2.2.3 Выбор правильного метода монтажа, как одна из составляющих повышения точности при измерении вибрации

Крепление акселерометра, в частности его надежность, на поверхности исследуемого или испытуемого объекта является одним из самых важных условий достижения точных и надежных результатов в виброизмерительной практике. Ненадежное крепление акселерометра влечет за собой уменьшение его резонансной частоты после крепления и, следовательно, значительно уменьшает его рабочий частотный диапазон.

Условия монтажа. Для точного измерения вибраций необходимо, чтобы полезный частотный и динамический диапазон не были ограничены вследствие неправильного монтажа акселерометра. Одним из основных требований правильного монтажа акселерометра является жесткий механический контакт между основанием акселерометра и поверхностью, на которой он крепится.

Монтаж на шпильке. Крепление акселерометра с помощью стальной шпильки является наилучшим способом монтажа, поскольку, таким образом, удается достичь самой высокой резонансной частоты монтажа. Поэтому рекомендуется использовать этот метод монтажа во всех случаях, где это возможно.

Цементирование шпилек. В местах, где невозможно или нежелательно просверливать и пробивать крепежные отверстия, оптимальным монтажным решением может стать цементирование шпильки. Такая зацементированная гайка может быть закреплена на испытываемом объекте с помощью эпоксидной смолы или цианоакрильного клея. Частотная характеристика при таком способе будет почти такой же хорошей, как и при использовании обычной шпильки. Следует избегать мягких клеев, т.к. значительное снижение жесткости соединения существенно сужает частотный диапазон акселерометра [5].

Монтаж с помощью пчелиного воска. Для быстрого крепления акселерометра (например, при наблюдении за вибрациями в разных точках путем перемещения акселерометра) можно использовать пчелиный воск для удобства монтажа и демонтажа. Поскольку при высоких температурах пчелиный воск размягчается, этот метод ограничен температурой примерно 40°C.

Монтаж с изоляцией. Там, где желательно электрически изолировать акселерометр от объекта, можно использовать изолирующую шпильку и мика-шайбу. Это может потребоваться, если электрический потенциал исследуемого объекта отличается от потенциала земли измерительного оборудования, или если непосредственная установка шпильки создает контур заземления, который может повлиять на результаты измерений. Последнее служит наиболее частой причиной выбора метода монтажа с изоляцией. Для использования при высоких температурах имеются также специальные изолирующие монтажные подушки, изготовленные из спаянных вместе керамики и металла.

Монтаж с помощью постоянного магнита. Удобный метод монтажа акселерометра состоит в использовании постоянного магнита, который можно быстро и легко переместить из одного положения в другое, что особенно удобно, когда требуется провести наблюдения в большом количестве точек измерения за минимально возможное время испытаний. Этот метод ограничен установкой на чистых и плоских ферромагнитных поверхностях, а его динамический диапазон ограничен вследствие ограниченной силы магнита. Но, тем не менее, метод может дать хорошую высокочастотную характеристику, особенно на плоских поверхностях. Установка на магнит самоклеящегося диска обеспечит электрическую изоляцию между акселерометром и поверхностью, на которой он крепится.

Монтажные зажимы и шарнирные основания. В корпусах некоторых акселерометров имеются пазы, которые позволяют использовать монтажные зажимы для быстрой установки акселерометра на исследуемый объект. Монтажные зажимы приклеиваются к исследуемому объекту с помощью термоклея или крепятся двухсторонней клейкой лентой. Имеется монтажный зажим с уникальной конструкцией шарнирного основания, который позволяет легко выровнять акселерометр в соответствии с заданной системой координат. Для этих целей используется спиртовой уровень. Имеется несколько видов монтажных зажимов, дающих уникальные преимущества в сложных монтажных ситуациях: например, монтажный зажим с толстым основанием, которое можно спилить так, чтобы оно соответствовало кривизне монтажной поверхности. Имеются жаропрочные монтажные зажимы, а также зажимы специальной конструкции, позволяющие ускорить калибровку акселерометра. Все монтажные зажимы проходят всесторонние испытания для обеспечения высокого качества, надежности и достоверности результатов измерений [5].

Использование ручного щупа. Ручной щуп с установленным на него акселерометром очень удобен для быстрого обследования и проведения измерений в местах, доступ к которым затруднен. Однако из-за низкой общей механической жесткости и отсутствия достаточного контактного усилия резонансная частота монтажа обычно бывает очень низкой. При использовании этого метода существует потенциальный риск больших погрешностей измерений.

Рисунок 3 – Примеры монтажа

Монтаж акселерометра на длинной штанге. Для измерения вибраций в труднодоступных местах можно установить акселерометр на конец стальной трубы или штанги с резиновым кольцом. На монтажную поверхность акселерометра можно установить слегка скругленный наконечник, чтобы обеспечить нужный механический контакт с исследуемым объектом даже на слегка скошенных углах. Характеристика при использовании этого метода значительно превосходит характеристику, получаемую при использовании ручного щупа.

