Montageanleitung. Beschleunigungsaufnehmer B12. B 26.B12.10 de

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1 Montageanleitung Beschleunigungsaufnehmer B12 B 26.B12.10 de

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3 B12 3 Inhalt Seite Sicherheitshinweise Lieferumfang Anwendung Aufbau, Meßprinzip Installieren Montage Elektrischer Anschluß Kalibrieren Meßhinweise Kabeleinflüsse Störeinflüsse Anhang Theoretische Grundlagen Amplituden-Frequenzabhängigkeit Temperaturabhängigkeit der Dämpfung Meßsignalverzögerung Phasenverschiebung Laufzeit Beziehung zwischen Schwingwegamplitude, Frequenz, Beschleunigung Technische Daten Abmessungen

4 4 B12 Sicherheitshinweise Bestimmungsgemäßer Gebrauch Die Aufnehmer B12 sind für Messungen von konstanten Beschleunigungen, sowie von Schwing und Schockbeschleunigungen vorgesehen. Jeder darüber hinausgehende Gebrauch gilt als nicht bestimmungsgemäß. Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebes darf der Aufnehmer nur nach den Angaben in der Montageanleitung verwendet werden. Bei der Verwendung sind zusätzlich die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Rechts- und Sicherheitsvorschriften zu beachten. Sinngemäß gilt dies auch bei Verwendung von Zubehör. Der Aufnehmer ist kein Sicherheitselement im Sinne des bestimmungsgemäßen Gebrauchs. Der einwandfreie und sichere Betrieb dieses Aufnehmers setzt sachgemäßen Transport, fachgerechte Lagerung, Aufstellung und Montage sowie sorgfältige Bedienung und Instandhaltung voraus. Allgemeine Gefahren bei Nichtbeachten der Sicherheitshinweise Die Beschleunigungsaufnehmer B12 entsprechen dem Stand der Technik und sind betriebssicher. Von den Aufnehmern können Restgefahren ausgehen, wenn sie von ungeschultem Personal unsachgemäß eingesetzt und bedient werden. Jede Person, die mit Aufstellung, Inbetriebnahme, Wartung oder Reparatur eines Kraftaufnehmers beauftragt ist, muß die Montageanleitung und insbesondere die sicherheitstechnischen Hinweise gelesen und verstanden haben. Restgefahren Der Leistungs- und Lieferumfang des Aufnehmers deckt nur einen Teilbereich der Schwingungsmeßtechnik ab. Sicherheitstechnische Belange der Schwingungsmeßtechnik sind zusätzlich vom Anlagenplaner/Ausrüster/Betreiber so zu planen, zu realisieren und zu verantworten, daß Restgefahren minimiert werden. Jeweils existierende Vorschriften sind zu beachten.

5 B12 5 In dieser Montageanleitung wird auf Restgefahren mit folgenden Symbolen hingewiesen: Symbol: WARNUNG Bedeutung: Möglicherweise gefährliche Situation Weist auf eine mögliche gefährliche Situation hin, die wenn die Sicherheitsbestimmungen nicht beachtet werden Tod oder schwere Körperverletzung zur Folge haben kann. Symbol: ACHTUNG Bedeutung: Gefährliche Situation Weist auf eine mögliche gefährliche Situation hin, die wenn die Sicherheitsbestimmungen nicht beachtet werden Sachschaden, leichte oder mittlere Körperverletzung zur Folge haben könnte. Symbol: HINWEIS Weist darauf hin, daß wichtige Informationen über das Produkt oder über die Handhabung des Produktes gegeben werden. Symbol: Bedeutung: CE-Kennzeichnung Mit der CE-Kennzeichnung garantiert der Hersteller, daß sein Produkt den Anforderungen der relevanten EG-Richtlinien entspricht (siehe Konformitätserklärung am Ende dieser Bedienungsanleitung).

6 6 B12 Umbauten und Veränderungen Der Aufnehmer darf ohne unsere ausdrückliche Zustimmung weder konstruktiv noch sicherheitstechnisch verändert werden. Qualifiziertes Personal Dieses Gerät ist nur von qualifiziertem Personal ausschließlich entsprechend der technischen Daten in Zusammenhang mit den nachstehend ausgeführten Sicherheitsbestimmungen und Vorschriften einzusetzen. Hierbei sind zusätzlich die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Rechts- und Sicherheitsvorschriften zu beachten. Sinngemäß gilt dies auch bei Verwendung von Zubehör. Qualifiziertes Personal sind Personen, die mit Aufstellung, Montage, Inbetriebsetzung und Betrieb des Produktes vertraut sind und die über die ihrer Tätigkeit entsprechende Qualifikationen verfügen. Bedingungen am Aufstellungsort Schützen Sie den Aufnehmer vor Feuchtigkeit oder Witterungseinflüssen wie beispielsweise Regen, Schnee usw. Wartung Der Beschleunigungsaufnehmer B12 ist wartungsfrei.

7 B Lieferumfang 1 Beschleunigungsaufnehmer B12 1 Bedienungsanleitung 2 Anwendung Mit den Absolutbeschleunigungsaufnehmern der Typenreihe B12 lassen sich sowohl konstante Beschleunigungen, als auch Schwing- und Schockbeschleunigungen erfassen. Die Aufnehmer zeichnen sich durch kleine Abmessungen und geringes Gewicht aus, wodurch die Montage auch an kleine Meßobjekte möglich ist. Die räumliche Einbaulage ist beliebig. Weitere Vorteile liegen in Robustheit und Verschleißfreiheit. Die zwei lieferbaren B12-Typen unterscheiden sich bei gleichen äußeren Abmessungen durch ihre Kennfrequenzen und Meßbereiche. Die Arbeitsfrequenzbereiche liegen jeweils zwischen 0 Hz und der halben Kennfrequenz. Je niedriger die Kennfrequenz, desto höher ist systembedingt die Empfindlichkeit. Daraus ergeben sich differenzierte Anwendungsmöglichkeiten. Der Aufnehmer B12/200 hat eine Nennbeschleunigung von 200m/s 2 und eignet sich wegen seiner guten absoluten Nullpunktstabilität besonders für die Messung konstanter und langsam veränderlicher Beschleunigungen. Er läßt sich auch als Neigungsmesser einsetzen. Die kleinste noch meßbare Beschleunigung beträgt 0,02m/s 2 (bei Verwendung eines geeigneten Meßverstärkers). B12/500 ergänzt die Typenreihe für Beschleunigungen bis max. 1000m/s 2 und für Arbeitsfrequenzbereiche bis 250Hz. Der Amplitudenfrequenzgang wird im Werk für jeden Aufnehmer individuell auf einem Schwingtisch ermittelt. Die aufgenommene Kurve liegt dem B12 bei.

8 8 B12 3 Aufbau, Meßprinzip Das Meßsystern des B12, ein hochabgestimmtes Feder Masse System, befindet sich in einem zylindrischen Stahlgehäuse (Abb. 1). In dem Gehäuse ist eine flüssigkeitsgedämpfte Masse an zwei Membranfedern aufgehängt. Der Aufnehmer wird über einen Gewindezapfen mit dem Meßobjekt fest verschraubt. Die bei Beschleunigungen entstehenden Trägheitskräfte wirken auf die seismische Masse. Der dabei auftretende relative Verschiebungsweg zwischen Masse und Gehäuse ist ein Maß für die absolute Beschleunigung (dem Meßsystern zugrunde liegende physikalische Zusammenhänge werden in Kap. 7 näher beschrieben). Die Masse ist als Anker eines Differentialdrosselsystems ausgebildet und bewirkt durch ihre Verschiebung in den Spulen eine gegensinnige Veränderung der Induktivitäten. Die Spulen bilden eine induktive Halbbrücke, die im Meßverstärker zu einer Wheatstone Brücke ergänzt wird. Die abgeglichene Brücke wird durch Verlagerungen der Masse verstimmt. Auf diese Weise erhält man ein Meßsignal, das der Massenrelativbewegung und damit der Beschleunigung proportional ist. Zur Befestigung des Aufnehmers am Meßobjekt sind ein Sechskant mit 10mm Schlüsselweite und ein 6,5 mm langer Gewindezapfen M 6 vorgesehen. Der Gewindezapfen ist durchbohrt und enthält den Füllkanal für das Dämpfungsöl. Dem Gewindezapfen gegenüber befinden sich die vier Anschlußstifte des Steckers HS 31 P für den elektrischen Anschluß. Der Schwerpunkt des Meßsystems liegt etwa in der Mitte des zylindrischen Gehäuseteils, die Meßrichtung in Richtung der Gehäuseachse. Abb. 1 Aufbau

9 B Installieren 4.1 Montage Der Aufnehmer wird mit dem Gewindezapfen so am Meßobjekt angeschraubt, daß die Beschleunigung in Richtung der Gehäuseachse wirkt. Die räumliche Einbaulage ist beliebig den Anwendungsbedingungen anzupassen. Das Anzugsmoment darf nur über den Sechskant (SW 10) eingeleitet werden und nicht größer als 3,5 Nm sein. Eine Fixierung des Aufnehmers mit Magnethalterungen ist wegen möglicher Störeinflüsse nicht empfehlenswert (Vgl. 6.2). 4.2 Elektrischer Anschluß Der elektrische Anschluß kann wahlweise über eine Kupplungsdose oder direktes Anlöten der Anschlußdrähte erfolgen. Durch Aufstecken der Kupplungsdose HK 31 S ist das Gehäuse gegen Spritzwasser geschützt (Schutzart IP 54 nach DIN 40050). Um störungsfreie Meßergebnisse zu erhalten, sollten HBM Anschlußkabel verwendet werden. Die Wahlmöglichkeiten für Aufnehmeranschlußkabel können Sie der Tabelle entnehmen. Tabelle: Anschlußkabel

10 10 B12 Als Verlängerung ist das Kabel Kab xx mit Amphenol Kabeldose und stecker in den Längen 6 m, 10 m und 20 m verfügbar (xx gewünschte Länge). Ohne Stecker und Kupplungsdose kann das Spezialkabel Kab. 5/00 4 bezogen werden. Für Längen über 100 m empfehlen wir Kab. 8/00 4 mit größerem Leitungsquerschnitt. Für bestimmte Anwendungsfälle (sehr hohe Beschleunigungen, kleine Meßobjekte oder Notwendigkeit kleiner Aufnehmermasse) empfiehlt es sich, flexible Anschlußlitzen direkt an die Steckerstifte zu löten. Um die internen Lötverbindungen nicht zu überhitzen, sollten Sie Lot mit geringer Schmelztemperatur verwenden und auf eine gute Wärmeableitung achten. Ist wegen möglicher Störeinflüsse (vgl. Kap. 6) eine Messung ohne elektrische Masseverbindung erwünscht, können Sie den Massestift abschneiden (der dickere Anschlußstift). Bei unsicheren Meßverhältnissen empfiehlt es sich, den Stift zunächst nur halb abzuschneiden und mit zur Hälfte aufgeschobener Kupplungsdose Probemessungen durchzuführen. Soll die Masseverbindung wiederhergestellt werden, ist bei ganz aufgeschobener Kupplung der Stecker noch verwendbar. Die B12 Aufnehmer lassen sich prinzipiell mit jedem 5 khz Meßverstärker von HBM oder dem Meßconverter MC 2A einsetzen, wobei allerdings die jeweiligen Grenzfrequenzen beachtet werden müssen. Abb. 2 Elektrischer Anschluß

11 B Kalibrieren Zur Kalibrierung der Meßkette sind die notwendigen Einstellungen am Meßverstärker nach der entsprechenden Bedienungsanleitung vorzunehmen. Die Aufnehmer B12/200 und B12/500 lassen sich auf einfache Weise kalibrieren durch Kippen aus der Senkrechten um 180 o (Abb. 3). In der senkrechten Stellung des Aufnehmers befindet sich die Masse in einer definierten Festlage (1), geringe Neigungen der Meßachse sind ohne Einfluß. Gleichen Sie den Meßverstärker bei dieser Lage des Aufnehmers auf Null ab. Beim Kippen des B12 um 180 o in die entgegengesetzte Festlage (2) wirkt die Beschleunigung 2g auf die Masse. Stellen Sie den entsprechenden Wert (ortsabhängig veränderlich, im Mittel 19,62m/s 2 ) am Verstärker ein, die Meßkette ist kalibriert. Abb. 3 Kalibrieren Für sehr genaue Messungen sollten die B12-Aufnehmer in der Größenordnung der zu erwartenden Meßgröße kalibriert werden. Werden Messungen über längere Zeiträume durchgeführt, ist eine regelmäßige Nachkalibrierung empfehlenswert.

12 12 B12 6 Meßhinweise 6.1 Kabeleinflüsse Bei induktiven Beschleunigungsaufnehmern sind Kabeleinflüsse von der Art der jeweils verwendeten Kabel abhängig. Verwenden Sie HBM Kabel mit Längen über 100 m, so beträgt die Änderung der Meßempfindlichkeit ca. 50%. Der Einfluß eines langen Kabels wird ausgeglichen, wenn es schon bei der Kalibrierung (vgl. Kap. 5) angeschlossen ist. 6.2 Störeinflüsse Obwohl das den induktiven Aufnehmern zugrundeliegende Trägerfrequenzverfahren gegenüber elektrischen Störungen weitgehend unempfindlich ist, können Störeinflüsse bei ausreichender Intensität die Meßergebnisse verfälschen. Unerwünschte Einflüsse können ausgehen von parallel zu den Meßleitungen liegenden Starkstromleitungen, Schützen und Elektromotoren oder Potentialunterschieden im Erdungssystem bei Mehrfacherdung der Meßkette. Unter ungünstigen Bedingungen wurden in einem Magnetfeld von 2 mt Signalabweichungen von fast 10 % gemessen, bezogen auf den Nennkennwert. Einflüsse von Magnetfeldern sind daher zu berücksichtigen und evtl. durch magnetische Abschirmgehäuse vom Aufnehmer fernzuhalten. Da die Störeinflüsse von der spezifischen Meßsituation und den Details des Versuchsaufbaus abhängen, lassen sie sich nicht allgemeingültig beschreiben. Wichtige Voraussetzungen für einwandfreie Messungen sind eine hochfrequenzsichere Abschirmung der Meßkette durch Verwendung von HBM- Meßkabeln und das Vermeid von Erdschleifen durch Mehrfacherdungen.

13 B Anhang 7.1 Theoretische Grundlagen Das Prinzip der Beschleunigungsmessung beruht auf einem seismischen Schwingungssystem mit fester Masse und Relativdämpfung zwischen Masse und Gehäuse, wie es in Abb. 5 prinzipiell dargestellt ist. Meßanordnungen nach diesem System sind grundsätzlich auch zum Messen von Schwingwegen und geschwindigkeiten geeignet. Zur Verdeutlichung derverhältnissewird das Meßsystem hierin Zusammenhang miteinem gedachten Bezugssystem absoluter Ruhe betrachtet. Eine Beschleunigung des Gehäuses (a = d 2 s/dt 2 wird über die Feder mittelbar auf die Masse übertragen und versetzt diese in Bewegung. Die Masse legt den Absolutweg y (gemessen gegenüber dem gedachten Bezugssystem) und den Relativweg r (gemessen gegenüber dem Gehäuse) zurück (vgl. Abb. 4). Abb. 4 Meßprinzip Die Relativbewegung der Masse r = (y s) ist in einem bestimmten Frequenzbereich unterhalb der Eigenfrequenz proportional der eingeleiteten Beschleunigung. Die Meßspulen setzen die Massenrelativbewegung in ein elektrisches Signal um, das nach außen übertragen und im Meßverstärker verarbeitet wird. Die Beziehung zwischen der zu ermittelnden Beschleunigung und der gemessenen Massenrelativbewegung läßt sich mathematisch aus der Kraft Gleichgewichtsbeziehung des schwingenden Systems herleiten (Σ F = 0).

14 14 B12 Wirkt eine äußere Kraft auf das Gehäuse, kann man das System mit einer inhomogenen linearen Differentialgleichung 2. Ordnung beschreiben: Die Eigenschaften des Schwingungssystems lassen sich durch geeignete Dimensionierung von Masse, Feder und Dämpfung den jeweiligen Erfordernissen anpassen. Ein hochabgestimmtes System, wie es zur Beschleunigungsmessung benutzt wird, hat eine steife Feder bei kleinem Dämpfungsmaß und geringer Masse. In der Systemgleichun überwiegt ω 0 2 und man erhält näherungsweise: ω 0 2. r = a Der Relativweg ist proportional der Beschleunigung. Die Übertragungsempfindlichkeit vermindert sich 1/ω 0 2.

15 B Amplituden-Frequenzabhängigkeit Für die Beurteilung der Meßgenauigkeit der Beschleunigungsmessung interessiert besonders das Verhältnis der Amplituden von Relativbewegung r und Beschleunigung a in Abhängigkeit von der Frequenz (Amplitudenfrequenzgang). Dieser Zusammenhang ergibt sich für sinusförmige Vorgänge mathematisch folgendermaßen: Zur Veranschaulichung wird der Amplitudenfrequenzgang (Resonanzkurve) in Abb. 5 mit verschiedenen Dämpfungsmaßen als Parameter dargestellt. Exakte Meßergebnisse sind dort zu erwarten, wo die Kennlinie eine Gerade darstellt. Bei einem Dämpfungsmaß von 0,5 0,7 ist dies im Bereich bis zu 50% der Kennfrequenz der Fall. Eine Veränderung des Dämpfungsmaßes bedeutet eine Einschränkung des nutzbaren Arbeitsfrequenzbereiches. Abb. 5 Amplitudengang * D beim B12: 0,6 0,1

16 16 B Temperaturabhängigkeit der Dämpfung Temperaturunterschiede bewirken eine Veränderung des Dämpfungsmaßes D. Der Einfluß der Betriebstemperatur auf die Dämpfung ist in Abb. 6 dargestellt. Die Referenztemperatur der B12 Aufnehmer beträgt 23 o C. Abb. 6 Temperaturabhängigkeit der Dämpfung * D beim B12: 0,6 0,1 7.4 Meßsignalverzögerung Bei jedem Aufnehmer ist das abgegebene Meßsignal geringfügig verzögert gegenüber der eingeleiteten Beschleunigung (Abb. 7). Bei sinusförmigen Bewegungen von Meßobjekt und Aufnehmer läßt sich die Verzögerung durch den Phasenverschiebungswinkel ϕ darstellen. Bei unregelmäßigen Beschleunigungen wird die Laufzeit t herangezogen. t ist die Zeitdifferenz zwischen markanten Merkmalen im Beschleunigungsablauf (Minima, Nulldurchgänge, etc.). Abb. 7 Meßsignalverzögerung

17 B Phasenverschiebung Der Phasenverschiebungswinkel ϕ wird rechnerisch aus der Differentialgleichung des Schwingungssystems ermittelt und stellt sich folgendermaßen dar: Abb. 8 zeigt die Abhängigkeit des Phasenverschiebungswinkels von der normierten Kreisfrequenz bei verschiedenen Dämpfungsmaßen (Phasenfrequenzgang). Abb. 8 Phasenfrequenzgang * D beim B12: 0,6 0, Laufzeit Abb.9 zeigt die Abhängigkeit der normierten Laufzeit für verschiedene Dämpfungsmaße in Abhängigkeit von der normierten Kreisfrequenz. Die Kennlinien sind abgeleitet aus dem Phasenfrequenzgang (Abb. 7) nach ϕ τ = 360 o. ω ω o Sie gelten generell für Beschleunigungsaufnehmer mit gedämpftem Feder- Masse-System.

18 18 B12 Wird der Beschleunigungsaufnehmer mit dem bei Referenztemperatur (23 o C) üblichen Dämpfungsmaß 0,6 betrieben, sind die Laufzeiten im Arbeitsfrequenzbereich annähernd gleich. Der Beschleunigungsverlauf wird in guter Abbildungstreue wiedergegeben. Die Laufzeiten sind für die vier B12-Typen in der Tabelle wiedergegeben. Abb. 9 Laufzeiten * D beim B12: 0,6 0,1 normierte Laufzeit t [ms] Laufzeit B12/200 B12/500 r = 0,25 1,25 0,5 r = 0,2 1 0,4 7.5 Beziehung zwischen Schwingwegamplitude, Frequenz, Beschleunigung Zwischen den Größen Schwingwegamplitude (s), Frequenz (f) und Beschleunigung (a) besteht ein Zusammenhang, der für sinusförmige Vorgänge mit folgender Gleichung beschrieben wird: Sind Maximalwert der Schwingwegamplitude und Frequenz bekannt, läßt sich mit Hilfe der Gleichung der zu verwendende Aufnehmertyp ermitteln.

19 B Technische Daten Typ Meßgröße konstante und veränderliche Beschleunigung, Schwingbeschleunigung Meßrichtung selektiv in Richtung der Gehäuseachse, beliebig in Schwerefeld orientiert Mechanisches Meßprinzip unterkritisch betriebene Feder-Masse- Schwinger Typen B12/200 B12/500 Kennfrequenz ca. Hz Arbeitsfrequenzbereich Hz Dämpfungsmaß D bei Referenztemperatur 0,6 0,1 Nennbeschleunigung m/s Kennwert mv/v Kennwerttoleranz mv/v 8 Nennkennwert mv/v Nennausgangssignalspanne mv/v Temperatureinfluß pro 10K im Nenntemperaturbereich auf den Kennwert *), bezogen auf den Istwert, typisch % 0,2 auf den Nullpunkt, bezogen auf den Nennkennwert, typisch % 0,25 0,25 Linearitätsabweichung einschließlich Hysterese bezogen auf die Nennausgangssignalspanne % 2 Querempfindlichkeit **) (Richtungsfaktor) % 3 Relative Grenzquerbelastung, bezogen auf die Nennbeschleunigung % 100 Elektrisches Meßprinzip ind. Meßsystem mit Differentialdrossel * ) Der Kennwert ist das tatsächliche Ausgangssignal bei Nennbeschleunigung ** ) Die Querempfindlichkeit ist das Ausgangssignal bei Belastung quer zur Meßachse, bezogen auf das Ausgangssignal bei derselben Belastung in Meßachse des Aufnehmers B12

20 20 B12 Typen B12/200 B12/500 Nennspeisespannung (Effektivwert) V 2,5 5% Gebrauchsbereich der Speisespannung V (Effektivwert) Trägerfrequenz khz 5 Eingangswiderstand bei Referenztemperatur (zwischen den Punkten 2 und 3) ca. 40 Eingangsinduktivität bei Referenztemperatur (zwischen den Punkten 2 und 3) mh ca. 10 Referenztemperatur o C +23 Nenntemperaturbereich o C Gebrauchstemperaturbereich o C Lagerungstemperasturbereich o C Gewicht g ca. 17 Befestigung anschraubbar mit Gewindestutzen M6 9 Abmessungen SW10 Freimaßtoleranz nach DIN 7168 grob

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24 OTTINGER ALDWIN ESSTECHNIK HBM Mess- und Systemtechnik GmbH Postfach , D Darmstadt Im Tiefen See 45, D Darmstadt Tel.: +49/ 61 51/ ; Fax: +49/ 61 51/ ; e mail: TSC@hottinger baldwin.com Änderungen vorbehalten. Alle Angaben beschreiben unsere Produkte in allgemeiner Form. Sie stellen keine Eigenschaftszusicherung im Sinne des 459, Abs.2, BGB dar und begründen keine Haftung. IM D POD