ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

3.1. Метрологическое обеспечение измерений

Результаты измерений различных параметров технических объектов при контроле, диагностировании и испытаниях являются основным источником информации об их реальном состоянии и функциональных возможностях, в связи с чем очень существенным становится вопрос достоверности полу­чаемых результатов. Указанное реализуется использованием научно обоснованного метрологического обеспечения, под которым понимается со­вокупность метрологических методов и средств, обеспечивающих сбор и обработку результатов измерений с погрешностями, не превышающими допу­стимых, и меры надзора за выполнением этих операций на производстве. Разработка адекватного для конкретных видов измерений метрологического обеспечения является одной из важнейших задач. Для операции контроля главное - информация о соответствии значений параметров состоя­ния объекта и его узлов номинальным (регламентированным) значениям. При диаг­ностировании важна информация о дефектах и причинах их появления. При испытаниях выявляется информация о возможных состояниях и режимах ра­боты объекта и характере взаимосвязи между ними. Отсюда следует, что наиболее полной информативностью обладают операции диагностирования, а наименьшей - операции контроля. Следствием этого является в зависимости от конкрет­но решаемой задачи техническая и экономическая целесообразность приме­нения различных по своим принципам действия и характеристикам датчиков физических величин как основы при выполнении любых измерений. При мет­рологической оценке результатов измерений очень существенным является наиболее полный учет на основе системного подхода всех внешних и внут­ренних факторов, оказывающих влияние на реальную погрешность измерений, иначе нельзя будет вести речь об их точности и достоверности.

3.2. Физические и диагностические параметры объектов

СКД относятся к информационно-измерительным системам и использу­ются для определения технического состояния объектов. Для определения их работоспособности, поиска дефектов и прогнозирования состояния необ­ходимо измерять диагностические параметры (ДП). Задача выбора ДП состоит в определении из мно­жества принципиально возможных физических параметров некоторого огра­ниченного их числа, содержащих достаточно полную информацию о состоянии объекта.

По мере усложнения технических систем и повышения требований к их надежности увеличивается число контролируемых параметров и, следова­тельно, необходимых измерительных средств. Если учесть номенклатуру изделий современной техники, то даже перечисление известных ДП представляет определенные трудности. Базу для логи­ческой процедуры диагностирования составляет совокупность физичес-ких параметров, через измерение которых можно определить номенклатуру ДП для конкретного объекта.

Физические параметры разделяют на следующие группы: кинематичес­кие, геометрические, статические и динамические, тепловые, акустические, электрические и магнитные, механические и молекулярные, излучений и другие.

К кинематическим параметрам относятся: время, перемещение, ско­рость, ускорение, частота, объемный расход и т.п.

К геометрическим - длина, площадь, плоский угол, кривизна линии, кривизна поверхности и т.п.

В статические и динамические параметры включаются: масса, сила, давление, работа, энергия, коэффициент трения, момент инерции и т.п.

В механические и молекулярные - плотность, удельный вес, модуль упругости, твердость, вязкость и т.п.

К тепловым параметрам относятся: температура, количество теплоты, температурный градиент, температурные коэффициенты и т.п.

К акустическим - звуковое давление, интенсивность звука, акусти­ческие коэффициенты, высота звука и т.п.

В электрические и магнитные параметры включаются: сила тока, электрическое сопротивление, емкость, напряженность магнитного поля, индуктивность и т.п.

В параметры излучений - сила света, энергия излучения, яркость, освещенность, коэффициент отражения и т.п.

Число физических величин ограничено и не превышает 200.

На практике диагностические параметры всегда определяются теми или иными физическими параметрами. На измерении физических параметров основаны различные методы и средства контроля, с помощью которых анализируют и оценивают состояние СТС.

3.3. Общие сведения о методах измерений

При техническом контроле выполняются разнообразные измерения, основанные на применении различных методов и средств. В частности, осуществляются измерения шума и вибраций, электрических величин, размеров и перемещений, температуры, давления, расхода газов и жидкостей, массы, сил и деформаций и другие. Все указанные измерения в той или иной степени поддаются автоматизации.

3.3.1. Измерение вибраций

Контроль состояния машин и оценка степени опасности пов­реж-дений на основе измерения вибраций - один из наиболее эффективных методов повышения их надежности. Виброизмерительная аппаратура используется для контроля техниче­ского состояния оборудования на различных стадиях эксплуатации. Наблю­дая за изменением параметров вибрации в характерных для данного объекта точках, можно определить вид и местоположение дефекта, оценить степень его опасности, а, следовательно, и необходимость останова оборудования для предуп-реждения аварийной ситуации. Виброакустическая диагностика широко применяется при контроле роторов турбин, двигателей, подшипников, станков и других электромеханических систем.

Простейшая форма вибрации - гармоническое колебание, однако на практике распространены квазигармонические, полигармонические, переходные, стохастические колебания. К параметрам вибрации относят перемещение, скорость, ускорение, резкость, частота и другие.

Существуют различные типы измерителей вибраций, в которых исполь­зуется преобразование механических колебаний в электрический сигнал (индуктивные, пьезоэлектрические, лазерные и другие).

Тот или иной вид обработки вибросигналов позволяет составить кар­ты распознавания дефектов.

3.3.2. Измерение электрических параметров

Измерение электрических параметров является самым распростра-нен­ным видом измерений, тем более, что подавляющее большинство датчиков различных физических величин преобразуют их в электричес-кие сигналы как наиболее удобные с точки зрения дальнейшего исполь-зования. Электроизмерительная техника характеризуется ростом много-образия аппаратуры для сбора, пре­образования, измерения и представ-ления измерительной информации. Число типов приборов превышает 1500. Электроизмерительные приборы по виду измеряемого параметра делят на 6 больших групп: вольтметры, ампермет­ры, измерители пара-метров электрических цепей, приборы частотно-вре­менной группы, комбинированные приборы, фазометры. Основная масса при­боров - цифровые, что позволяет встраивать их в измеритель­ные комплексы с ЭВМ. Ряд приборов оснащен встроенными МП, обеспечивающими обработку информации по заданным программам (рис.5).

Рис.5. Схема измерительного прибора с микропроцессором

На основе указанных приборов создаются информационно-измеритель­ные системы (ИИС), представляющие собой высший уровень интеграции электроизмерительной техники. ИИС - это совокупность средств измерений, вычислительной техники и вспомогательных средств, соединенных каналами связи и имеющих общее управление.

По назначению различают:

1) измерительные ИИС, выполняющие прямые и косвенные измерения с соответствующей обработкой,

2) ИИС автоматизированного контроля, предназначенные для получения информации об отклонениях значений контролируемых параметров от уста­новленных нормальных значений,

3) ИИС технической диагностики, предназначенные для получения инфор­мации о неисправностях, на основании которой решается задача отыскания дефекта и установления причины отказа.

В структуру ИИС обязательно входят первичные и вторичные измери­тельные преобразователи. Первичные - датчики - осуществляют преобразо­вание входной физической величины в унифицированное выходное значение электрического параметра, вторичные - реализуют определенную функцио­нальную зависимость между входным и выходным значениями электрических унифицированных параметров, обеспечивая сопряжение с другими приборами в составе ИИС.

3.3.3. Измерение размеров и положения объектов

При контроле объектов параметром измерения часто является линей­ный размер детали, перемещение узла, изменение формы по­верхности и т.п. В машиностроении, например, контроль размеров деталей составляет 90% всех операций производственного контроля.

Для автоматизированного контроля размеров используются датчики различных типов (контактные и бесконтактные): оптические, электромеха­нические, индуктивные, емкостные и другие.

Для контроля перемещений, например, рабочих органов станков, ро­ботов, координатно-измерительных машин (КИМ) применяют измерите-ли угловых и линейных перемещений: импульсные и кодовые фотоэлект-рические датчики, индуктосины, лазерные интерферометры. Они отлича-ются диапазоном изме­рений, дискретностью отсчета и точностью измере-ния. В КИМ для контроля положения по­верхности используются щупы - датчики контакта - индуктивного или фо­тоэлектрического типов.

