TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 9224:2012
ISO 5348:1998
RUNG VÀ VA ĐẬP CƠ HỌC - GÁ LẮP ĐẦU ĐO GIA TỐC
Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers
Lời nói đầu
TCVN 9224:2012 hoàn toàn tương đương với ISO 5348:1998
TCVN 9224:2012 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Cơ điện - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu Chuẩn Đo lường
Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
RUNG VÀ VA ĐẬP CƠ HỌC - GÁ LẮP ĐẦU ĐO GIA TỐC
Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này mô tả đặc tính gá lắp đầu đo gia tốc (đầu đo rung) phải được công bố bởi nhà
chế tạo, và khuyến cáo người sử dụng gá lắp đầu đo.
Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho đầu đo gia tốc, gá lắp trên bề mặt các bộ phận chuyển động,
như minh họa trong biểu đồ rút gọn cho trong Hình 1.
Tiêu chuẩn này không áp dụng cho đầu đo gia tốc kiểu khác như đầu đo chuyển động tương đối.
Hình 1 - Minh họa gá lắp đầu đo
S - kết cấu thử; F - phương tiện gá lắp; T - đầu đo gia tốc; vs - tốc độ rung của kết cấu; vT - tốc độ
rung của đầu đo
2 Tài liệu viện dẫn
Các tiêu chuẩn cần thiết (bắt buộc) để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tiêu chuẩn được chỉ
rõ ngày tháng ban hành, chỉ áp dụng đúng phiên bản đó. Đối với các tiêu chuẩn không chỉ rõ
ngày tháng ban hành, phải áp dụng phiên bản mới nhất đã ban hành (bao gồm các sửa đổi bổ
sung tương ứng).
ISO 2041:1990, Rung động và ca đập - Từ vựng (Vibration and shock - Vocabulary).
ISO 2954:1975, Rung cơ học của máy chuyển động quay và tịnh tiến qua lại - Yêu cầu đối với
thiết bị đo rung động khắc nghiệt (Meshanical vibration of rotaring and reciprocating machinery -
Requirements for instruments for measuring vibration severity).
ISO 5347-14:1993, Phương pháp hiệu chuẩn đầu đo rung và va đập - Phần 14: Thử nghiệm
tần số cộng hưởng của đầu đo gia tốc không suy giảm trên khối thép (Method for the calibration
of vibration and shock pic-up - Part 14: Resonance frequency testing of undamped
accelerometers on a steel block).
ISO 5347-22:1997, Phương pháp hiệu chuẩn đầu đo rung và va đập - Phần 22: Thử nghiệm
tần số cộng hưởng của đầu đo gia tốc - Phương pháp chung (Method for the calibration of
vibration and shock pic-up - Part 22: Accelerometer resonance testing - General methods).
ISO 8042:1988, Đo rung động và va đập - Công bố đặc tính của đầu đo địa chấn (Shock and
vibration measurements - Chracteristics to be specified for seismic pic-up).
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa torng ISO 2041
4 Đặc tính kỹ thuật phải được công bố bởi nhà chế tạo đầu đo gia tốc
Nhà chế tạo phải công bố các đặc tính kỹ thuật sau:
a) Bề mặt lắp đặt liên quan trực tiếp đến cơ cấu gá lắp được cung cấp kèm theo đầu đo như: độ
nhám bề mặt, độ trực giao và độ sâu của lỗ gá lắp.
b) Kích thước hình học bao gồm
- Vị trí trọng tâm của toàn bộ đầu đo;
- Vị trí trọng tâm khối lượng chấn động theo phương gia tốc trọng trường của đầu đo.
c) Kỹ thuật gá lắp sử dụng để hiệu chuẩn đầu đo.
d) Mômen xoắn khuyến cáo gá lắp và mômen cực đại cho phép (gây nên thay đổi nhỏ hơn 2 %
trong dải tần số được sử dụng).
e) Giới hạn nhiệt độ đối với đầu đo và phụ kiện gá lắp.
f) Đặc tính cơ học liên quan trực tiếp đến:
- Tổng khối lượng;
- Vật liệu của đế;
- Tần số cộng hưởng thấp nhất của đầu đo trước khi gá lắp (tần số riêng của đầu đo);
- Khả năng đáp ứng tần số ở điều kiện lắp đặt xác định. Mô tả về vật liệu, kích thước và khối
lượng cơ cấu mà trên đó lắp đặt đầu đo;
- Độ nhạy lớn nhất theo phương ngang và tần số tương ứng.