Механический фильтр. Резонансный пик частотной характеристики акселерометра можно отсечь или уменьшить его амплитуду с помощью электронных фильтров, входящих в состав измерительного оборудования. Поскольку основная электронная фильтрация выполняется после входного каскада в предусилителе, это не предотвращает перегрузку входного каскада или акселерометра. С помощью механического фильтра, установленного между акселерометром и исследуемым объектом, можно обеспечить эффективную фильтрацию механического вибросигнала, защитив, таким образом, всю измерительную цепь. Механический фильтр обеспечивает электрическую изоляцию между основанием акселерометра и точкой монтажа [5].

Выбор точки монтажа акселерометра:

Акселерометр следует монтировать так, чтобы нужное направление измерения совпало с основной осью чувствительности.

Акселерометры слегка чувствительны к вибрациям в поперечном направлении, но обычно это можно не учитывать, так как максимальная поперечная чувствительность составляет лишь несколько процентов от чувствительности по основной оси. Цель измерений во время виброиспытаний обычно диктует место установки акселерометра. На рисунке 4 целью является мониторинг условий вала и подшипника. В данном примере акселерометр следует установить так, чтобы сохранить прямой путь до вибрации подшипника. Таким образом, акселерометр 'A' обнаруживает вибросигнал с подшипника, преобладающий над вибрациями остальных деталей машины, а акселерометр 'B' получает вибрацию подшипника, модифицированную переносом через соединение и смешанную с сигналами от других деталей машины. Аналогично, акселерометр 'C' установлен на более прямом пути, чем акселерометр 'D'.

Рисунок 4 - Место установки акселерометра при вибромониторинге вала и подшипника

Очень трудно сформулировать общие правила установки акселерометров, так как реакция механических объектов на вынужденную вибрацию является сложным явлением, так что можно ожидать, что, особенно на высоких частотах, даже в соседних точках измерений одной и той же детали машины будут получены существенно различные вибрации и частотные спектры.

Таблица 2 - Измерительные акселерометры

Акселерометр	Тип		Назначение		Чувствительность		Частотный диапазон		Максимальный уровень вибрации
4321	Charge		Трехосевой		10pC/g		0,1-12000Hz		500 g
4326	Charge		Трехосевой		3pC/g		1-8000Hz		1000 g
4381	Charge		Высокочувчтвительный		100pC/g		0.1-4800Hz		2000 g
4514-002	DeltaTron		Общего назначения		10mV/g		1-10000Hz		10 g
4514-004	DeltaTron		Общего назначения		100mV/g		1-10000Hz		100 g
4514	DeltaTron		Общего назначения		500mV/g		1-10000Hz		500 g
4383	Charge		Общего назначения		31pC/g		0.1-8400Hz		2000 g
4500A	Charge		Общего назначения		3pC/g		1-16600Hz		3000 g
4507-002	DeltaTron		Для модального анализа		1000mV/g		0.3-6000Hz		7 g
4508-002	DeltaTron		Для модального анализа		1000mV/g		0.3-8000Hz		7 g
4508	DeltaTron		Для модального анализа		100mV/g		0.3-8000Hz		70 g
4508C	Charge		Для модального анализа		5pC/g		0.3-8000Hz		2000 g
4519	DeltaTron		Миниатюрный		500mV/g		1-20000Hz		500 g
4521-001	DeltaTron		Миниатюрный		10mV/g		1-9000Hz		500 g
4397	DeltaTron		Миниатюрный		10mV/g		1-25000Hz		765 g
4517C	Charge		Миниатюрный		1.8pC/g		1-10000Hz		1000 g
4392	Charge		Миниатюрный		1pC/g		0.1-26000Hz		5000 g
4524	DeltaTron		Трехосевой		10mV/g		0.25-3000Hz		50 g
4504A	DeltaTron		Трехосевой		10mV/g		1-15000Hz		750 g
4570	Bridge		Низкочастотный		4mV/g		0-1500Hz		500 g
4573	Bridge		Низкочастотный		67mV/g		0-700Hz		30 g
4575	Bridge		Низкочастотный		1000mV/g		0-250Hz		2 g
5958	DeltaTron		Подводный		10mV/g		1-14000Hz		500 g
8305	Charge		Образцовый		0.12pC/g		0.2Гц-4400Hz		-
8341	DeltaTron		Индустриальный		100mV/g		0.5-10000Hz		50 g
8327B	DeltaTron		Индустриальный		10mV/g		1-10000Hz		750 g
8324	Charge		Индустриальный		10pC/g		1-10000Hz		1000 g
8315	Charge		Индустриальный		10pC/g		1-10000Hz		5000 g
8309	Charge		Ударный		0.04pC/g		1I>54000Hz		15000g
8339		DeltaTron		Ударный		25mV/g		1-20000Hz		20000 g
8339-002		DeltaTron		Ударный		0.05mV/g		1-2000Hz		80000 g
8340		DeltaTron		Сейсмический		10V/g		1-1500Hz		0,5 g

Так можно подвести итог, что обеспечение наилучшей точности при использовании пьезоэлектрических акселерометров зависит не только от выбора более точного прибора и применения к конкретной задаче измерения или иначе ограничения условий применения средства измерений, но и от метода монтажа акселерометра, улучшения методики выполнения измерения.