Пьезоэлектрический вибропреобразователь

 

Пьезоэлектрический вибропреобразователь предназначен для измерения деформационных параметров силовых агрегатов и конструкций и может быть использован при диагностике машин и оборудования в системах транспортировки топлива, в авиационной промышленности, теплоэнергетике и других отраслях машиностроения, а также в строительстве. Вибропреобразователь содержит многопозиционный механический адаптер (4), позволяющий без дополнительных аксессуаров посредством шпилечного соединения (6) инвариантно ориентировать измерительные оси чувствительного элемента и направление выходного разъема или штуцера (3) информационного кабеля относительно конструкционных осей объекта мониторинга. Непосредственное крепления корпуса вибропреобразователя к объекту мониторинга позволяет увеличить механическую жесткость крепления и уменьшить общий вес средства измерения, в результате чего расширяется частотный метрологический диапазон, снижается инерционность и повышается динамическая чувствительность вибропреобразователя. Свойство инвариантности крепления придает конструкции корпуса универсальность относительно различных технических условий крепления на конкретных объектах и возможность целесообразного направления выходного разъема (штуцера), что существенно для исследовательских и мобильных средств мониторинга и диагностики. Предлагаемое устройство является универсальным для любых типов вибропреобразователей, а именно: одноканальных, трехканальных (на базе трех чувствительных элементов) и векторных. Конструкция адаптера может быть применена в любых средствах измерений пространственных физических величин, независимо от способа измерения или преобразования измеряемого параметра. 3 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения вибрации, удара и деформаций силовых агрегатов и может быть использована при диагностике машин и оборудования в системах транспортировки топлива, в авиационной промышленности, теплоэнергетике и других отраслях машиностроения, а также в строительстве.

Известны пьезоэлектрические вибропреобразователи, содержащие корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, имеющий одну монтажную позицию крепления на объекте мониторинга, и выходной разъем или штуцер для вывода проводников съема заряда (см. Каталог Accelerometers & Conditioning фирмы Brüel & Kj###U339r, февраль 2005, С.8-9, 58-59., http://www.bksv.com).

В известных преобразователях направление измерительной оси чувствительного элемента (максимальной чувствительности пьезоэлемента), перпендикулярное основанию корпуса, ориентируют в наиболее опасном или

вероятном радиальном направлении вибрации, а ось выходного разъема для штуцера размещают сбоку параллельно основанию корпуса, например, в датчиках типа 4501, 4507 фирмы В&К, или сверху вдоль измерительной оси перпендикулярно основанию корпуса, например в датчике типа DeltaTron 4508 фирмы В&К).

При этом конструктивно крепление корпуса как одноканальных, так и трехканальных датчиков осуществляется резьбовым (шпилька, магнит) или клеевым способами, а также посадочными элементами корпуса (пазы/выступы) или фланцевым способом крепления (тремя винтами). Например, клеевой способ крепления используют для сверхлегких датчиков, а резьбовой способ крепления к переходному магниту или шпильке используют для миниатюрных датчиков.

Однако, все вышеприведенные вибропреобразователи фактически реализуют единственно возможный способ ориентации измерительных осей чувствительного элемента относительно объекта мониторинга. Изменение монтажной схемы сопряжено с необходимостью использования специальных переходников, например, в виде уголков, кронштейнов или призм с целью поворота измерительных осей в заданном направлении, что снижает механическую жесткость крепления, увеличивает общий вес преобразователя и его инерционные параметры, понижает динамическую чувствительность и сужает частотный метрологический диапазон.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий корпус с размещенным в нем пьезопакетником, включающим пьезоэлемент с предварительно ориентированными измерительными осями и с системой съема зарядов, выходной разъем и дополнительный промежуточный аксессуар, выполняющий функцию переходника, т.е. элемента крепления к объекту мониторинга, выполненный в виде механического замка типа «ласточкин хвост», одна из частей которого связана с корпусом, а другая

крепится к объекту мониторинга (см. Каталог Accelerometers & Conditioning фирмы Brüel & Kj###U339r, февраль 2005, С.60-62, http://www.bksv.com).

Указанное устройство позволяет варьировать направление измерительных осей пьезопакетника и выходного разъема относительно объекта мониторинга, но дополнительные переходные детали снижают жесткость крепления корпуса преобразователя, что сказывается на точности измерения и достоверности диагностики, которые существенно зависят от пространственной ориентации преобразователя.

В основу предлагаемой полезной модели положена задача создания пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающего упрощение процесса инвариантного ориентирования любой из трех измерительных осей пьезопакетника и направления выходного штуцера для вывода проводников системы съема зарядов относительно конструкционных осей объекта мониторинга за счет жесткой фиксации корпуса преобразователя с объектом мониторинга и соответственно достижения максимальной механической жесткости крепления и уменьшения общего веса преобразователя с переходником, в результате чего расширяется частотный метрологический диапазон, снижается его инерционность и повышается динамическая чувствительность.

