SOLSKI CENTER POSTOJNA SREDNJA SOLA Cesta v Staro vas 2 6230 POSTOJNA

MERJENJE VIBRACIJ

Seminarska naloga iz Merilne tehnike

Dijaka: Vid VADNU Profesor: Slavko Božič Matej PETELIN

Postojna, junij 2008

KAZALO

1

1. NEKAJ O VIBRACIJAHVibracije, ki zahtevajo merjenje, se pojavljajo na najrazličnejših področjih, so lahko posledica najrazličnejših pojavov, obravnavajo pa jih najrazličnejše znanstvene vede. Še posebej nezaželjene pa so vibracije v industrijskem okolju. Tu se merjenje vibracij največ uporablja, saj so lahko vzrok za kvarjenje in obrabo strojev ali pa povzročajo motnje v delovanju strojev ali proizvodnji. Z vibracijami so v veliki meri povezane veličine, kot so premik, hitrost in pospešek, te pa lahko merimo s številnimi metodami in merilniki, ki so danes dostopni.

2

Poleg vseh vibracij v našem okolju, jih v veliki meri merimo v industrijskem okolju, kjer so povezane z delovanjem strojev in vplivajo na njihovo kvarjenje, obrabo, vzdrževanje in delovanje s čimer tudi na kvaliteto proizvodnje. Slika 1 prikazuje prisotnost vibracij v našem okolju.

Slika 1: Vibracije v našem okolju

2. VRSTE VIBRACIJ

2.1 Dušene vibracijeTe vibracije so osnovne, saj nedušenega nihanja praktično ni. Vedno so prisotni dušilni elementi (zrak, olje, podlaga, …), ki povzročijo, da amplituda nihanja sistema pada z eksponentno funkcijo, kot kaže slika 3 in .

3

Slika 2: Dušene vibracije

2.2 Vsiljene vibracijePri teh na sistem vpliva neka zunanja sila, ki je lahko tudi čisto naključnega značaja in povzroča v sistemu različne vibracije, katerih analiza je lahko dokaj zapletena. Primer takega sistema je na sliki 4.

Slika 3: Vsiljene vibracije

2.3 Rotacijska neuravnovešenostGlavni vir vibracij pri rotacijskih strojih so določeni deli stroja, ki se vrtijo in s tem povzročajo določene vibracije na celotnem stroju. To je zlasti izrazito, če se težišče stroja ne nahaja v geometrijskem središču oz. središču same rotacije. Primer tega je na sliki 5.

4

Slika 4: Rotacijska neuravnovešenost

2.4 Prečne vibracijeGre predvsem za vibracije gredi, ki povezujejo dva stroja (npr. generator in motor). Ponavadi je gred vpeta na obeh koncih in niha zaradi vpliva enega, drugega ali obeh strojev. Pri tem se meri odmik od sredinske lege gredi: Pridemo lahko do različnih oblik nihanja gredi, ravno zaradi medsebojnega učinkovanja strojev.

3. MERJENJE VIBRACIJPreden se odločimo za merjenje vibracij, se moramo vprašati, čemu nas to sploh zanima. Če nas zanima samo informativno je dovolj, da izberemo samo pravi merilnik in ga damo na najbolj primerno mesto za merjenje. V primeru, da bi pa radi s podatki,

5

ki jih dobimo iz merilnika, kaj naredili pa potrebujemo dodatne elemente merilnega sistema, ki seveda podražijo sam merilni sistem. Slika 6 kaže primer merjenja vibracij na elektromotorju.

Slika 5: Primer merjenja vibracij elektromotorja

3.2 PRIPRAVE IN NAČINI ZA MERJENJE VIBRACIJ

3.1 SenzorTo je prvi in izredno pomemben del merilnega sistema. Glavne merilne veličine, ki jih merimo so:- premik- hitrost- pospešekGlede na veličine izberemo ustrezne senzorje. Ti senzorji morajo izpolnjevati določene pogoje, ki so značilni za vibracije. Senzorji so aktivni in pasivni. Tipični aktivni senzorji so piezoelektrični

6

kristal in elektrodinamični senzorji, katerih značilnost je, da ne potrebujejo zunanjega napajanja. Slika 7 prikazuje, kako senzorji dejansko izgledajo.

