فهم مقاييس التسارع الكهروضغطية
A مقياس التسارع الكهروضغطي هو اهتزاز جهاز استشعار يستغل التأثير الكهروضغطي - الخاصية التي تولد من خلالها بلورات معينة شحنة كهربائية عند الضغط عليها ميكانيكياً - لتحويل تسريع إلى إشارة كهربائية تتناسب مع سعة الاهتزاز. عندما يتسارع الحساس، تقوم كتلة زلزالية داخلية بضغط أو قص عنصر كهرضغطية أو قص عنصر كهرضغطية، ويتم تكييف الشحنة أو الجهد الناتج وإخراجها كإشارة قياس. وبفضل نطاق التردد الواسع (من 0.5 هرتز إلى أكثر من 50 كيلو هرتز تقريبًا)، والحساسية العالية، والمتانة، وعنصر الاستشعار الذاتي التوليد الذي لا يحتاج إلى طاقة خارجية، فإن مقياس التسارع الكهرضغطية هو أكثر حساسات الاهتزاز استخدامًا في الصناعة وأساس الحساسات الحديثة تحليل الاهتزازات ومراقبة الحالة.
1. التأثير الكهرضغطية
المبدأ الفيزيائي
- بعض البلورات (الكوارتز، التورمالين) والسيراميك (PZT، تيتانات الباريوم) هي كهربائية ضغطية
- يولد الإجهاد الميكانيكي شحنة كهربائية على أسطح البلورة.
- تتناسب الشحنة مع القوة المؤثرة.
- التأثير قابل للعكس - يؤدي تطبيق الجهد إلى تشوه العنصر.
- إنها ذاتية التوليد، لذلك لا حاجة إلى طاقة لإنتاج الشحنة نفسها.
داخل مقياس التسارع
السلسلة من الحركة إلى الإشارة قصيرة ومباشرة:
- يعمل الاهتزاز على تسريع قاعدة المستشعر والمبيت.
- تتعرض الكتلة الزلزالية الداخلية لقوة F = m × a.
- تضغط هذه القوة على البلورة الكهرضغطية.
- تولد البلورة شحنة تتناسب مع القوة، وبالتالي مع التسارع.
- يتم تجميع الشحنة على الأقطاب الكهربائية وتحويلها إلى إشارة قابلة للقياس.
نظرًا لأن الخرج يتتبع التسارع، يمكن دمج الإشارة نفسها إلكترونيًا مع سرعة لتحليل الأعطال متوسطة التردد، أو استخدامها مباشرةً في الأعمال عالية التردد.
2. الأنواع حسب التصميم الداخلي
تحدد الطريقة التي يتم بها تحميل البلورة بالكتلة الزلزالية طابع المستشعر.
- نوع الضغط: التصميم الأكثر شيوعًا، حيث تكون البلورة مضغوطة بين الكتلة والقاعدة. وهي متينة وذات نطاق واسع لدرجات الحرارة، وتناسب البيئات القاسية، لكنها قد تكون أكثر حساسية للإجهاد في القاعدة والعابرين الحراريين.
- نوع القص: يتم قص البلورة بواسطة حركة الكتلة. توفر هذه الهندسة عزلًا ممتازًا للإجهاد القاعدي، واستجابة أفضل للتردد المنخفض، وحساسية منخفضة لعوامل انتقال درجة الحرارة، وهذا هو السبب في أن مقياس التسارع القصي هو الخيار الأمثل للقياسات الصعبة.
- نوع الانحناء (الانحناء): تعمل البلورة في الانحناء، مما يتيح حساسية عالية جدًا، ولكنها أقل قوة وأقل شيوعًا في الاستخدام الصناعي.
3. الأنواع حسب الإلكترونيات
يتعلق التصنيف الثاني بما إذا كانت إلكترونيات تكييف الإشارة موجودة داخل المستشعر أو خارجه.
- وضع الشحن: يكون الخرج عبارة عن شحنة خام بوحدة البيكوكولوم، مما يتطلب وجود مضخم الشحنة. الخرج ذو المقاومة العالية حساس لحركة الكابل و الضوضاء الكهرومغناطيسية, ولكن مع عدم وجود إلكترونيات داخلية، تتحمل هذه المستشعرات درجات الحرارة القصوى (تصل إلى حوالي 650 درجة مئوية)، مما يجعلها لا غنى عنها للتطبيقات المتخصصة ذات الحرارة العالية.
- IPEEPE / ICP (وضع الجهد): تقوم الإلكترونيات المدمجة بتحويل الشحنة إلى جهد منخفض المقاومة. إن معهد التعليم المهني والتقني واجهة - توصف أيضًا بأنها مقياس التسارع الذي يعمل بنظام الجهد - هو معيار الصناعة، حيث يوفر اتصالاً بسيطاً بسلكين ومناعة ممتازة ضد الضوضاء. وهو يخدم أكثر من 95 % من التطبيقات الصناعية.
