ISO 5347-0:1987
(Main)Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups — Part 0: Basic concepts
Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups — Part 0: Basic concepts
Méthodes pour l'étalonnage des capteurs de vibrations et de chocs — Partie 0: Concepts de base
General Information
Relations
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IS0
INTERNATIONAL STANDARD
5347-0
First edition
1987-07-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOAHAR OPTAHMJAUMR il0 CTAHflAPTM3AUMM
Methods for the calibration of vibration and shock
pick-ups -
Part O :
Basic concepts
Méthodes pour l'étalonnage des capteurs de vibrations et de chocs -
Partie O: Concepts de base
Reference number
IS0 5347-0 : 1987 (E)
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Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
e
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 5347-0 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108,
Mechanical vibration and shock.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
Q
O International Organization for Standardization, 1987 0
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD IS0 5347-0 : 1987 (E)
Methods for the calibration of vibration and shock
pick-ups -
Part O :
Basic concepts
e O Introduction Part 5 : Calibration by Earth’s gravitation.
Part 6: Primary vibration calibration at low frequencies.
The calibration of vibration and shock pick-ups has become in-
creasingly important as the need has grown for accurate
Part 7 : Primary calibration by centrifuge.
measurements of the shocks and vibrations to which man and a
wide variety of equipment are subjected in service. Several
Part 8: Primary calibration by dual centrifuge.
methods have been used or proposed for these calibrations and
some of them are described in this part of IS0 5347. Clause 6
Part 9 : Primary vibration calibration by comparison of
describes methods which have proved to be reliable means for
phase angles.
the absolute calibration of vibration and shock pick-ups.
Part 10 Primary calibration by high impact shocks.
Methods of calibration for both vibration and shock pick-ups
Part 11 Testing of transverse vibration sensitivity.
are included in this International Standard because it has
proved to be impracticable to make a distinction between pick-
Part 12 Testing of transverse shock sensitivity.
ups used in measurements of vibrations and those used in
measurements of shocks.
Part 13 Testing of base strain sensitivity.
This International Standard is limited to the calibration of ac-
Part 14: Resonance frequency testing of undamped ac-
celeration, velocity and displacement pick-ups. It does not deal
celerometers on a steel block.
with pick-ups used for measurements of force, pressure or
strain, even though some of these may be calibrated using Part 15 : Testing of acoustic sensitivity.
similar methods. Furthermore, pick-ups used to measure rota-
16 : Testing of mounting torque sensitivity.
Part
tional vibratory motion are also excluded because, at present,
they are few in number and the calibration hardware and
Part 17 : Testing of fixed temperature sensitivity.
methods are somewhat different from those for the rectilinear
pick-ups covered by this International Standard.
Part 18 : Testing of transient temperature sensitivity.
This part of IS0 5347 contains definitions and describes basic
Part 19 : Testing of magnetic field sensitivity.
absolute calibration. In addition, it describes, in general terms,
various methods for the calibration of vibration and shock pick- NOTE - Further parts are under study.
ups as well as methods for measuring characteristics other than
The pick-up may be calibrated as a unit by itself; it may include
sensitivity. In order to be able to carry out a calibration with
known accuracy, detailed specifications for instruments and a cable connection andlor a conditioning device. The calibra-
tion system shall always be properly described.
procedures have to be laid down. Information of this kind for
each method of calibration is specified in the following sub-
A bibliography is included and is referred to by numbers in
sequent parts of IS0 5347.
square brackets.
Part 1 : Primary vibration calibration by laser interferometry.
Part 2: Primary shock calibration by light cutting.
1 Scope
Part 3: Secondary vibration calibration. This International Standard describes methods of calibration of
vibration and shock pick-ups. It also includes methods for the
measurement of characteristics in addition to the sensitivity.
Part 4: Secondary shock Calibration.
1
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IS0 5347-0 : 1987 (E)
One absolute calibration method has been selected as the 4.3 output signal: Signal generated by the pick-up in
response to a given input signal.
preferred method (see 6.2.1). Comparison calibration methods
for vibration and shock are also described (see 6.3). More
detailed descriptions are given in the other parts of this Inter-
4.4 sensitivity: For a linear pick-up, the ratio of the output
national Standard.
to input during sinusoidal excitation parallel to a specified axis
of sensitivity at the mounting surface. In general, the sensitivity
includes both amplitude and phase information and is, conse-
2 Field of application
quently, a complex quantity which varies with frequency. The
sinusoidal input motion may be represented by the following
This International Standard is applicable to continuous-reading
equations :
rectilinear acceleration, velocity and displacement pick-ups and
recommends a preferred method which has proved to give
reliable and reproducible results.
It is not applicable to methods for the calibration of rotational
pick-ups.
3 References
IS0 1 101, Technical drawings - Geometrical tolerancing -
Tolerances of form, orientation, location and run-out -
Generalities, definitions, symbols, indications on drawings.
IS0 2041, Vibration and shock - Vocabulary.
IS0 2954, Mechanical vibration of rotating and reciprocating
machinery - Requirements for instruments for measuring
vibration severity.
where
4 Definitions
d is the complex quantity of the displacement;
For the purpose of this part of IS0 5347, the definitions given in
U is the complex quantity of the velocity;
IS0 2041, together with the following, apply.
a is the complex quantity of the acceleration;
4.1 pick-up : Device for converting the mechanical motion
x is the complex quantity of the output;
to be measured, for example acceleration in a given direction,
into a quantity which may be conveniently measured or record-
d is the peak amplitude of sinusoidal displacement;
ed.
& is the peak amplitude of sinusoidal velocity;
NOTE - A pick-up may include auxiliary equipment for amplifying,
supplying necessary operating power, providing necessary circuit
2 is the peak amplitude of sinusoidal acceleration;
elements, indicating or recording its output, etc.
(0 is the angular frequency;
4.1.1 operating range: That range in frequency and
pl and p2 are the phase angles;
amplitude for which the pick-up behaves as a linear pick-up
within specified limits of tolerance.
t is the time;
j is the imaginary unit.
4.1.2 reciprocal pick-up : Bilateral electromechanical pick-
up for which the ratio of the applied current to force produced
The displacement sensitivity, Sd, expressed in the units of the
(when the pick-up is restrained so the velocity is zero) equals
the ratio of the applied velocity to the voltage produced (when output signal per metre, is
the pick-up is open-circuited so the current is zero). Examples
of such pick-ups are electromagnetic and piezo-electric pick-
XA
. . . (5)
Sd = 7 = S, exp [ -j (pl - p2)]
ups.
where
4.1.3 unilateral pick-up : Pick-up employing strain gauges
as sensing elements for which an electrical excitation does not
h
X
cause a perceptible mechanical effect in the pick-up.
3, = =; is the magnitude of the displacement sensitivity;
d
4.2 input signal : Signal applied to the input of the pick-up,
for example the attenuation applied to the mounting surface. (p, - p2) is the phase lag.
2
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IS0 5347-0 : 1987 (E)
motions in the other five degrees of freedom; for example, for a
The velocity sensitivity, Su, expressed in the units of the output
signal per metre per second, is rectilinear acceleration pick-up, its response should be known
to motions at right angles to the sensitive direction and to rota-
tions. Other important factors include damping, phase lag,
X
S, = - = Su exp [ -j (pl + ni2 - p2i] (6)
non-linearity or variation in response with amplitude of motion,
U
effect of temperature and pressure changes, and other ex-
traneous conditions such as motion of the connection cable.
where
h
x 5.2 Direct response
is the magnitude of the velocity sensitivity;
Su =
U
5.2.1 Frequency response and phase response
(pl + ni2 - p2) is the phase lag.
The sensitivity of a pick-up is obtained by placing the pick-up
The acceleration sensitivity, Sa, expressed in the units of the
with its sensitivity axis parallel to the direction of motion of the
output signal per metre per second squared, is vibration generator, measuring the motion or input applied by
the vibration generator and measuring the output of the pick-
up. Both continuous-reading and peak-reading pick-ups can
(7)
also be calibrated with a controlled transient excitation whose
amplitude and frequency components are within the working
range of the pick-up. To detect any resonances, the output of
the pick-up should be observed while varying the vibration
* where
generator frequency slowly and continuously over the fre-
X
is the magnitude of the acceleration sensitivity;
quency range. In general, only information concerning
Sa =
U
magnitude sensitivity calibration is given as a function of fre-
quency. However, for the use of a vibration pick-up close to its
(pl + n - p2) is the phase lag.
upper or lower frequency limits, or for special applications, the
phase response may be required. This is determined by measur-
Usually, the displacement sensitivity is determined for a
ing the phase lag between the output signal and the mechanical
displacement pick-up, the velocity sensitivity for a velocity pick-
excitation over the frequency range of interest.
up, and the acceleration sensitivity for an acceleration pick-up.
In general, the sensitivity magnitudes and the phase angles are
5.2.2 Non-linearity
functions of the frequency, f = 01271.
Deviations from linearity of the output of a pick-up (amplitude
NOTE - A displacement, velocity or acceleration pick-up in which the
distortions) are determined by measuring its output magnitude
corresponding sensitivity does not become zero as the frequency ap-
as the magnitude of the input is increased from the smallest
proches zero is said to have a zero-frequency response (direct-current
value to the largest value for which the pick-up is designed.
response). Sensitivity under constant acceleration corresponds to
When a sinusoidal vibration generator is used, the measure-
w = O and the phase lag is zero. Examples of pick-ups with zero-
frequency response are acceleration pick-ups employing strain gauges, ment should be repeated for several frequencies.
potentiometers, differential transformers, force-balance (servo) or
variable reluctance circuits as sensing elements. Seismic self-
Non-linearity may take several forms. The sensitivity of the
generating pick-ups, such as piezo-electric and electrodynamic pick-
pick-up may change progressively with increasing amplitude,
ups, are examples of pick-ups without zero-frequency response.
there may be a permanent change leading to a displacement of
@
the zero after subjecting the pick-up to vibration or shock, or
there may be stops that limit the range of motion suddenly.
4.5 transverse sensitivity ratio (TSR): The ratio of the
output of a pick-up, when oriented with its axis of sensitivity
The type and magnitude of the non-linearity of a pick-up may
transverse to the direction of the input, to the output when the
be indicated by its amplitude distortion and by comparing its
axis of sensitivity is aligned in the direction of the same input.
resonance curve, its phase lag, and its decrement with the cor-
responding characteristics for the idealized linear pick-up. The
4.6 vibration generator: Any device for applying a control-
permissible deviations from linearity will depend on the
led motion to the mounting surface of a pick-up.
measurements to be made. Non-linearity should be expected at
the upper limit of the useful dynamic range of the pick-up.
NOTE - Vibration generators are sometimes referred to as exciters or
shakers.
5.3 Spurious response
5 Characteristics to be measured
5.3.1 Temperature dependency
The sensitivity, damping ratio and resonance frequency of
5.1 General
many pick-ups change as a function of temperature. Tempera-
ture response calibrations are usually performed using a com-
The primary object of the calibration of a pick-up is to deter-
parison method. The standard pick-up is mounted axially in line
mine its calibration factor over the amplitude and frequency
with the test pick-up, the test pick-up is placed inside a tem-
range for the degree of freedom for which the pick-up is to be
perature chamber and the standard pick-up is located outside
used. In addition, it may be important to know its response to
3
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IS0 5347-0 : 1987 (E)
the chamber or otherwise protected from changes in Accordingly, the pyroelectric output is dependent on the rate
of change in temperature and on the characteristics of the
temperature in such a way that its sensitivity remains constant
to within 2 % for the ambient temperatures present during the amplifier together with the characteristics of the pick-up.
entire calibration. The vibration generator is used only at fre-
quencies where it is known that the transverse motion is less
The pyroelectric test is performed using the type of amplifier
than 25 % of the axial motion. The vibration generator is
normally used with the pick-up. The pick-up is attached to an
selected and a fixture designed so that there is negligible
aluminium block by the usual means of attachment. Both are
at fre-
relative motion between the test and standard pick-ups
quickly immersed in an iced water bath or a bath of other
quencies at which the calibration is to be performed.
suitable liquid at a temperature which differs by approximately
20 OC from room temperature. The liquid in the bath should be
An alternative procedure for performing temperature response described. The mass of the block should be approximately 10
calibrations is to mount the standard and test pick-ups on a times the mass of the pick-up. Precautions are required to
suitable fixture inside the temperature chamber. This method is
ensure that the liquid does not penetrate the pick-up or that
limited to temperature ranges in which the response of the
electrical leakage resistance is not lowered by the liquid at the
standard pick-up is known.
connector, etc. The maximum amplifier output and the time
from the start of the transient at which this maximum output is
For pick-ups which respond to static acceleration, the zero un- reached are measured on a direct-current oscilloscope or
recorder. If the output reverses within the first 2 s and reaches
balance is measured at the maximum and minimum tempera-
tures. a peak of opposite polarity, the magnitude and time of this peak
are also recorded. For an accelerometer, the transient tempera-
ture sensitivity is expressed in equivalent metres per second
Pick-ups with internal damping greater than 10 % of the critical
squared per degree Celsius [(m/~2i/~Cl by dividing the maxi-
damping should be calibrated at a minimum of four frequencies
mum pick-up output by the product of the difference between
at a single vibration amplitude and at each of four temperatures
the bath temperature and room temperature and the acceler-
in addition to room temperature. This method is equally ap-
ometer sensitivity.
plicable to pick-ups, such as the electrodynamic types, which
utilize a coil of wire in their operation. The frequencies are
selected throughout the frequency range of intended use.
For special applications using amplifiers having significantly dif-
ferent low-frequency characteristics, the pyroelectric test is
The internal capacitance and resistance of piezo-electric pick-
performed with the specific amplifier to be used. Also, for ap-
ups shall be measured after stabilization at the maximum plications in which the transient temperature rate differs greatly
calibration temperature. from that described by the above conditions, the test may be
performed by simulating the particular temperature environ-
ment.
If the measured resistance of a piezo-electric accelerometer at
the maximum calibration temperature is so low that it affects
the low-frequency response of the type of amplifier to be used,
5.3.3 Transverse sensitivity ratio
a low-frequency response calibration should be performed at
that temperature. A number of frequencies shall be selected to
describe adequately the frequency response. The calibration The transverse sensitivity ratio (TSR) is usually determined at a
single frequency below 500 Hz. The frequency used shall be
should be performed on the complete system, using the
amplifier that is used with the accelerometer. reported. Sinusoidal motion is applied at a frequency at which
it is known that the motion in a plane perpendicular to the sens-
ing axis is at least 100 times the motion in the direction of the
NOTE - High temperature may affect the low-frequency response of
the accelerometer as well as the noise and stability of the 1 %, the
sensing axis. For transverse sensitivity ratios less than
accelerometer-amplifier combination. Temperature response devia-
requirements for motion are more severe and extreme care and
tions are computed as the change in calibration factor determined at
skill are required to obtain the value of the transverse sensitivity
the test temperature referred to the room temperature (20 OC) calibra-
ratio.
tion factor (measured at a frequency in the range of frequencies in
which the pick-up response is uniform). This change is expressed as a
The pick-up is mounted and rotated about its sensing axis
percentage of the room temperature calibration factor. It is usually
through 360°, in increments of 45O or less, to determine the
desirable to select pick-ups which have temperature response devia-
tions not exceeding * 15 % throughout the temperature range of maximum transverse response.
intended use.
NOTE - Experimental transverse sensitivity measurements on ac-
celerometers indicate no detectable frequency dependence up to about
5.3.2 Transient temperature sensitivity in piezo-electric
2 O00 Hz. Only limited data are presently available regarding the
pick-ups transverse response within the frequency range from 2 O00 to
10 O00 Hz. Several experimenters have stated that their measurement
results usually indicate the high-frequency transverse response (that is,
Pyroelectric outputs are generated in all piezo-electric pick-ups
2 O00 to 10 O00 Hz) to be of the same order of magnitude as in a low-
subjected to transient temperatures. This is especially true for
frequency determination (that is, less than 500 Hz). Generally, it is con-
ferroelectric materials. The magnitude of the pyroelectric out-
sidered that for accelerometers whose axial resonance frequency is
puts depends upon the material constituting the crystal and the
greater than 30 kHz, major transverse resonances will be greater than
design of the pick-up. Usually, the predominant frequency of
10 kHz and, thus, beyond a pick-up’s normal operating range. For
the pyroelectric output is considerably less than 1 Hz. Also,
vibration pick-ups of her types, even less information is currently
most of the pyroelectric output from the pick-up is filtered If possible, the lowest frequency of transverse resonance
available.
owing to the low-frequency characteristics of most amplifiers. should be determined.
4
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IS0 5347-0 : 1987 (E)
5.3.7 Mounting torque sensitivity
5.3.4 Sensitivity to rotational motion
Certain rectilinear vibration pick-ups are susceptible to rota-
The change in calibration factor due to pick-up mounting
tional inputs. Examples of these include flexion-type piezo- torque is determined by applying torques of one-half specified,
electric and piezoresistive accelerometers, and pendulum force- specified, and twice the maximum specified mounting torque.
balance (servo) accelerometers. No specific requirements nor
This test applies only to pick-ups that are mounted by screws,
test methods can be given at this time owing to lack of bolts, or other threaded fasteners. If more than one fastener is
knowledge regarding suitable tests. Attention is drawn,
used in the normal mounting, the torques should be applied to
however, to the existence of rotational sensitivity, and precau-
each fastener.
tions may have to be taken in other tests to preclude a measure-
ment error due to this effect.
Care should be taken to ensure that the pick-up mounting sur-
face is free from burrs or other surface defects which would
prevent a flat mounting. The test surface to which the pick-up
5.3.5 Strain sensitivity
is to be mounted should be flat and smooth and made from
steel. The recommended values of flatness and roughness are a
The technique described below is the preferred method to
curvature greater than 5 I.im and an r.m.s. ground finish of
determine the error produced in a pick-up output due to bend-
2 pm or better.
ing of its base.
The test surface on which the pick-up is to be mounted should
The Dick-uD is mounted on a simple cantilever beam which pro-
be drilled and tapped square to the mounting surface with a
duces a radius of curvature of 2 500 cm and a strain of
perpendicularity of 0,05 mm or better (see IS0 1101). The
0
250 x 10-6.
interface lubrication normally recommended should be used
and stated. The torque should always be applied from an un-
A steel cantilever beam is clamped to a rigid support. The beam
mounted condition, that is from zero torque for each of the
is 76 mm wide and 12,5 mm thick with a free length of
three test torques. The torque sensitivity is recorded as the
1 450 mm.
change in pick-up calibration factor for one-half and twice the
specified torque in relation to the specified torque. The uncer-
The natural frequency is very close to 5 Hz. The strain is
tainty in the applied torque should not exceed rt 15 %.
measured by strain gauges bonded to the beam near the pick-
up mounting location about 40 mm from the clamped end. The
motion at the mounting location can be checked by means of a
5.3.8 Special environments
pick-up attached using extra isolation against base bending. A
pick-up with a calibration factor more than 10 times higher than
The operation of some pick-ups may be adversely affected in
the units under test is normally adequate. The outputs from the
certain special environments, such as strong electrostatic,
strain gauges and the pick-up under test are recorded.
variable magnetic or radio-frequency fields, acoustic fields,
in the case of cable effects, and nuclear irradiation. At
The system is excited by manually deflecting the free end of the
present, there are no generally accepted techniques for
beam. The output of the pick-up is recorded at a point where
measuring the effect of such special environments on a pick-
the strain in the surface of the beam is 250 x 10-6. (This is
up, although special tests have been developed in instances
equivalent to a radius of curvature of 25 m.) The error is the dif-
where adverse effects could be expected. (See IS0 2954.)
ference between the motion of the beam at the mounting loca-
tion and the motion indicated by the pick-up. The strain sen-
0
sitivity, for a strain of 10 -6, is determined by dividing the above
difference by 250.
