淺談計(jì)量檢定中加速度計(jì)的安裝固定

黃振坤

(南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司計(jì)量中心，江蘇 南京210006)

0 引言

加速度計(jì)是振動測量中的敏感元件，與被測對象的可靠連接是獲得準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)，不同的連接方式對測量結(jié)果會帶來一定的影響，處理好下述內(nèi)容對提高測量的準(zhǔn)確性會帶來很大的幫助:①加速度計(jì)安裝在反應(yīng)振動臺的振動特征的位置上;②加速度計(jì)盡量剛性地連接在振動臺上，測量過程中與振動臺保持同步運(yùn)動，不能脫落或是有遲滯現(xiàn)象;③加速度計(jì)通過連接件裝卡在振動臺上的方式會給測量帶來附加的影響;④被測對象是小型振動臺，要注意加速度計(jì)及固定件的質(zhì)量對振動臺的影響;⑤導(dǎo)線的接地及連接等。

1 加速度計(jì)的安裝和測量點(diǎn)的布置

加速度計(jì)一般是固定在振動臺臺面中間及四周的位置上，不同的位置，在不同的頻率下測得的幅值是有差異的。振動臺由主體和部件構(gòu)成，不合理的安裝布點(diǎn)會產(chǎn)生需測主體振動時(shí)，卻得到部件振動數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，而需測部件的振動時(shí)，實(shí)際卻獲得主體的振動數(shù)據(jù)等錯(cuò)亂現(xiàn)象。例如，振動臺通常都帶有部件即負(fù)載臺，負(fù)載臺的剛性、頻率響應(yīng)等技術(shù)性能與振動臺主體臺面大有不同。針對振動臺性能進(jìn)行計(jì)量測試時(shí)需測量振動臺的主體臺面，加速度計(jì)安裝在臺面中間或靠近控制傳感器，在臺面的工作區(qū)域內(nèi)由中間向四周均勻布置測量點(diǎn);若針對帶載試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)量測試，將加速度計(jì)安裝在負(fù)載臺和試驗(yàn)對象上進(jìn)行控制與測量，因此，必須找出能代表被測物所需要研究的位置，合理布點(diǎn)。在測點(diǎn)選定后，除垂直、水平等方向不要裝錯(cuò)外，在確定的安裝位置，可把加速度計(jì)正向裝、側(cè)面裝或倒裝，有時(shí)還需要安裝在伸出的固定部件上，不論哪種安裝連接方式，都要注意避免發(fā)生額外的寄生振動，能較真實(shí)地反映需測振動的實(shí)際情況。

2 加速度計(jì)與被測對象的接觸和固定

在測振過程中，加速度計(jì)要與振動臺等被測對象良好接觸，由于固定不牢，加速度計(jì)產(chǎn)生橫向運(yùn)動甚至脫離安裝面，都會造成較大的測量誤差。這在一般的位移波形上反應(yīng)是很清楚的，脫離接觸和滑動時(shí)，表現(xiàn)為大振幅和長周期的阻尼振動，從這樣的信號中很難得到可靠的數(shù)據(jù)。

加速度計(jì)采用固定連接方式(如膠粘、磁鐵吸附或是螺紋連接等)裝卡在振動臺上的，滿足下述條件才能使加速度計(jì)不脫離振動臺面，即

式中:F緊固為加速度計(jì)與振動臺之間的緊固力;m 為加速度計(jì)質(zhì)量;a 為安裝位置的最大加速度。

探針式加速度計(jì)是靠手持探針頂在被測振動臺面上來進(jìn)行振動測量的，滿足下述條件才能使探針不脫離振動臺面，即

式中:F壓力為使探針頂住振動臺面上所施加的壓力;m為加速度計(jì)質(zhì)量;a 為接觸位置的最大加速度。

不同的連接方式，產(chǎn)生的緊固力或是施加的壓力是有所不同，從而能有效測量的振動幅值和頻率范圍也就不同。

3 固定件的結(jié)構(gòu)、安裝形式和附加振動

有時(shí)，加速度計(jì)是通過連接件安裝在振動臺面上的，振動過程中連接件會帶來附件的振動，最好使加速度計(jì)直接固定在被測對象上，僅在必要時(shí)才設(shè)置連接件。連接件的自振頻率高于被測對象振動頻率的5 ～10 倍，其帶來的影響可以忽略。

實(shí)際上由于測試的需要和安裝條件的限制，一定的固定條件和連接方式總是不可能避免的。現(xiàn)介紹幾種安裝方式:①用剛螺栓;②用絕緣螺栓和云母墊圈;③用永久磁鐵;④用膠合劑;⑤用蠟粘附;⑥用手持探針。

這6 種安裝方式各有不同特點(diǎn)。第一種安裝方法頻率響應(yīng)最好，基本符合加速度計(jì)實(shí)際校準(zhǔn)曲線所要求的條件。若安裝面不十分平滑，那么用螺栓擰緊加速度計(jì)之前，最好在表面涂一薄層硅潤滑脂，以便增加安裝剛度。每次使用安裝螺栓時(shí)，特別注意不要將螺栓完全擰入加速度計(jì)基座的螺孔中，不然，會引起加速度計(jì)的基座彎曲，影響加速度計(jì)的靈敏度。當(dāng)加速度計(jì)和振動體之間需要電絕緣時(shí)采用第二種方法。使用絕緣螺栓和薄云母墊圈，因云母的硬度較好，這樣頻率響應(yīng)較好。使用時(shí)應(yīng)使墊圈盡可能地薄。第三種方法是使用永久磁鐵的吸引力固定，該磁鐵也需和振動件電絕緣。第四種方法使用膠合技術(shù)時(shí)，此種方法很方便，可以靈活移動加速度計(jì)，通常使用502 膠水。第五種方法是使用一層薄蠟，將加速度計(jì)粘附在振動體的面上，此種安裝方式頻率響應(yīng)也較好，但在較高溫度下蠟的硬度變小，頻率響應(yīng)會變壞。第六種方法是用手持探針測量，使用可更換的圓頭和尖頭探針。這種方法適用于快速測試，例如在某些測試地點(diǎn)很多而又不要固定的場合。但是，測試頻率不能太高，一般小于1000 Hz 的頻率范圍。各種安裝方式的頻率響應(yīng)如圖1 所示。

圖1 各種安裝方式的頻率響應(yīng)示意圖

4 加速度計(jì)對被測對象附加質(zhì)量的影響

對于一些小巧輕型的結(jié)構(gòu)振動或在薄板上測量振動參數(shù)時(shí)，加速度計(jì)和固定件質(zhì)量引起的額外載荷可能會改變被測對象的原始振動，從而使測得的結(jié)果有偏差。因此，在這種情況下應(yīng)該使用小而輕的加速度計(jì)，并估算加速度計(jì)質(zhì)量的影響。因附加質(zhì)量而改變被測對象的振動頻率，這在大型被測對象中并不突出，但對小型的機(jī)構(gòu)振動影響較大，在測試分析中應(yīng)予以考慮。

5 結(jié)束語

綜上所述，對振動試驗(yàn)臺等設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，要充分考慮加速度計(jì)的安裝方式和安裝位置給測量帶來的影響，針對被測對象的頻率工作范圍選擇合適的連接方式，使加速度計(jì)牢固地連接在被測對象上，為實(shí)現(xiàn)可靠測量提供有利的保障。

［1］洪寶林. 力學(xué)計(jì)量［M］. 北京:原子能出版社，2002.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T20485.1 －2008 振動與沖擊傳感器校準(zhǔn)方法 第1 部分:基本概念［S］. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.