4. مواصفات الأداء
حساسية
حساسية هو الخرج لكل وحدة تسارع - عادةً ما يكون 10-100 مللي فولت/غرام لمستشعرات IPE، أو 1-100 pC/غرام لوضع الشحن. تعطي حساسية أعلى دقة أدق ولكن نطاقًا أقصى أقل، لذلك يتم اختيار الرقم لمطابقة مستويات الاهتزاز المتوقعة؛ حاسبة حساسية مستشعر الاهتزاز يساعد في التحويل بين جهد الخرج والعجلة المقابلة.
نطاق التردد
- التردد المنخفض: حد أدنى يتراوح بين 0.5 و5 هرتز تقريبًا، تحدده الإلكترونيات.
- التردد العالي: حد أعلى من 5-50 كيلوهرتز، يحكمه الحد الأعلى من 5-50 كيلوهرتز صدى.
- نطاق الاستخدام: بشكل عام إلى ما يصل إلى ثلث الرنين تقريبًا تكرار, حيث تظل الاستجابة ثابتة.
- تأثير التركيب: تحد طريقة التركيب بشدة من الاستجابة عالية التردد التي يمكن تحقيقها.
نطاق السعة والمدى الديناميكي
- الأغراض العامة: ± 50 جم إلى ± 500 جم.
- حساسية عالية: ± 5 جم إلى ± 50 جم.
- مستشعرات الصدمات: ± 500 جم إلى ± 10,000 جم.
يجب ألا تتجاوز الإشارة نطاق المستشعر أبدًا، وإلا فإنها ستقطع وقد تتلف العنصر؛ حيث إن الإشارة العريضة النطاق الديناميكي يتيح لمستشعر واحد حل كل من نغمات المحمل الخافتة والاهتزاز القوي لسرعة التشغيل في نفس القياس.
5. معايير الاختيار
إن مطابقة المستشعر مع الوظيفة هو جوهر إعداد القياس الجيد.
- المراقبة العامة للآلات: مقياس تسارع IPE بجهد 100 مللي فولت/غرام مع نطاق ± 50 جم، واستجابة من 1 هرتز إلى 10 كيلو هرتز، وتصنيف درجة حرارة صناعية (-40 إلى +120 درجة مئوية)، ومانع تسرب محكم الإغلاق.
- كشف عيوب المحمل: استجابة تردد أعلى (إلى أكثر من 20 كيلوهرتز) لالتقاط ترددات أعطال المحامل, وحساسية معتدلة (10-50 مللي فولت/غرام)، ونطاق ديناميكي واسع، وتركيب مسمار للحصول على أفضل اقتران عالي التردد - المزيج الصحيح لالتقاط عيوب المحمل.
- تطبيقات درجات الحرارة العالية: وضع IPE في درجة حرارة عالية (إلى حوالي 175 درجة مئوية) أو وضع الشحن (إلى حوالي 650 درجة مئوية)، مع تركيب وكابلات خاصة، مع قبول بعض المقايضة في الأداء مقابل القدرة على تحمل درجات الحرارة.
6. التركيب والتركيب
تعد واجهة التركيب جزءًا من نظام القياس: فهي تحدد الرنين المركب وبالتالي حد التردد العالي. من الأفضل إلى الأسوأ
- حامل مسمار التثبيت: أفضل اقتران، مسطحة إلى أكثر من 10 كيلوهرتز.
- لاصق: جيدة، مسطحة إلى 7-8 كيلوهرتز تقريباً.
- مغناطيسي: مقبولة، مسطحة إلى حوالي 2-3 كيلوهرتز.
- مسبار/جهاز محمول باليد: ضعيف - يقتصر على الترددات المنخفضة والقراءات النوعية.
للحصول على بيانات موثوقة عالية التردد، يجب أن يكون السطح نظيفًا ومسطحًا، وأن يكون المسمار مثبتًا بشكل صحيح، وأن تكون أي طبقة لاصقة رقيقة ومتساوية، وأن تكون القاعدة المغناطيسية مثبتة بالكامل، وأن يكون الكابل مثبتًا لمنع السحب. يجب أن يكون حاسبة الرنين المتصاعد تقدير أين ينتهي النطاق القابل للاستخدام لكل طريقة؛ بالنسبة لأجهزة الاستشعار المثبتة بشكل دائم فإن مبادئ تركيب المستشعر مقننة في ايزو 5348.
في الميدان، هذه المستشعرات هي الواجهة الأمامية لكل جهاز تحليل محمول. جهاز ثنائي القناة مثل بالانست-1أ يستخدم مقاييس التسارع IEPE لالتقاط السعة والطور المتزامنين اللازمين لمستوى واحد ومستويين موازنة وللتشخيص الروتيني في محامل الماكينة نفسها عند سرعة التشغيل. جنبًا إلى جنب مع مسبار القرب و محول السرعة, ، فإن مقياس التسارع الكهرضغطية هو أحد أجهزة قياس الاهتزاز الرئيسية الثلاثة محولات الطاقة - والأكثر تنوعًا إلى حد بعيد، وهذا هو السبب في أنها لا تزال العمود الفقري لمراقبة الاهتزازات الصناعية والتشخيص والموازنة في جميع أنحاء العالم.
