Методика подготовки измерения пульсаций давления

1.

Основы научных исследований
Лектор: Сафин Артур Ильгизарович
Самара – 2017 г.

2. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ

1. Анализ возможного спектра пульсаций давления в исследуемой системе.
1а. Основная частота:
f0
nz
60
где n – частота вращения ротора, об/мин;
z – число качающих элементов (например, зубьев).
1б. Выбор числа значимых гармоник - k
1в. Определение частоты высшей гармоники:
fk=k*f0
2. Выбор датчика.
2а. Выбор типа датчика:
2б. Выбор номинала датчика по Pср.
Тензодатчики: ЛХ-415 f≤500 Гц малое давление
ЛХ-412 f≤1500 Гц Pср>25 атм
Пьезодатчики: ЛХ-610 (малое давление)
ЛХ-611 (Pср=28…630 атм).
3. Тарировка датчика.
4. Коммутация аппаратуры.
4а. Случай измерения тензодатчиками
4б. Случай измерения пьезодатчиками
5. Настройка программного обеспечения.
5а. Выбор числа и номеров каналов
5б. Выбор частоты дискретизации
5в. Выбор рабочей папки
5г. Выбор формата записываемого файла – бинарный или текстовый
6. Оформление протокола измерений.
f к 1500 Гц

3. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ

1. Анализ возможного спектра вибрации в исследуемой системе.
2. Выбор датчика.
3. Выбор типа крепления датчика исходя из предполагаемого спектра.
3а. f<500 Гц - щуп
3б. f<5 кГц – клей или магнит
3в. f>5 кГц – шпилька или сварка
4. Коммутация аппаратуры.
5. Настройка программного обеспечения.
6. Оформление протокола измерений.

4. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА

Проводится аналогично ранее рассмотренным методикам.
Особенности: после коммутации необходимо осуществить следующие
настройки измерительной аппаратуры:
1. Выбор соответствующего диапазона уровня шума.
2. Выбор соответствующей корректирующей характеристики (Lin, A, B, C,
D) или характеристики частотного анализа (октавные, третьоктавные или
узкополосные фильтры).
3. В случае частотного анализа установить переключатель частот на
необходимую полосу.
4. Выбор типа временного приведения:
4а. Fast
4б. Slow
4в. 10-Slow
4г. Импульс
4д. Импульс с удержанием.

5. ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Принцип действия индукционных
преобразователей основан на явлении
электромагнитной индукции, т.е. на
возникновении электродвижущей силы
в электрической катушке при
изменении магнитного поля:
E Bndv
1 – магнит;
2 – цилиндрические
пружины; 3 – ось;
4 – каркас с обмотками;
5 – магнитопровод (кожух);
6 – вывод.
где B – магнитная индукция в зазоре;
n – число витков;
d – средний диаметр катушки;
v – скорость движения катушки в
магнитном поле.

6. ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Преимущества: простота
конструкции и надежность в
эксплуатации.
1 – магнит;
2 – цилиндрические
пружины; 3 – ось;
4 – каркас с обмотками;
5 – магнитопровод (кожух);
6 – вывод.
Недостаток: ограничение
нижнего диапазона
измеряемых частот
пределом 8-10 Гц.

7. РЕЗИСТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

К резистивным измерительным преобразователям
относят:
3) тензорезисторные;
1) контактные;
2) реостатные;
4) тензолитовые.
Тензоэффект характеризуется тензочувствительностью
материала:
Rм l м
Sм
Rм l м
где lм, Rм – длина и сопротивление тензочувствительного
элемента;
lм, Rм – приращение длины и сопротивления из-за
нагрузки.

8. ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Пьезорезистивный
акселерометр
Микрофон на
пьезорезистивном
эффекте
1
2
3
1 – инерционная масса; 2 – игла;
3 – пружина; 4 – кристалл
(германиевый транзистор).
1 – диафрагма; 2 – изолятор;
3 – полупроводниковый
элемент.

9. ИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Индуктивный
преобразователь
с переменной
длиной зазора
I
U
Индуктивный
преобразователь с
переменным
воздушным
зазором
Дифференциальные индуктивные
преобразователи
δ2
δ1
U1
Z1
Z2
U2
Х
U2
Х
U1
Zн
U2
Z1
Х
U2
Z2

10. ИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Достоинства:
1) простота;
2) надежность;
3) большая чувствительность;
4) отсутствует необходимость усиления выходного сигнала;
5) могут применяться при высокотемпературных измерениях.
Недостатки:
1) ограниченный частотный диапазон (до 1 кГц);
2) большая масса – не менее 12 г.

11. ЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

С изменением зазора
x
d
С изменением площади
перекрытия пластин
d
Преимущества: позволяют измерять малые
вибросмещения (до 10-7 мм) в широком частотном
диапазоне (до 100 кГц).
Недостатки: зависимость свойств от температуры и
влажности, емкости и индуктивности соединительных
проводов.

12. ВИБРАЦИОННО-ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ВИБРАЦИОННОЧАСТОТНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
2
3
Принцип действия основан на
зависимости частоты собственных
колебаний струны от изменения ее
1
4
длины или напряжения, вызванного
натяжением струны:
n
n F
f0
2 l 2 l S
где n – номер гармоники (обыч. n=1);
1 – корпус; 2 – упругие
l – длина струны;
элементы (мембрана или - напряжение;
растяжки);
- плотность материала струны;
3 – инерционная масса;
F – сила натяжения;
4 – струна.
S – сечение струны.

13. ВИБРАЦИОННО-ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

2
3
Преимущества:
1) простота;
1
4
2) высокая точность;
3) отсутствие влияния на результат
внешних элек.-магн. полей.
1 – корпус; 2 – упругие
элементы (мембрана или
растяжки);
3 – инерционная масса;
4 – струна.
Недостаток: нелинейность
характеристик

14. УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ

Постоянного тока
Электрометрические
Переменного тока
Универсальные
Высокочастотные
Широкополосные
Селективные
К пьезоакселерометру
Предварительные
Низкочастотные
Заряда
Напряжения
Микрофонные
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ
Усилители
Измерительные
Операционные

15. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Необходимость предусилителей обусловлена:
1) низким уровнем сигналов от измерительных
преобразователей (конденсаторные микрофоны,
пьезоакселерометры);
2) большим выходным сопротивлением измерительных
преобразователей;
3) большой входной емкостью кабелей.

16. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Различают:
1) усилители напряжения, выходные сигналы которых
пропорциональны входным напряжениям;
2) усилители заряда, выходные сигналы которых
пропорциональны входным зарядам;
Схема предусилителя:
5
1
3
6
4
7
8
9
2
1 – вход; 2 – выход; 3 – входной каскад; 4 – цепь обратной связи; 5 – цепь
восстановления начального уровня усилителя; 6 – блок нормализации
сигнала; 7 – регулировка чувствительности; 8 – внутренние фильтры;
9 – выходной усилитель.

17. ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Генераторы различают в зависимости от частот сигналов:
1) инфразвуковые (0.001 – 2000 Гц);
2) звуковые (20 Гц – 20 кГц);
3) звуковые и ультразвуковые (20 Гц – 200 кГц);
4) ультразвуковые (1 кГц – 2 МГц).

18. ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА

Основные параметры генераторов белого и розового
шумов:
1) частотный диапазон (15 Гц – 600 МГц);
2) спектральная плотность;
3) однородность спектральной плотности ( 2…2.2 дБ);
4) уровень выходного сигнала;
5) флуктуация уровня выходного сигнала.
Основные параметры генераторов узкополосного шума:
1) ширина полосы шума;
2) частотный диапазон;
3) уровень выходного сигнала;
4) отношение сигнала к фону.