Témata
Reklama

Připojování snímačů parametrů kmitavého pohybu k měřenému objektu

Zdánlivě jednoduchý problém může v některých případech vést oprávněně ke složitým úvahám a náročným experimentům.

Spojení snímače s měřeným objektem

Mechanické kmitání objektu obsahující široké frekvenční spektrum je správně měřeno akcelerometrem s vlastní frekvencí měřicí soustavy dostatečně vysoko nad měřeným frekvenčním spektrem. Dále je třeba spojit akcelerometr s měřeným objektem tak, aby toto spojení nebylo zdrojem falešných složek kmitání zkreslujícím jeho skutečné spektrum.
Při splnění obou podmínek je správnost měřených hodnot limitována průběhem frekvenční charakteristiky snímače, nikoliv vlivem spojení snímače s měřeným objektem, kde se může uplatnit vlastní kmitání spojovacího členu, případně styková rezonance ve spojovacích bodech spojovacího členu a měřeného objektu, resp. spojovacího členu a snímače. Při stykové rezonanci se zvětšuje pohyb ve stykové ploše mezi snímačem a měřeným objektem, respektive mezi snímačem a spojovacím členem. Existují případy, kdy se uplatňuje vliv konečné tuhosti spojovacího členu i vliv stykových rezonancí současně.
K měření parametrů mechanického kmitání obsahujícího složky o vysokých frekvencích je správné použití akcelerometru, např. s měřicím piezoelektrickým elementem, jehož hmotnost je jen několik gramů a snižuje nároky na spojení s měřeným objektem v porovnání se snímači podstatně hmotnějšími.
Reklama
Reklama
Reklama

Podklady pro měření při vysokých frekvencích

Exaktní teoretické řešení této problematiky neexistuje. Tuhost i tlumení spojovacího členu mohou být nelineární. Mohou se měnit při opakovaném připojování téhož snímače k témuž měřenému objektu. Velmi nepříznivě se též projevuje malá boční tuhost spojovacího členu, zejména při vydatnějším působení kmitavého pohybu měřeného objektu i ve směru této malé tuhosti.
Uživatelé snímačů parametrů mechanického kmitání nemají zpravidla prostředky k přesnému experimentálnímu ověřování dynamických vlastností spojení snímače s měřeným objektem při širokém frekvenčním rozsahu kmitání v podmínkách skutečné exploatace. Je proto na výrobcích snímačů, jejichž využití je uvažováno k měření mechanického kmitání vyšších a vysokých frekvencí, aby zveřejnili výsledky teoretického a experimentálního ověření dynamického chování spojení snímače s měřeným objektem za kritických okolností. Seriózní výrobci těchto snímačů často poskytují zákazníkům dynamické charakteristiky typických spojení snímač - měřený objekt pro měřicí frekvenční rozsahy limitované vlastní frekvencí snímačů a příklady spojení snímač - měřený objekt pro měřicí frekvenční rozsahy limitované malou tuhostí tohoto spojení.

Frekvenční analýza

V průběhu konstruování a vývoje nového výrobku je nezbytná znalost frekvenční analýzy kmitání, protože v něm jsou vždy obsaženy důležité frekvenční složky, vztahující se přímo k závažným funkčním a provozním parametrům strojních zařízení, například k rychlostem otáčení hřídelí, zubovým kmitočtům ozubených kol atd. Ve frekvenčním spektru kmitání lze zpravidla nalézt i další složky vztahující se k základním pohybům a působícím silám. Nejdůležitějšími z těchto složek jsou vyšší harmonické složky jednotlivých základních frekvencí, vznikající obvykle zkreslením průběhů pohybových složek a budicích sil, například vlivem výrobních nepřesností, při změnách teploty, přetížením výrobku v provozu atd.
Nepříznivě se mohou projevit rezonanční jevy. Často vzniknou zesilováním i poměrně slabých budicích podnětů a mohou mít za následek silné mechanické kmitání, přenášené dříve netušenou mechanickou vazbou na jiné konstrukční díly a části strojních zařízení i budov či vyzařované v podobě hluku do okolního prostředí.

Příklady z praxe

Na prvním obrázku je zaznamenána harmonická analýza kmitání leteckého pístového motoru. Harmonické složky otáček tohoto motoru jsou označeny arabskými číslicemi, harmonické složky otáček vrtule římskými číslicemi. Oblast označená šrafováním zahrnuje vlastní kmity uložení motoru. Velikosti harmonických složek kmitání způsobených budicími prvky v motoru jsou určeny velikostí průměrů kružnic. Nesprávně měřené velikosti harmonických složek kmitavého spektra mají frekvenci blízkou vlastní frekvenci nedokonalého spojovacího členu snímač - motor. Jeho výměnou za dokonalý spojovací člen a opakovaným měřením byly určeny hodnoty správné. Rozdíl naměřených hodnot je patrný ze sledování tři a půlté, čtvrté a čtyři a půlté harmonické složky kmitání motoru. Nesprávně změřené hodnoty jsou vyznačeny čárkovaně.
Na dalším obrázku je zaznamenán případ, kdy při provozním vyvažování jsou parametry mechanického kmitání měřeny snímačem přikládaným k místu na měřeném objektu rukou. V odborné literatuře je uváděno, že při takovémto měření na ocelovém povrchu je styková rezonance přibližně 1200 Hz, při měření na mosazném povrchu přibližně 1400 Hz a na duralovém povrchu přibližně 1800 Hz.
Nejvyšší přípustné hodnoty kmitání používané jako ukazatelé provozního stavu strojů jsou určeny na základě zkušeností z jejich provozu, předepsaných norem a ekonomického řešení daného problému s ohledem na výrobní náklady a bezpečnost provozu. Pozitivní roli v přístrojové technice pro popisovanou oblast sehrává známá firma Brüel & Kjaer, v metodice ověřování provozních stavů strojírenských výrobků letecký a automobilový výzkum a vývoj .
Ing. Jiří Černohorský, DrSc.
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 51210
Datum: 20. 12. 2005
Rubrika: Inovace / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Kontrola rotačních součástek v sériové výrobě

Hřídelové a kotoučové součástky patří k nejrozšířenějším ve strojírenství. S nástupem elektromobility jejich podíl zřejmě ještě poroste. Sériová výroba běžně pracuje v sekundovém taktu, a stejně tak rychlá musí být nově i kontrolní technika. Stoprocentní kontrola se již stává samozřejmostí.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Související články
Plováčkové průtokoměry na olej

Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Jak dokonale měřit průtok

Pro měření průtoků v průmyslových závodech nebo pro testování složení protékající tekutiny dnes existuje řada snímačů průtoku a průtokoměrů, které lze použít v nejrůznějších pracovních prostředích. Mnohé z nich pocházejí z dílny společnosti Kobold Messring GmbH.

Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Optický CMM skener

Firma Creaform letos v dubnu představila nový model 3D skeneru MetraScan 3D, který díky svým inovacím a parametrům nastavuje nový standard v oblasti metrologie a laserového 3D skenování.

Střípky ze svátku metrologie

Ještě před letošním svátkem metrologů, jenž se slaví 20. května, se konala tradiční metrologická událost světového rozsahu – veletrh Control v německém Stuttgartu.

Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit