Cuprins:Capitolul 1 1.TRADUCTOARE DE VIBRATII 1.1.Princiiile fizice ale traductoarelor de vibratii.......................................2 1.2.Deplasarea,viteza i acceleraia vibraiei................................................4 1.3.Msurarea deplasrii vibraiei................................................................5 1.4.Msurarea vitezei vibraiei......................................................................6 1.5.Msurarea acceleraiei vibraiei.............................................................7 1.5.1.Accelerometre piezoelectrice...........................................................8 1.5.2. Accelerometre piezoelectrice cu preamplificator electronic......10 1.5.3. Accelerometre piezorezistive...............................................................10 1.5.4. Accelerometre cu variaia capacitii electrice..................................11 1.5.5. Accelerometre cu balan de fore......................................................12Capitolul 2 2.SUPAPE DE EVACUARE 2.1.Obiectul de studiu si procedura de testare.............................................13 2.2. Rezultatele cercetarii ..........................................................................14 2.3.Descrierea experimentului.......................................................................16 2.4.Analiza rezultatelor obtinute...................................................................17

CAPITOLUL 1

1.TRADUCTOARE DE VIBRATII

1.1 Principiile fizice ale traductoarelor de vibratii

Vibratiile sunt miscri oscilante care apar n urma aplicrii unei fore oscilante sau variabile asupra unei structuri. Vibraiile pot fi continui sau intermitente, periodice sau neperiodice.Oscilaiile depind de natura forei aplicate i de structur.Cele mai multe vibraii pot fi modelate ca sisteme cu un singur grad de libertate i muli senzori de vibraii folosesc un sistem cu arc elastic i mas. Arcul estecaracterizat de constanta elastic k, iar masa m de greutatea sa, G. Aceste caracteristici determin att comportarea static (deformarea static, d) a structurii, ct i comportarea dinamic.Dac g = 9,81 m/s2 este acceleraia gravitaional, atunci: F = ma, G = mg, k = F/d ~ G/d, d = F/k = G/V = m-g/k.Comportarea dinamic a unui sistem cu mas i arc poate fi exprimat de comportarea sistemului n vibraie liber i / sau n vibraie forat.

a) Comportarea dinamic a unui sistem n vibraie liber.

Vibraia liber apare atunci cnd arcul este deformat i apoi eliberat, vibrnd liber. Trebuie evideniate dou caracteristici: - prin amortizarea sistemului, amplitudinea oscilaiilor scade n timp; - frecvena oscilaiei nu depinde de amplitudinea deflexiei iniiale (ct timp nu se depesc limitele de elasticitate).

b) Comportarea dinamic a unui sistem n vibraie forat.

Vibraiile forate apar cnd se adaug continuu energie sistemului mas i arc, printr-o for oscilant, cu o frecven de forare, ff. Dac energia aplicat depete amortizarea, micarea va continua att ct continu excitaia.Vibraiile forate pot fi: - autoexcitate, dac fora de excitaie este generat n sau pe masa excitat; - cu excitaie extern, dac fora de excitaie se aplic arcului, de exemplu cnd baza pe care este st arcul se mic. Cnd oscileaz baza i fora este transmis masei suspendate prin intermediul arcului, micarea masei va fi diferit de micarea bazei. Micarea bazei este denumit micare de intrare, I, iar micarea masei reprezint rspunsul, R. Se definete transmisibilitatea T, ca raportul acestor mrimi. La frecvene de forare mult sub frecvena natural a sistemului, R ~ I i Tr ~ 1. Cu ct frecvena de forare este mai apropiat de frecvena natural, transmisibilitatea crete datorit rezonanei. Rezonana reprezint stocarea energiei n sistemul mecanic. La frecvene de forare apropiate de frecvena natural, energia se acumuleaz i crete, rezultnd o cretere a amplitudinii rspunsului. Crete de asemenea amortizarea i energia absorbit de amortizare ntr-o perioad egaleaz energia forei de excitaie, atingndu-se echilibrul. Vrful transmisibilitii se obine pentru fffn, condiia fiind numit rezonan. Dac frecvena de forare crete peste fn , rspunsul R scade. Atunci cnd ff = 1,414, fn se obine R = I i Tr = 1; la frecvene superioare, R 1 G pentru a asigura rspunsul la joas frecven.n practic, pentru senzori piezoelectrici se folosesc convertoare sarcin - tensiune cu amplificator operaional, denumite obinuit preamplificatoare de sarcin electric. Tensiunea de ieire este proporional cu sarcina generat de accelerometru i invers proporional cu capacitatea de reacie i nu depinde de capacitatea de ieire a accelerometrutui sau capacitatea cablurilor, deoarece capacitatea de intrare aconvertorului sarcin tensiune este ACr prin efect Miller, unde A este amplificarea n bucl deschis.Se pot astfel folosi cabluri de legtur de diverse lungimi, fr necesitatea recalibrrii. Frecvena limit superioar este fixat de condensatorul i rezistena de reacie a convertorului sarcin - tensiune i nu de caracteristicile accelerometrului. Impedana de ieire a accelerometrului piezoelectric schimb caracteristicile de zgomot, nu i frecvena.Limitarea important introdus de impedana mare de ieire a accelerometrelor piezoelectrice este utilizarea unor cabluri de legtur speciale, cu impedan foarte mare i zgomot redus (de exemplu, cu izolaie cu teflon).Tipurile cele mai comune de accelerometre piezoelectrice sunt cele care lucreaz prin compresie i cele cu torsiune. Variantele prin torsiune au izolaie mai bun la efecte perturbatoare din mediul nconjurtor cum sunt variaiile de temperatur i de efort ale bazei i sunt n general mai scumpe. Variantele tip grind (fixat ntr-un singur capt) care lucreaz prin compresie sunt mai fragile i au band de frecven limitat.1.5.2. Accelerometre piezoelectrice cu preamplificator electronicAceste accelerometre conin un preamplificator electronic hibrid miniatur i, datorit semnalului mare de ieire de pe impedan a mic de ieire, nu mai au nevoie de cabluri speciale de legtur de zgomot mic. Cele mai multe necesit surse de curent constant de alimentare.Curentul de alimentare i semnalul de ieire sunt produse pe aceleai dou fire.Impedana mic de ieire ofer imunitate fa de rezistena de izolaie mic a cablului, zgomotului electric i a semnalelor perturbatoare.Sensibilitatea accelerometrelor cu preamplificator ncorporat este mai mare dect la accelerometrele piezoelectrice fr preamplificator. n partea electronic se pot introducei funcii suplimentare, de exemplu, filtre, circuite de protecie i autoidentificare, iar circuitele de condiionare exterioare sunt minime.Sensibilitatea accelerometrelor piezoelectrice cu preamplificator electronic ncorporat nu este afectat semnificativ de variaiile sursei de alimentare. Gama dinamic a tensiunii de ie ire este ns afectat de tensiunea de alimentare. La variaii mari ale curentului de alimentare apar probleme la rspunsul n frecven, cnd se comand sarcini cu capacitate electric mare.Un dezavantaj al circuitelor electronice ncorporate este limitarea gamei de temperaturi de lucru i a fiabilitii.Preamplificatorul electronic intern nu este necesar s fie convertor sarcin - tensiune deoarece capacitatea electric dintre firele de legtur ntre senzor i preamplificator este mic i bine controlat. Cuarul este folosit ca generator de tensiune electric. Preamplificatoarele de tensiune ajut i ceramicile feroelectrice care au rspunsul n frecven mai sczut la folosirea convertoarelor