книги из ГПНТБ / Максимов Л.С. Измерение вибрации сооружений справ. пособие

На рис. 4.14 показана также область параметров, которые можно было бы измерить с помощью сейсмоприемников СКД (СГКД и СВКД), если условия позволят применять столь крупногабаритные и тяжелые датчики. В табл. 4.3 и на рис. 4.14 приведены также данные об областях

частот и ускорений, которые могут быть записаны с помощью пьезо­ акселерометра АПТ-1, а также комплекта из пьезоакселерометра 4338 с усилителем заряда 2624, соединяемым с любым светолучевым осцил­

132

Приборы со встроенным стрелочным указателем предназначены главным образом для работы в качестве переносных измерителей ампли­ туды или среднеквадратичных уровней перемещений, скоростей или ускорений. Обычно они состоят из измерительного блока со встроенным батарейным или аккумуляторным питанием и датчика, соединяемого с измерительным блоком кабелем. Иногда батареи или аккумуляторы выносятся в отдельный блок, при необходимости жестко соединяемый с измерительным блоком в одну упаковку. В комплект может входить также дополнительный блок питания от сети переменного тока, позво­ ляющий не расходовать батареи при измерениях в стационарных усло­ виях, и выпрямитель для зарядки аккумуляторов.

Некоторые из этих приборов имеют выходные клеммы для подклю­ чения анализаторов или регистрирующих приборов, поэтому по фор­ мальному признаку должны были бы быть отнесены к третьей группе. Но практически использовать их целесообразно именно для работы с прямым снятием отсчетов по стрелочному указателю.

Области кинематических параметров вибрации, измеряемые неко­ торыми из этих приборов, указаны в табл. 4.3 и графически изобра­ жены на рис. 4.15. Естественно, что при малых размерах и весе датчи­ ков эти приборы перекрывают лишь сравнительно высокочастотную область.

Приборы со встроенным стрелочным указателем и выходом на ре­ гистрацию используются для динамических исследований сооружений редко. Это объясняется тем, что они проектировались для других целей, поэтому их характеристики оказываются подходящими лишь для неко­ торых специальных измерений в области динамики сооружений. В част­ ности, область кинематических параметров вибрации, измеряемых этой аппаратурой, перекрывает лишь часть области параметров колебаний сооружений. Если необходимы многоканальные измерения, то оказы­ вается, что вес и габариты этой аппаратуры в расчете на один канал в несколько раз выше, чем при гальванометрической регистрации, а точ­ ность и надежность — хуже.

В табл. 4.3 и на рис. 4.16 приведены технические характеристики и области кинематических параметров, измеряемых некоторыми наиболее распространенными из этих приборов. Нижние пределы измеряемых па­ раметров приняты равными 0,1 от верхнего предела наиболее чувстви­ тельной шкалы стрелочного указателя. Исключением является лишь предназначенный главным образом для регистрации прибор ВИ6-5МА, в котором стрелочный указатель имеет вспомогательное значение. Для этого прибора нижний предел измеряемых амплитуд перемещений опре­ делен из расчета, что при чувствительности прибора Sn= 5 ма/мм один из самых чувствительных гальванометров, перекрывающих частотный диапазон 10-М20 гг;,— гальванометр М1012-300 — имеет чувствитель­ ность Sr = 500 мм/ма-м, так что при стандартной длине светового ука-. зателя осциллографа 1=0,3 м увеличение канала SnSrl= 750. Следова­ тельно, одномиллиметровая амплитуда записи на ленте осциллографа будет соответствовать амплитуде колебаний ~ 1,3 мкм. В табл. 4.3 и на рис. 4.16 с некоторым запасом указано 2 мкм. Аналогично подсчитан и нижний предел измеряемого ускорения. Ниже приводится краткое опи­ сание наиболее доступных приборов этой группы. Описание НВА-1 дано в гл. 9!

Аппаратура ВА-1 (рис. 4.17) предназначена для работы в лабора­ торных и цеховых условиях и обеспечивает измерение пиковых и средне­

работы (перемещение, скорость, ускорение), имеются два делителя: один с шагом в 20 дб с пределами от 0 до 40 дб, а другой с шагом в 10 дб

133

Рис. 4.15. Области кинематических параметров вибрации, измеряемых прибо­ рами со встроенными стрелочными указателями

корение); 9 — 2510

по смещению •*- 0,3 и 0,1 мм на частотах до 50 гц, 0,3- ІО“2 и 10-Злг;ина частотах 50—500 гц предназначены для качественной оценки параметров вибрации. Изготовитель не гарантирует определенной точности измере­ ния на этих шкалах. Стрелочный указатель имеет неравномерные шкалы в уровнях и децибелах с первым делением на 0,1 от верхнего предела

134

и включается через переключатель «род измерения» (пик., эфф., быстро, медленно). Прибор имеет внутренний источник калибровочного сигнала и гнездо «выход» для подключения регистрирующей или анализирую-

2ЯГА,

м/сек

10 f /n ю

Рис. 4.16. Области кинематических параметров вибрации, измеряемых прибо­ рами со встроенными стрелочными указателями и выходом на регистрацию

щей аппаратуры с входным сопротивлением не менее 5 ком. Время прогрева аппаратуры — не менее 30 мин, непрерывной работы — не бо­ лее 8 ч.

