Kryžminio pokalbio (skersinių ašių jautrumo) supratimas matuojant vibraciją
Tarpusavio pokalbis — tiksliau tariant skersinių ašių jautrumas arba skersinis jautrumas — yra matavimo paklaida, būdinga vibracijos keitikliai, o ypač akcelerometrai. Tai keitiklio polinkis generuoti išėjimo signalą reaguojant į vibraciją, kuri yra statmena jo numatytajai matavimo ašiai. Idealiame pasaulyje akselerometras, sukonstruotas vertikaliems judesio matavimams, reaguotų tik į vertikalų judėjimą ir ignoruotų viską, kas horizontalu ar ašinė. Realiame pasaulyje mikroskopiniai jutiklio elemento asimetrijai suteikia jam nedidelį, bet nenulį atsaką į tuos “ne pagrindinės ašies” signalus — ir tas nepageidaujamas išėjimo signalas yra kryžminiai trikdžiai.
1. Apibrėžimas: kas yra kryžminiai trikdžiai?
Kiekvienas praktinis akselerometras turi vieną nominalią jautrios ašies kryptį, pagal kurią jis yra kalibruotas. Kryžminė ašies jautrumas apibūdina, kiek tas pats jutiklis reaguoja į judėjimą statmena kryptimi tai ašiai. Netobulumai atsiranda dėl smulkių nesutapimų tarp seisminės masės, pjezoelektrinio kristalo ir tvirtinimo pagrindo — žr. pjezoelektrinis akselerometras dėl pagrindinio mechanizmo. Kadangi paklaida yra įdiegta į jutiklio elementą, jos neįmanoma pašalinti lauke; galima tik nurodyti specifikacijose, sumažinti gamybos metu ir valdyti taikant gerąją matavimo praktiką.
Verta atskirti kryžminius trikdžius nuo elektrinių kanalų tarpusavio trukdžių. Čia terminas reiškia mechanical kryžminė ašies atsaką viename jutiklyje, o ne signalo nuotėkį tarp kabelių ar analizatoriaus įėjimų.
2. Kodėl kryžminiai trikdžiai yra problema?
Kryžminiai trikdžiai užteršia vibracijos duomenis ir gali tiesiogiai sukelti diagnostikos klaidas, nes vienos krypties vibracija “prasiskverbia” į kitos krypties matavimą. Įsivaizduokite mašiną su labai dideliu horizontaliu vibracijos lygiu, bet mažu vertikaliu. Vertikaliai sumontuotas akselerometras su dideliu kryžminės ašies jautrumu paima dalį to stipraus horizontaliojo judesio ir prideda jį prie savų išėjimo signalų. Rodmenys tada rodo didesnį vertikalų amplitudė nei iš tiesų yra — ir analitikas gali pradėti ieškoti vertikalios krypties gedimo, kurio nėra.
Tai tampa ypač problemiška kai:
- Atlikimas modalinė analizė arba Darbinė deformacijos forma (ODS) analizė, kai tikslūs matavimai visomis trimis ašimis (X, Y, Z) yra būtini norint tinkamai animuoti mašinos judėjimą. Klaidingi kryžminės ašies energijos duomenys iškraipo apskaičiuotas modų formas.
- Gedimų diagnostika sudėtingose mašinose, kai kryptinis parašas yra pagrindinė gedimo priežasties nustatymo priemonė — pavyzdžiui, norint atskirti skirtingų tipų kryptinę elgseną nesutapimas iš tikrų disbalansas.
- Aukšto tikslumo balansavimo atlikimas — ypač ant balansavimo mašina, kur plokštumų atskyrimo tikslumas priklauso nuo švarių, tiksliai kryptingų signalų.
3. Kryžminio šnekesio kiekybinis vertinimas
Kryžminį ašių jautrumą paprastai jutiklio gamintojas nurodo kaip pagrindinės ašies procentinę dalį jautrumas. Geras pramoninis akselerometras gali nurodyti mažiau nei 5%; tikslūs laboratoriniai prietaisai veikia žymiai geriau. 5 % reikšmė reiškia, kad kiekvienam 1 g vibracijos, pridėtos statmenai pagrindinei ašiai, jutiklis išduoda signalą, atitinkantį mažiau nei 0,05 g pagrindinės ašies kryptimi.
Svetainė iš viso faktinė kryžminių trukdžių klaida priklauso nuo dviejų kartu veikiančių veiksnių:
- Pačio jutiklio būdingas skersinės ašies jautrumas.
- Skersinės vibracijos amplitudės ir pagrindinės ašies kryptimi matuojamos amplitudės santykis.
Antrą veiksnį lengva neįvertinti. Net jutiklis su mažu kryžminiu jautrumu gali sukelti didelę paklaidą, kai vibracija ne pagrindinės ašies kryptimi yra daug didesnė už dominantį signalą.
Skaičiavimo pavyzdys: jutiklis, kurio kryžminis jautrumas yra 4 %, sumontuotas vertikaliam 1,0 mm/s lygiui išmatuoti, kai horizontaliai egzistuoja 10 mm/s, gali užfiksuoti maždaug 0,04 × 10 = 0,4 mm/s parazitinio signalo — tai 40 % paklaida matuojamojo dydžio atžvilgiu.
Geriausios ir blogiausios atvejų paklaidos taip pat priklauso nuo dominuojančio skersinės vibracijos kampinio orientavimo, nes kryžminis jautrumas pats kinta priklausomai nuo krypties aplink jutiklį.
4. Kryžminių trukdžių poveikio mažinimas
- Naudokite aukštos kokybės jutiklius: Tiesiogiausia apsauga yra tiksliai pagamintas akselerometras su mažu nurodytu kryžminiu jautrumu. A šlyties režimo akselerometras paprastai suteikia geresnę skersinę atmetinamumą nei spaudimo dizainas.
- Tvirtinkite tinkamai: Prastas montavimas padidina kryžminius trukdžius. Jutiklis turi būti pritvirtintas lygiai ir statmenai paviršiui, kad jo pagrindinė ašis tiksliai sutaptų su numatyta kryptimi; pasviras jutiklis iš esmės pakeičia savo pačio ašis. Laikykitės ISO 5348 mechaniniam montavimui.
- Naudokite triašius akselerometrus: Kai reikalingi tikslūs daugiakrypčiai duomenys, triašis jutiklis — trys ortogonalūs matavimo elementai viename korpuse, gamykloje kalibruoti tarpašiniams kryžminiams trukdžiams sumažinti — dažnai yra geresnis pasirinkimas ir pašalina orientavimo nesąmoningumo problemą.
- Patikrinkite kalibravimo sertifikatą: A traceable kalibravimo sertifikatas nurodo išmatuotą skersinį jautrumą konkrečiam vienetui, o ne tik tipo bandymo maksimalią vertę.
Praktikoje lauke paprastai geriausias atsakymas yra disciplinuotas montavimas. Dviejų kanalų lauko prietaisas, toks kaip Balanset-1A remiasi tuo, kad kiekvienas akselerometras aiškiai fiksuoja savo plokštumą; jutiklis, tvirtinamas varžtu statmenai nufrezuotam paviršiui, suteikia tikslią 1× amplitudė ir fazė, o magnetas, uždėtas ant išlenkto, nudažyto korpuso, skatina tiek kryžminį trikdį, tiek didėjantis rezonansas apsikeitimui paskyra.
