Какво е акселерометър? Ръководство за вибрационен анализ
Един акселерометър е преобразувател (или сензор), който преобразува механичното движение — по-конкретно ускорение преобразувани чрез вибрация или удар — в пропорционален електрически сигнал. Това е безспорно най-широко използваният сензор в прогнозна поддръжка и мониторинг на състоянието. Чрез измерване на скоростта, с която дадена точка на машината променя скоростта си, акселерометърът предоставя суровите данни, които позволяват на анализатора да диагностицира широк спектър от механични и електрически неизправности — от дефекти на лагерите до дисбаланс и несъответствие.
1. Определение: Същността на измерването на вибрациите
Ускорението е физическата величина, която трябва да се измерва при въртящите се машини, тъй като динамичните сили, които причиняват повреди на машината — центробежната сила, произтичаща от неравномерно разпределение на теглото, или ударите от отчупена повърхност на лагера — са пропорционални на ускорението. Акселерометърът реагира директно на тези сили, поради което е в сърцевината на почти всяка съвременна анализатор на вибрации и колектор на данни.
Едно от практичните предимства на акселерометъра е, че сигналът за ускорение може да бъде електронно интегриран once to give скорост (мм/с), и два пъти, за да се получи изместване (µm). Един-единствен, правилно монтиран сензор обхваща така и трите класически единици за вибрации, което позволява на анализатора да избере тази, която най-добре разкрива дадена повреда.
2. Как работят акселерометрите? Пиезоелектричният принцип
Въпреки че съществуват няколко физични принципа, преобладаващата част от акселерометрите, използвани в промишлените машини, се основават на пиезоелектричен ефект. Последователността на действията е ясна:
- Пиезоелектричен кристал: Вътре в сензора е закрепена малка сеизмична маса към piezoelectric елемент — обикновено керамичен, като например PZT, или при сензорите от висок клас — прецизно изрязан кварцов кристал.
- Прилагане на сила: Когато машината вибрира, корпусът се движи заедно с нея. Поради инерцията вътрешната маса се съпротивлява на това движение и упражнява сила върху кристала — равна, съгласно втория закон на Нютон, на масата, умножена по ускорението.
- Генериране на сигнал: Когато се упражнява сила върху пиезоелектричен кристал, той генерира малък електрически заряд, който е пряко пропорционален на приложената сила и следователно на ускорението.
- Изход: Вътрешната електроника обработва този сигнал и го предава по кабел към устройство за събиране на данни или система за мониторинг като аналогово представяне на ускорението в тази точка.
Начинът, по който се определя това натоварване, определя две основни групи. А charge-output сензорът предава необработения сигнал към външен усилвател на заряда и издържа на много високи температури. В промишлеността много по-разпространено е IEPE (or voltage-mode) тип, при който усилвателят е вграден в сензора и излъчва нискоимпедансно напрежение, което се предава добре по обикновен двужичен кабел. Най-надеждните конструкции използват shear конструкция, която предпазва кристала от изкривяване на основата и термични колебания.
3. Видове акселерометри
Различните приложения изискват различни сензори, като всеки от тях има свои предимства.
Универсални акселерометри
Това са основните инструменти в индустриалния мониторинг. Обикновено те предлагат чувствителност от 100 mV/g и честотен диапазон, подходящ за повечето обичайни машини, като помпи, двигатели и вентилатори — приблизително от 2 Hz до 10 kHz.
MEMS акселерометри
Акселерометрите от типа „микроелектромеханични системи“ (MEMS) са изработени на силициева основа, изключително малки, с ниска консумация на енергия и икономични. Въпреки че в миналото са били по-малко чувствителни от пиезоелектрическите модели, съвременните MEMS устройства се усъвършенстват бързо и са широко разпространени в преносимата електроника, автомобилните системи, безжично наблюдение възли и по-евтини системи за мониторинг на състоянието.
Пиезорезистивни акселерометри
Използвани за изпитване на удари и нискочестотни движения, тези сензори реагират при честоти до 0 Hz (ускорение при постоянен ток), което ги прави подходящи за измерване на постоянното ускорение в центрофуга или на бавното движение на превозно средство.
Високочестотни акселерометри
Тези сензори, предназначени за откриване на събития с висока честота, като например увреждания на зъбни колела и лагери в ранен етап, използват по-малка сеизмична маса и по-висока резонансна честота, което позволява точно измерване до 20 kHz или повече — диапазонът, в който техники като анализ на обвивката и методът на импулсния удар live.
4. Основни характеристики и избор
При избора на акселерометър инженерите вземат предвид няколко параметъра:
- Чувствителност (mV/g): По-високата чувствителност осигурява по-силен изходен сигнал, което е по-подходящо за регистриране на слаби вибрации; 100 mV/g е общоприетият промишлен стандарт.
- Честотна характеристика: Диапазонът, в който сензорът отчита точно. Той трябва да обхваща очакваните честоти на грешките на машината, с достатъчен резерв под собствения сензор естествена (резонансна) честота.
- Температурен диапазон: Сензорът трябва да издържа на температурата на повърхността, върху която е монтиран; а температурен сензор често се разполага на едно и също място с цел комбинирано наблюдение.
- Начин на монтаж: Начинът, по който се закрепва сензорът — чрез болт, лепило или магнит — оказва значително влияние върху точността при високи честоти. При монтаж с болт ISO 5348 осигурява най-доброто съединение и най-широката използваема честотна лента; магнитът е удобен за работа по трасето, но понижава горната честотна граница. Лошо монтаж може да доведе до погрешно нарастващ резонанс което се представя като техническа неизправност.
Можете да изчислите загубата на пропускателна способност при даден прикачен файл с помощта на Калкулатор за резонанс на монтажа на акселерометъра преди да се определите за конкретна схема на монтаж.
5. Приложения в областта на мониторинга на състоянието
Акселерометрите са в основата на почти всяко анализ на вибрациите задача, включваща:
- Програми за превантивна поддръжка: събиране на рутинни данни за route за да следи състоянието на машините и да прогнозира възникването на повреди.
- Диагностика на неизправности: откриване на дисбаланс, несъосност, разхлабеност и износване на лагерите from the вибрационен спектър.
- Тестване за приемане: проверка дали новите или ремонтираните машини отговарят на изискванията за вибрации, като например ISO 20816 (съвременният наследник на ISO 10816).
- Модален анализ: studying the собствени честоти и форми на режима на конструкция.
Изравняването на полето е една от най-трудоемките задачи, тъй като изисква както амплитуда и на фаза на вибрацията, възникваща веднъж на оборот. Преносим двуканален уред като Балансет-1а взема двата си акселерометра и ги фиксира към тахометър импулс и измерва амплитудата и фазата на 1× директно в самите лагери на машината при работна скорост — като преобразува необработения сигнал от акселерометъра в коефициентите на влияние и корекционните тегла, необходими за балансиране на ротора на място.