135

Аппаратура ВА-2 (рис. 4.18) во многом аналогична аппаратуре ВА-1 и отличается от нее несколько более высокими верхними преде­ лами измеряемых величин, наличием встроенных фильтров низких и высоких частот и отдельных коммутатора на 10 точек и блока управ­ ления. Измеряются пиковые, средневыпрямленные и среднеквадратичные

значения (см. гл. 9). Блок управ­

регистрировать амплитуды в шести точках (12 составляющих) с интер­ валами времени не более одной минуты между двумя последующими измерениями каждой составляющей. В этом случае результаты измере-

Рис. 4.18. Аппаратура ВА-2 (без предусилителя)

ния наносятся в виде точек на ленту потенциометра. При этом стре­ лочный указатель подключается к одному из датчиков. По указанию заказчика изготовитель может установить верхний предел измеряемой амплитуды не только 150, но и 25, 50, 75 мкм (для каждого комплекта только один предел).

Датчики СВ-4, входящие в состав аппаратуры, двухкомпонентные, индукционные, с компенсацией внешнего магнитного поля, имеют собст­ венную частоту 7,5±1 гг;, КЭМС ~ 5 в-сек/м, внутреннее сопротивление

136

2700 ом, габариты 175X125X85 мм и вес 1,9 кг. Эта аппаратура может использоваться и для постоянного контроля уровня вибраций наиболее ответственных промышленных сооружений, фундаментов турбоагрегатов и рабочих мест обслуживающего персонала.

Аппаратура SDM 132 содержит в одном корпусе трехканальный усилитель с двумя интегрирующими каскадами в каждом канале, ис­ пользуемыми при измерении скоростей и перемещений, и подключаемый к любому каналу измерительный блок со стрелочным указателем и элек­

указателя соответствует эффективное выходное напряжение усили­ теля 1 в.

При измерении только стрелочным указателем нижние пределы измерений могут быть установлены в 10 и 100 раз меньше. Имеется также дополнительный блок типа SDM 162 из 6 усилителей без измери­ теля, подключение которого к S£>M 132 позволяет создать 9-канальную установку.

Эта аппаратура перекрывает почти всю область возможных пара­ метров колебаний четвертой группы сооружений (см. рис. 1) и большую часть области первой группы. Однако широкое ее использование для измерения колебаний сооружений затруднено ограничением длины ка­ беля от датчика до аппаратуры недостаточной величиной 1,5 м.

В настоящее время эта аппаратура заменяется приборами новых типов.

Все описанные выше приборы работают с генераторными датчи­ ками. В табл. 4.3 включены также два типа аппаратуры с параметриче­ скими (индуктивными) датчиками.

Аппаратура ВИ6-5МА — виброизмерительная, индуктивная, 6-каналь- ная, пятый тип, малогабаритная предназначена для измерения вибра­ ционных перемещений и ускорений, а также относительных перемещений и давлений.

Аппаратура состоит из генераторно-усилительного блока того же типа, полупроводникового блока питания типа БПП-1, набора датчиков (21 шт.) и соединительных кабелей.

Генераторно-усилительный блок содержит генератор несущей ча­ стоты 6 кгц, который для исключения взаимного влияния каналов пи­ тает каждый из 6 каналов через свой усилитель мощности. В датчиках, включенных по дифференциально-трансформаторной схеме, осуществля­ ется амплитудная модуляция сигнала несущей частоты. Токи, наводимые во вторичных обмотках, выпрямляются, и их разность через специаль­ ный фильтр подается на выходные гнезда, предназначенные для подклю­ чения светолучевого осциллографа. При отсутствии сигнала эта разность равна нулю, а при наличии сигнала — пропорциональна ему в пределах линейного участка характеристики датчика.

В блоке питания постоянный ток преобразуется в стабилизирован­ ные напряжения 160 в, 130—150 ма и 6,3 в, 3,5—4 а, необходимые для питания генераторно-усилительного блока.

Измерение вибрационных перемещений осуществляется с помощью датчиков типа ДВ-1 с осевой подвеской сейсмомассы. Собственная ча­ стота горизонтального датчика ДВ-1 Г составляет 5—6 гц, а вертикаль­ ного ДВ-1В равняется 8—10 гц. Чувствительность аппаратуры с этими датчиками не менее 5 маімм, диапазон частот 10-М20 гц. Масса дат­ чика без кабеля 150 г.

