Влияния условий внешней среды

Общие сведения

Современные акселерометры и соединительные кабели разработаны и сконструированы с учетом обеспечения их минимальной чувствительности к влияниям внешней среды, иллюстрируемым на рисунке. Однако, для работы в неблагоприятных условиях внешней среды часто нужны специальные акселерометры. В последующих разделах рассматриваются поочередно отдельные условия внешней среды и их влияние на пьезоэлектрические акселерометры.

 

Температура

Нормальные акселерометры общего назначения могут работать в температурном диапазоне с верхним пределом 250°С. При превышении этого предела начинается процесс деполяризации пьезокерамики и, следовательно, необратимого изменения чувствительности акселерометра. Отметим, что акселерометр с частично деполяризованным пьезоэлементом не теряет работоспособности, но его необходимо повторно калибровать. Для эксплуатации в температурном диапазоне до 400°С предусмотрены акселерометры, чувствительный элемент которых изготовлен из специальной пьезокерамики. 
Так как свойства всех пьезоэлектрических материалов зависят от температуры, результатом изменений температуры внешней среды являются изменения чувствительности работающего в таких условиях акселерометра. Чтобы дать возможность внесения соответствующей поправки, все акселерометры фирмы Брюль и Къер снабжаются индивидуальной калибровочной картой-паспортом, в которой также приводится зависимость чувствительности от температуры. Внесение поправки на температуру внешней среды нужно именно при эксплуатации акселерометров при температурах намного больше или меньше 20°С.

Подвергаемые небольшим быстрым изменениям температуры акселерометры отдают паразитный электрический сигнал, ничем не связанный с измеряемыми механическими колебаниями. Так как амплитуда этого сигнала слишком мала, он является серьезным только при измерении и анализе механических колебаний с малыми ускорениями и/или низкими частотами.Современные акселерометры, в частности акселерометры с подвергаемым срезывающему усилию пьезоэлементом, отличаются малой чувствительностью к быстрым изменениям температуры внешней среды. 
При креплении акселерометра на поверхностях, температура которых превышает 250°С, рекомендуется применение теплоотвода и слюдяной прокладки, устанавливаемых между основанием акселерометра и поверхностью исследуемого или испытуемого объекта. При таком креплении температура основания акселерометра не превысит 250°С даже при температурах поверхности объекта в диапазоне 350—400°С. Еще более эффективным является форсированное воздушное охлаждение основания акселерометра.

Шум соединительных кабелей

Поскольку пьезоэлектрические акселерометры являются высокоимпедансными вибродатчиками, шум используемых вместе с ними соединительных кабелей может быть причиной серьезных затруднений. Источниками таких помех могут быть контуры заземления, трибоэлектрический шум и помехи электромагнитного происхождения.
Контуры заземления, образуемые при заземлении акселерометра и измерительной аппаратуры на разные точки, способствуют прохождению паразитных токов через экраны соединительных кабелей и являются серьезным источником шума и помех. Эффективным методом устранения этих контуров является электрическая изоляция акселерометра, обеспечиваемая изолированной шпилькой и слюдяной шайбой (см. раздел «Крепление акселерометров»).

Трибоэлектрический шум возникает при механическом движении соединительных кабелей. Непосредственной причиной этого шума являются местные изменения емкости и заряда, вызываемые динамическими изгибом, растяжением и сжатием отдельных элементов соединительного кабеля. Хотя трибоэлектрический шум соединительных кабелей фирмы Брюль и Къер сведен до минимума путем применения специального графитового промежуточного слоя, кабели всегда целесообразно прочно и надежно закреплять липкой лентой или клеем на возможно малом расстоянии от акселерометров.
Электромагнитный шум является шумом, воспринимаемым соединительными кабелями в присутствии сильных электромагнитных полей, например, вблизи работающих электродвигателей, машин и т. д. Минимально чувствительными к шумам электромагнитного происхождения являются соединительные кабели с двойным экраном. Однако, в критических условиях может оказаться неизбежным применение акселерометра с симметричным выходом и дифференциального предусилителя.

Другие влияния условий внешней среды

Деформация основания: Результатом деформации основания акселерометра, закрепленного на деформирующейся поверхности подвергаемого нагрузке объекта, является паразитный электрический сигнал, ничем не связанный с измеряемыми и анализируемыми механическими колебаниями. Именно с целью уменьшения этого эффекта акселерометры снабжаются толстым и прочным основанием. Отметим, что новые акселерометры фирмы Брюль и Къер, имеющие три подвергаемых срезывающему усилию пьезоэлемента (Delta Shear®), почти нечувствительны к деформации основания, так как их сложный пьезоэлемент закреплен на треугольной стойке в центре, а не на основании.

Ядерное излучение: Большинство изготовляемых и выпускаемых фирмой Брюль и Къер акселерометров может работать надежно и без заметного изменения параметров в условиях сильного ядерного излучения, т. е. при дозе гамма-излучения до 10 крад/ч и накопленной дозе до 2 Мрад. Предусмотрены также специальные акселерометры, рассчитанные на эксплуатацию при излучении, накопленная доза которого превышает 100 Мрад.

Влажность: Корпуса акселерометров фирмы Брюль и Къер или уплотнены эпоксидными смолами, или заварены с целью обеспечения точности, надежности и стабильности даже в условиях большой относительной влажности внешней среды. 
При кратковременной эксплуатации в жидкостях и очень влажных средах рекомендуется применение уплотненных соединительных кабелей с тефлоновой изоляцией. Отметим, что место соединения акселерометра и кабеля также нужно уплотнять.
Для этой цели подходят некислая силиконовая резина, вулканизующая при комнатной температуре, и разные мастики. В стационарных установках, работающих во влажной среде, следует применять акселерометры промышленного типа, снабженные интегральными соединительными кабелями.

Коррозионные вещества: Все материалы, используемые в конструкции акселерометров фирмы Брюль и Къер, отличаются исключительной коррозийной стойкостью и сопротивлением всем встречающимся в промышленности химическим коррозионным веществам.

Акустические шумы: Акустические шумы, генерируемые нормальными машинами и оборудованием, имеют лишь незначительное влияние на точность результатов измерения и анализа механических колебаний. В общем, возбуждаемая акустическим шумом вибрация механических конструкций и их элементов нормально намного превышает влияние распространяющегося в воздухе и воздействующего непосредственно на акселерометр акустического шума.

Поперечные колебания: Акселерометры чувствительны не только к механическим колебаниям, перпендикулярным поверхности, на которой они закреплены, а также к колебаниям в поперечных направлениях. Поперечная чувствительность, т. е. чувствительность к колебаниям в перпендикулярной главной оси вибродатчика плоскости, акселерометров фирмы Брюль и Къер не превышает 3—4 % (тип. значение < 1 %) их чувствительности в направлении главной оси. В присутствии сильных поперечных колебаний необходимо также учитывать поперечную резонансную частоту акселерометров, доходящую прибл. до 1/3 их резонансной частоты в направлении главной оси.

 

---

 

Просмотров: 155

Рейтинг: Нет оценки

--Голосовать-- 0 1 2 3 4 5

Комментарии

Отсутствуют

Комментировать