thiết kế thiết bị đo rung động

Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 1 PHẦN I – TỔNG QUAN VỀ ĐO RUNG ĐỘNG 1.1. Các vấn đề cơ bản về kỹ thuật đo lƣờng 1.1.1 Khái niệm: Đo lƣờng là một quá trình đánh giá định hƣớng đại lƣợng cần đo để có kết quả bằng số với đơn vị đo. Kết quả đo lƣờng là giá trị bằng số của đại lƣợng cần đo Ax, nó bằng tỷ số của đại lƣợng cần đo X và đơn vị đo X0. Vậy quá trình có thể viết dƣới dạng: A X = O X X ⇔ X= Ax.X0 Đây là phƣơng trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lƣợng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số. Quá trình đo đƣợc tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lƣờng sau: - Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu. - Thao tác so sánh. - Thao tác biến đổi. - Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.  Phân loại các cách thực hiện phƣơng pháp đo : - Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận đƣợc trực tiếp từ một Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 2 phép đo duy nhất . - Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ phép đo ,từ sự phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp. - Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lƣợng nào đó , trong cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết. 1.1.2. Các đại lƣợng đặc trƣng của kỹ thuật đo lƣờng 1.1.2.1 Tín hiệu đo và đại lƣợng đo : - Tín hiệu đo : là tín hiệu mang thông tin về giá trị của đại lƣợng đo.Nó có thể: + Tín hiệu liên tục Analog (A) + Tín hiệu rời rạc Digital (D) - Đại lƣợng đo : là một thông số xác định quá trình vật lý nào đó . Đại lƣợng đo đƣợc phân loại nhƣ sau: + Theo tính chất : - Đại lƣợng tiền định (đại lƣợng xác định đƣợc trƣớc) - Đại lƣợng đo ngẫu nhiên (đại lƣợng không xác định ) + Theo bản chất : - Đại lƣợng điện (bản thân nó mang năng lƣợng nhƣ : I ,U - Đại lƣợng thông số ( R, L, C ) - Đại lƣợng không điện ( t 0 , F,P ,Q ) - Đại lƣợng theo thời gian ( t,ϕ,f ) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 3 + Theo dụng cụ đo : - Vôn kế , Wattmet, tần số kế 1.1.2.2 Điều kiện đo: Các thông tin đo lƣờng bao giờ cũng gắn chặt với môi trƣờng sinh ra đại lƣợng đo. Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hƣởng của môi trƣờng đến kết quả đo và ngƣợc lại khi dùng dụng cụ đo không đƣợc để dụng cụ đo ảnh hƣởng đến đối tƣợng đo. Cần phải tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt nhất. 1.1.2.3 Đơn vị đo: Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lƣợng đo nào đấy đƣợc quốc tế quy định mà mỗi quốc gia đều phải tuân theo. Trên thế giới ngƣời ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn đƣợc gọi là các chuẩn., trong đó có 7 đơn vị cơ bản : - Chiều dài là mét (m) - Khối lƣợng là kilôgam (kg) - Thời gian là giây (s) - Cƣờng độ dòng điện là ampe (A) - Rung động (in/s,mm/s,Hz,kcp) - Cƣờng độ ánh sáng là Candela (cd) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 4 - Số lƣợng vật chất là mol (mol) Ngoài ra còn có các đơn vị kéo theo trong các lĩnh vực khác 1.1.3. Thiết bị đo và Các phƣơng pháp đo. 1.1.3.1 Thiết bị đo : Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngƣời quan sát. Thực hiện phép đo: - Thiết bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục một đại lƣợng vật lý nhất định. Thiết bị mẫu phải đạt độ chính xác cao. - Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công các thông tin đo lƣờng và thể hiện kết quả đo dƣới dạng con số, đồ thị hoặc bảng số tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu và chỉ thị, dụng cụ đo đƣợc chia thành dụng cụ đo tƣơng tự (anlog) và dụng cụ đo chỉ thị số (Digital). - So sánh : + Thiết bị tự động + Ngƣời điều khiển - Biến đổi Kết quả đo trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lƣợng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số. Quá trình đo đƣợc tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lƣờng sau: Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 5 - Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu. - Thao tác so sánh. - Thao tác biến đổi. - Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.  Phân loại các cách thực hiện phƣơng pháp đo Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận đƣợc trực tiếp từ một phép đo duy nhất. Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ phép đo ,từ sự phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp. Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lƣợng nào đó , trong cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết. Kết quả đo Phƣơng pháp biến đổi thẳng: • Chuyển đổi (khâu đầu): biến đổi giữa hai đại lƣợng vật lý với nhau. + Chuyển đổi điện - điện - liên tục rời rạc (A/D) - rời rạc liên tục (D/A) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 6 + chuyển đổi không điện - điện : là đại lƣợng không điện (t 0 , p ,F) sang đại lƣợng điện (U, I ). • Mạch đo (biến đổi ): các mạch tính toán nhƣ: + Mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân + Mạch khuyếch đại ,mạch logic (and, or, not ) • Chỉ thị (khâu cuối): để thể hiện kết quả đo + Dùng kim chỉ , tự ghi + Chỉ thị số Dùng biến đổi thẳng là những cái đo trực tiếp(vôn kế, ampe kế). X: là đại lƣợng đo XK: là đại lƣợng chuẩn phản hồi ΔX = X − XK - So sánh cân bằng : X − X = ΔX = 0 - So sánh không cân bằng : ΔX ≠ 0⇒ X = XK + ΔX 1.1.4.Các đại lƣợng đặc trƣng cơ bản - Sai số tuyệt đối : Δ = Xđo − Xthực Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 7 Xđo : do các dụng cụ đo đƣợc Xthực : giá trị mẫu (do dụng cụ đo hay giá trị thực). - Sai số tƣơng đối : γ% = %100 Xthuc - Sai số quy đổi : X%(cấp chính xác dụng cụ đo) γqd% = %100 max max X Xmax : là sai số lớn nhất của thang đo Δmax : là sai số tuyệt đối của thang đo - Độ nhạy (S): S = X Y Tuyến tính S = dX dY Phi tuyến tính X : là đại lƣợng vào Y : là đại lƣợng ra Độ nhạy là độ biến thiên tƣơng đối giữa đại lƣợng ra và vào: S = S1.S2.S3 Sn - Tổng trở vào ,ra của dụng cụ: Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 8 - Tổng trở vào của dụng cụ là tổng trở của dụng cụ đó - Tổng trở ra là tổng trở đầu ra. - Các dụng cụ đo có tổng trở thích hợp để khi đo các tín hiệu không bị sai lệch. - Đặc tính động: + Khi xét các đặc tính động: - Đặc tính biên độ (trong quá trình quá độ) - Đặc tính pha tần .Vì các đại lƣợng đo (không biến thiên hoặc biến thiên chậm và đại lƣợng biến thiên nhanh). Độ tin cậy và tính kinh tế: phụ thuộc vào trình độ, khoa học Q xác suất hỏng P xác suất không hỏng Q.P = 1⇒ Q↓ ⇒ P↑. Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 9 Phần II - ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG KHÔNG ĐIỆN ĐO RUNG ĐỘNG 2.1. Khái niệm về rung động và đo rung động Rung động đơn giản là sự di chuyển qua lại của máy hoặc các bộ phận máy. Tất cả các thành phần máy di chuyển qua lại hay dao động qua lại là đang rung động. Rung động máy có thể có nhiều dạng khác nhau. Một thành phần máy có thể dao động một khoảng cách lớn hoặc nhỏ, nhanh hoặc chậm và có thể cảm nhận đƣợc âm thanh và nhiệt. Rung động máy thƣờng có thể cố ý đƣợc tạo ra nhờ thiết kế của máy và tùy vào mục đích sử dụng của máy nhƣ sàng rung, phễu nạp liệu, băng tải, máy đánh bóng, máy dầm đất, v.v…. Nhƣng hầu hết, rung động máy là không mong muốn và nó thƣờng gây ra những hƣ hỏng cho máy để đo đƣợc rung động thì phải có dụng cụ đo, thông thƣờng trong công nghiệp rung động đƣợc đo bằng cảm biến và phƣơng pháp này tiện lợi là có thể truyền tín hiệu rung động đi xa không ảnh hƣởng tới sự làm việc của hệ thống khi cần xác định rung động. Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 10 2.1.2 Tính chất của rung động Rung động có thể là rung động tuần hoàn, rung động ngẫu nhiên và rung động tắt dần. Trong đó phổ biến nhất là rung động tuần hoàn. Rung động của máy có tính tuần hoàn, đƣợc xác định qua ba thông số cơ bản: chuyển vị, vận tốc, gia tốc. Mối quan hệ giữa chuyển vị gia tốc và vận tốc ứng với tần số của một rung động, cho thấy: - Chuyển vị càng cao thì tần số càng thấp, vì vậy cần đo chuyển vị khi tần số rung động thấp - Vận tốc có giá trị không đổi khi tần số thay đổi và thể hiện rõ nhất ở khoảng tần số trung bình. Vì vậy, đo vận tốc rung động thƣờng đƣợc áp dụng trong giám sát rung động liên tục. - Gia tốc càng cao khi tần số rung động càng cao. Vì vậy, đo gia tốc thƣờng áp dụng trong giám sát rung đông có tần số rung động lớn. Nếu đo đƣợc gia tốc của rung động thì có thể suy ra vận tốc và chuyển vị bằng phép tích phân. Tuy nhiên để có gia tốc bằng cách lấy vi phân từ vận tốc thì tín hiệu rất dễ bị nhiễu do tính chất của mạch điện tử vi phân không chống nhiễu tốt nhƣ mạch tích phân. Rung động ngẫu nhiên, thƣờng xảy ra một cách tự nhiên và đƣợc đặc trƣng bằng quá trình chuyển động bất thƣờng không bao giờ lặp lại một cách chính xác. Rung động tức thời, là rung động không liên tục (tắt dần). Rung động này có thể là xung va đập. Xung va đập là một rung động có tần số rất cao và là rung đông tắt dần. Đo xung va đập là một trong những phƣơng pháp phân tích rung động rất phổ biến hiện nay. 2.1.3 Các nguyên nhân gây nên rung động [...]... làm việc của các thiết bị đo rung động Trƣớc khi lấy số đ o rung động, ta phải gắn một cảm biến mà có thể theo dõi rung động của máy đƣợc đo Có nhiều loại cảm biến đo rung động khác nhau Tuy nhiên loại gia tốc kế accelerometer thƣờng đƣợc sử dụng nhất vì có nhiều ƣu điểm hơn các loại khác Gia tốc kế là một cảm biến mà tạo ra một tín hiệu điện mà tỉ lệ với sự gia tốc của thành phần rung động Vậy gia tốc... rung động là độ lớn của sự rung động. Một máy với biên độ rung động lớn thì sẽ có một chuyển động dao động mạnh, nhanh và lớn.Nếu biên độ càng lớn thì chuyển động này càng lớn hoặc ứng suất gây ra bởi máy càng lớn và khả năng dẫn đến hƣ hỏng máy càng lớn.Vì thế mà biên độ cho thấy mức độ “khốc liệt” của rung động. Nói chung, mức độ hay biên độ của rung động còn liên hệ tới: (a) khoảng chuyển động rung động. .. tế, khoảng giá trị của rung động rất rộng vì vậy vận tốc và gia tốc của rung động thƣờng đƣợc đo trong các thang tuyến tính hay thang logarit với đơn vị đo là dB Cụ thể nhƣ sau: Ngoài ra trong kỹ thuật đo rung động còn nhiều kiểu thang đo khác tùy trƣờng hợp cụ thể mà sử dụng loại thang đo phù hợp Trong tài liệu hƣớng dẫn sử dụng thiết bị đo, nhà sản xuất sẽ nêu rõ về thang đo và đơn vị sử dụng 2 1.7... rung động dựa trên sự mô tả bằng con số hơn là sự mô tả bằng lời nói, giúp cho việc phân tích và truyền đạt đƣợc chính xác Có hai con số quan trọng nhất mô tả rung động máy là biên độ (amplitude) và tần số (frequency) Biên độ mô tả mức độ rung động và tần số mô tả tốc độ dao động của rung động Cả biên độ và tần số rung động cung cấp cơ sở cho việc xác định nguyên nhân gốc rễ của rung động Biên độ rung. .. khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ Có nhiều nguyên nhân khác nhau gây rung động cho thiết bị, máy và hệ thống sản xuất nhƣ: - Mất cân bằng - Không đồng trục - Các mối lắp ghép bị lỏng - Cộng hƣởng dao động - Trục bị cong - Thiết bị không phù hợp Dƣới đây đề cập đến một số nguyên nhân chính gây ra rung động, từ đó có thể phát hiện và đƣa ra các giải pháp loại bỏ hoặc làm giảm bớt các rung động. .. Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ Tần số (Frequency) là khi một thành phần của máy đang rung động nó sẽ lặp lại các chu kỳ chuyển động Phụ thuộc vào lực gây ra sự rung động, thành phần của máy đó sẽ dao động nhanh hay chậm Ở tốc độ mà một thành phần của máy dao động đƣợc gọi là tần số dao động hay tần số rung động Tần số rung động càng nhanh thì dao động càng nhanh Chúng... tần số, đƣợc dùng nhƣ là tham số để phân tích rung động Ngƣời ta thƣờng so sánh pha của chi tiết đang rung động với pha của của một mẫu kiểm tra, hay so sánh pha của hai bộ phận trong một kết cấu đang rung động, để dự đo n hƣ hỏng của các loại máy quay Kỹ thuật đo pha của rung động đƣợc ứng dụng trong các máy cân bằng, máy đo độ đồng trục 2.2 Mô tả rung động máy Để phân tích chính xác tình trạng máy,... bạn phải đo chính xác bề rộng của trang giấy của cuốn sách Do bề rộng của mỗi trang có thể thay đổi một chút, bạn có thể đo không chỉ một trang mà nhiều trang và sau đó lấy giá trị trung bình Tƣơng tự nhƣ vậy, khi đo rung động sẽ có nhiều spectrum đƣợc đo và sau đo lấy trung bình để đƣợc một spectrum trung bình Một spectrum trung bình biểu diễn cách thức rung động tốt hơn khi mà phép xử lý trung bình... Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ đƣợc độ chính xác Những điều cần phải chú ý để đảm bảo các số đo đƣợc chính xác : - Nhận ra những máy nào cần phải theo dõi rung động - Cách gắn các cảm biến đo rung động - Xác định đƣợc cần cài đặt các thông số đo nào - Cách lấy số đo một cách có hệ thống  Những máy cần phải đo rung động : Khi quyết định máy nào cần theo dõi, các máy thiết yếu critical... đang rung động cùng với các biên độ ởmỗi t ần s ố đó Hình dƣới đây là một ví dụvềmột spectrum vận tốc Nhƣng tại sao một thành phần máy duy nhất mà lại có đồng thời rung động ở nhiều hơn một tần số Trả lời nằm trong thực tế rằng, sự rung động máy, khác với sự chuyển động dao động đơn giản của một quả lắc, nó không chỉ có một chuyển động rung động đơn giản mà thông thƣờng nó bao gồm nhiều chuyển động rung . 1.1.3. Thiết bị đo và Các phƣơng pháp đo. 1.1.3.1 Thiết bị đo : Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngƣời quan sát. Thực hiện phép đo: - Thiết. bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục một đại lƣợng vật lý nhất định. Thiết bị mẫu phải đạt độ chính xác cao. - Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công các thông tin đo lƣờng và thể hiện kết. rễ của rung động. Biên độ rung động là độ lớn của sự rung động. Một máy với biên độ rung động lớn thì sẽ có một chuyển động dao động mạnh, nhanh và lớn.Nếu biên độ càng lớn thì chuyển động này