Автоматизация при проверке вибродатчиков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский Государственный Университет

Приборостроительный факультет

Кафедра Автоматики и Управления

ОТЧЕТ

по преддипломной практике

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРИ ПОВЕРКЕ ВИБРОДАТЧИКОВ

Выполнил студент

группы ПС-516:

Гузе Д.В.

Проверил:

Озеров Л.А.

Челябинск, 2015



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОВЕРКА ВИБРОДАТЧИКОВ

2. ПОВЕРКА НА УДАРНОЙ УСТАНОВКЕ

3. ПОВЕРКА НА ВИБРОСТЕНДЕ

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПОВЕРКИ ВИБРОДАТЧИКОВ

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

6. РАБОТА С ПРОГРАММОЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

В области исследований механических систем самым распространенным инструментом является виброизмерительный преобразователь. По типу чувствительного элемента вибропреобразователи делятся на: пьезокерамические, емкостные, индуктивные, резистивные. В измерительных и испытательных системах наиболее широко используются пьезокерамические акселерометры, поскольку, по сравнению с датчиками других типов, они имеют больший динамический диапазон и более равномерную АЧХ.

Комплексные испытания требуют подключения нескольких десятков датчиков. Каждый датчик периодически подвергается различным видам контроля, при этом, как правило, определяются одни и те же параметры: коэффициент преобразования, неравномерность АЧХ, нелинейность АХ, относительный коэффициент поперечного преобразования, собственная частота механического резонанса и т.д. Сходимость этих параметров зависит от методов и способов проведения испытаний.



1. ПОВЕРКА ВИБРОДАТЧИКОВ

Система предназначена для проведения периодической поверки и калибровки вибродатчиков методом сличения с образцовым датчиком, в соответствии с ГОСТ Р 8.669-2009 и методикой поверки МИ 1873-88. Программное обеспечение, входящее в состав системы, позволяет полностью автоматизировать процесс поверки.

Система позволяет проводить калибровку и периодическую поверку датчиков различного типа:

- акселерометров (пьезодатчиков) с зарядовым выходом;

- акселерометров с выходом ICP/IEPE;

- акселерометров с интеллектуальным интерфейсом TEDS;

- вибродатчики мгновенного значения виброскорости или виброперемещения с выходом по напряжению или токовым выходом 4-20 мА.

В состав системы входят:

- компьютер или ноутбук (характеристики в соответствии с требованиями к ПК для работы с ZETLab);

- источник бесперебойного питания для защиты от перебоев напряжения питания;

- вибростенд для воспроизведения вибрации(ВС-133или TV50018);

- усилитель мощности для усиления сигнала, подаваемого с генератора на вибростенд;

- анализатор спектра типа ZET 017 в промышленном корпусе - реализует задающие (режим "Генератор сигналов") и измерительные (режим "Вольтметр переменного тока") функции(ZET 017-U4 или ZET 017-U8);

- программа "Поверка вибродатчиков" для проведения поверки в автоматическом режиме в соответствии с ГОСТ Р 8-669;

- эталонный вибропреобразователь AP10 - для проведения поверки испытуемых акселерометров методом сличения с образцом. Подключение к анализатору спектра осуществляется через усилитель заряда;

- усилитель заряда ZET 440 - для подключения датчиков c зарядовым выходом;

- комплект крепёжных приспособлений - для установки датчиков на вибростенд;

- программатор TEDS - для сохранения результатов поверки в памяти датчиков, поддерживающих технологию TEDS;

- электрические эквиваленты датчиков - для калибровки анализаторов и проверки работоспособности усилителей заряда;

- преобразователь ток-напряжение - для подключения датчиков с токовым выходом;

- специализированное программное обеспечение для системы управления вибрацией ZETLAB VIBRO:

- для испытаний изделий на воздействие вибрации различного происхождения;

- для проведения аттестации вибростендов(Опция к анализатору спектра).

вибродатчик пьезокерамический акселерометр

Рис. 1. Система поверки вибродатчиков на базе вибростенда ВС-133

Система зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений.

Поверку вибропреобразователей можно осуществлять следующими способами:

- поверка на ударной установке;

- поверка на вибростенде.

2. ПОВЕРКА УДАРНОЙ УСТАНОВКЕ

На опоре ударной установки соосно устанавливаются образцовый и поверяемый вибродатчики, сигналы с которых поступают на усилитель заряда, а затем на входы анализатора. Процесс удара регистрируется анализатором спектра. Программа отображает форму импульсов образцового и поверяемого датчиков, по временным реализациям оценивается ширина и амплитуда импульса.