Slika 6: Senzorji

3.1.2 Merilnik s potresno masoMerilnik je sestavljen iz ohišja, potresne mase, vzmeti in dušilca, ki omogoča ustrezno dušenje nihanja. Kot posledica delovanja pospeška je premik potresne mase. Pri tem je pomembna tudi prečna občutljivost, ki govori o tem, kako se sistem obnaša pri pospeških, ki so pravokotni na merjene pospeške.

7

Slika 7: Merilnik s potresno maso

3.1.3 PotenciometerEden najbolj osnovnih senzorjev premika je potenciometer. Uporabimo ga lahko v merilniku s potresno maso. Obstajajo žične izvedbe potenciometrov, lahko pa je izveden kot film iz ogljikovih zmesi ali prevodne plastike. Njegova točnost je 1% in ima dolgo življenjsko dobo, pri tem pa moramo upoštevati določene slabosti, ki izhajajo iz kontaktne izvedbe. Ti merilniki

8

so precej veliki in težki (do 0,5 kg), kar je ena poglavitnih ovir za uporabo pri merilniku vibracij, sploh, če gre za majhne sisteme. Zaradi tega se raje poslužujemo drugih merilnikov.

Slika 8: Potenciometer

3.1.4 Uporovni lističiPrecej boljši merilniki premika od potenciometrov so uporovni lističi. Ti v merilniku s potresno maso služijo hkrati tudi za vzmet. Imajo enako točnost in resolucijo, kot potenciometri, le da so bistveno manjši in lažji (0,025 kg).

9

Slika 9: Uporovni listič

3.1.5 Linearno spremenljivi diferencialni transformatorZ potenciometri lahko merimo pospeške do 50g, z uporovnimi lističi pa do 200g. Bistveno boljši je merilnik z diferencialnim transformatorjem, saj lahko meri pospeške tudi do 700g. Ta merilnik skupaj s merilnikom s potresno maso tehta 0,1 kg. Ti

10

merilniki so dokaj točni, saj dosegajo točnost okrog 0,5%, pri merjenju premikov do 100 mm.

Slika 10: Linearno spremenljivi diferencialni transformator

3.1.6 Piezoelektrični merilnikEden najpogostejših merilnikov premika oziroma sile pri merilnikih s potresno maso je piezoelektrični kristal. Naprava deluje tako, da potresna masa pritiska na kristal, kar povzroči, da se pojavi napetost (v mV) na sponkah kristala, ki je proporcionalna premiku potresne mase. Pojav, ki se imenuje piezoelektrični efekt, je posledica deformacij v kristalu.

11

Slika 13: Piezoelektrični merilnik

4. ZAKLJUČEKMerjenje vibracij je zelo prisotno v industrijskem okolju. Zaradi strojev, ki so ponavadi težki in večjih moči, nastopajo vibracije, ki imajo vpliv na kvarjenje in obrabo strojev. To rezultira tudi v delovanju in v končni fazi tudi v proizvodnji, ki je lahko zaradi vibracij manj uspešna.Pri tem pa imamo na voljo več vrst merilnikov, ki temeljijo na različnih principih. Dopolnimo jih z sodobnimi računalniškimi orodji, ki omogočajo natančne analize merjenj, z njimi lahko poiščemo razlog za kakšno okvaro, ali vnaprej izvemo kdaj, kdaj se bo kakšen del stroja obrabil ali pokvaril.Dosedanje stanje merilnikov kaže predvsem to da bo šel razvoj predvsem v smeri računalniško podprtega merjenja in s tem širše možnosti uporabe.

12

5. LITERATURAUporabljene spletne strani:

http://www.spectra.it/

http://www.publikacije.net/

13