Jak zmierzyć drgania? Wibrometr

Teoria mówi, że doskonale wyważone urządzenie wirujące – od pralki począwszy, a na silniku lotniczym skończywszy – nie wytwarza żadnych drgań, ponieważ wszystkie elementy powinny być perfekcyjnie spasowane, a kulki w łożyskach idealnie kuliste. Jednak to tylko teoria – takie idealne urządzenia nie istnieją, a ich drgania muszą być regularnie mierzone. Jak zbadać drgania wytwarzane przez maszyny?

Po co w ogóle mierzyć drgania?

Wszystkie te niedoskonałości maszyn i wynikające z nich drgania mają duży wpływ na zużycie maszyny, ponieważ pod wpływem tych drgań owe niedoskonałości szybko się powiększają, a części maszyny robią się coraz luźniejsze. I o ile w przypadku miksera kuchennego czy pralki możemy przypłacić jedynie zniszczeniem urządzenia, jego niekontrolowanym przemieszczeniem lub kosztami naprawy, to w przypadku maszyn przemysłowych czy wspomnianych wcześniej silników lotniczych sprawy przybierają poważnego, nomen omen, obrotu. Dlatego też należy co pewien czas wykonywać pomiar drgań, aby móc określić stopień zużycia maszyny lub jej elementów i zaplanować jej konserwację albo wymianę części, nie dopuszczając tym samym do jej uszkodzenia. Oczywiście nie jest to jedyny powód wykonywania pomiarów drgań. Takie badania wykonuje się też w fazie testowej, aby określić odporność maszyny lub materiałów na drgania naturalnie występujące w jej środowisku pracy. Innym powodem jest badanie oddziaływania tych drgań na człowieka, co wbrew pozorom jest bardzo ważne – ponieważ drgania o niskich częstotliwościach rezonują z ludzkimi organami wewnętrznymi.

Jak badamy drgania?

W tym właśnie celu skonstruowano wibrometr. Na samym początku takie urządzenia były podobne do sejsmografu – drgania (albo raczej wstrząsy) były rejestrowane za pomocą pisaka przymocowanego do ramienia i nanoszącego ślad na taśmie papierowej. Później, gdy wynaleziono przetworniki elektryczne, można było badać drgania urządzeń bezdotykowo czujnikami przemieszczeń w sposób indukcyjny lub pojemnościowy. Wtedy też metodyka badania drgań zaczęła stawać się samodzielnym działem nauki. Następna rewolucja dokonała się w momencie, gdy zaczęto stosować akcelerometry, które badały dodatkowo przyspieszenie – ponieważ wtedy można było zintegrować urządzenie badawcze z urządzeniem badanym, tzn. montować wibrometr na samym urządzeniu, co pozwalało na uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników. Współcześnie używa się głównie wibrometrów działających właśnie w oparciu o akcelerometr. Jednak zdarza się też coraz częściej, że z różnych powodów nie ma możliwości montażu wibrometru na urządzeniu, bo np. powierzchnia jest zbyt gorąca, trudno dostępna albo aktywna magnetycznie lub chemicznie. Aby te trudności rozwiązać, zaczęto stosować wibrometry laserowe. W Polsce działają firmy dostarczające wibrometry z każdego rodzaju, np. firma EC Test Systems. Ma ona w ofercie również wibrometry laserowe, które mają swoją własną klasyfikację, i które są aktualnie najbardziej precyzyjnym rodzajem wibrometrów.