Конечным результатом поверки является заполненный протокол испытания по вибродатчику.

3. ПОВЕРКА НА ВИБРОСТЕНДЕ

На вибростоле соосно устанавливаются образцовый и поверяемый вибродатчики, сигналы с которых поступают на усилитель заряда, а затем на входы анализатора. Сигнал с генератора, входящего в состав анализатора спектра, поступает на усилитель мощности и катушку возбуждения вибростенда.

Генератор обеспечивает сканирование на заданных частотах и поддержание амплитудного ускорения на образцовом вибродатчике.

Поверочная схема имеет следующий вид:



Пользователь имеет возможность задания частотного диапазона для поверки вибродатчика и амплитудного ускорения, с которым необходимо проводить поверку.

Методом сравнения оценивается чувствительность вибродатчика и его погрешность с учетом всех составляющих. Конечным результатом поверки является заполненный протокол испытания по вибродатчику.

4. ПОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПОВЕРКИ ВИБРОДАТЧИКОВ

Программа предназначена для автоматизации процесса первичной или периодический поверки вибродатчиков. Поверка проводится на вибростенде методом сличения с образцовым датчиком.

В программе выбираются каналы, к которым подключены вибропреобразователи - образцовый и поверяемый. Из списка (базы данных) выбирается тип поверяемого вибропреобразователя. Далее одним нажатием на кнопку "Пуск" запускается автоматический процесс поверки: проводится калибровка на опорной частоте, определение амплитудной характеристики, снятие амплитудно-частотной характеристики. При снятии на амплитудной характеристики производится вычисление коэффициента преобразования на базовой частоте в нескольких точках амплитудно диапазона, включая крайние и базовое значение амплитуды виброускорения. При снятии амплитудно-частотной характеристики определяется коэффициент преобразования датчика на каждой частоте 1/3-октавного ряда в диапазоне измерений, с каждой точке обеспечивается заданный уровень ускорения (базовое значение амплитуды виброусткорения).

Для предотвращения порчи вибростенда или усилителя мощности вибростенда в случае обрыва линии связи "вибродатчик - анализатор спектра" или в случае падения одного из вибродатчиков предусмотрено ограничение максимально допустимого выходного напряжения с встроенного в анализатор спектра генератора.

После прохождения всех испытаний автоматически составляется протокол и свидетельство о поверке с указанием состояния поверяемого вибродатчика: годен/не годен.

Дополнительные возможности программы:

- возможность применения пользовательских шаблонов текстовых отчетов;

- возможность создания собственной базы данных датчиков;

- копирование графика в буфер Clipbord простым нажатием клавиш для последующей вставки в Word, Exсel и другие редакторы.

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

На вибростоле устанавливаются образцовый и поверяемый вибродатчики. Поверяемый датчик устанавливают в осевом направлении при проверках по пп. 10.11, 10.13, 10.14; в поперечном направлении - при проверке по п. 10.12.

Сигнал со встроенного генератора анализатора спектра ZET017 поступает на вибростенд через усилитель мощности. Выходные сигналы образцового и поверяемого датчиков поступают на входные каналы анализатора спектра. Если датчик имеет зарядовый выход, то он подключается к анализатору спектра через усилитель заряда. Датчики с выходом стандарта ICP подключается к анализатору спектра напрямую. Анализатор спектра подключается к компьютеру или ноутбуку, на котором установлено программное обеспечение ZETLAB и SCADA система ZETVIEW. Управление испытаниями производится в программе «Поверка вибропреобразователей по ГОСТ Р 8.669».

Рис. 2. Поверочная схема.

Измерения проводятся автоматически. Сначала определяется действительное значение коэффициента преобразования (чувствительность) поверяемого вибродатчика.

Далее проводятся измерения на опорной частоте в амплитудном диапазоне и определяется нелинейность амплитудной характеристики и измерения в частотном диапазоне с поддержкой заданной амплитуды и определяется неравномерность частотной характеристики.

Также проводится определение коэффициента преобразования в поперечном направлении.

Отчет о поверке сохраняются в файл в формате ".xls" - результаты измерений в табличном виде и свидетельство о поверке.

В программе предусмотрены ограничения максимального напряжения генератора и максимального виброперемещения, воспроизводимого вибростендом.



6. РАБОТА С ПРОГРАММОЙ

Программа имеет несколько вкладок. Вкладки "Главная", "К(А)", "К(f)" и "Кп" предназначены для проведения проверок, на вкладке "Текущие значения" отображаются осциллограммы и параметры сигналов.

Определение действительного значения коэффициента преобразования. При определении коэффициента преобразования воспроизводится виброускорение 1 g (10 м/с2) на базовой частоте вибропреобразователя. Коэффициент преобразования может определяться в следующих единицах измерения:

- мВ/g, пКл/g,

- мВ/(м·с2), пКл/(м·с2),

- мВ/(мм·с-1), пКл/(мм·с-1),

- мВ/мм, пКл/мм.

Рис. 3. Определение действительного значения коэффициента преобразования

Результатом измерений является действительное значение коэффициента преобразования и его отклонение от номинального значения.



Рис. 4. Результаты измерения действительного значения коэффициента преобразования

Действительное значение коэффициента преобразования поверяемого датчика Kд определяют по формуле:

где U_СУ - показания вольтметра по каналу поверяемого датчика, мВ; A_д - виброускорение, задаваемое поверочной виброустановкой (показания по каналу образцового датчика с учетом его коэффициента преобразования), м*с^-2 (g). Отклонение действительного значения коэффициента преобразования от номинального значения дКд определяется по формуле:

где: К_д - действительное значение коэффициента преобразования, К_н - номинальное значение коэффициента преобразования.



Измерения в амплитудном диапазоне

Амплитудная характеристика снимается на базовой частоте. Измерения проводятся в нескольких точках амплитудного диапазона, включая крайние и базовое значение амплитуды виброускорения. Количество точек задается оператором (или устанавливается автоматически при выборе типа датчика из базы).

Рис. 5. Снятие амплитудной характеристики

Результатом проверки является график значений коэффициента преобразования К_дi, полученных в каждой точке амплитудного диапазона i, и график отклонения К_дi от среднего значения К_ср.

На индикаторы выводится максимальное значение отклонения К_дi от К при базовом значении амплитуды и К_дi от К_ср.

Среднее арифметическое значение коэффициента преобразования в амплитудном диапазоне:



Относительное отклонение коэффициента преобразования в каждой точке амплитудного диапазона от среднего арифметического значения:

Рис. 6. Результаты измерения нелинейности амплитудной характеристики.

Нелинейность амплитудной характеристики:

Измерения в частотном диапазоне

Неравномерность частотной характеристики (ЧХ) вибропреобразователя определяется на фиксированных частотах 1/3-октавного ряда: 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,1; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25; 31; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12500; 16000; 20000 Гц. Начальная и конечная частоты выбираются оператором из списка (или устанавливаются автоматически при выборе датчика из базы). На каждой частоте воспроизводится постоянная амплитуда виброускорения и определяется коэффициент преобразования.

Рис. 7. Снятие частотной характеристики

Результатом проверки является график значений коэффициента преобразования К_дi, полученных в каждой точке частотного диапазона i, и график отклонения К_дi значения на базовой частоте К_д. На индикаторы выводится максимальное значение отклонения К_дi от К на базовой частоте.

Отклонение значений коэффициента преобразования в каждой точке частотного диапазона от значения на базовой частоте:



Рис. 8. Результат определения неравномерности частотной характеристики

Неравномерность частотной характеристики:

Определение относительного коэффициента поперечного преобразования

Определение относительного коэффициента поперечного преобразования проводится с помощью шестигранного приспособления - датчик устанавливается на вибростенд таким образом, что его измерительная ось перпендикулярна направлению вибрации.



Рис. 9. Сообщения оператору

В процессе измерений оператору выдаются сообщения "Поверните датчика на 60 (120, 180, 240, 300) градусов". В каждом положении проводится измерения коэффициента преобразования в поперечном направлении. Максимальное значение принимается за относительный коэффициент поперечного преобразования.

Рис. 10. Результаты измерения относительного К_п



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По окончании поверки результаты измерения сохраняются в файл. В качестве названия файла сохраняемого отчета используется тип и заводской номер датчика - так нужный отчет легко найти в архиве. Открыть последний сохраненный отчет можно непосредственно из программы поверки вибродатчиков.

Метод сравнения с образцом применим для всех типов акселерометров, и позволяет определять все основные электрические параметры датчиков.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Пьезоэлектрические датчики», Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В.;

2. «Справочник по пьезоэлектрическим акселерометрам и предусилителям», Марк Серридж, Торбен Р. Лихт.

3. Методические указания МИ 1873. Виброметры с пьезоэлектрическими и индукционными преобразователями. Методика поверки

Размещено на Allbest.ru

...