3.3.4. Измерение температуры

Температура - один из основных параметров диагностирования многих технических объектов. Приборы для контроля температуры разделяют на два класса: контактного и бесконтактного действия, которые в свою оче­редь подразделяются по физическим эффектам, положенным в основу прин­ципа их действия.

К приборам контактного действия относятся: термометры расширения (жидкостные, манометрические и др.) и электротермометры (термоэлектри­ческие, терморезистивные, термотранзисторные и др.)

К приборам бесконтактного действия относятся: пирометры излу-чения (яркостные, цветовые, радиационные), тепловизоры -устройства визуали­зации изображения слабо нагретых тел.

Приборы различаются диапазоном и точностью измерения температуры, линейностью характеристик, габаритами датчиков, помехоустойчивостью, возможностями эффективного использования в автоматизированных системах контроля.

3.3.5. Измерение уровня жидкостей

Разнообразие методов контроля уровня связано с различием контро­лируемых сред по физическим и химическим свойствам, отличием требований к защите от воздействия контролируемой и окружающей сред, к метрологическими характеристиками и т.п.. Наиболее распрост-ранены поплавковый, буйковый, емкостной и уль­тразвуковой методы контроля уровня, различающиеся диапазоном и погреш­ностью измерения, температурой и давлением контролируемой среды.

Поплавковые приборы являются наиболее простыми по конструк-ции и настройке. Поплавок связан с измерительным устройством чаще всего ме­ханической связью (жесткой - рычаг или гибкой -трос, лента). Для построе­ния уровнемера с гибкой связью, обеспечивающего герметич-ность сосуда, используется магнитная связь гибкого элемента с поплавком, например, с помощью герконов.

Буйковый метод также отличается простотой и широким приме-нением. Принцип действия основан на изменении выталкивающей силы, действующей на буек, погруженный в жидкость. Передача сигнала о контролируемом уровне осуществляется через пневматическое устрой-ство (торсионная трубка) или тензометрический преобразователь.

Перспективным является емкостной метод, который основан на использовании зависимости емкости датчика, помещенного в сосуд, от величины контролируемого уровня. Такого типа датчики обладают широ-ким диапазоном применения, в том числе для криогенных жидкостей.

Ультразвуковой метод основан на свойстве ультразвуковых волн от­ражаться от границы раздела двух сред. Мерой уровня служит время расп­ространения импульса до границы раздела сред и обратно. Особенно важ­ным является возможность передавать и принимать ультразвуковые колеба­ния через металлические стенки резервуара.

3.3.6. Измерение расхода жидкостей и газов

Для измерения расхода применяют расходомеры переменного перепада давления (дифманометры-расходомеры), ротаметры, тахомет-рические расхо­домеры и счетчики объемного типа.

Дифманометры-расходомеры работают по принципу измерения перепада давления, создаваемого в зависимости от расхода жидкости или газа с помощью сужающего устройства.

Для измерения расхода различных агрессивных сред применяют рота­метр, относящийся к расходомерам системы обтекания. Конструктивно он состоит из расширяющейся конической трубки и заключенного в ней поп­лавка, перемещающегося с изменением расхода. Это служит мерой величины расхода, которая измеряется с помощью магнитного или индуктивного преобразователя положения в электрический сигнал.

В турбинных тахометрических расходомерах в качестве чувствитель­ного элемента первичного преобразователя расхода применяют крыльчатки аксиального или тангенциального типов, скорость вращения которых про­порциональна скорости (объемному расходу) протекающего вещества. На корпусе с внешней стороны устанавливается тахометрический индукционный преобразователь оборотов крыльчатки в электрический импульсный сигнал.

К измерителям расхода, принцип действия которых основан на новых физических принципах, относятся электромагнитные, ультразвуковые, лазерные, кор­реляционные и другие.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: