Процессы изменения состояния объектов

Процессы изменения технического работоспособного состояния объектов в принципе представляют собой процессы старения и деградации, приводящие к отказу изделия.

Причины изменения технического состояния объектов:

а) конструктивные (несовершенство конструкций изделий);

б) технологические (нарушение принятой технологии изготовления или ввиду ее неоптимальности);

в) эксплуатационные (нарушение правил эксплуатации);

г) старение и износ, приводящие к тому, что даже изделия высокого качества (с хорошими конструкцией и технологией, правильной эксплуатацией) отказывают с течением времени.

По характеру протекания процессы деградации можно разбить на две группы:

1) вызывающие внезапное (катастрофическое) изменение технического состояния вследствие резкого изменения условий протекания физических процессов в изделии, приводящего к скачкообразному изменению характеристик объектов (поломки от перегрузок, заедания, из-за погрешностей изготовления, ошибок обслуживающего персонала, сбоя системы управления и т. п.);

2) процессы, приводящие к постепенному изменению состояния (т. е. деградационные изменения в материалах (изделиях) с течением времени накапливаются и приводят к дрейфу параметров и потере работоспособности), износ, старение, коррозия, усталость и т. д.

В общем случае процесс изменения состояния машины можно представить в виде

,

где - вектор - функция от t; составляющая (кси) характеризует в машине необратимые изменения; (эта) - обратимые изменения; - погрешность измерительных цепей.

Составляющая определяет (тенденцию) «тренд» или закономерность постепенного изменения процесса, в большей степени детерминированную его часть, а и характеризуют стохастическую часть процесса.

Для простоты описания и можно их объединить и получить выражение:

Таким образом, деградационные процессы, по причине возникновения, могут быть детерминированными (закономерными, характеризующими постоянные отказы) и стохастическими (случайными).

В настоящее время существует пакет прикладных программ, реализующих алгоритмы прогнозирования деградационных процессов и микропроцессорные устройства для осуществления прогнозирования.

Системы диагностирования

Современные системы мониторинга позволяют уже не только контролировать величины параметров, сравнивая их с пороговыми значениями, и выявлять тенденции их изменения во времени, но и прогнозировать время, когда они достигнут пороговых значений.

Проблемы пользователя систем мониторинга связаны с необходимостью расшифровывать, оценивать, интерпретировать обнаруживаемые и прогнозируемые изменения состояния. Естественной границей, разделяющей системы мониторинга и диагностики, мог бы быть этап деления обнаруженных изменений на две группы, а именно, обратимые (т.е. изменение условий работы машины) и необратимые (дефекты). К сожалению, ни одна из систем мониторинга не решает полностью задачу такого деления. Поэтому системы диагностики должны вступать в действие до того, как обнаруженные системой мониторинга изменения будут разделены на группы обратимых и необратимых. В связи с этим, одной из основных характеристик систем диагностики следует считать глубину ее интеграции в систему мониторинга (т. е. стремятся т. о. повысить эффективность процесса систем диагностирования в целом).

Структура системы диагностирования

В общем случае система диагностирования состоит из 3-х элементов: объекта диагностирования (ОД), технических средств диагностирования (ТСД) и оператора (Оп).

Объект в системе диагностирования рассматривают как единое целое или как совокупность структурных единиц, объединенных связями (в том случае, если требуется диагностика отдельных частей объекта в различные моменты времени).

Для проведения функционального диагностирования и мониторинга используют ТСД, основой которого являются средства съема и обработки информации о состоянии объекта. Для осуществления тестового диагностирования в состав ТСД вводят средства, формирующие и стимулирующие тестовые воздействия, подаваемые на объект (по которым оценивают состояние машины, объекта). К ТСД помимо специальных устройств, различных датчиков относят также программные средства.

В самом общем случае оператор (человек) в СД выполняет следующие функции:

- воспринимает информацию о ходе диагностирования;

- осуществляет анализ поступившей информации;

- в соответствии с результатами анализа принимает решение, формирует и выдает команды в СД.

Основными средствами приема информации у Оп являются зрение (~80% информации)и слух (~15%).

Важнейшей характеристикой систем диагностики является необходимая степень подготовки оператора. По объему требуемой от оператора диагностической подготовки системы могут быть разделены на три группы.

Первая группа – профессиональные системы диагностики, в которых оператор самостоятельно выбирает информационную технологию (т. е. технологию, методы получения диагностической информации) и средства измерения. Знания и опыт оператора-эксперта при использовании подобной системы полностью определяют глубину и достоверность диагноза и прогноза.

Вторая группа – экспертные системы диагностики, включающие в себя экспертные программы, содержащие ответы на типовые запросы оператора, т. е. помогающие оператору принимать решение в определенных ситуациях. Экспертные системы могут применяться операторами, имеющими специальную подготовку, но не обладающими знаниями и опытом экспертов-профессионалов.

Третья группа – системы автоматического диагностирования. Они строятся по методам, позволяющим автоматизировать постановку диагноза, формируя для оператора программу измерений, и не требуя от пользователя специальной подготовки. Время обучения оператора работе с такими диагностическими системами не превышает двух-трех дней. В настоящее время системы автоматического диагностирования получают широкое распространение, непрерывно расширяя номенклатуру диагностируемых машин и оборудования.

В зависимости от задач, решаемых в процессе диагностирования, характера использования и эксплуатации, а также конструктивных особенностей ОД элементы в системе диагностирования могут иметь различные связи или, иначе говоря, иметь различную структуру. Наиболее простую структуру имеет СД (рис.), предназначенная для функционального диагностирования.

восприятие

Х У

Входной выходной

сигнал

Х₀ У₀

функционирует

Х₀ – входные воздействия, поступающие на функционирующий ОД;

У₀ – реакция ОД на входные воздействия.

С рабочего или контрольных выходов ОД на ТСД поступают сигналы, несущие информацию о качестве продукции или выполнения ОД своих функций. Оп воспринимает с ТСД информацию о состоянии объекта и воздействует на ТСД, уточняя диагноз (проверяет, повторяет измерения). Характерная особенность этой СД – отсутствие связей Оп с объектом и односторонняя связь ТСД с ОД. Такой тип структуры применяют в том случае, когда необходимо оценить состояние объекта, правильное функционирование (работоспособное или неработоспособное) в процессе выполнения поставленных перед ним задач. Оператор принимает решение о дальнейшем использовании объекта без вмешательства в его рабочие функции.

х

у

ОС₁

ОС₂

На рис. приведена структурная схема тестового диагностирования. В этой схеме ТСД фактически состоят из двух частей, а именно: технических средств ТСД₁, формирующих тестовые воздействия, подаваемые на объект, и ТСД₂ – технических средств, с помощью которых осуществляются съем и обработка информации о состоянии объекта с целью формирования диагноза. В этом случае появляются два замкнутых контура (т. е. обратные связи): ОС₁ – для регулирования (корректировки) воздействий, поступающих на объект с ТСД₁, и ОС₂ – для передачи Оп, управляющему процессом диагностирования, информации с ТСД₂ с состоянии объекта. Связь с ОД оператор осуществляет через ТСД (т. е. отсутствует непосредственная связи между Оп и ОД). Эту структуру применяют для решения простейших задач тестовой диагностики.

Существуют и другие более сложные типы структур в СД, например: со связью оператора с ОД, позволяющей влиять на режим работы машины при диагностировании и выбирать, соответственно, тот оптимальный режим объекта, при котором будут достигнуты наибольшие достоверность и эффективность диагностирования.

На структуру систем диагностирования непосредственное влияние оказывают различные методы диагностики МАПП, т. е. предъявляются определенные требования к проведению диагностических измерений и к глубине получаемого по этим измерениям диагноза.

Существующие методы диагностирования можно разделить на следующие группы:

1) методы диагностирования качества сборки машин. Они применяются в процессе и, непосредственно, после завершения регламентного обслуживания машин и, в частности, при выполнении работ по балансировке машин на месте их установки для обнаружения различного вида несоосностей валов при стыковке машин друг с другом и т. д. Эти методы не требуют получения никакой предварительной информации от систем мониторизации и рассчитаны на использование либо в переносных системах диагностики, либо на стационарных стендах выходного контроля продукции (применение тестовых методов диагностирования). Т о. данные методы необходимы для обнаружения дефектов, появляющихся в результате нарушения технологий изготовления и сборки различных узлов и деталей машин.

2) методы диагностирования по результатам мониторинга состояния машин и оборудования для предварительного диагноза. Глубина диагноза, обеспеченная такими методами, обычно невелика, и используются они чаще всего для разработки программы дальнейших исследований по идентификации обнаруженных изменений технического состояния. В дальнейшем они используются для построения либо профессиональных, либо экспертных систем диагностики.

3) методы совместного мониторинга и диагностирования машин и оборудования. Эти методы широко используются в стационарных системах мониторинга и диагностики, обеспечивая более высокую достоверность диагноза, чем предыдущие группы методов. Положительный результат достигается, прежде всего, за счет увеличения числа точек контроля (технического состояния) вибрации (шума). Такое объединение задач мониторинга и диагностики часто приводит к повышению качества диагноза.

4) методы диагностирования и прогнозирования по периодическим измерениям вибрации (шума) диагностируемого параметра. Например, большинство дефектов, развивающихся в различных узлах технологического оборудования, зарождается задолго до наступления аварийноопасной ситуации. Это методы с использованием в, основном. переносных систем диагностики машин с интервалами между измерениями в несколько недель или даже месяцев и они обычно рассчитаны на использование квалификационными экспертами.

5) наиболее популярными и наиболее сложными являются методы диагностирования и прогнозирования по одноразовым измерениям вибрации шума и могут использоваться только высококвалифицированными специалистами. Отличительной особенностью этих методов является диагностирование машины по узлам или даже по отдельным элементам. Появляются системы автоматического диагностирования по однократным измерениям, которые разработаны для подшипников качения, редукторов, рабочих колес насосов и турбин.

Измерительная и анализирующая аппаратура (ТСД)

Составной частью информационной технологии на базе любого из методов обработки сигналов являются соответствующие средства измерения, анализа и передачи информации. В развитии технических средств для диагностических информационных технологий можно выделить три основных этапа.

Первый относится к начальным шагам в диагностике и, прежде всего виброакустической, когда средствами оценки технического состояния машин по их шуму или вибрации были органы чувств человека. С этой целью применялись стетоскопы (слухачи). Все эти возможности человека всегда определяли преимущественное развитие диагностики по сигналам вибрации и шума до последних нескольких десятилетий.

Т. к. результаты исследований показали, что наиболее диагностичной информацией обладает сигнал вибрации, а многие другие виды сигналов практически дублируют ту или иную информацию, содержащуюся в сигнале вибрации, поэтому следующим этапом стало создание виброакустических приборов для измерения вибрации и шума выше звукового диапазона частот, где органы слуха человека уже бессильны получать диагностическую информацию (технические средства мониторинга).

Третий этап в создании технических средств диагностики стал следствием бурного развития компьютерных техники и технологий. Именно тогда появилась возможность замены специалиста по диагностированию различных видов машин сначала экспертными программами, а позднее и программами автоматического диагностирования и прогнозирования технического состояния машин и их отдельных узлов.

Рассмотрим систему основных видов приборов для измерения и анализа сигналов вибрации и шума, как наиболее информативных с точки зрения диагностики параметров машины (рис.).

Датчик вибрации шума

Широко-полосный фильтр

Детектор СКЗ

Индикатор общего уровня

служащий для отображения диагностической информации

Рис. Структура основных видов приборов для измерения и анализа сигналов вибрации и шума. СКЗ – Среднеквадратичное значение.

В основе всех средств измерения и анализа сигналов вибрации и шума лежат три типа устройств, выполняющих разные операции. Первый датчик вибрации или микрофон, преобразующий колебания в электрический сигнал. Второй – фильтр, выделяющий компоненты сигналы в необходимой области частот (т. е. в сигнале вибрации выделяются только те изменения, которые происходят из-за возникновения дефектов). Третий – детектор, служащий для оценки амплитуды (мощности) выделенных компонентов.

Встроенные и внешние средства диагностирования

Аппаратурные средства системы функционального диагностирования (обычно) конструктивно сопряжены с ОД. Таким образом, каждый такой ОД имеет встроенные аппаратурные средства диагностирования, которые применительно к технологическим объектам носят название средств оперативного (централизованного) контроля, предназначенные для мониторинга и поиска дефектов.

На современном этапе новый подход к встроенным средствам диагностирования предопределил создание полностью самопроверяемых (т. е. автоматических СД) (ПСП) ЭВМ, которыми в процессе функционирования машины обнаруживаются все неисправности заданного класса.

Внешними средствами диагностирования называют технические средства СД, выполненные отдельно от конструкции машины ОД (осциллограф, генераторы синусоидальных и импульсных сигналов и др.).

Активные внешние ТСД воздействуют на объект, а непосредственно технические средства тестовой СД, подавая на отведенные для целей диагностирования входа сигнал, стимулируя реакцию объекта, которая затем оценивается. Пассивные ТСД служат для обработки и оценки диагностических признаков, характеризующих состояние машины путем анализа информации, поступающей от нее в процессе диагностирования (также для отображения диагностической информации).

По степени универсальности внешние ТСД разделяют на специализированные (предназначенные только для однотипных ОД) и универсальные (предназначенные для ОД различного конструктивного исполнения и (или) функционального назначения). По возможности необходимо к ним стремиться.

Проектирование систем диагностирования с универсальными заимствованными средствами позволяет сократить сроки ввода ОД в эксплуатацию, поскольку при этом исключается необходимость проектирования средств диагностирования.

В состав ТСД включают следующие основные элементы: генераторы стимулирующих сигналов (при тестовом диагностировании), а также средства съема и первичного преобразования информации о состоянии объекта, обработки информации, коммутации и отображения информации.

Элементная база определяет основные технические характеристики ТСД: надежность, массу, габаритные размеры и др. Использование современных микроминиатюрных элементов позволяет значительно повысить надежность разрабатываемых средств при снижении их массогабаритных характеристик.

Анализ основных тенденций развития средств вычислительной техники показывает, что в ближайшие годы можно ожидать широкого распространения малогабаритных приборов различного назначения, в корпус которых встраивается один микрокомпьютер с большими вычислительными возможностями и стандартной оперативной системой. Очевидно, что в этом направлении будет развиваться и техника для измерения и анализа диагностических параметров. А это, в свою очередь, приведет к ее дальнейшему удешевлению.

В целях ускорения и удешевления проектирования ТСД применяют также наборы базовых узлов (агрегатов).

Методы и средства измерения диагностических параметров

Рассматриваются некоторые конкретные методы и средства измерения для конкретных диагностических параметров.

Общая характеристика параметров диагностирования и методы их измерения

ТСД включают аппаратурные средства, программные средства и эксплуатационно-техническую документацию.

ТСД предназначены для решения следующих задач:

1) контроля изменения технического состояния (мониторинг);

2) определения работоспособности (исправности или правильности функционирования);

3) поиска дефектов;

4) прогнозирования изменения технического состояния.

Неисправность определяют по различным признакам.

По физической природе отказы (неисправности) различают:

- скачкообразные отказы (сбои), которые проявляются в потере элементом некоторых функций только на очень короткий период времени, причем после отказа элемент немедленно возвращается к своим номинальным характеристикам;

- постоянные отказы, которые проявляются в потере некоторых функций машины и устраняются только заменой отказавшей части (делятся в свою очередь на полные (полное нарушение работоспособности) и частичные (потеря только некоторых функций системы, не выполняется ряд операций отказы).

Причинами отказов могут быть как эксплуатационные факторы, так и несовершенство проектирования, производства и монтажа оборудования. Для предупреждения отказов необходимо исследовать состояние машины измерением ее диагностических параметров.

С усложнением современного оборудования для пищевой промышленности, повышением его качества и надежности число необходимых технических параметров диагностирования увеличивается и даже перечислить все известные технические диагностические параметры представляется необычайную сложность из-за многообразия технический объектов (в качестве примера приведем параметры диагностирования легкового автомобиля в целом: контрольный расход топлива, время разгона автомобиля с места до 100 км/ч, тормозной путь, эффективность действия ручного тормоза и др.; для двигателя в целом – эффективная мощность, крутящий момент, давление масла и т.д.).

На измерении физических параметров (кинематических – время, скорость, угловая скорость…, геометрических – длина, объем…, статических (и динамических) – масса, давление, мощность…, тепловых – температура, теплоемкость, теплопроводность… и др.) основаны различные методы и средства технического диагностирования, с помощью которых анализируют и оценивают сложное техническое состояние объекта. Для исследования этого состояния применяют все известные виды электромагнитного излучения: радиоволны (~ 10¹⁰Гц), инфракрасное (~ 10¹⁴Гц), ультрафиолетовое (~ 10¹⁶Гц), рентгеновское (~ 10²⁰Гц), гамма-лучи (~ 10²²Гц); широкое применение получили многочисленные акустические, звуковые и вибрационные методы исследования, а также электростатические поля.

	Дефектоскопия, интроскопия (т.е. внутривидение на основе рентгеновского изображения)
Уровень и расход		Диагностирование (параметры измерения)		Электрические параметры
Температура и тепловые параметры	Виброметрия, измерение удара, шума
Давление	Механические параметры материалов (испытательная техника для определения твердости, для испытания мате- риалов на растяжение-сжатие, изгиб, кручение и т.д.)
Влажность, плотность, вязкость
Масса	Размеры и положение
Время
	Силы деформации, перемещения, напряжения
	Структуроскопия и изменения состава вещества
Рис. Виды измерений диагностических параметров

Виды изменения диагностических параметров, представленные на рис., можно отнести к наиболее существенным и часто встречающимся в практике технического диагностирования (объектов) машин.

Измерение вибраций, удара и шума

Диагностирование состояния машин и оценка степени опасности повреждения на основе данных контроля вибрации – один из наиболее эффективных методов повышения надежности и долговечности оборудования.

Виброизмерительная аппаратура служит для исследования механического состояния оборудования с целью обнаружения дефектов на разных стадиях их возникновения.

Виброизмерительную аппаратуру используют при эксплуатации роторных машин всех типов (сепараторов, центрифуг, насосов, компрессоров и т. д.), применяют для контроля качества сборки и наладки объектов и во многих других случаях.

Простейшей формой вибрации является гармоническое колебание тела, которое как функция времени представляет собой синусоиду (рис.).

S (t) Мгновенное значение коорди-

S наты положения точки при

колебательном движении t называют перемещением и

- S обозначают S (t).

T= 1/f₀

S – амплитуда; f₀ – частота колебаний.

Наибольшая часть колебаний, встречающихся на практике, имеет форму искаженной синусоиды. Для измерения параметров вибрации используют различные физические принципы преобразования механических колебаний в электрический сигнал.

Наибольшее распространение получили преобразователи со струнным чувствительным элементом, преобразователи с пьезоэлектрическим, тензорезистивным, электромагнитным (индуктивным) и ёмкостным чувствительными элементами. Они являются контактными, их закрепляют на исследуемом объекте и кабелем соединяют с контрольно-измерительной аппаратурой.

К примеру, пьезоэлектрические (пьезометрические) датчики являются достаточно эффективными, имеют небольшие размеры и массу, обладают высокой вибропрочностью и термостойкостью (до 500 ºC).

Схема пьезометрического датчика (рис) предназначен для измерения вибраций, удара и шума.

Корпус датчика 1 содержит два пьезоэлемента 6, разделённых токосъёмной пластиной 3. Пьезоэлемент обладает тем свойством, что под влиянием механического напряжения, вибраций, колебаний в системе, в нём вырабатывается разность потенциалов.

Необходимое давление на поверхности пьезоэлемента создаётся инерционной колеблющейся массой 2, которая поджимается упругим элементом 7. Датчик закрепляется с помощью резьбового хвостовика 5, электрический сигнал поступает к проводнику 4. Таким образом измерение напряжения зависит от интенсивности механических колебаний..

Преимущества бесконтактных измерителей вибрации заключаются в возможности проведения измерений с повышенной точностью в труднодоступных местах в условиях высоких температур и агрессивных сред. Для этого используются оптические, радиоволновые, акустические, радиационные, электромагнитные и магнитные методы, основанные на измерении частоты излучения генератора (например оптического), отраженного от объекта.

Вибрацию большинства роторных машин, как правило, определяют по пиковому значению размаха виброперемещения подшипников, т.е. определяется относительное смещение или деформация подшипника..

Общий уровень вибрации МАПП можно оценивать также по следующим параметрам: виброскорости и значению виброускорения. Первую производную перемещения по времени называют скоростью

v=	dS(t)	=Ś
dt

Вторую – ускорением

a=	d^2S(t)	=Š
dt^2

По измерению одного из рассмотренных выше диагностических параметров вибрации можно судить о возникновении неисправности. Для определения характера дефекта, возникшего в машине, проводят спектральный анализ вибрации, т.е. весь диапазон частот вибрации разделяется на определённые спектры.

Кроме того, в настоящее время появляются средства измерения и анализа вибрации для диагностических систем, отличительной особенностью которых является возможность спектрального анализа не только самого сигнала, но и колебаний мощности отдельных его компонент, предварительно выделенных из сигнала.

В таких системах диагностики основное внимание уделяется анализу высокочастотной вибрации, которая в отличии от низкочастотной, возбуждается малыми по величине колебательными силами, возникающими ещё в начальной стадии развития дефектов.

Такие СД с возможностью анализа колебаний мощности измеряемого сигнала позволяют решать задачи диагностики тех узлов роторных машин, которые являются источниками сил трения и динамических нагрузок (источником колебания). Это подшипники качения, скольжения, рабочие колёса насосов и турбин, зубчатые колёса механических передач и многие другие.

Силы трения и, соответственно возбуждаемая ими высокочастотная вибрация, в исправных подшипниках представляют собой случайные процессы с постоянной за время измерения мощностью. При возникновении дефектов поверхностей качения появляется периодическое изменение мощности этих процессов, т.е. появляется скачок амплитудной модуляции сил трения и высокочастотной вибрации.

Частота модуляции определяет вид дефекта, глубина модуляции – степень развития дефекта. На рисунке приведены спектры колебаний мощности высокочастотной вибрации подшипникового узла без дефектов и с износом наружного кольца, которые иллюстрируют возможности диагностирования подшипников.

Дефекты обнаруживаются на ранней стадии развития, за насколько месяцев до появления аварийного состояния. Современные системы автоматического диагностирования позволяют по измерениям, проводимым достаточно редко, определить дефектный подшипник, вид дефекта, степень его развития и выдают рекомендации по необходимому обслуживанию или замене подшипника, а также дату следующего измерения, если подшипник не подлежит замене. Это позволяет перейти от обслуживания по регламенту и плановых ремонтов к обслуживанию и ремонту по фактическому состоянию. При этом количество измерений составляет порядка 10-15 за весь жизненный цикл подшипника, причём каждый интервал времени до следующего измерения задаётся системой в зависимости от результатов диагноза, т.е. от реального состояния подшипника.

Статистическая обработка материалов вибрационных исследований машин позволяет составить карты распознавания дефектов, по которым можно выбрать частотный диапазон аппаратуры, необходимый для обнаружения характерных неисправностей машины. Таким образом современные полностью автоматизированные системы, в которых ЭВМ включена в цепь обратной связи, используют для обработки, анализа и управления всем режимом работы по программе виброисследований.

Вибрация элементов машин, происходящая в результате рабочего процесса, собственных колебаний, соударений и т.п., вызывает колебания окружающей среды (воздуха), т.е. служит источником акустических колебаний.

Акустический шум представляет собой случайный процесс, и поэтому при его измерении используют такие же энергетические величины, как при измерении случайных вибраций.

Основные величины, которые определяют при акустических исследованиях – это звуковое давление, интенсивность и мощность звука, коэффициент направленности.

Максимальное изменение давления в среде при распространении звуковых волн по сравнению с давлением в среде при отсутствии волн называют звуковым давлением.

Энергию, переносимую волной за секунду через единицу поверхности, называют интенсивностью волн.

Интенсивность звуковых волн называют ещё силой звука.

Интенсивность I звуковой волны в точке, находящейся на расстоянии R от источника звука, излучающего звуковую энергию E, определяется из выражения:

I=E/(4πR²),

а звуковое давление будет:

р=const(1/R).

Интенсивность акустической волны характеризует мощность звука.

Для измерения акустического шума машин применяют так называемые измерительные микрофоны, с помощью которых акустические колебания в воздушной среде преобразуются в электрический сигнал.

Наибольшее распространение получили измерительные микрофоны конденсаторной системы (здесь происходит преобразование звукового давления в изменение ёмкости конденсатора), пьезоэлектрической, основанной на возникновении переменного электрического потенциала на пьезоэлектрической пластине при воздействии на неё звукового давления, и электродинамической системы, где при воздействии звукового давления в звуковой катушке индуцируется ЭДС и напряжение с катушки подаётся на вход усилителя.

Уровень шума, производимого машиной или механизмом, зависит от многих причин, поэтому рекомендуется измерять шум в акустически заданных (определённых) условиях, т.е. необходимо выделить из общего уровня акустического шума частотный диапазон, характеризующий возникшую неисправность.

Основными диагностическими параметрами, характеризующими ударный процесс, являются: ускорение, скорость, перемещение (при поступательном движении возмущения) и деформация рассматриваемой точки тела (при ударном воздействии).

При измерении параметров удара в качестве измерительных преобразователей наибольшее распространение находят преобразователи следующих типов: индуктивные, тензорезистивные и пьезоэлектрические.

Запатентованный специалистами Швеции в 1968 г. метод, получивший название технологии ударных импульсов, дал начало многим поколениям систем диагностики подшипников качения. Принцип действия метода ударных импульсов иллюстрируется сигналом, приведённым на рисунке.

Именно в подшипниках качения при плохой смазке или появления раковин на поверхности качения возникают такие отдельные короткие импульсы.

К сожалению, метод ударных импульсов не позволяет увеличивать интервал измерений выше 5-10 дней, так как именно на такой минимальный срок в начале развития дефектов возрастает величина мгновенной (пиковой) амплитуды сигнала, что снижает эффективность и несколько ограничивает возможности данной технологии в плане расширения номенклатура обнаруживаемых дефектов и прогнозирования изменения технического состояния машины (т.е. узкая область применения).

Дефектоскопия

Дефектоскопия (Д) – совокупность методов и средств неразрушающего контроля, предназначенных для обнаружения дефектов типа обнаружения сплошности и неоднородности материалов (раковины, поры, зоны рыхлости, включения, трещины, расслоения, непровар и т.д.) и изделий, резко снижающих их прочность.

Из всего многообразия методов Д практический интерес для диагностирования пищевого оборудования представляют радиационный, акустический, проникающими веществами и течеисканием.

Радиационная Д (основанная на регистрации и анализе ионизирующего излучения – рентгеновского, нейтронного гамма-излучения и т.д., после взаимодействия с контролируемым объектом) и акустическая Д (т.е. выявление дефектов под воздействием упругих колебаний в диапазоне частот от 50 Гц до 50МГц) широко применяются для контроля качества сварных швов, клеевых, паяных и других соединений (т.е. анализируется качество сборки), а также применяются для обнаружения зон нарушения соединений между элементами в многослойных конструкциях различной толщины (пример, обшивка с теплоизоляционным покрытием).

Д проникающими веществами основана на проникновении веществ полости дефектов объекта контроля. Эффект обнаружения дефектов усиливается с помощью люминесцирующего в ультрафиолетовом излучении (УФ) вещества (люминесцентный метод) или контрастирующего цветного вещества (цветной метод). Широкое использование нашло при контроле герметичности холодоиспользующего оборудования (при утечке хладонов), а также для обнаружения мельчайших поверхностных дефектов глубиной около 10 мкм и шириной около 1 мкм.

Д течением основана на проникновении газообразных и жидких веществ через сквозные дефекты с целью определения степени герметичности изделий, характеризуется падением давления за единицу времени. При создании внутри изделия повышенного давления газа с последующим погружением его в жидкость или обмыливанием мест течи определяется по пузырькам газа степень герметичности аппарата. Д течеисканием широко применяют для контроля герметичности сосудов высокого давления, сварных швов, многослойных изделий и др. объектов.

Структуроскопия

Структура материалов (Ме) определяет во многих случаях прочностные характеристики изделий.

Для исследования состояния структуры материалов, т.е. величины зерна, модулей упругости, твёрдости, текстуры, прочности и т.д., применяют в основном акустические, электромагнитные и радиационные методы измерения.

Создание конструкционных материалов с заданными механическими свойствами, прогнозирование их прочностных характеристик, определение исходного и остаточного ресурсов конструкций и причин их разрушения невозможно без глубокого изучения структуры материалов на макро- и микро уровнях, без исследования распределения состава микровключений, динамики изменения структурных параметров в процессе нагружения материалов. Между структурой и механическими свойствами материалов имеется определённая взаимосвязь. Это позволяет судить об их прочностных характеристиках по результатам структурного анализа. С его помощью (структуроскопии) можно выявлять неоднородные по структуре зоны, например мягкие пятна, оценивать глубину и качество механической, термической и химико-термической обработки на разных стадиях технологического процесса производства, а также определять степень механических напряжений, выявлять зоны усталости, и в конечном итоге контролировать качество поверхностных слоёв изделия.

Контроль основных параметров (мониторинг) пищевого оборудования

Измерение температуры и давления

Приборы для измерения температуры разделяют на 2 класса – контактного и неконтактного действия.

К первым относятся жидкостные манометрические, ртутные термометры; хромель-копелевые соединённые с потенциометром термопары; полупроводниковые термометры сопротивления; термоиндикаторы, изменяющие цвет при нагреве. К приборам неконтактного действия относятся пирометры различных типов (принцип действия основан на зависимости спектральной яркости или излучаемой энергии нагретых тел от температуры).

Для измерения разности давлений и преобразования абсолютного давления в стандартный электрический сигнал наибольшее распространение получили измерительные преобразователи, основанные на методе силовой компенсации, тензометрическом и ёмкостном методах.

Наиболее распространены тензорезисторные измерительные преобразователи, обладающие высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Их принцип действия основан на преобразовании деформации упругих элементов в изменение сопротивления тензорезисторов.

Кроме того, основными измеряемыми параметрами диагностируемого пищевого оборудования являются:

§ измерение уровня (поплавковый, ёмкостной, ультразвуковой, лазерный методы) и расхода (различного типа расходомеры);

§ измерение влажности (важнейший показатель качества продукта, определяемый термогравиметрическим методом, т.е. высушивание пробы материала до постоянной массы в сушильных шкафах; могут применяться также и косвенные методы – пикнометрический, основанный на зависимости плотности продукта от содержания влаги; существует и ряд других прямых и косвенных методов. Для количественной оценки влажности газов используются гигрометры);

§ измерение плотности (отношение массы m тела к его объёму V, т.е. масса единицы данного вещества ρ= m/ V. Для жидкости, в основном, используют весовые и гидростатические плотномеры.);

§ измерение времени. По функциональному признаку применяют следующие приборы для измерения времени:

1) измерители текущего времени (в часах, минутах и секундах);

2) измерители интервалов времени (секундомеры, реле времени);

3) измерители физических характеристик (часовые тахометры, счётчики оборотов);

4) программно-временные задатчики интервалов времени и временных программ (таймеры);

5) мощные комплексные средства – хронометрические системы;

§ измерение электрических параметров является самым распространённым видом измерения. К электроизмерительным приборам относятся вольтметры, амперметры для постоянного и переменного токов, различного типа омметры, осциллографы, комбинированные приборы для измерения двух и более параметров как на постоянном, так и на переменном токе и др. В настоящее время применяются измерительные информационные системы и измерительные комплексы, представляющие собой высший уровень интеграции электроизмерительной техники, средств автоматики и ЭВМ.

Дата добавления: 2014-01-05