Вибрация в помещениях с виброчувствительным оборудованием

Вибрационные критерии

Любое высокоточное оборудование, работающее с малыми деталями или объектами, в большей или меньшей степени чувствительно к воздействию вибрации. Существуют разные подходы к  оценке вибрации в помещениях, к которым предъявляются повышенные требования. Различные методы оценки вибрации изложены в ГОСТ Р ИСО/ТС 10811-2, рекомендациях Института экологических наук и технологий (IEST), рекомендациях ASHRAE и других документах. В СП 465.1325800.2019 также содержатся требования по оценке соответсвия вибрационным критериям.

Одним из наиболее популярных методов оценки вибрации в помещениях, предназначенных для установки высокоточного оборудования, являются так называемые вибрационные критерии (vibration criteria), или кривые VC. Изначально этот метод оценки изложен в рекомендациях IEST RP-CC012.

Кривые VC вибрационных критериев

При оценке соответствия вибрации здания вибрационным критериям оцениваемыми величинами являются среднеквадратичные значения скорости (VR.M.S.) в 1/3-октавных полосах частот в диапазоне 4-80 Гц.

Вибрационные критерии описываются кривыми VC-A, VC-B, VC-C, VC-D и VC-E, задающими максимальные допустимые уровни виброскорости в 1/3-октавах. Эти кривые устроены таким образом, что в третьоктавах 8-80 Гц скорость не должна превышать постоянного определённого значения, а в третьоктавах 4-8 Гц кривые имеют наклон 6 дБ на октаву, т.е. фактически ограничивается не скорость, а ускорение. 

В некоторых документах могут рассматриваться расширенные кривые в частотном диапазоне от 1 Гц до 100 Гц.

В литературе встречаются и другие названия вибрационных критериев к помещениям. Так, например, по классификации ASHRAE кривые вибрационных критериев назывались иначе. Соответствие названий вибрационных критериев в различных документах изложено в таблице:

Максимально допустимая VСКЗ в 1/3-октавных полосах 8-80 Гц Обозначения IEST Обозначения ASHRAE1
100 мкм/с   Curve F
50 мкм/с VC-A Curve E
25 мкм/с VC-B Curve D
12,5 мкм/с VC-C Curve C
6,3 мкм/с VC-D Curve B
3,1 мкм/с VC-E Curve A

 1 — обозначения, применяемые в Sound and Vibration control handbook ASHRAE и некоторой другой литературе.

В таблице приведены типовые вибрационные критерии для различных типов оборудования.

Вибрационный
критерий

Max VСКЗ в 1/3-октавах 8-80 Гц

 Тип оборудования Типовой размер объекта, с которым работает оборудование
VC-A 50 мкм/с Лабораторное оборудование общего назначения, микроскопы с увеличением до 400х, метрологические лаборатории, производство микроэлектроники общего назначения 8 мкм
VC-B 25 мкм/с Микроскопы с увеличением до 1000х, оборудование для литографии (характерные размеры до 3 мкм) 3 мкм
VC-C 12,5 мкм/с Литография (характерные размеры - 1 мкм), электронные микроскопы с увеличением 30000х, магнито-резонансная томография (MRI) 1 мкм
VC-D 6,3 мкм/с Электронные микроскопы с увеличением более 30000х, масс-спектрометры, оборудование для фотолитографии 0,3 мкм
VC-E 3,1 мкм/с Нанотехнологии, оборудование со сверхточным позиционированием, прецизионные лазерные и оптические системы  0,1 мкм

Метод измерения

Вибрационные критерии VC построены на предположении, что вибрация имеет постоянный или слабо меняющийся характер. В этой ситуации можно измерить среднеквадратичное значение виброскорости  в 1/3-октавных полосах частот напрямую с помощью датчиков скорости либо опосредованно, с помощью датчиков ускорения (акселерометров) с последующим пересчетом. Вторая возможность очень важна, так как датчики виброскорости, как правило, обладают существенными ограничениями по частотному диапазону и массо-габаритным размерам.

Если в качестве непосредственно измеряемого параметра выступали уровни виброускорения в 1/3-октавных полосах, то произвести пересчёт измеренных значений в виброскорость в 1/3-октавных полосах можно по формуле:

v(f)=\frac{10^{-6}}{2\pi f} \times 10^{\frac{L_{a,f}}{20}}

где f - номинальная среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, La,f - измеренные уровни виброускорения в соответствующей третьоктаве. Данная формула верна для стандартного опорного уровня виброускорения 1 мкм/с2.

Примечание. Если вибрация имеет импульсный характер, состоит из переходных процессов, то приведённая выше формула будет давать лишь ориентировочные значения.

Рекомендуемое оборудование

При выборе оборудования для проверки вибрации на соответствие тем или иным вибрационным критериям следует обратить внимание на следующие нюансы:

  • количество каналов виброметра. Измерения рекомендуется проводить одновременно по трём взаимоперпендикулярным направлениям;
  • диапазон измерений виброускорения или виброскорости в 1/3-октавах;
  • частотный диапазон измерений - может возникнуть потребность в измерениях от 1 до 100 Гц;
  • погрешность измерений вибрации;
  • возможность автоматической записи измерений в память прибора - измерения на соответствие вибрационным критериям VC рекомендуется проводить в режиме мониторинга.

Рекомендуемые приборы

Измерительно-индикаторный блок Функциональные возможности и особенности
Экофизика-110А, исполнение HF

Четырёхканальный шумомер-виброметр, анализатор спектра.

Подключение до четырёх однокомпонентных датчиков вибрации одновременно или трёхкомпонентный датчик одновременно с однокомпонентным.

Частотный диапазон измерений - 0,8-10000 Гц по 4 каналам одновременно.

Функции автозаписи (мультизапись, запись сигнала) и встроенная память 4 ГБ. Позволяет вести непрерывный мониторинг вибрации с шагом записи 1 секунда в течение 25 суток.
Экофизика-111В

Трёхканальный виброметр,анализатор спектра.

Подключение до трёх однокомпонентных датчиков одновременно или одного трёхкомпонентного акселерометра.

Частотный диапазон измерений - 0,8-20000 Гц по 3 каналам одновременно.

Функции автозаписи (мультизапись, запись сигнала) и встроенная память 4 ГБ. Позволяет вести непрерывный мониторинг вибрации с шагом записи 1 секунда в течение 25 суток.

Рекомендации по выбору первичного преобразователя

Первичные преобразователи Тип датчика Возможность измерения вибрационных критериев
AP2006-500, 1V401HS-500 высокочувствительные однокомпонентные акселерометры с  низким уровнем собственного шума VC-A, VC-B, VC-C, VC-D, VC-E
AP2099-100, 1V101HB-100 однокомпонентные акселерометры с повышенным разрешением VC-A, VC-B, VC-C, VC-D
1V154HC-100 трёхкомпонентный акселерометр с повышенным разрешением VC-A, VC-B, VC-C, VC-D

AP98, AP98-100,

AP2037-100, 1V102HB-100, 1V102TB-100

 однокомпонентные акселерометры VC-A, VC-B, VC-C
AP2082M, 1V151HC-100 трёхкомпонентные акселерометр VC-A, VC-B

AV-01

 однокомпонентный датчик скорости VC-A

AV-01 - Позволяет получать среднеквадратичное значение скорости в 1/3-октавах на экране прибора без дополнительного пересчёта. Имеет бОльшую чем у остальных датчиков массу и иную резьбу установочного крепления. Требует нестандартных установочных адаптеров.

Также для проведения измерений вибрации необходимы установочные адаптеры 003ОП (004ОП)  и АМ-01-ОКТ. Для контроля точности измерений применяют вибрационные калибраторы КВ-160, AT-01 или аналоги.