ما هو مقياس التسارع؟ دليل لتحليل الاهتزازات

التعريف: جوهر قياس الاهتزاز

أن مقياس التسارع هو مُحوِّل طاقة (أو مستشعر) يُحوِّل الحركة الميكانيكية، وتحديدًا تسارع الاهتزاز أو الصدمة، إلى إشارة كهربائية متناسبة. وهو المستشعر الأكثر استخدامًا في مجال الصيانة التنبؤية ومراقبة الحالة. من خلال قياس تسارع مكونات الآلة، يُوفِّر مقياس التسارع البيانات الأولية اللازمة لتشخيص مجموعة واسعة من الأعطال الميكانيكية والكهربائية، بدءًا من عيوب المحامل ووصولًا إلى عدم التوازن واختلال المحاذاة.

كيف تعمل مقاييس التسارع؟ مبدأ الكهرضغطية

في حين أن هناك عدة أنواع من مقاييس التسارع، فإن الغالبية العظمى منها المستخدمة في مراقبة الآلات الصناعية تعتمد على التأثير الكهرضغطيفيما يلي شرح مبسط لكيفية عملها:

1. البلورة الكهرضغطية: يوجد داخل مقياس التسارع كتلة صغيرة متصلة ببلورة كهرضغطية (عادةً ما تكون نوعًا من السيراميك مثل PZT).
2. تطبيق القوة: عندما تهتز الآلة، يتحرك غلاف المستشعر معها. وبسبب القصور الذاتي، تقاوم الكتلة الداخلية هذه الحركة وتؤثر بقوة على البلورة.
3. إنشاء إشارة: تمتلك البلورة الكهرضغطية خاصية فريدة: عندما يتم ضغطها أو إجهادها، فإنها تولد شحنة كهربائية صغيرة (جهد) تتناسب بشكل مباشر مع القوة المطبقة.
4. Output: تُعالج إشارة الجهد هذه إلكترونيًا داخليًا، وتُنقل عبر كابل إلى مُجمِّع بيانات أو نظام مراقبة. إشارة الخرج هي تمثيل تناظري لتسارع الآلة عند تلك النقطة.

أنواع مقاييس التسارع

تتطلب التطبيقات المختلفة أنواعًا مختلفة من مقاييس التسارع، ولكل منها نقاط قوتها الخاصة.

مقاييس التسارع للأغراض العامة

هذه هي العناصر الأساسية للمراقبة الصناعية. تتميز عادةً بحساسية تبلغ 100 مللي فولت/غرام، ونطاق تردد مناسب لمعظم الآلات الشائعة، مثل المضخات والمحركات والمراوح (مثلاً، من 2 هرتز إلى 10 كيلوهرتز).

مقاييس تسارع MEMS

مقاييس تسارع الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) هي مستشعرات مصنوعة من السيليكون. تتميز هذه المستشعرات بصغر حجمها واستهلاكها المنخفض للطاقة وفعاليتها من حيث التكلفة. ورغم أنها أقل حساسية من الأنواع الكهروضغطية، إلا أن مستشعرات MEMS الحديثة تشهد تطورًا سريعًا، وهي شائعة الاستخدام في الإلكترونيات المحمولة، وتطبيقات السيارات، وبعض أنظمة مراقبة الحالة منخفضة التكلفة.

مقاييس التسارع المقاومة للضغط

تُستخدم هذه المستشعرات لاختبار الصدمات وقياس الحركة منخفضة التردد. يمكنها قياس ترددات تصل إلى 0 هرتز (تسارع التيار المستمر)، وهو أمر مفيد لتطبيقات مثل قياس التسارع الثابت في أجهزة الطرد المركزي.

مقاييس التسارع عالية التردد

مُصممة خصيصًا للكشف عن الأحداث عالية التردد، مثل عيوب التروس والمحامل في مراحلها المبكرة. تتميز بكتلة أصغر وتردد رنين أعلى، مما يسمح لها بقياس الاهتزازات بدقة تصل إلى ٢٠ كيلوهرتز أو أكثر.

المواصفات الرئيسية والاختيار

عند اختيار مقياس التسارع، يأخذ المهندسون في الاعتبار عدة معايير رئيسية:

• الحساسية (ملي فولت/جم): تنتج الحساسية العالية إشارة أقوى، وهو ما يعد أفضل لقياس الاهتزازات منخفضة المستوى. 100 مللي فولت/جرام هو المعيار الشائع.
• استجابة التردد: نطاق الترددات التي يمكن للمستشعر قياسها بدقة. يجب أن يتوافق هذا مع ترددات الأعطال المتوقعة للجهاز.
• Temperature Range: يجب أن يكون المستشعر قادرًا على تحمل درجة حرارة تشغيل سطح الماكينة الذي تم تركيبه عليه.
• طريقة التركيب: تؤثر طريقة تثبيت المستشعر على الجهاز (حامل مسمار، لاصق، مغناطيس) بشكل كبير على دقة القياسات عالية التردد. يوفر حامل المسمار أفضل اتصال واستجابة ترددية.

التطبيقات في مراقبة الحالة

تعتبر مقاييس التسارع أساسية لجميع مهام تحليل الاهتزاز تقريبًا، بما في ذلك:

• برامج الصيانة التنبؤية: جمع بيانات الاهتزاز الروتينية لتحديد اتجاه صحة الماكينة والتنبؤ بالأعطال.
• تشخيص الخطأ: تحديد مشاكل محددة مثل عدم التوازن، وعدم المحاذاة، والارتخاء، وتآكل المحمل.
• اختبار القبول: التحقق من أن الآلات الجديدة أو التي تم إصلاحها تلبي مواصفات الاهتزاز.
• التحليل النمطي: دراسة الترددات الطبيعية وأشكال الأنماط للهيكل.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي