Аттестация вибростендов с помощью приборов серии Экофизика

Рекомендации по применению

В настоящей статье рассмотрены рекомендации по использованию виброметров-анализаторов спектра Экофизика-111В, Экофизика-110В и Экофизика-110А для аттестации вибростендов по ГОСТ 25051.3-83.

Эти измерения можно проводить как в ручном режиме, так и в автоматизированном. Для измерений в ручном режиме либо непосредственно снимают показания с индикатора виброметора, либо анализируют записи измерений, сделанных виброметром на ПК.  Для измерений в автоматическом режиме прибор подсоединяется к персональному компьютеру  по каналу USB, после чего процесс измерений контролируется специализированным программным обеспечением Signal+ShakerTest (по запросу). Настоящая статья не рассматривает особенности полностью автоматизированного способа проведения измерений.

 

Рекомендуемые средства измерения для аттестации вибростендов в ручном режиме

1. Виброметр-анализатор спектра Экофизика-111В, Комплект "Виброэксперт-111В" - 1 шт.

  • трёхканальный измерительно-индикаторный блок ЭКОФИЗИКА-111В  с тремя входами BNC (ICP/IEPE),
  • трёхкомпонентный вибропреобразователь АР2038Р-10 (10 мВ/g),
  • сумка,
  • два комплекта аккумуляторов с зарядным устройством,
  • руководство по эксплуатации с паспортом и свидетельством о поверке,
  • набор измерительных программ "Инженерная виброметрия ЭФБ-110В",
  • набор измерительных программ модулей "Санитарная виброметрия ЭФБ-110В"

2. Однокомпонентный вибропреобразователь АР2037 - 2 шт.

3. Пакет программ Signal+3G ShakerTest

4. Адаптер телеметрии ЭКО-DIN-DOUT - 1 шт.

Определение нестабильности ускорения и вибрационного шума вибростенда

Определение нестабильности ускорения

Описание процедуры испытания:

  • Вибростенд работает в режиме генерации синусоидального сигнала на частоте \sqrt{f_1f_2} (f1 и f2 – нижняя и верхняя частоты номинального диапазона стенда), либо 400 Гц, либо другая характерная частота.
  • Уровень ускорения 0,7 от верхнего предела вибростенда.
  • Оценивается максимальное отклонение виброускорения (в направлении генерации) стенда at от заданного значения aв течение длительного периода времени (несколько часов): \varphi _a=max\frac{\left | a_t-a_0 \right |}{a_0}
  • Измерения проводят только в направлении генерации. При работе с трёхкомпонентным датчиком AP2038P-10 используют только тот его измерительный канал, который соответствует рабочей оси вибростенда.

Рекомендация по применению прибора Экофизика-111В и Экофизика-110В (Белая)

  • Используемый вибропреобразователь: АР2037 или АР2038-10 
  • Способ измерения:
  • А) Измерение и обработка средствами встроенного в прибор ПО 
    Б) Измерение с записью результатов в память прибора и последующая обработка в ПО на компьютере
  • Режим измерения:
    Локальная вибрация (с некоторыми ограничениями можно использовать режим 1/3-октавного анализатора)
    Запись в память результатов
    ​       Ручная: «Групповая запись» (для последующей обработки без ПО).
           Автоматическая: «Автозамер», шаг 5-10 с или «Мультизапись»; продолжительность 1-2 ч 
  • Обработка результатов:
    Вариант А) Вызвать файл из памяти на индикатор; для измерений в автоматическом режиме (автозамер, мультизапись) следует перейти в конец файла и выбрать значения 5с-СКЗ-max и 5с-СКЗ-min для для частотной коррекции Fh; в случае ручной записи в режиме группового замера в окне сводки для величины Fh-Leq выбрать максимальное и минимальное значение величины ускорения aFh. Рассчитать \varphi _a=max\frac{\left | a_F_h-a_0 \right |}{a_0}
    Вариант Б) Открыть файл измерений на компьютере в п/о Signal+3G, построить историю изменения уровня корректированного ускорения Fh 5с-СКЗ для канала, соответствующего рабочей оси вибростенда; выделить участки интереса ("зона обработки") и использовать функцию «Обработка» для расчета максимальных, средних и процентных уровней. Максимальный и минимальный уровни в дБ (La) пересчитать в линейные единицы (м/с2), а затем рассчитать коэффициент нестабильности аналогично варианту А.

Определение вибрационного шума на столе вибростенда

Процедура испытания аналогична приведенной выше для нестабильности ускорения со следующими отличиями:

  • испытание проводят при включенной установке, но при отсутствии сигнала возбуждения;

  • продолжительность измерения (записи данных) выбирают исходя из условия представительности (ориентировочно, 3-5 мин);

  • при обработке результатов группового замера (ручная запись в память) за результат измерения принимают среднее арифметическое по всем представительным замерам; при обработке файла автоматической записи в память (автозамер, мультизапись) за результат измерения принимают среднеквадратичное значение (Leq) для выделенного участка временной истории длительностью не менее 60 с, который следует выбирать так, чтобы на нем отсутствовали внешние помехи.

 

Определение диапазонов и пределов погрешности поддержания виброускорения

Описание процедуры определения диапазонов воспроизведения параметров вибрации вибростенда:

  • За нижний предел ускорения и перемещения принимают уровень вибрационного шума (см. выше), умноженный на 4.
  • За верхний предел ускорения и перемещения принимают наименьшие из воспроизводимых в номинальном диапазоне частот при параметрах возбуждения, не превышающих допустимых значений.
  • За номинальный диапазон частот принимают интервал, в котором обеспечивается воспроизведение ускорений и перемещений в номинальных диапазонах.

Таким образом, при аттестации просто подтверждают заявленные значения диапазонов

Описание процедуры испытаний при определении погрешности поддержания виброускорения в контрольной точке

Вибростенд работает в режиме генерации синусоидального сигнала с перестраиваемой частотой по ГОСТ 25051.3-83 скорость развертки не более 2 октавы в мин, в ряде случаев выполняют измерения на фиксированных частотах; например,  40 Гц, 100 Гц, 400 Гц, 800 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц. Уровень ускорения должен составлять 0,7 от верхнего предела. Измерения проводят только в направлении генерации. При работе с трёхкомпонентным датчиком AP2038P-10 используют только тот его измерительный канал, который соответствует рабочей оси вибростенда.

Оценивается максимальное отклонение виброускорения стенда от заданного значения \delta _a=max\frac{\left | a_f-a_0 \right |}{a_0}, где af - измеренное ускорение на частоте f, a0 - заданное ускорение вибростенда

 

Рекомендация по применению приборов Экофизика-111В и Экофизика-110В (Белая)

  • Используемый вибропреобразователь: АР2037 или АР2038
  • Режим измерения:  "1/3-октавный анализатор X, Y, Z"
  • Процедура измерений:
    - для каждой частоты возбуждения измеряется спектр среднеквадратичных уровней ускорения в дБ; характеристика усреднения СКЗ-5с, СКЗ-10с или Leq.
    - для каждого измеренного спектра проводят энергетическое суммирование по 1/3-октавам, охватывающим частотный диапазон стенда (например, 5 Гц – 2 кГц), используя экранные функции прибора или возможности п/о Signal+) либо вручную:
    L_{a,f1-f2}=10\times lg\left ( \sum_{f=f_1}^{f_2}\10^0^,^1^L^_{a,f} \right ),
     
  • a_f_1_-_f_2=a_{ref} \times 10^{0,05} \times L^_a_,_f_1_-_f_2,
    где aref - использованный в приборе опорный уровень ускорения.
  • Чтобы перевести ускорение (a) в перемещение (d) на частоте f можно использовать формулы:
    d(f) \left [ m \right ]=\frac{a(f))\left [ m/s^2 \right ]}{4\pi ^2f^2}, 
    L_d_,_f\left [ dB \right ]=L_a_,_f\left [ dB \right ]+20lg\left ( a_r_e_f/(4\pi ^2f^2d_r_e_f) \right ).
    Автоматический расчёт спектра перемещения по этим формулам можно получить , выбрав функцию двойного интегрирования через меню режима (см. соотв. РЭ)

Определение коэффициента гармоник вибростенда

Описание процедуры испытания

Вибростенд работает в режиме генерации синусоидальной вибрации на верхнем пределе воспроизводимого ускорения.
Измеряют коэффициент гармонических искажений аналогового электрического сигнала, поступающего от первичного преобразователя (вибродатчика; рассматривается только одна компонента ускорения в направлении рабочей оси вибростенда) при разных частотах возбуждения в номинальном диапазоне частот установки; например: 20, 40, 63 (60), 80, 100, 125 (120), 160, 200, 400, 630 (600), 800, 1000, 1600 (1500), 2000 Гц.

 

Рекомендации по применению виброметров Экофизика-111В и Экофизика-110В (Белая)

В данном параграфе излагается методика измерения коэффициента гармонических искажений (КГИ) низкочастотных сигналов (примерно от 2 до 2000 Гц) для тех случаев, в которых достаточна погрешность измерения КГИ порядка 10%. Частота сигнала при этом не должна попадать на границу смежных стандартизованных третьоктавных полос (ГОСТ Р 8.714)

Примечание - Измерения КГИ в более широком частотном диапазоне или для частот, не соответствующих ограничениям настоящих рекомендаций, с помощью приборов Экофизика-110А и Экофизика-111В могут быть выполнены с использованием дополнительного программного обеспечения Signal+AudioTest или Signal+ShakerTest, которое обрабатывает цифровые сигналы, передаваемые с выхода прибора во внешний компьютер в режиме телеметрии.

  • Используемый вибропреобразователь: АР2037 или АР2038
  • Режим измерения:  "1/3-октавный анализатор X, Y, Z"
  • Процедура измерений:
  1. В соответствии со схемами подключения руководства по эксплуатации виброметра подключают первичный преобразователь (например, 1-компонентный акселерометр АР2037-10 или соответствующий канал 3-компонентного акселерометра АP2038Р) кo входу измерительно-индикаторного блока (ИИБ).
  2. Включают ИИБ  в режим «1/3-октавный анализатор XYZ». В меню режима (клавиша [МЕНЮ]) проверяют, что для соответствующего канала выбран правильный первичный преобразователь.
  3. Включают сигнал возбуждения виброустановки и запускают измерения (клавиша [СТАРТ/СТОП]). Для оперативной оценки спектра удобно выбрать индикацию усредненных спектров «1 сек» в окне «График». Следует убедиться, что в спектре присутствует доминирующая компонента на основной частоте исследуемого сигнала.Примечание - Если такая компонента отсутствует, убедитесь, что на индикатор виброметра выводятся данные правильного канала (обозначение канала в левом верхнем углу), что датчик правильно подсоединен к источнику сигнала и что сигнал действительно включен.
  4. Устанавливают частотный курсор на доминирующую компоненту, дожидаются стабилизации показаний уровня  (допустимые вариации +/-0,2 дБ); для средних и низких частот для обеспечения стабильности индикации уровня может потребоваться переключение на усреднение 5 с или 10 с. Регистрируют показания уровней в дБ для основной компоненты, а также второй и третьей гармоник в соответствии с таблицей.

 

Рекомендуемые частоты сигнала возбуждения, Гц

1/3 октава основной компоненты

1/3 октава второй гармоники (номинальная частота), Гц

1/3 октава третьей гармоники (номинальная частота), Гц

fm, точная среднегеом. частота, Гц

Номинальная частота, Гц

от

до

1,94

2,04

1,995262

2

4

6,3

2,44

2,57

2,511886

2,5

5

8

3,08

3,24

3,162278

3,15

6,3

10

3,8

4,08

3,981072

4

8

12,5

4,8

5,1

5,011872

5

10

16

6,1

6,4

6,309573

6,3

12,5

20

7,7

8,1

7,943282

8

16

25

9,7

10,2

10

10

20

31,5

12,2

12,9

12,58925

12,5

25

40

15,4

16,2

15,84893

16

31,5

50

19,4

20,4

19,95262

20

40

63

24,4

25,7

25,11886

25

50

80

30,8

32,4

31,62278

31,5

63

100

38,7

40,8

39,81072

40

80

125

48,8

51,4

50,11872

50

100

160

61,4

64,7

63,09573

63

125

200

77,3

81,5

79,43282

80

160

250

97,4

102,6

100

100

200

315

122,6

129,2

125,8925

125

250

400

154,3

162,7

158,4893

160

315

500

194,3

204,8

199,5262

200

400

630

244,6

257,8

251,1886

250

500

800

308,0

324,6

316,2278

315

630

1000

387,7

408,7

398,1072

400

800

1250

488,1

514,5

501,1872

500

1000

1600

614,5

647,7

630,9573

630

1250

2000

773,6

815,5

794,3282

800

1600

2500

974,0

1026,6

1000

1000

2000

3150

1226,2

1292,5

1258,925

1250

2500

4000

1543,7

1627,1

1584,893

1600

3150

5000

1943,4

2048,4

1995,262

2000

4000

6300

5. Рассчитывают коэффициент гармонических искажений по формуле:

