнала в рабочем диапазоне амплитуд от минимального до максимального значений. При использовании генератора синусоидальной вибрации измерения проводят на нескольких частотах.
Нелинейность АХ может иметь несколько форм. Чувствительность может изменяться постепенно с увеличением амплитуды, может иметь постоянное изменение, ведущее к смещению нуля после воздействия на датчик вибрации или удара, могут быть задержки, которые внезапно ограничивают диапазон движения.
Тип и значения нелинейности АХ датчика могут быть определены по его амплитудным искажениям и сравнением его резонансной кривой, фазового сдвига и затухания с соответствующими характеристиками идеального линейного датчика. Учитывая, что нелинейность зависит от значений измеряемых величин, ее необходимо определять на верхних пределах динамического диапазона датчика.
4.3 Характеристики влияния
4.3.1 Температурная характеристика
Чувствительность, относительное деформирование и резонансная частота многих датчиков находятся в функциональной зависимости от температуры. При определении температурной характеристики чаще всего используют метод сличения.
Испытуемый датчик размещают внутри термокамеры соосно с эталонным, который защищают от изменений температуры, располагая его снаружи термокамеры или другим способом. Изменение чувствительности эталонного датчика не должно превышать 2% в течение всего времени калибровки. Испытания проводят на частотах, где поперечное движение генератора вибрации не превышает 25% осевого движения. Генератор вибрации, крепление датчиков на частотах калибровки должны обеспечивать незначительное относительное движение между эталонным и испытуемым датчиками.
Альтернативным является метод, при котором эталонный и испытуемый датчики крепят на площадке внутри термокамеры. Этот метод ограничен диапазоном температур, в котором известны температурные свойства эталонного датчика.
Для датчиков, чувствительных к статическому ускорению, измеряют разбаланс нуля при максимальной и минимальной температурах.
Датчики с внутренним демпфированием больше 10% критического демпфирования следует калибровать как минимум на четырех частотах при одном значении амплитуды вибрации и при пяти значениях температуры, включая комнатную. Этот метод должен применяться при испытаниях, например, датчиков электродинамического типа, в которых используются катушки с проводом. Частоты выбирают из частотного диапазона в зависимости от предполагаемого использования.
У пьезоэлектрических датчиков после их стабилизации при максимальной температуре измеряют внутреннюю емкость и сопротивление. При этом, если его сопротивление настолько низкое, что влияет на низкочастотную область характеристики применяемого усилителя, необходимо откалибровать датчик в низкочастотной области при этой температуре. Для адекватного описания частотной характеристики испытания проводят на нескольких частотах. При этом калибруется полная система с использованием того усилителя, который будет эксплуатироваться с датчиком.
Температурную чувствительность вычисляют как разность между чувствительностью датчика, измеренной при нормальной температуре (20 °С) на частоте из диапазона частот, в котором частотная характеристика датчика линейна, и чувствительностью датчика при испытательной температуре. Эта разность выражается в процентах от чувствительности при нормальной температуре. Желательно использовать датчики, температурная чувствительность которых не превышает 15% во всем рабочем диапазоне температур.
Примечание - Высокая температура может влиять как на частотную характеристику в низкочастотной области, так и на помехоустойчивость и стабильность системы датчик - усилитель.
4.3.2 Чувствительность пьезоэлектрических датчиков к перепаду температур
Пьезоэлектрические датчики под действием перепада температур генерируют пироэлектрический сигнал. Это особенно очевидно для ферроэлектрических материалов. Значение пироэлектрического выходного сигнала зависит от химического состава кристалла и конструкции датчика. Обычно частота пироэлектрического выходного сигнала значительно меньше 1 Гц. Большинство пироэлектрических сигналов датчика фильтруются благодаря частотным характеристикам усилителей в низкочастотной области. Таким образом, пироэлектрический выходной сигнал зависит от скорости изменения температуры и от характеристик усилителя и датчика, используемых совместно.
Пироэлектрические испытания проводят, используя тот тип усилителя, с которым обычно используется датчик. Датчик крепят к алюминиевому бруску обычным способом крепления. Их быстро погружают в ванну с ледяной водой или другой подходящей жидкостью, температура которой отличается от нормальной приблизительно на 20 °С. Жидкость в ванне должна быть оговорена. Масса бруска должна быть приблизительно в 10 раз больше массы датчика. Должны быть приняты меры предосторожности, чтобы жидкость не проникла в датчик или чтобы сопротивление электрической изоляции не снизилось при соприкосновении с жидкостью и т.д. Максимальное значение выходного сигнала усилителя и время от начала погружения до момента достижения этого максимума измеряют на осциллографе постоянного тока или на самописце. Если выходной сигнал в течение первых двух секунд изменит полярность и достигнет максимума противоположной полярности, то значение и время этого максимума тоже должны быть зарегистрированы.
В особых случаях используют усилители, имеющие низкочастотную область значительно шире. Пироэлектрические испытания следует проводить с использованием именно таких специфических усилителей. Для случаев, когда скорость изменения температур сильно отличается от получаемой при условиях, описанных выше, могут быть проведены испытания, имитирующие определенное изменение температуры.
4.3.3 Относительная поперечная чувствительность датчика
Относительную поперечную чувствительность обычно определяют на одной частоте ниже 500 Гц. Используемая частота должна быть оговорена.
Синусоидальное движение воспроизводят на частоте, на которой движение в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, как минимум в 100 раз больше движения в направлении оси чувствительности. Для значений относительной поперечной чувствительности меньше 1% это требование является трудновыполнимым, поэтому для получения достоверных значений относительной поперечной чувствительности необходима большая осторожность и высокая квалификация.
Датчик крепят перпендикулярно направлению входного движения с помощью специального приспособления, позволяющего поворачивать его вокруг оси чувствительности на 360° с шагом не более 45°. Поворачивая датчик, определяют его максимальный выходной сигнал в поперечном направлении.
Примечание - Экспериментальные исследования поперечной чувствительности датчиков свидетельствуют о ее независимости от частоты до 2000 Гц. В настоящее время имеются ограниченные данные о поперечной чувствительности датчиков в частотном диапазоне от 2000 до 10000 Гц. Они обычно показывают, что поперечная чувствительность в этом диапазоне частот такого же порядка, как и на низких частотах (менее 500 Гц). Обычно считается, что у датчиков с осевой резонансной частотой более 30 кГц частота резонанса в поперечном направлении более 10 кГц и, следовательно, находится за рабочим диапазоном частот датчика. Для других типов вибрационных датчиков информации еще меньше. По возможности должна быть определена низшая частота резонанса датчика в поперечном направлении.
4.3.4 Ротационная чувствительность датчика
Некоторые линейные датчики вибрации восприимчивы к ротационному воздействию. Примерами таких датчиков являются изгибные пьезоэлектрические и пьезорезистивные датчики ускорения и маятниковые сбалансированные (серво) датчики. В настоящее время из-за недостаточной изученности и отсутствия соответствующих средств испытаний не могут быть стандартизованы методы определения ротационной чувствительности датчиков. Однако внимание к существованию ротационной чувствительности привлечено и нужно принимать меры предосторожности при других испытаниях для того, чтобы предотвратить погрешность измерения от этого эффекта.
4.3.5 Деформационная чувствительность датчика
Предпочтительным при определении изменения чувствительности датчика из-за прогиба его основания является следующий метод.
Стальная консольная балка крепится к жесткой опоре. Балка имеет следующие размеры: ширина 76 мм, толщина 12,5 мм, длина 1450 мм. Собственная частота обычно близка к 5 Гц. Деформацию измеряют тензометрами, закрепленными на балке около места крепления датчика, расположенного на расстоянии 40 мм от места крепления конца балки. Движение в месте крепления должно контролироваться с помощью датчика, закрепленного с использованием изоляции для предотвращения прогиба его основания. При этом применяют датчик, чувствительность которого не менее чем в 10 раз больше чувствительности испытуемого датчика. Выходные сигналы от тензометров и испытуемого датчика регистрируют.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.