g) Mô tả các phụ kiện kèm theo để gá lắp đầu đo, ví dụ như
- Đường kính;
- Kiểu ren;
- Vật liệu.
h) Đường cong đáp ứng tần số của đầu đo ứng với kiểu gá lắp cơ học do nhà chế tạo quy định
và mức độ ảnh hưởng của cơ cấu gá lắp đầu đo, cụ thể
- Độ cứng vững dọc trục chuyển động (trạng thái bề mặt của kết cấu tại chỗ tiếp xúc với đầu đo
và mômen xoắn cố định đầu đo);
- Độ không cứng vững theo phương ngang trên cùng đế gá lắp.
Về các đặc tính kỹ thuật khác nhà chế tạo phải công bố, xem tiêu chuẩn ISO 8042.
5 Chọn phương pháp gá lắp
5.1 Yêu cầu chung
5.1.1 Quy trình
Đặc tính tối ưu của đầu đo chỉ đạt được khi tuân thủ đầy đủ các yêu cầu sau:
a) Đầu đo phải phản ánh trung thực chuyển động của kết cấu được thử tại vị trí gá lắp;
b) Chuyển động của kết cấu thử bị thay đổi ít nhất có thể sau khi đầu đo rung được lắp đặt;
c) Tỷ số chuyển đổi giữa tín hiệu với chuyển động của đầu đo phải không bị biến dạng khi vận
hành trong vùng cận tần số cộng hưởng cơ bản.
5.1.2 Điều kiện lắp đặt
Để đạt được các yêu cầu trong điều 5.1, cần phải đảm bảo:
- Đầu đo được gá lắp chắc chắn, cứng vững (bề mặt gá lắp phải sạch và nhẵn đến mức có thể;
- Đầu đo gây nên sự méo dạng tối thiểu đối với chuyển động của chính nó (ví dụ: Lắp đặt đối
xứng là tốt nhất);
- Khối lượng của đầu đo và phụ kiện gá lắp phải nhỏ so với khối lượng động của kết cấu thử
(xem ISO 2954).
5.2 Yêu cầu cụ thể
5.2.1 Dải tần số vận hành
Đầu đo phải được đảm bảo sử dụng ở dải tần số thấp hơn so với tần số cộng hưởng cơ bản.
Tuân thủ chỉ dẫn lắp đặt của nhà chế tạo, sao cho vận hành ở tần số không lớn hơn 20 % tần số
lắp đặt cho phép, trong trường hợp đầu đo gia tốc không giảm chấn (hệ số khuếch đại cộng
hưởng Q lớn hơn 30 dB), đảm bảo để trong hầu hết các trường hợp sai số phạm phải không
vượt quá vài phần trăm trên đáp ứng độ lớn xuất hiện. Nếu yêu cầu ước lượng sai số gần đúng,
có thể đạt được trên cơ sở hệ thống khối lượng - lò xo tuyến tính tương đương với hệ số giảm
chấn cho trước.
CHÚ THÍCH: - Đối với các phép đo va đập (shock) đơn, có thể trông chờ sai số chỉ cỡ vài phần
trăm nếu tần số cộng hưởng cơ bản của cơ cấu gá lắp lớn hơn giá trị nghịch đảo của thời gian
xung va đập.
5.2.2 Mômen xoắn gá lắp
Khi gá lắp đầu đo bằng vít cấy, phải tuân thủ giới hạn mômen xoắn cho phép do nhà chế tạo quy
định.
5.2.3 Cáp đo
Cáp cố định cứng gây nên sức căng khi sử dụng đầu đo gia tốc (đầu đo rung) có đầu nối dọc
trục. Gắn kẹp cáp đo một cách thận trọng để tránh sự cố trên (xem Hình 2).
Cáp đo lỏng lẻo có thể gây nên hiệu ứng điện - ma sát đối với đầu đo kiểu áp điện
Hình 2 - Đầu đo gia tốc nối với đầu nối kiểu hướng trục và hướng tâm
a) Đầu nối kiểu hướng trục; b) Đầu nối kiểu hướng tâm
1 - Đầu nối và cáp đo không bị kéo căng; 2 - Bề mặt rung; 3 - Cáp đo không bị kéo căng; 4 - Cố
định cáp đo trên bề mặt rung.
5.3 Xác định tần số cộng hưởng cơ cấu gá lắp đầu đo
Rất hữu ích, mặc dù khó thực hiện việc xác định chính xác tần số cộng hưởng cơ bản của đầu
đo gá lắp trên kết cấu thử nghiệm. Phương pháp dưới đây có thể sử dụng để xác định gần đúng
cộng hưởng, nhằm đảm bảo dung sai tương thích giữa tần số cộng hưởng và tần số thử.
5.3.1 Phương pháp kích thích rung
Khối thép chuẩn có hình dáng xác định, trọng lượng thích hợp và bề mặt nhẵn được khuyến cáo
sử dụng, ví dụ: khối thép không gỉ có khối lượng 180 g. Chuyển động của khối chuẩn được giám
sát bằng đầu đo gia tốc có tần số cộng hưởng cao hơn so với tần số của bản thân khối thép, gá
lắp trên bề mặt tại vị trí gần sát đầu đo được thử. Lực kích thích có thể được tạo ra theo phương
pháp điện động. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt lắp đặt và vật liệu có thể được kiểm tra nhờ
đưa vào các mẫu điển hình giữa bề mặt kim loại và đầu đo được thử nghiệm (xem Hình 3). Về
lắp đặt chung và đường cong tần số điển hình, xem Hình 5 đến Hình 10.
Tham khảo phương pháp xác định tần số cộng hưởng cơ bản trong ISO 5347-14 và ISO 5347-
22.
CHÚ THÍCH: - Đường cong đáp ứng tần số điển hình, phụ thuộc rất nhiều vào các thông số chỉ
dẫn tại các hình.
Hình 3 - Bố trí thử nghiệm đầu đo gia tốc
1 - Đầu đo; 2 - Bề mặt thử; 3 - Mặt tham chiếu; 4 - Khối kim loại tham chiếu; 5 - Đầu đo tham
chiếu; 6 - Từ trường; 7 - Cuộn điều khiển.
5.3.2 Phương pháp kích thích va đập
Có thể sử dụng một trong 3 phương tiện thử sau: quả lắc xung kích, thử nghiệm rơi và đập búa
thông thường. Cách thứ nhất: Đầu đo được gắn vào khối đe treo như kiểu con lắc trong khi khối
búa thứ hai được treo tương tự, sử dụng để tạo va đập. Cách thứ hai: Thử nghiệm rơi, đầu đo
gia tốc được gắn vào búa có dẫn hướng chuyển động, rơi theo phương thẳng đứng xuống đe
tĩnh tại để tạo sốc. Đầu đo gia tốc được gắn vào vật thử nghiệm thông thường tương tự vật gắn
thử nghiệm thực. Trong khi không thể thể hiện được vật thử nghiệm bởi khối lượng của đe hoặc
búa, nó có thể làm từ cùng vật liệu và có kích thước đủ lớn để mô tả hợp lý vật thử theo độ cứng
vững. Cách thứ ba: Thử đập búa được đặt vào gần nơi lắp đầu đo trên kết cấu thực có thể cung
cấp thông tin cần thiết, nếu tần số cộng hưởng trong đối tượng đo có thể bị bỏ qua được.
Tín hiệu ra của đầu đo ứng với va đập ở điều kiện thuận lợi có tần số cộng hưởng dạng xếp
chồng (Hình 4.) Đối với một số thử nghiệm cần phải tính toán năng lượng va đập (chọn chiều
cao mà từ đó khối lượng bắt đầu rơi tự do), độ cứng của bề mặt va chạm (phủ lớp thép hoặc chì)
sao cho có thể thu nhận được chu kỳ thích hợp để biểu thị hiệu ứng cộng hưởng. Phải cẩn trọng
để phát hiện cộng hưởng nhỏ nhất bị kích hoạt trong quá trình va đập. Sử dụng thiết bị ghi dữ
liệu hoặc kỹ thuật chụp ảnh sóng thích hợp để xác định tần số gợn sóng cộng hưởng. Các
phương pháp này đặc biệt thích hợp để nghiên cứu các tần số cao.
Lặp lại các thử nghiệm va đập thích hợp có thể thu nhận thêm được thông tin về độ ổn định gá
lắp