淺談計量檢定中加速度計的安裝固定

黃振坤

(南京晨光集團有限責(zé)任公司計量中心，江蘇 南京210006)

0 引言

加速度計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加速度計安裝在反應(yīng)振動臺的振動特征的位置上;②加速度計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動，不能脫落或是有遲滯現(xiàn)象;③加速度計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 加速度計的安裝和測量點的布置

加速度計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，不合理的安裝布點會產(chǎn)生需測主體振動時，卻得到部件振動數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，而需測部件的振動時，實際卻獲得主體的振動數(shù)據(jù)等錯亂現(xiàn)象。例如，振動臺通常都帶有部件即負載臺，負載臺的剛性、頻率響應(yīng)等技術(shù)性能與振動臺主體臺面大有不同。針對振動臺性能進行計量測試時需測量振動臺的主體臺面，加速度計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;若針對帶載試驗進行計量測試，將加速度計安裝在負載臺和試驗對象上進行控制與測量，因此，必須找出能代表被測物所需要研究的位置，合理布點。在測點選定后，除垂直、水平等方向不要裝錯外，在確定的安裝位置，可把加速度計正向裝、側(cè)面裝或倒裝，有時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，能較真實地反映需測振動的實際情況。

2 加速度計與被測對象的接觸和固定

在測振過程中，加速度計要與振動臺等被測對象良好接觸，由于固定不牢，加速度計產(chǎn)生橫向運動甚至脫離安裝面，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，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不脫離振動臺面，即

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

探針式加速度計是靠手持探針頂在被測振動臺面上來進行振動測量的，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，加速度計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，最好使加速度計直接固定在被測對象上，僅在必要時才設(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?，F(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。第一種安裝方法頻率響應(yīng)最好，基本符合加速度計實際校準(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，特別注意不要將螺栓完全擰入加速度計基座的螺孔中，不然，會引起加速度計的基座彎曲，影響加速度計的靈敏度。當(dāng)加速度計和振動體之間需要電絕緣時采用第二種方法。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，此種方法很方便，可以靈活移動加速度計，通常使用502 膠水。第五種方法是使用一層薄蠟，將加速度計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，加速度計和固定件質(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，并估算加速度計質(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，對振動試驗臺等設(shè)備進行檢測時，要充分考慮加速度計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，使加速度計牢固地連接在被測對象上，為實現(xiàn)可靠測量提供有利的保障。

［1］洪寶林. 力學(xué)計量［M］. 北京:原子能出版社，2002.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 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.