sarcin - tensiune; datorit coeficientului dielectric dependent de frecven. n cazul preamplificatoarelor de tensiune rspunsul n frecveneste destul de plat.1.5.3. Accelerometre piezorezistiveUn accelerometru piezorezistiv conine o punte Wheatstone de rezistoare, pe unul sau mai multe brae, ce i schimb valoarea rezistenei electrice sub aciunea efortului. Deoarece senzorii sunt alimentai cu tensiune electric exterioar, ieirea poate fi cuplat n curent continuu pentru a rspunde i la condiii statice. Sensibilitatea unei puni Wheatstone variaz direct proporional cu tensiunea de alimentare (de excitaie), care trebuie s fie stabil i nezgomotoas.Ieirea pun ii este flotant, fiind nevoie de un amplificator diferen ial sau ambele legturi de la tensiunea de excitaie trebuie s fie flotante pentru ca ieirea din punte s fie fa de mas. Configuraia cu ieire diferenial are avantajul rejeciei de mod comun. Cele mai multe puni cu senzori piezorezistivi folosesc dou sau patru elemente active. Tensiunea la ieire a unei pun i cu dou brae active (semipunte) este jumtate din cea a unei puni cu patru brae active (punte complet).Cerinele de stabilitate a tensiunii de excitaie a punii cu piezorezistoare i a elementelor de condiionare sunt mai severe dect la preamplificatoarele ncorporate cu accelerometrele piezoelectrice.Traductoarele cu senzori piezorezistivi au impedan mic i imunitate la zgomote.Sensibilitatea provine din rspunsul elastic al structurii i rezistivitatea materialului.Senzorii piezorezistivi sunt fabricai dintr -o singur pies din Si, cu avantajul realizrii ntregului senzor ntr-un singur bloc de material omogen, adic stabilitate mai bun, coeficieni termici buni i fiabilitate mare. Sunt folosii la eforturi mari, chiar dac Si este un material fragil. Datorit rspunsului n curent continuu, sunt folosii la msurtori de lung durat.Accelerometrele piezorezistive de mare sensibilitate sunt proiectate cu amortizare pentru a extinde gama de frecven i posibilitile de depire a gamei dinamice.1.5.4. Accelerometre cu variaia capacitii electriceSunt realizate sub form de condensatoare plane cu plci paralele i dielectric aer, n care micarea este perpendicular pe plci.La unele variante exist o plac central fixat de o muchie, astfel c micarea devine rotaie. Alte plci sunt fixate elastic de jur mprejur.ntr-un accelerometru cu variaia capacitii, excitaia este dat de un oscilator cu frecven mare. Variaiile de capacitate ale senzorilor datorit acceleraiei sunt sesizate de o pereche de convertoare curent - tensiune.Senzorii cu variaia capacitii sunt realizai prin microprelucrare pe mai multe substraturi suprapuse de Si, cu un interstiiu de aer de civa m, pentru a permite amortizarea. Deoarece vscozitatea aerului variaz cu cteva procente pe o gam larg de temperaturi de lucru, se obine un rspuns n frecven mai stabil dect la accelerometrele piezorezistive amortizate cu ulei.Senzorul unui accelerometru cu variaia capacitii, obinut prin micro-prelucrare, are trei elemente de Si mbinate ntr-un ansamblu nchis ermetic. Dou elemente sunt electrozii unui condensator cu plci paralele cu dielectric aer. Elementul din mijloc este gravat chimic pentru a forma o mas central rigid, suspendat pe legturi subiri, flexibile. Caracteristicile de amortizare sunt controlate de debitul de gaz prin orificiile din masa central.Accelerometrele cu variaia capacitii au cele mai bune caracteristici de funcionare.Dezavantajele sunt costul, gabaritul mare, complexitatea circuitelor de condiionare. Pentru detecia capacitii se folosesc circuite de nalt frecven, frecvenele purttoare fiind de peste 1000 ori mai mari dect frecvenele maxime ale semnalelor de ieire. 1.5.5. Accelerometre cu balan de foreSunt denumite tipic servoaccelerometre i sunt folosite n sistemele de ghidare ineriale, n aplicaii de msurare de vibraii.Toate accelerometrele descrise anterior sunt dispozitive n bucl deschis, n care ieirea datorat deflexiei elementului sensibil se citete direct.n accelerometrele cu servo control, sau n bucl nchis, semnalul de deflexie se folosete ca reacie ntr-un circuit care comand fizic sau reechilibreaz masa napoi, n poziia de echilibru.Deplasrile sunt meninute foarte mici prin reechilibrarea electric a masei, crescnd liniaritatea i acurateea.Servoaccelerometrele sunt realizate n dou variante:liniare (de exemplu difuzor) i - tip pendul .Varianta tip pendul este cel mai mult folosit.Fora de reechilibrare este electric i exist doar cnd exist tensiune de alimentare. Elementele elastice au coeficient elastic mare, iar n zona prii electronice sunt prevzute amortizoare. Se folosesc n msurtori de vibraii, la frecvene de 0 ... 1000 Hz. CAPITOLUL 2 2. SUPAPE DE EVACUARE O supap este un organ al motorului,care deschide si nchide orificiile canalurilor gazelor spre sau din cilindru motor .Supapelesunt folosite la aproape toate motoarele cu ardere interna in patru timpi cu putine exceptii,motorul cu clapa(obturator). n timpul funcionrii motorului, materialele se nclzesc i se extind, tija supapei devenind mai lung. Astfel, este posibil ca supapa s nu mai nchid complet i gazele calde nclzesc permanent supapa. Nemaiputand ncalzi talerul, acesta nu se mai rcete suficient i prin urmare se produce arderea talerului la supap.2.1. Obiectul de studiu si procedura de testareObiectul de test a fost un motor de Ford Fiesta 1.3 dm3 . Testele s-au efectuat pe un stand detestare Bosch FLA203, motorul fiind complet functional si cu o defectiune la supapa de evacuare a primului cilindru. Defectiunea supapei cauza neetanseitatea cilindrului , aceasta defectiune a fost simulata cu ajutorul unei crestaturi laterale de aproximativ 3 mm in lungime a capului supapei. In timpul testelor, acceleratia vibratiilor capului supapei a fost inregistrata cat si viteza de rotatie a arborelui cotit. Frecventa semnalului vibroacustic a fost de 25 kHz. Testele s-au efectuat la diferite viteze de rotatii si incarcari.Scopul studiului a fost determinarea efectelor unei fisuri in capul supapei.2.2. Rezultatele cercetarii Fig 1. Distributia coeficientului vibratiilor in cazul unui motor in stare buna de funtionareFig 2. Distrubutia coeficientului vibratiilor in cazul unui motor cu supapa defecta Pe baza figurilor de mai sus se poate spune ca defectiunea supapei de evacuare introduce modificari de semnal a valorilor coeficientilor , in special in zona de jos a scarii ce corespunde frecventelor inalte.Fig 3. Spectrul de frecvente E(a)Pe baza spectrului de frecvente E(a) se poate afirma ca defectiune supapei induce o crestere a amplitudinii semnalului pentru toti coeficientii. De asemeni defectiunea supapei intrduce o schimbare a maximei spectrului catre valorile situate in partea de jos a scarii corespunzatoare frecvntelor inalte. Fig 4. Energia totala pentru un ciclu motor. Figurile 5 si 6 prezinta acceleratiile vibratiilor si descompunerea lor in domeniul frecventelor inalte si domeniul frecventelor joase, aceasta se realizeaza cu ajutorul unei filtrari a semnalului, in cazul unui motor complet functional cu o supapa defecta. Acceleratiile vibratiilor au fost inregistrate in coditiile unui autovehicul ce circula cu 100 km/h.2.3.Descrierea experimentuluiExaminarile au fost efectuate in timpul testelor de drum pe un motor cu patru cilindri cu aprindere prin scanteie. S-au realizat masuratori de vibratii pentru diferite turatii si incarcari ale motorului. Pentru aceasta s-au utilizat senzori de vibratii piezoelectrici pentru o gama de frecvente: 0.1 16500 [Hz], frecventa de rezonanta 55 [kHz] si temperatura de functionare cuprinsa intre -74 si 250 [C]. Prinderea senzorului se realizeaza prin infiletare in zona cilindrului 1, si dispozitivul portabil de masurare si inregistrare B&K PULSE. Vibratiile emise de blocul motor au fost inregistrate atat in plan vertical cat si in plan orizontal cu o frecventa de 65536 Hz, ceea ce inseamna ca se depaseste domeniul de frecventa al senzorilor.In afara de semnalul vibroacustic al motorului s-au inregistrat : semnalul de pozitie arborelui cotit, pozitia clapetei de acceleratie si semnalul de la bobina de aprindere corespunzator celor patru cilindri. Suplimentar au fost inregistrate semnalele pentru indentificarea timpilor de functionare ai motorului, timpilor de injectie si aprindere.Semnale cu durata de un minut au fost inregistrate in timpul conducerii cu viteza constanta. Micile variatii ale vitezei au fost eliminate in timpul analizelor ce au urmat. Mentinerea turatiei constant a motorului este esentiala deoarece acest parametru are o influenta deosebita asupra amplitudinii vibratiilor . Variatia incarcarii motorului nu este asa importanta. 2.4.Analiza rezultatelor obtinuteSemnalul vibroacustic a fost reanalizat si introdus din domeniul timp in domeniul unghiul de rotatie al arborelui cotit . Rezultatul acestei operatiuni confirma repetabiltatea procesului si a raspunsului la vibratii la deschiderea si inchiderea supapei eliminand astfel posibilitatea aparitiei unei erori aleatorii a diagnosticarii. CONCLUZIE n acest referat sa prezentat diferitele traductoare de turaii si metode de masurare a vibraiilor, iar in cel de al doilea capitol determinarea semnalului vibroacustic produs de motor datorita neetaneitaii supapelor de evacuare.1