137

Измерение ускорений осуществляется с помощью датчиков типа ДУ-5, имеющих собственную частоту 400 гц, рабочий диапазон частот

О—120 гц перемещения соответственно до 8—12 и 16—25 мм, имеющие массу (без кабеля) соответственно 75 и 165 а и обеспечивающие чувст­ вительность аппаратуры соответственно 2 и 1 ма/мм, а также датчики давления типа ДД-6, описанные в гл. 6. Длина штатных кабелей от датчика до аппаратуры 25 м, но может быть увеличена до 80 м и бо­

Возможна' совместная работа двух-трех комплектов такой аппара­ туры, для чего их несущие частоты синхронизируются с помощью ка­ беля, соединяющего специальные клеммы «синхронизация». При необхо­ димости объединения большего числа комплектов необходимы некото­ рые изменения в схеме, описанные в инструкции к аппаратуре.

Применение этой аппаратуры для динамических исследований соору­ жений ограничивается из-за узости ее частотного диапазона при измене­ нии перемещений. Но в тех случаях, когда требуется одновременное из­ мерение не только кинематических параметров вибрации, но и других величин, универсальность аппаратуры вызывает стремление ее использо­ вать, тем более что не представляет сложности самостоятельное изготов­ ление индуктивных датчиков силы (динамометров) и других величин.

Аппаратура UM 131 {UM 111) представляет собой универсальный измерительный блок, вырабатывающий напряжение несущей частоты 5 кгц, равное 1, 2, 4, 8 в, для питания параметрических датчиков, вклю­ чаемых по схеме внешнего полумоста или полного моста, и содержащий стрелочный указатель, показывающий по желанию либо постоянную со­ ставляющую измеряемой' величины, либо эффективное значение, либо положительное или отрицательное пиковое значение переменной состав­

перекрытием Іт 1000) и плавную регулировку в пределах 10,5 дб, позво­ ляющую сопрягать датчик любой чувствительности с прибором, так чтобы цифры шкалы последнего соответствовали чувствительности всего

Для работы с этой аппаратурой выпускаются шеститочечный ба­ лансировочный прибор UMM161 (с помощью которого можно пооче­ редно подключать добавочные датчики, а при необходимости еще и до­

В табл. 4.3 и на рис. 4.16 приведены границы области ускорений, пе­ рекрываемой этим прибором при работе его с датчиками 1В102, 1В202 и 1В301, наиболее подходящими по своим параметрам для измерения колебаний сооружений.

138

228, 248], базирующаяся на'использовании параметрических датчиков

тель тонкой проволоки (рис. 5.1, а), который соединяют с элементом конструкции таким образом, что деформации элемента конструкции и чувствительного элемента происходят совместно. Изменение омического сопротивления тензорезистора, пропорциональное деформациям его чув­ ствительного элемента, измеряется с помощью специальной аппаратуры. Результаты этих измерений обрабатываются с использованием расчет­ ных методов либо сравниваются с результатами измерений, проведен­ ных на эталонных элементах с известной деформацией, что дает воз­ можность получить количественные характеристики неизвестной дефор­

При деформации происходит изменение размеров. Например, при растяжении увеличивается .длина и уменьшается площадь поперечного сечения. Кроме того, из-за различных физических факторов меняется и удельное сопротивление. Продифференцировав выражение (5.1), разде­ лив дифференциал на R и учитывая, что dS/S = —2 р dl/l, где р — ко­ эффициент Пуассона, получим

140

Входные цепи приборов для измерения с тензорезисторами стро­ ятся таким образом, чтобы исключить влияние постоянной составляю­ щей сопротивления, так как изменение сопротивления тензорезистора, связанное с его деформациями, относительно невелико — от тысячных до десятых долей процента. Этой цели отвечают два типа схем: мосто­

начальной балансировке моста. Эта схема может использоваться для измерения статических и динамических деформаций.

П о т е н ц и о м е т р и ч е с к а я схема, как правило, питается по­ стоянным напряжением Unнт и содержит последовательно включенные постоянное сопротивление нагрузки Rn и переменное сопротивление тен­ зорезистора R. Падение напряжения на тензорезисторе

при R,!^$>R может считаться пропорциональным R. При быстром изме­ нении сопротивления R через конденсатор С проходит переменная состав­ ляющая и их напряжения UR, которая затем усиливается и регистриру­

ется или измеряется. Потенциометрическая схема с питанием постоян­ ным напряжением может использоваться для измерения только динамических деформаций с достаточно высокочастотным спектром.

Деформируясь вместе с волокном конструкции, с которым он со­ единен, тензорезистор позволяет измерить деформации вдоль своей оси. Для исследования плоского напряженного состояния, если направления осей главных деформаций неизвестны, необходимо соединить с конструк­

При расположении преобразователей в прямоугольных розетках, обоз­

против часовой стрелки относительно первого, можно определить зна­ чения главных деформаций еі и гг и угол ср, отсчитываемый против часовой стрелки между осью первого тензорезистора и осью 8і по фор­ мулам:

141