Поставленная задача достигается тем, что в пьезоэлектрическом вибропреобразователе, содержащем корпус с элементом крепления к объекту мониторинга и с размещенным в нем пьезопакетником с предварительно ориентированными измерительными осями и выходной штуцер для вывода проводников съема заряда, согласно полезной модели, элемент крепления к объекту мониторинга выполнен в виде четырехпозиционного резьбового адаптера, монтажные оси которого ориентированы в направлении измерительных осей пьезопакетника, причем три монтажные оси адаптера вместе с выходным штуцером лежат в плоскости, параллельной плоскости крепления пьезопакетника, а четвертая монтажная ось перпендикулярна основанию корпуса.

В дальнейшем полезная модель поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1 показан общий вид преобразователя с горизонтальным креплением адаптера на вертикальную плоскость объекта мониторинга А,

на фиг.2 - общий вид преобразователя с вертикальным креплением адаптера на горизонтальную плоскость объекта мониторинга A,

на фиг.3 - вид сверху (сечение адаптера в плоскости 3-х монтажных резьбовых отверстий и штуцера).

Пьезоэлектрический вибропреобразователь содержит корпус 1, пьезопакетник 2, включающий чувствительный элемент (на чертеже не обозначен), штуцер 3 и адаптер 4, закрепленный на основании корпуса 5. Монтаж предлагаемой конструкции вибропреобразователя на объекте мониторинга осуществляется шпилечным креплением 6 посредством выполненных в адаптере 4 четырех монтажных отверстий 7 для резьбового соединения.

Сущность работы предлагаемого преобразователя заключается в следующем.

Пьезопакетник 2 с технологически обеспеченным направлением измерительных осей Хи, Y и, Zи ориентируют строго и соответственно направлениям монтажных осей Хм, Y м, Zм посадочных мест шпилечного крепления 6 адаптера 4. Целесообразность ориентации измерительных осей пьезопакетника 2 вибропреобразователя относительно измерительной точки объекта мониторинга определяется с учетом максимальной чувствительности в направлении измерительной оси Z и чувствительного элемента (пьезомодули «растяжения-сжатия») по отношению к направлениям измерительных осей Х и, Yи чувствительного элемента (пьезомодули «сдвига»).

Матрица соответствия измерительных осей пьезопакетника и монтажно-конструкционных осей адаптера 4 вибропреобразователя имеет следующий вид:

 X иYи Zи
Х м10 0
Yм01 0
Zм00 1

где: и - измерительные оси чувствительного элемента (пьезопакетника),

м - монтажные оси адаптера преобразователя вибраций.

Ориентация выходного (разъема) штуцера 3 вибропреобразователя относительно измерительной поверхности объекта мониторинга определяется с учетом удобства и безопасности монтажа и эксплуатации.

Конструкция адаптера 4 предоставляет следующие монтажные возможности ориентации измерительных осей вибропреобразователя относительно конструкционных осей объекта мониторинга:

Расположение монтажной поверхности объекта мониторингаНаправление измерительной оси Z максимальной чувствительности Плоскость крепления адаптераКрепежная ось адаптераНаправление измерительной оси
ХУ
горизонтальное вертикальноеоснование корпуса Zмгоризонт. горизонт.
горизонтальноебоковая+Y мгоризонт.вертик.
Хм вертик.горизонт.
-Yмгоризонт.вертик.
вертикальноевертикальноебоковая+Y мгоризонт.горизонт.
Хм горизонт.горизонт.
-Yмгоризонт.горизонт.
горизонтальноеоснование корпусаZм вертик.горизонт.
горизонт.вертик.

Таким образом, предлагаемая конструкция благодаря встроенному в корпус прибора четырехпозиционному механическому адаптеру, позволяет без дополнительных аксессуаров посредством шпилечного соединения инвариантно ориентировать измерительные оси чувствительного элемента датчика и направление выходного штуцера информационного кабеля относительно конструкционных осей объекта мониторинга.

Свойство инвариантности крепления придает конструкции корпуса универсальность относительно различных технических условий крепления на конкретных объектах и возможность выбора направления штуцера (выходного разъема), что существенно для исследовательских и мобильных средств мониторинга и диагностики.

Резьбовое шпилечное соединение, в отличие от дополнительных промежуточных аксессуаров дает максимальную механическую жесткость крепления, не увеличивая общий вес измерительного средства, а наоборот уменьшая его. Снижение веса измерительного средства расширяет частотный метрологический диапазон, снижает его инерционные параметры и повышает динамическую чувствительность.

Конструкция адаптера может быть применена в любых средствах измерений пространственных физических величин, независимо от способа измерения или преобразования измеряемого параметра.

Кроме того, предлагаемое устройство является универсальным для любых типов вибропреобразователей, а именно: одноканальных, трехканальных (на базе трех чувствительных элементов) и векторных.

Преобразователь вибраций, содержащий корпус с элементом крепления к объекту мониторинга и с размещенным в нем пьезопакетником с предварительно ориентированными измерительными осями и выходной штуцер для вывода проводников съема заряда, отличающийся тем, что элемент крепления к объекту мониторинга выполнен в виде четырехпозиционного резьбового адаптера, монтажные оси которого ориентированы в направлении измерительных осей пьезопакетника, причем три монтажные оси адаптера вместе с выходным штуцером лежат в плоскости, параллельной плоскости крепления пьезопакетника, а четвертая монтажная ось перпендикулярна основанию корпуса.



 

Наверх