Средства измерения вибрации при проведении СОУТ

 

При проведении измерений в соответствии с любым из стандартов в области вибрационной безопасности следует использовать средства измерений, отвечаю­щие требованиям, которые установлены в
ГОСТ ИСО 8041–2006.

Для измерения вибрации применяют приборы, которые можно обозначить единым наименованием – виброметр. Прибор содержит чувствитель­ный элемент (датчик), электрические усилители и преобразователи сигнала, ин­тегрирующие цепочки, фильтры, показывающие устройства (стрелочные или цифровые). Чувствительный элемент виброметра (датчик вибрации) соединен гибким ка­белем с электронной и показывающей частью прибора.

Специфика измерения вибрации, отличающая контроль этого фактора, от рассмотренных ранее микроклимата, освещения и шума, состоит в том, что дат­чик вибрации должен находится (устанавливаться, крепиться) на создающем вибрацию объекте. Более того, этот датчик или промежуточное устройство, к ко­торому датчик крепится, должны практически располагаться между телом (яго­дицами, стопами ног, рукой) оператора и вибрирующим элементом машины, че­рез который передается вибрация на человека (сиденья, рычаги управления и ру­левые колеса транспортных машин, рабочие площадки стационарного или перемещающегося оборудования, рукоятка и элементы обхвата ручных машин, и т. п.). Тем самым корпус прибора (электронная и показывающая часть вибро­метра) оказывается механически связанным (кабелем датчика) с объектом кон­троля (оператором и оборудованием). В свою очередь, измеритель, проводящий измерения, снимающий показания виброметра и, как правило, держащий его в руках, оказывается также «привязанным» и к вибрирующему объекту, и к его опе­ратору. «Контактный» метод контроля вибрации создает существенные трудно­сти при его проведении.

В настоящее время датчиками вибрации являются акселерометры – пьезо­электрические датчики [13, 21]. В них используют пружинно-массовую систему. Сейсмическая масса крепит­ся к основанию осевым болтом, который прижимает кольцевую пружину. Между массой и основанием вставляется пьезоэлемент. Когда на него воздействует сила, на его поверхностях появляется электрический заряд. Материалов с такими свой­ствами очень много, но чаще всего используют кварц. Существуют также синте­тические керамические пьезоматериалы, которые работают довольно хорошо, причем даже при более высоких температурах, чем позволяет кварц.

При перемещении акселерометра вверх или вниз на сейсмическую массу воз­действует сила со стороны чувствительного элемента. Это единственная сила, действующая на массу, поэтому она пропорциональна ускорению последней, ко­торое совпадает с ускорением всей системы. Масса со своей стороны давит на чувствительный элемент с такой же по величине (и противоположной по направ­лению) силой. Так как заряд и напряжение на пьезоэлектрическом элементе пря­мо пропорциональны величине этой силы, в итоге на выходе получают электри­ческий сигнал, пропорциональный ускорению.

Акселерометр можно повредить двумя способами: подвергнуть его воздейст­вию избыточной температуры или бросить на твердую поверхность.

Пьезоакселерометры обладают чрезвычайно большой линейностью по ам­плитуде, поэтому у них очень большой динамический диапазон, могущий охва­тывать восемь порядков, или 160 дБ. Никакой другой датчик не способен на это.

Следует выбирать такой акселерометр, динамический диапазон которого больше ожидаемых при измерении амплитудных значений (или их уровней). Так, при измерении локальной вибрации ручных пневматических молотков создавае­мое ими виброускорение может достигать 50 000 м/с² (правда, такие величины возникают на частотах, лежащих далеко за пределами нормируемого диапазона). Необходимый динамический диапазон также должен быть обеспечен и осталь­ными элементами измерительного тракта.

Частотный диапазон акселерометров очень широк и может простираться для некоторых моделей от очень низких частот до десятков килогерц. Высокочастот­ная характеристика ограничена резонансной частотой системы сейсмическая масса – пьезоэлемент. Из-за этого резонанса датчик выдаст очень сильный пик напряжения в ответ на возбуждение на его собственной частоте, которая для наи­более распространенных акселерометров составляет около 30 кГц. В соответст­вии с ГОСТ ИСО 5348–2002 основная частота резонансных колебаний датчика (его собственная частота) должна быть не менее чем в пять раз выше верхней гра­ницы измеряемого частотного диапазона. Для локальной вибрации верхняя гра­ница измеряемого частотного диапазона составляет 1400 Гц (октава – 1000 Гц), а для общей вибрации – 90 Гц (октава – 63 Гц). Для обычно применяемых акселе­рометров сформулированное требование легко обеспечивается. Однако не следу­ет путать собственную резонансную частоту датчика с резонансной частотой сис­темы его крепления (установки) на контролируемом объекте. Собственная часто­та системы «датчик – устройство крепления – объект» (частота установочного резонанса) значительно ниже, и необходимо обеспечить, чтобы она была не ме­нее чем в два раза выше верхней границы измеряемого диапазона. А это требова­ние, особенно для локальной вибрации, измеряемой в диапазоне до 1400 Гц и с помощью достаточно сложных промежуточных устройств, выполнить уже не так просто. Труднее всего обеспечить выполнение этих требований при наличии уп­ругих покрытий мест, где должна измеряться вибрация.

Резонансная частота системы установки (крепления) акселерометра сильно зависит от способа его крепления и от массы как самого датчика, так и промежу­точных приспособлений (табл. 2.45) [21].

Среди способов креплениявиброакселерометров к измеряемому объекту, наи­лучшим является установка с помощью резьбового соединения (на шпильке или винтом) (рис. 2.19) с поверхностью контакта машины с телом (рукой) человека. В этом слу­чае за счет большой жесткости соединения датчика с объектом обеспечивается наиболее высокая собственная частота установочного резонанса.

Таблица 2.45