THD=\sqrt{10^{0,1(хL_2-L_1)}+10^{0,1х(L_3-L_1)},

THD - коэффициент гармоник,  L1 уровень основной спектральной компоненты в дБ, L2 и L3 – уровни в дБ второй и третьей гармоник соответственно.
Относительная погрешность измерения КГИ (TDH) по настоящей методике не превышает ±8%.

 

Определение коэффициента поперечных составляющих вибростенда в ручном режиме

Описание процедуры испытания:

Вибростенд работает в режиме генерации синусоидального сигнала на уровне не менее 0,3 верхнего предела ускорения установки; измеряют среднеквадратичные значения ускорения в номинальном диапазоне частот в трёх направления для разных частот возбуждения в номинальном частотном диапазоне установки; например 20, 40, 63 (60), 80, 100, 125 (120), 160, 200, 400, 630 (600), 800, 1000, 1400, 1500, 1600, 1700, 1900, 2000.

Коэффициент поперечных составляющих рассчитывается как отношение корня из суммы квадратов поперечных составляющих виброускорения к СКЗ ускорения в рабочем направлении вибростенда.

 

Рекомендации по применению виброметров Экофизика-111В и Экофизика-110В (Белая):

  • Используемый вибропреобразователь: АР2038Р  (3-компонентный), устанавливается на рабочий стол в контрольную точку и подключается ко входам ИИБ виброметра; при этом определяют канал измерений, соответствующий рабочей оси виброметра (z). 
  • Режим измерения: "1/3-октавный анализатор X, Y, Z" 
  • Процедура измерений:
    1. Для каждой частоты возбуждения измеряется спектр среднеквадратичных уровней ускорения в дБ по каждому каналу; характеристика усреднения СКЗ-5с, СКЗ-10с или Leq (в данном режиме эти спектры измеряются одновременно).
    2. проводят энергетическое суммирование по 1/3-октавам, охватывающим частотный диапазон стенда (например, 5 Гц – 2 кГц), используя экранные функции прибора или возможности п/о Signal+, либо вручную (см.  раздел "Определение диапазонов и пределов погрешности поддержания виброускорения")
    3. рассчитать коэффициент поперечных составляющих: K_t=\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2}}{a_z}

Определение коэффициента неравномерности распределения ускорения вибростенда

Описание процедуры испытания

Вибростенд работает в режиме генерации синусоидального сигнала на уровне не менее 0,3 верхнего предела ускорения установки; измеряют среднеквадратичные значения ускорения в направления рабочей оси для разных частот возбуждения в трех различных точках (одна из них – контрольная) в номинальном частотном диапазоне (частоты испытания могут быть аналогичны частотам предыдущего пункта). Коэффициент неравномерности рассчитывают как относительное максимальное отклонение ускорения в дополнительных точках от ускорения в контрольной точке.

Рекомендации по применению виброметров Экофизика-110В и Экофизика-111В:

  • Используемые вибропреобразователи: три однокомпонентных акселерометра АР2037 (или 2 шт. АР2037 и 1 шт. АР2038Р, причём к ИБ виброметра подключается только тот выход АР2038Р, который соответствующий рабочей оси вибростенда).
  • Режим измерения: «1/3-октавный анализато X, Y, Z»
  • Процедура измерений:
    1. Для каждой частоты возбуждения измеряется спектр среднеквадратичных уровней ускорения в дБ по каждому каналу; характеристика усреднения СКЗ-5с, СКЗ-10с или Leq.
    2. Проводят энергетическое суммирование измеренных 1/3-октавных уровней виброускорения для частотных полос, охватывающих частотный диапазон стенда (например, 5 Гц – 2 кГц), используя экранные функции прибора или возможности п/о Signal+, либо вручную (см. в пункте )
    3. Рассчитывают коэффициент неравномерности:
      \Theta =\frac{max\left | a_i-a_k \right |}{a_k} \times 100\%,
      где ai- ускорение в точке i в м/с2, ak - ускорение в контрольной точке в м/с2.