ДВУХПАРАМЕТРОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ

ЯНЧИЧ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ, ПАНИЧ АНАТОЛИЙ ЕВГЕНЬВИЧ
Известия ЮФУ. Технические науки. 2016. № 2 (175). С. 191-199.

С целью повышения точности и достоверности измерения параметров виброускорения проведены исследования и разработка двухпараметрового пьезоэлектрического датчика для систем виброконтроля и диагностики работающего промышленного оборудования. Датчик предназначен для одновременного измерения виброускорений поступательных и крутильных колебаний элементов и узлов контролируемого объекта. Многофункциональный механо-электрический преобразователь датчика установлен на основании его корпуса, содержит инерционный и пьезоэлектрический элементы. Работа датчика основана на возникновении в пьезоэлементе деформаций растяжения-сжатия и сдвига при воздействии поступательного и углового ускорений. Для выделения электрических сигналов, вызванных разными типами деформации, пьезоэлемент имеет два слоя с продольной и тангенциальной поляризацией. Характер распределения механических напряжений, электрических полей и зависимость основных технических характеристик датчика от размеров элементов преобразователя исследованы на математической модели методом конечных элементов. Полученные результаты использованы при разработке и оптимизации конструкции. Основные технические характеристики датчика: коэффициент преобразования поступательного ускорения 5 пКл·м-1·с2; коэффициент преобразования углового ускорения 0,135 пКл·рад-1·с2; частота продольного установочного резонанса 21 кГц; частота крутильного установочного резонанса 14 кГц; рабочий диапазон частот при измерении поступательного ускорения от 1 до 6000 Гц; рабочий диапазон частот при измерении углового ускорения от 1 до 4000 Гц; рабочий диапазон температур от минус 60 до +200 °С. Разработан также вариант со встроенным усилителем. Датчик предназначен для эксплуатации в индустриальных условиях на нефтеперерабатывающем и энерговырабатывающем оборудовании, железнодорожном транспорте, а также в других областях техники. Применение двухпараметрового датчика вместо двух однопараметровых позволяет проводить измерения поступательного и углового ускорений в единой точке контролируемого объекта.
 
TWO-PARAMETER PIEZOELECTRIC SENSOR OF PROGRESSIVE AND ANGULAR ACCELERATION
Yanchich Vladimir Vladimirovich, Panich Anatoliy Evgenievich
 
To improve the accuracy and reliability of vibroacceleration parameters measurement there was made the research and development of two-parameter piezoelectric sensor for the systems of vibration control and diagnostics of operating industrial equipment. The sensor is designed for the simultaneous measurement of vibroacceleration of progressive and torsional vibrations of the elements and components of the controlled object. Multifunctional mechanical-electrical sensor’s converter is installed on the basis of its case. It comprises inertial and piezoelectric elements. The work of the sensor is based on occur of the tension-compression strains in piezoelement and shear from the influence of translational and angular accelerations. Piezoelement has two layers of longitudinal and tangential polarization to segregate the electrical signals caused by different types of deformation. The distribution pattern of mechanical stresses, electric fields, and dependence of main technical characteristics of the sensor are researched on the mathematical model of finite element method. The results are used in the design and optimization of construction. The main technical characteristics of sensor: progressive acceleration sensitivity - 5 pC·m-1·s2; angular acceleration sensitivity - 0,135 pC·rad-1·s2; longitudinal resonance frequency - 21 kHz; torsional resonance frequency - 14 kHz; working frequency range when measuring progressive acceleration - from 1 to 6000 Hz; working frequency range when measuring angular acceleration - from 1 to 4000 Hz; workin temperature range - from minus 60 to plus 200 °С. The second option of sensor includes built-in amplifier. The sensor is designed to operate in industrial conditions at the refinery and power-generating equipment, railway transport and other technical areas. Using of one two- parameter sensor instead of two one- parameter sensors enables measurements of progressive and angular accelerations in single point of the controlled object.

URL: http://izv-tn.tti.sfedu.ru/?p=22137

Скачать PDF

Опубликовано 11.01.2017 11:09