6 Calibration methods
The strain sensitivity should be tested at various strain
amplitudes, in various directions. The maximum strain sensi-
tivity of some pick-ups can produce significant errors in certain
6.1 General
applications and mounting conditions. For example, some
piezo-electric accelerometers produce error signals of several
In order to perform a direct calibration of a pick-up, it is necess-
per cent at certain frequencies where strains are produced in
ary to use a vibration generator which applies a controllable and
vibration generators used for calibration purposes.
measurable input to the pick-up and to provide a means for
recording or measuring the output of the pick-up. The pick-up
shall be attached to the vibration generator (or placed near it in
5.3.6 Magnetic sensitivity
the case of pick-ups whose output depends on the relative mo-
tion between the pick-up and the vibrating object).
The pick-up is placed in a known magnetic field at 50 or 60 Hz,
and rotation of the pick-up is started. The maximum electrical
The attachment shall be sufficiently rigid to transmit the motion
output of the pick-up is recorded. For accelerometers, metres
per second squared per tesla is recorded as the equivalent bas- of the vibration generator to the pick-up over the frequency
ed on the sensitivity. For velocity pick-ups, metres per second range of the pick-up. This requires that the natural frequency of
per tesla over the useful frequency range is recorded as the the system, consisting of the pick-up regarded as the mass and
equivalent. Induced mechanical vibrations and spurious elec- the attachment as the spring of a single-degree-of-freedom
system, be high compared with the highest frequency compo-
trical noise shall be eliminated from the test assembly.
5
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IS0 5347-0 : 1987 (E)
The displacement amplitude shall be measured by laser inter-
nent of the motion of the vibration generator. The vibration
ferometry. The method is well described in [Il, [21, [31, [41, [51
generator may be a support for tilting the pick-up relative to the
pull of gravity, a centrifuge, an electrodynamic vibration and [61.
generator, or the anvil of a ballistic pendulum. The tilting sup-
The methods of calculation used in laser interferometry gener-
port and centrifuge are used for calibration at zero frequency.
ally give good accuracy up to 600 Hz at 1 O00 m/s2(correspond-
Rotational calibration is used for low-frequency calibration for
a displacement amplitude of 70 pm); 1 % uncertainty
ing to
the Earth’s gravitational field. The electrodynamic vibration
has been reported at 600 Hz, and 0,5 % has been reported in
generator is generally used for steady-state sinusoidal calibra-
the range 80 to 160 Hz. Considerable errors in the measurement
tions. Ballistic pendulums, which apply transient excitation,
of displacement will occur if the reference mirror is perturbed at
may be used as a complementary method to the elec-
the frequency (or a harmonically related frequency) at which
trodynamic vibration generator, to bring out natural frequency
the accelerometer is vibrated. Error may also result from per-
response and to permit calibration at high accelerations and
turbation of the beam splitter. It is advisable to monitor for such
velocities. In addition, shock excitation may be used to verify
perturbation using a very sensitive accelerometer.
pick-up performance for high accelerations and velocity
changes and to check that auxiliary instrumentation connected
6.2.1.2 Theory for the ideal interferometer
to the pick-up functions properly under transient conditions.
The principle of operation is shown in figure 1, where E,, E,
A number of calibration methods are described in this Inter-
and E2 represent the electric field vectors, and Il and l2 rep-
national Standard and they may be used for special purposes.
resent the actual path lengths the beams have to travel after the
However, the use of a laser interferometer is recommended for
beamsplitter. The displacement to be measured is represented
absolute calibration. Whenever possible, it is recommended
by d (mirror 2).
that standard pick-ups be calibrated by this method, and if only
one frequency is used, this should preferably be 160, 80 or
The electric field vectors El and E2 can be represented by the
16 Hz depending on the application. Frequency response may
formulae
be obtained by calibration at discrete frequencies over the fre-
quency range of interest or as the frequency response relative
to the sensitivity at the reference frequency with less accuracy.
~1 = exp[j(wt + FI1)]
Most other calibration needs can be covered by comparison
against a standard pick-up with absolute calibration. The
...
so
347-0
NORME INTERNATIONALE
,emière édition
187-07-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXAYHAPOAHAR OPTAHMSAUMR il0 I CTAHAAPTM3AUMM
Méthodes pour l'étalonnage des capteurs de
vibrations et de chocs -
Partie O :
Concepts de base
Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups -
Part O: Basic concepts
Numéro de référence
IS0 5347-0 : 1987 (F)
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Ava n t -p r op os
VISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
I'ISO). L'élaboration
d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de
des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I'ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
I'ISO participent également aux travaux.
gouvernementales, en liaison avec
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I'ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I'ISO qui requièrent l'approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale IS0 5347-0 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L'attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu'il s'agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
0 Organisation internationale de normalisation, 1987 O
Imprimé en Suisse
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IS0 5347-0 : 1987 (F)
NORME INTERNATIONALE
Méthodes pour l‘étalonnage des capteurs de
vibrations et de chocs -
Partie O :
Concepts de base
Partie 5 : Étalonnage par gravitation tellurique.
O Introduction
Partie 6: Étalonnage primaire en vibration aux basses fréquen-
L‘étalonnage des capteurs de vibrations et de chocs est devenu
ces.
* de plus en plus important par suite de la nécessité croissante de
mesures précises de chocs et de vibrations auxquels l’homme
Partie 7 : Étalonnage primaire par centrifugeuse.
et des équipements de toute sorte sont soumis en service. Plu-
sieurs méthodes ont été appliquées ou proposées pour ces éta-
Partie 8 : Étalonnage primaire par centrifugeuse double.
lonnages dont quelques-unes sont décrites dans la présente
partie de I‘ISO 5347. Le chapitre 6 donne une description de
Partie 9 : Étalonnage primaire en vibration par comparaison des
méthodes qui se sont révélées être des moyens fiables pour
angles de phase.
l’étalonnage absolu de capteurs de vibrations et de chocs.
Partie IO: Étalonnage primaire par chocs en impact de haute
Des méthodes d‘étalonnage pour capteurs de vibrations et de
énergie.
chocs sont spécifiées dans la présente Norme internationale,
Partie 11 : Essai de sensibilité aux vibrations transversales.
étant donné qu’il s‘avère peu pratique de faire une distinction
entre les capteurs utilisés pour les mesures de vibrations et
Partie 12 : Essai de sensibilité aux chocs transversaux.
ceux utilisés pour les mesures de chocs.
Partie 13 : Essai de sensibilité à la contrainte sur l’embase.
La présente Norme internationale se limite aux méthodes d’éta-
lonnage des capteurs d’accélération, de vitesse et de déplace-
Partie 14: Essai de fréquence de résonance d‘accéléromètres
ment. Elle ne traite pas des capteurs utilisés pour les mesures
non amortis sur massif d‘acier.
de force, de pression ou de contraintes bien qu’il y en ait qui
puissent être étalonnés par des méthodes similaires. De même,
Partie 15 : Essai de sensibilité acoustique.
les capteurs destinés à mesurer le mouvement vibratoire en
Partie 16: Essai de sensibilité au couple de torsion.
I) rotation sont exclus puisqu’il n’y en a pas beaucoup, et le maté-
riel ainsi que les méthodes d’étalonnage diffèrent quelque peu
Partie 17 : Essai de sensibilité en température stabilisée.
du cas des capteurs rectilignes traités dans la présente Norme
internationale.
Partie 18: Essai de sensibilité aux transitoires de température.
La présente partie de I’ISO 5347 contient les définitions et 19 : Essai de sensibilité au champ magnétique.
Partie
décrit l’étalonnage de base absolu. En outre, elle décrit en ter-
NOTE - D‘autres parties sont à l‘étude.
mes généraux diverses méthodes pour l’étalonnage de capteurs
de vibrations et de chocs ainsi que des méthodes de mesure
Le transducteur peut être étalonné comme une unité particu-
des caractéristiques autres que la sensibilité. Afin de pouvoir
lière, il peut inclure un câble de liaison et/ou un module de con-
effectuer un étalonnage avec l’exactitude donnée, il est néces-
ditionnement. Le dispositif d’étalonnage doit toujours être
saire de fixer des spécifications détaillées concernant les instru-
décrit précisément.
ments et les procédés. Les informations s’y rapportant pour
chaque méihode d’étalonnage sont spécifiées dans les parties
Une bibliographie est également donnée et les numéros entre
suivantes de I’ISO 5347 :
crochets s’y réfèrent.
Partie 1 : Étalonnage primaire en vibration par interférométrie
laser.
1 Objet
Partie 2: Étalonnage primaire en choc par coupure de lumière.
La présente Norme internationale spécifie des méthodes pour
l’étalonnage des capteurs de vibrations et de chocs. Elle com-
Partie 3 : Étalonnage secondaire en vibration.
prend également des méthodes pour la mesure des caractéristi-
ques autres que la sensibilité.
Partie 4 : Étalonnage secondaire en choc.
1
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IS0 5347-0 : 1987 (F)
Une seule méthode pour l’étalonnage absolu a été choisie 4.2 signal d’entrée : Signal appliqué à l’entrée du capteur,
comme méthode privilégiée (voir 6.2.1 1. Des méthodes d’éta- par exemple l’atténuation appliquée à la surface de montage.
I
lonnage par comparaison pour des vibrations et des chocs sont
6.3). Des descriptions plus détaillées sont
aussi spécifiées (voir
données dans les autres parties de la présente Norme interna- 4.3 signal de sortie: Signal engendré par le capteur en
réponse à un signal d‘entrée donné.
tionale.
2 Domaine d‘application
4.4 sensibilité: Pour un capteur lineaire, rapport du signal
de sortie au signal d’entrée pour une excitation sinusoïdale
La présente Norme internationale s‘applique à des capteurs rec-
parallèle à un axe de sensibilité spécifié à la surface de mon-
tilignes d’accélération, de vitesse et de déplacement à lecture
tage. En général, la sensibilité inclut une information en ampli-
continue et recommande une méthode privilégiée qui s’est
tude et en phase et est, par conséquent, une grandeur com-
révélée donner des résultats fiables et reproductibles.
plexe qui varie avec la fréquence. Le mouvement sinusoïdal
d’entrée peut être exprimé par les équations suivantes :
Elle ne comprend pas de méthodes pour l’étalonnage de cap-
teurs de rotation.
d = d expb (ot + pl)]
3 Références
= >[cos iot + pl) + jsin (ut + plil . . . (1
IS0 1101, Dessins techniques - Tolérancement géométri-
que - Tolérances de forme, orientation, position et batte-
U = jwd = i? expb (ot + pl + n/2)]
ment - Généralités, définitions, symboles, indications sur les
dessins. = i2 [cos (cot + pl + n/2) + j sin (ot + pl + n/2)]
IS0 2041, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
IS0 2954, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou
a = jou = û explj (ot + p1 + ni]
alternatives - Spécifications des appareils de mesurage de
I’intensité vibratoire.
= COS (ot + pl + n) +jsin (ot + 91 + n)] .
x = X expb (cot + q2)]
4 Définitions
Dans le cadre de la présente partie de I‘ISO 5347, les définitions = X[cos(wt + 92) +jsin(ot + pg)]
données dans I‘ISO 2041 ainsi que les définitions suivantes sont
où
applicables.
d est le nombre complexe associé au déplacement;
4.1 capteur: Dispositif permettant de transformer le mouve-
ment mécanique à mesurer, par exemple t’accélération dans
U est le nombre complexe associé à la vitesse;
une direction donnée, en une grandeur pouvant être mesurée
et enregistrée commodément.
a est le nombre complexe associé à l’accélération;
NOTE - Le capteur peut comprendre un appareillage auxiliaire destiné
à amplifier, à produire la puissance nécessaire à l‘utilisation, à fournir
x est le nombre complexe associé à la sortie; .
à indiquer ou à enregistrer son
des éléments de circuit nécessaires,
h
signal de sortie, etc.
d est l’amplitude crête du déplacement sinusoïdal;
4.1.1 gamme d‘utilisation: Gamme en fréquence et en
t? est l’amplitude crête de la vitesse sinusoidale;
amplitude dans laquelle le capteur se comporte comme un cap-
teur linéaire, dans des limites spécifiées de tolérance.
est l‘amplitude crête de l’accélération sinusoïdale;
o est la pulsation ou fréquence angulaire;
4.1.2 capteur réciproque : Capteur électromécanique réver-
sible dans lequel le rapport entre le courant appliqué et la force
produite (quand le capteur est contraint de telle sorte que la pl et p2 sont les angles de phase;
vitesse est nulle) est égal au rapport entre la vitesse appliquée et
1 est le temps;
la tension produite (quand le capteur fonctionne en circuit
ouvert, de telle sorte que le courant est nul). Des exemples de
est le nombre imaginaire unitaire.
tels capteurs sont les capteurs électromagnétiques et les cap- j
teurs piézo-électriques.
La sensiblité en déplacement, S,, exprimée en unités du signal
de sortie par mètre, est
4.1.3 capteur non réversible: Capteur qui utilise des jauges
de contrainte comme éléments sensibles et pour lequel une
excitation électrique ne cause pas d’effet mécanique percepti-
ble dans le capteur.
2
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5 Caractéristiques à mesurer
où
X
5.1 Généralités
sd = =; est le module de la sensibilité en déplacement;
d
L’objectif premier de l’étalonnage d’un capteur est de détermi-
ner sa constante d’étalonnage dans la gamme d’amplitudes et
(pl - p2) est la différence de phase.
de fréquences pour le degré de liberté pour lequel le capteur
La sensibilité en vitesse, Su, exprimée en unités de signal de doit être utilisé. De plus, il peut être important de connaître sa
réponse à des mouvements dans les cinq autres degrés de
sortie par mètre par seconde, est
liberté; par exemple pour un capteur d‘accélération rectiligne, la
réponse à des mouvements perpendiculaires à la direction
X
...
S, = - = Su exp [ -j (pl + xi2 - (a2)] (6)
sensible et à des rotations doit être connue. D‘autres facteurs
U
importants comprennent l’amortissement, le déphasage, la
non-linéarité ou la variation de réponse avec l’amplitude du
où
mouvement, l’influence de la température et de la pression,
h
ainsi que d‘autres facteurs annexes comme le mouvement du
,.x
Su = y est le module de la sensibilité en vitesse;
câble de liaison électrique.
U
(pl + x/2 - q2) est la différence de phase.
5.2 Réponse directe (au mesurande)
La sensibilité en accélération, Su, exprimée en unités de signal
5.2.1 Réponse en fréquence et réponse en phase
de sortie par mètre par seconde carrée, est
La sensibilité d’un capteur est obtenue, le capteur placé avec
Xh
S, = - = Su exp [ -j (qt + 7c - p2)] . (7)
son axe de sensibilité parallèle à la direction du mouvement du
a
générateur de vibrations en mesurant le mouvement ou le
signal d‘entrée appliqué par le générateur de vibrations et en
où
mesurant le signal de sortie du capteur. Aussi bien des capteurs
h
à lecture continue que des capteurs à lecture de crête peuvent
X
est le module de la sensibilité en accélération;
être étalonnés avec une excitation transitoire contrôlée dont les
3, =
a
composantes d’amplitude et de fréquence sont au-dedans de la
gamme d’utilisation du capteur. Pour détecter des résonances
(pl + x - p2) est la différence de phase.
quelconques, le signal de sortie du capteur devrait être observé
pendant que la fréquence du générateur de vibrations varie len-
Habituellement, la sensibilité en déplacement est destinée à un
tement et de façon continue dans le domaine de fréquences. En
capteur de déplacement, la sensibilité en vitesse à un capteur
général, seule l‘information concernant l’étalonnage de sensibi-
de vitesse et la sensibilité en accélération à un capteur d’accélé-
lité en amplitude est donnée en fonction de la fréquence.
ration. En général, les modules de sensibilité et les angles de
Cependant, pour l‘utilisation de capteurs de vibrations dans les
phase sont des fonctions de la fréquence, f = w/2n.
zones proches des fréquences limites supérieures ou inférieures
ou pour des applications particulières, on peut avoir besoin de
NOTE - On dit d‘un capteur de déplacement, de vitesse ou d’accéléra-
la réponse en phase. Cela est déterminé en mesurant la diffé-
tion dans lequel la sensibilité correspondante n’est pas nulle lorsque la
rence de phase entre le signal de sortie et l‘excitation mécani-
fréquence s’approche de zéro, qu’il a une réponse à la fréquence zéro
que dans le domaine de fréquences considéré.
(réponse en continu). La sensibilité sous accélération constante corres-
pond à w = O et la différence de phase est nulle. Des exemples de cap-
teurs à réponse à la fréquence zéro sont des capteurs d’accélération
5.2.2 Non-linéarité
utilisant des jauges de contrainte, des potentiomètres, des transforma-
à reluctance
teurs différentiels, des pendules asservis ou des circuits
Les écarts de linéarité de la sortie d‘un capteur (distorsion
variable comme éléments sensibles. Les capteurs sismiques auto-
d’amplitude) sont déterminés en mesurant son amplitude de
générateurs, ainsi que les capteurs piézo-électriques et les capteurs
électrodynamiques sont des exemples de capteurs sans réponse à la sortie pour des amplitudes d’entrée variant de la valeur la plus
fréquence zéro. petite à la valeur la plus grande pour laquelle le capteur est
conçu. Quand on utilise un générateur de vibrations sinusoïda-
les, il convient de répéter le mesurage pour plusieurs fréquen-
4.5 rapport de sensibilité transversale : Rapport du signal
ces.
de sortie d‘un capteur, orienté avec son axe de sensibilité en
position transversale à la direction du signal d’entrée, au signal
La non-linéarité peut prendre différentes formes. La sensibilité
de sortie quand l’axe de sensibilité est aligné avec la direction
du capteur peut changer progressivement avec l’augmentation
du même signal d‘entrée.
de l’amplitude, une modification permanente peut se produire
conduisant à un déplacement du zéro après exposition du cap-
4.6 générateur de vibrations : Tout dispositif servant à teur à des vibrations ou des chocs, ou des butées internes peu-
appliquer un mouvement contrôlé à la surface de montage d’un vent exister limitant brusquement l’étendue du mouvement.
capteur .
Le type et l’amplitude de la non-linéarité d‘un capteur peuvent
être indiqués par sa distorsion d‘amplitude et en comparant
NOTE - Les générateurs de vibrations sont parfois appelés des excita-
sa courbe de résonance, son déphasage et son décrément
teurs ou des pots vibrants.
3
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avec les caractéristiques correspondantes du capteur linéaire nage déterminée à la température d’essai, rapportée à la constante
d‘étalonnage à la température ambiante (20 OC) (mesurée à une fré-
idéalisé. Les écarts de non-linéarité admissibles dépendront des
quence choisie dans la gamme de fréquences pour laquelle la réponse
mesures à effectuer. II convient de s’attendre à une non-
du capteur est uniforme). Cette variation est exprimée en pourcentage
linéarité lorsque le capteur est utilisé à la limite supérieure de sa
de la constante d’étalonnage à la température ambiante. Habituelle-
gamme dynamique utile.
ment, il est souhaitable de sélectionner des capteurs ayant des écarts
ne dépassent pas -I 15 YO dans la
de réponse en température qui
gamme de température d‘utilisation.
5.3 Réponse aux grandeurs d‘influence
5.3.1 Influence de la température
5.3.2 Sensibilité aux transitoires de température dans
des capteurs piézo-électriques
La sensibilité, le rapport d’amortissement et la fréquence de
résonnance de beaucoup de capteurs changent en fonction de
Des signaux de sortie pyroélectriques sont engendrés dans tous
la température. Habituellement, les étalonnages de réponse en les capteurs piézo-électriques soumis à des transitoires de tem-
fonction de la température sont effectués en utilisant une
pérature. Cela vaut surtout pour des matériaux ferroélectri-
méthode de comparaison. Le capteur étalon est monté axiale- ques. L‘amplitude des signaux de sortie pyroélectriques dépend
ment aligné avec le capteur en essai. Le capteur en essai est
du matériau constituant la céramique et de la conception du
placé dans l‘enceinte thermique. Le capteur étalon est placé
capteur. Habituellement, la fréquence dominante du signal de
hors de l‘enceinte ou protégé d‘une autre façon contre les fluc-
sortie pyroélectrique est considérablement inférieure à 1 Hz.
tuations de température, de telle manière que sa sensibilité Aussi, le signal de sortie pyroélectrique du capteur est, en
reste constante à k 2 % pour les températures ambiantes pré-
grande partie, filtré étant donné les caractéristiques en basse
sentes pendant la totalité de l’étalonnage. Le générateur de
fréquence de la plupart des amplificateurs. En conséquence, le
vibrations n’est utilisé qu’à des fréquences où l‘on sait que le
signal de sortie pyroélectrique dépend de la vitesse de la varia-
mouvement transversal est inférieur à 25 % du mouvement
tion de température et des caractéristiques de l‘amplificateur
axial. Le générateur de vibrations est sélectionné et un support
ainsi que des caractéristiques du capteur.
de montage conçu de telle sorte qu’il y ait un mouvement relatif
L’essai pyroélectrique est effectué en utilisant le modèle
négligeable entre le capteur en essai et le capteur étalon aux
d‘amplificateur employé généralement avec le capteur. Le cap-
fréquences auxquelles on doit effectuer l‘étalonnage.
teur est fixé sur un bloc d’aluminium par les moyens de fixation
Une procédure alternative pour exécuter des étalonnages de habituels. Tous les deux sont rapidement plongés dans un bain
réponse en température est de montrer le capteur étalon et le d’eau glacée, ou dans un bain d’un autre liquide adéquat, à une
capteur en essai sur un support convenable dans l’enceinte température qui diffère d‘environ 20 OC de la température
thermique. Cette méthode est limitée aux domaines de tempé- ambiante. II convient de décrire le liquide du bain. II convient
rature pour lesquels la réponse du capteur étalon est connue.
que la masse du bloc soit d’environ dix fois la masse du cap-
teur. II faut prendre des précautions pour empêcher une péné-
Pour les transducteurs qui répondent à une accélération stati-
tration du liquide dans le capteur ou une réduction de la résis-
que, le zéro de déséquilibre est mesuré aux températures maxi-
tance de fuite causée par la présence de liquide au niveau du
male et minimale.
connecteur, etc. Le signal de sortie maximal de l‘amplificateur
et l’intervalle de temps entre le début du transitoire de tempéra-
II convient d’étalonner les transducteurs à amortissement
ture et l‘instant où ce signal de sortie maximal est atteint, sont
interne supérieur à 10 YO de l’amortissement critique à une
mesurés par un oscilloscope en courant continu ou par un enre-
amplitude de vibration unique pour un minimum de quatre fré-
gistreur. Si le signal de sortie s’inverse au cours des deux pre-
quences, et à quatre températures en plus de la température
mières secondes et atteint une crête de polarité inversée,
ambiante. Cette méthode est également applicable aux cap-
l‘amplitude et la durée de cette crête sont également enregis-
teurs qui, comme les capteurs électrodynamiques, utilisent une
trées. Pour un accéléromètre, la sensibilité aux transitoires de
bobine conductrice dans leur fonctionnement. Les fréquences
température est exprimée en mètres équivalents par seconde
sont sélectionnées dans la gamme de fréquences à utiliser.
carrée par degré Celsius [(m/~2)/~C], en divisant le signal de
sortie maximal par le produit de la différence entre la tempéra-
La capacité et la résistance internes des transducteurs piézo-
ture du bain et la température ambiante et de la sensibilité de
électriques doivent être mesurées après stabilisation à la tempé-
I’accéléromètre.
rature d’étalonnage maximale.
Pour des applications spéciales utilisant des amplificateurs qui
Si la résistance mesurée d’un accéléromètre piézo-électrique à
possèdent des caractéristiques en basse fréquence considéra-
la température d’étalonnage maximale est si basse qu’elle influe
blement différentes, l’essai pyroélectrique est effectué avec
sur la réponse en basse fréquence du type d’amplificateur à uti-
l‘amplificateur spécifique à utiliser. De plus, pour des applica-
liser, il convient d’effectuer un étalonnage de la réponse en
tions dans lesquelles la vitesse de température transitoire dif-
basse fréquence à cette température. Plusieurs fréquences doi-
fère beaucoup de ce qui est décrit dans les conditions susmen-
vent être sélectionnées pour décrire la réponse en fréquence
tionnées, l’essai peut être effectué en simulant l‘environnement
d’une façon adéquate. II convient d’effectuer l‘étalonnage sur
de température particulier.
la chaîne complète, en utilisant l’amplificateur qui est employé
avec I’accéléromètre.
5.3.3 Rapport de sensibilité transversale
NOTE - Une température élevée peut influer sur la réponse en basse
Habituellement, le rapport de sensibilité transversale est déter-
fréquence de I’accéléromètre aussi bien que le bruit et la stabilité de la
miné à une fréquence unique inférieure à 500 Hz. La fréquence
combinaison accéléromètre/amplificateur. Les écarts de réponse en
utilisée doit être notée. Un mouvement sinusoïdal est appliqué
température sont calculés comme la variation de la constante d’étalon-
4
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à une fréquence pour laquelle le mouvement dans un plan per- graphe en un point où la contrainte de la surface du corbeau est
pendiculaire à l‘axe sensible est connu pour être égal à au moins de 250 x 10-6. (Ceci est équivalent à un rayon de courbure de
100 fois le mouvement dans la direction de l‘axe sensible. Pour 25 m.) L‘erreur est la différence entre le mouvement du corbeau
des rapports de sensibilité transversale inférieurs à 1 %, les au point de fixation et le mouvement indiqué par le capteur. La
conditions de mouvement sont plus rigoureuses, et il faut une sensibilité à la contrainte, pour une contrainte de 10-6, est
grande attention et beaucoup d’habileté pour obtenir la valeur déterminée en divisant la différence susmentionnée par 250.
du rapport de sensibilité transversale.
II convient de mesurer la sensibilité à la contrainte à plusieurs
Le capteur est monté et mis en rotation autour de son axe sen-
amplitudes de contrainte, dans des directions différentes. La
sible sur 3W0, par paliers de 45O ou moins, pour déterminer la
sensibilité à la contrainte maximale de quelques capteurs peut
réponse transverse maximale. produire des erreurs considérables dans certaines applications
et conditions de montage. Par exemple, quelques accéléromé-
NOTE - Des mesurages de sensibilité transversale expérimentaux sur
tres piézo-électriques produisent des signaux d‘erreur d‘un
des accéléromètres n’indiquent aucune dépendance de fréquence
pourcentage élevé à certaines fréquences où des contraintes
démontrable jusqu’à environ 2 O00 Hz. II n‘existe actuellement que des
sont produites dans des générateurs de vibrations destinés à
données limitées sur la réponse transverse dans la gamme des fréquen-
l’étalonnage.
ces allant de 2 O00 à 10 O00 Hz. Plusieurs expérimentateurs ont déclaré
que leurs résultats de mesurage indiquent habituellement que la
réponse transverse en hautes fréquences (c’est-à-dire entre 2 O00 et
5.3.6 Sensibilité magnétique
10 O00 Hz) est du même ordre de grandeur que celle en basses fré-
quences (c’est-à-dire moins de 500 Hz). En général, on considère que,
Le capteur est monté sur un cylindre de 5 kg en matière non
pour des accéléromètres dont la fréquence de résonance axiale est plus
magnétique, du plomb de préférence. Le capteur monté est
grande que 30 kHz, les fréquences de résonance transversale principa-
à 50,60, et 400 Hz, ou
placé dans un champ magnétique connu
0 les sont supérieures à 10 kHz et, par conséquent, au-delà de la gamme
à d‘autres fréquences disponibles, et ensuite mis en rotation.
d’utilisation normale du capteur. Pour d’autres modèles de capteurs de
Le signal de sortie électrique maximal du capteur est enregistré.
vibrations, il existe actuellement encore peu d‘information. Si possible,
il convient de déterminer la plus basse fréquence de résonance trans- Pour des accéléromètres, la sensibilité est exprimée en mètres
versale.
par seconde carrée par tesla. Pour des capteurs de vitesse, la
sensibilité est exprimée en mètres par seconde par tesla dans la
gamme de fréquences utile, enregistrée comme équivalent. Les
5.3.4 Sensibilité à la rotation
vibrations mécaniques induites et le bruit électrique parasite
Certains capteurs de vibrations rectilignes sont sensibles à des
doivent être éliminés dans le montage d‘essai.
signaux d‘entrée de rotation. Citons, par exemple, les accéléro-
mètres piézo-électriques et piézo-résistifs du type flexion, et les
5.3.7 Sensibilité au couple de torsion de montage
accéléromètres à pendule asservis. Par manque de connais-
sance sur les essais appropriés, on n’est pas en état de donner
La variation de la constante d’étalonnage due au couple de tor-
actuellement des prescriptions spécifiques, ni des méthodes
sion de montage de capteur est déterminée en appliquant des
d’essai. L‘attention est attirée, toutefois, sur l’existence d’une
couples de torsion de valeur égale à la moitié, à la valeur entière
sensibilité à la rotation et des précautions peuvent devoir être
et au double de la valeur, du couple de torsion maximal de
prises lors d‘autres essais afin d’empêcher une erreur de mesu-
montage spécifié. Cet essai n‘est valable que pour des capteurs
rage due à cet effet.
montés à l’aide de vis, de boulons ou d’autres moyens de fixa-
tion filetés. Dans le cas où plus d‘un moyen de fixation est uti-
lisé pour un montage normal, les couples de torsion devraient
5.3.5 Sensibilité à la contrainte
être appliqués à chaque moyen de fixation.
La technique décrite ci-dessous est la méthode préférentielle
1(1)
II faudrait prendre garde de s’assurer que la surface de montage
pour déterminer l’erreur produite à la sortie d’un capteur due à
du capteur ne présente pas d’inégalités ou d‘autres défauts de
la flexion de sa base.
surface qui pourraient empêcher un montage plat. II convient
Le capteur est monté sur un corbeau simple qui produit un
que la surface d‘essai sur laquelle le capteur est à monter soit
rayon de courbure de 2 500 cm et une contrainte de 250 x 10 -6.
plate, lisse et faite en acier. Des valeurs de planéité et de rugo-
sité recommandées sont des courbures de plus de 5 pm et un
Un corbeau en acier est fixé sur un support rigide. Le corbeau a
finissage de fond de 2 pm de valeur moyenne quadratique ou
76 mm de largeur et 12,5 mm d’épaisseur avec une longueur
mieux.
libre de 1 450 mm.
II convient que la surface d‘essai sur laquelle le transducteur est
La fréquence naturelle est très près de 5 Hz. La contrainte est
à monter soit percée et taraudée à angle droit de la surface de
mesurée par jauges de contrainte liées au corbeau près du point
montage avec une perpendicularité de 0,05 mm ou meilleure
de fixation du capteur, à environ 40 mm de l’extrémité fixée. Le
(voir IS0 1101). Le graissage de la surface de contact normale-
mouvement au point de fixation peut être contrôlé par un cap-
ment recommandé devrait être utilisé et indiqué. Le couple de
teur fixé en utilisant une isolation supplémentaire contre la
torsion devrait toujours être appliqué à partir de la position
flexion de base. Habituellement, un capteur ayant une cons-
à partir du couple de torsion nul pour
«non monté)), c‘est-à-dire
tante d’étalonnage 10 fois plus élevée que les capteurs en essai
chacun des trois couples de torsion d‘essai. La sensibilité en
est adéquat. Les signaux de sortie des jauges de contrainte et
torsion est donnée par la variation de la constante d’étalonnage
du capteur en essai sont enregistrés.
du capteur pour la moitié de et pour deux fois la valeur du cou-
ple de torsion spécifié. Elle doit être rapportée à la valeur du
Le système est excité par une flexion manuelle de l‘extrémité
couple de torsion spécifié. II convient que l’incertitude sur le
libre du corbeau en lui permettant de vibrer librement. Le signal
couple de torsion appliqué ne dépasse pas k 15 %.
de sortie du capteur est relevé sur l’enregistrement de I’oscillo-
5
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IS0 5347-0 1 1987 (FI
part des autres étalonnages nécessaires peuvent être effectués
5.3.8 Environnements particuliers
par comparaison avec un capteur de référence étalonné de
Le fonctionnement de certains capteurs peut être affecté défa-
facon absolue. L'étalonnage se réfère toujour
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.