Пьезоэлектрические дачики ускорения. Вибродатчики/Акселерометры.

ВведениеПрименениеОсобенности

4500-4501
вибродатчики 4500 и 4501

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.схема конструкции вибродатчиков 4500-4501

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 4505A