Пьезоэлектрические датчики ускорения. Вибродатчики (Акселерометры).
Вибродатчики 4500-4501 входят в группу акселерометров, чувствительные элементы которых изготовлены на основе многокомпонентной пьезочувствительной PZT-керамики (свинец-цирконий-титан ) . Он принадлежит к подгруппе датчиков измерения параметров вибрации конструкции ThetaShear. Общее представление об этой конструкции можно получить из ниже следующего рисунка.
Датчики вибрации 4500-4501 выполнены по технологической схеме DeltaShear®, в которой чувствительные к ускорению пьезоэлектрические пластинки из PZT-керамики (Plumbum-Zirconium-Titanium) в исходном, не подверженном ускорениям состоянии не свободны, а нагружены с помощью специального, прижимного кольца, охватывающего инерционную массу, с окружающими её чувствительными элементами. Контакт между этими деталями обеспечивается за счет тщательной подгонки и прижатия друг к другу без использования каких либо адгезивных субстанций. За счет этого достигается стабильность характеристик и высокое значение резонансной частоты, что в свою очередь обеспечивает работоспособность датчика модели 4500 до 15 000 Гц.
Рекомендуются три основных варианта монтажа датчиков на объекте с помощью поставляемых с акселерометром пластмассовых (упрочненный стекловолокном поликарбонат) фиксаторов- установочных зажимов :
- Фиксаторы крепятся к поверхности объекта испытаний при помощи клея или специальной двусторонней клейкой ленты.
- Фиксатор с толстой подушкой-основанием можно подпилить перед установкой для более тщательной адаптации датчика к установочной поверхности объекта вибрационных испытаний.
- Фиксатор с поворотным основанием и спиртовым уровнемером позволяют легко позиционировать вибродатчик относительно системы координат.
Для миниатюрных датчиков динамического ускорения (ускорение земного притяжения не в счет) существует проблема влияния кабеля (его граничащего с разъемом участка) на результаты измерений.
При использовании миниатюрных акселерометров кабель может повлиять на результаты измерений из-за усилия, оказываемого кабелем на датчик через разъем вибродатчика. Это может привести к искажениям амплитуды выходного сигнала акселерометра на низких частотах около 200 Гц. Этот эффект уменьшается при использования более гибких кабелей. Испытанным способом борьбы с этой проблемой на низких частотах является фиксация кабеля относительно тестируемого объекта вблизи точки установки датчика. Для этого на кабеле вблизи от датчика вибрации делают небольшую петлю (диаметром не более 3 см) и закрепляют её рядом с основанием акселерометра с помощью установочной пасты или ленты с двусторонним клейким покрытием. В результате снижается так же вероятность возникновения динамических помех, создаваемых присоединенной массой кабеля, граничащей с датчиком.
Разработчики создали уникальную возможность калибровки акселерометров 4500-4501 даже в полевых условиях. Для этого создается небольшой полевой вибростенд с помощью так называемого калибровочного фиксатора DV‐0459, на котором закрепляется калибруемый датчик для возбуждения вибрации калибровочным возбудителем модели 4294.
Датчики вибрационного ускорения 4500 и 4501 демонстрируют высокое отношение чувствительности к массе датчика, превосходящее таковое у аналогичных вибродатчиков (с такой же массой).
Датчики вибрации кубической формы с зарядовым выходом модели 4500А, 4501А — характеристики:
| Единицы измерения | Модель вибродатчика 4500А | Модель вибродатчика 4501А | |
| Динамические характеристики | |||
| Чувствительность по зарядовому выходу (на частоте 159.2 Гц) | пКл/g | 3.10 | |
| Частотная характеристика | Типовая амплитудно-частотная характеристика | ||
| Резонансная частота смонтированного по инструкции акселерометра | кГц | Не менее 45 | |
| Частотный диапазон ( ±10%) | Гц | от 1 до 15000 / от 1 до 10000 | |
| Чувствительность к поперечной вибрации | % | Не более 4 | |
| Поперечная резонансная частота | кГц | Не менее 20 | |
| Электрические характеристики датчика вибрации |
|||
| Минимальное сопротивление утечки | ГОм | Не менее 20 | |
| Емкость | пФ | 1000 | |
| Заземление | Электрически изолирован (не менее 10 мОм) для защиты через контур заземления | ||
| Характеристики окружающей среды | |||
| Диапазон рабочих температур | °C | от -55 до +175 | |
| Влажность | не имеет значения | Загерметизирован | |
| Максимальное ударное ускорение в рабочем режиме (±пиковое значение) | g (пик) | 3000 | |
| Чувствительность к деформации основания | Эквив. деформации g/μ | 0.002 | 0.005 |
| Чувствительность к изменениям окружающей температуры | Эквив. g/C° | 0.04 | |
| Чувствительность к магнитному полю (50 Гц — 0.03 Тл) |
g/Тл | 0.2 | |
| Механические характеристики | |||
| Габариты | мм | 10х10х15.1 | |
| Вес | г | 4.1 | |
| Материал корпуса | металл | Алюминий анодированный | |
| Разъем | с резьбой 10-32 UNF | ||
| Монтаж | С помощью установочного зажима или клея | ||
Рекомендуемое применение датчиков вибрации 4500, 4501.
Акселерометры ( вибродатчики) этой подгруппы, являющиеся универсальными миниатюрными датчиками ускорения при измерениях параметров вибрации по одной оси и ударных воздействий на испытываемые конструкции, клиенты компании Bruel & Kjaer используют чаще всего при выполнении следующих видов вибрационных испытаний и измерений:
- Измерения вибрационных ускорений при экспериментальных исследованиях объектов небольшого веса, когда существенно влияние присоединенной массы вибродатчиков на частотный отклик / резонансные частоты анализируемого объекта. Мониторинг процессов вибрации при экспериментальных модальных испытаниях.
- Мониторинг в условиях, требующих установки большого числа акселерометров.
- Исследования в области экспериментального модального и структурного анализа, не требующие для получения результатов инициирования больших ускорений элементов конструкции.
Особенности применения акселерометров 4500, 4501
- Благодаря тому, что датчики вибрационных ускорений 4500, 4501 являются сравнительно термостойкими и могут успешно применяться , как при обычных, так и экстремальных температурах (от -55°C до +175°C) установка их на объекте, проходящем испытания на высокотемпературных и низко температурных испытательных вибрационных стендах, дает возможность производить измерения параметров вибрации при изменении температурного фона окружающей среды в широком диапазоне не заменяя датчики. Нужно только иметь в виду, что пластмассовые фиксаторы гораздо менее стойки к температурным воздействиям (от -54 до +50ºС, кратковременно, на один час работы допускается от -54 до +80ºС), так что при экстремальных температурных испытаниях вибродатчики предпочтительнее фиксировать на объекте термостойким клеем.
- Высокая резонансная частота (45 кГц) дает возможность измерять ускорения при высоких частотах не выходя за пределы диапазона линейности характеристики.
-
Высокое значение отношения чувствительности к массе вибродатчика
-
Высокое значение поперечной резонансной частоты (20кГц), выходящее за пределы интервала 10%-ной допустимой нелинейности (45кГц/3).
-
Долговременно стабильные параметры, благодаря применению технологии DeltaShear.
Подробнее о датчиках вибрации (акселерометрах) серии 4500 и 4501
