Šta je akcelerometar? Vodič za analizu vibracija
An akcelerometar je pretvarač (ili senzor) koji pretvara mehaničko kretanje — konkretno ubrzanje proizvedeno vibracijama ili šokom — u proporcionalni električni signal. Daleko je najčešće korišćeni senzor u prediktivno održavanje i praćenje stanja stroja. Merenjem kako brzo se menja brzina tačke na mašini, akcelerometar daje sirove podatke koji omogućavaju analitičaru da dijagnostikuje širok spektar mehaničkih i električnih grešaka — od greške u ležajima u neuravnoteženost i neporavnanje.
U kompletima za terensko balansiranje akcelerometar je osnovni radni senzor: Vibromera senzor vibracija je industrijski akcelerometar koji se isporučuje uz Balanset instrumente.
1. Definicija: Jezgro mjerenja vibracija
Akceleracija je prirodna veličina za mjerenje na rotacijskim mašinama jer dinamičke sile koje oštećuju mašinu — centrifugalna sila od teškog mjesta, udarac od oštećene površine ležaja — skaliraju se sa akceleracijom. Akcelerometar direktno odgovara tim silama, što je razlog zašto se nalazi u srcu skoro svakoga modernog vibracijski analizator i prikupljač podataka.
Jedna od praktičnih prednosti akcelerometra je što se njegov signal akceleracije može elektronski integrisan jednom da bi se dobio brzina (mm/s), i dva puta za dobijanje radna zapremina (µm). Jedan dobro postavljen senzor tako pokriva sve tri klasične jedinice vibracija, omogućavajući analitičaru da bira onu koja najbolje otkriva datu grešku.
2. Kako rade akcelerometri? Piezoelektrički princip
Mada postoji nekoliko fizičkih principa, ogromna većina akceleromatra korišćenih za industrijsku mašineriju bazira se na piezoelektričnom efektu. Redoslijed rada je jednostavan:
- Piezoelektrički kristal: Unutar senzora mala seizmička masa je pričvršćena za piezoelektrični element — obično keramiku poput PZT-a, ili u premium senzorima precizno izrezanu kvarc kristal.
- Primjena sile: Kada mašina vibrira, kućište se kreće s njom. Zbog inercije, unutrašnja masa se opire tom kretanju i vrši silu na kristal — jednaku, prema Njutnovom drugom zakonu, masi puta akceleracija.
- Generisanje signala: Napregnut piezoelektrički kristal proizvodi mali električni naboj direktno proporcionalan primijenjenoj sili, i prema tome akceleraciji.
- Izlaz: Interna elektronika odobri ovo opterećenje i prosledi ga kroz kabel do prikupljača podataka ili sistema za monitoring kao analognu reprezentaciju ubrzanja na toj točki.
Kako je ovo opterećenje obrađeno definiše dvije obične porodice. A izlaz naboja senzor dostavlja sirovo opterećenje vanjskom pojačivačem naboja i tolerira vrlo visoke temperature. Daleko je uobičajenije u industriji IEPE (ili naponski način rada) tip, koji ugrađuje pojačavač u senzor i ispisuje napon niske impedancije koji dobro putuje kroz obični dvožični kabel. Najčvršći dizajni koriste smicanje konstrukciju, koja izolira kristal od savijanja osnove i toplinskih tranzijenata.
3. Vrste akcelerometara
Različite primjene zahtijevaju različite senzore, svaki sa svojim prednostima.
Akcelerometri opće namjene
Ovo su radnici u industrijskom monitoringu. Obično nude osjetljivost od 100 mV/g i frekvencijski raspon prilagođen većini uobičajenih strojeva kao što su pumpe, motori i ventilatori — otprilike 2 Hz do 10 kHz.
MEMS akcelerometri
Mikro-elektro-mehanički sistemi (MEMS) akcelerometri su na bazi silicija, vrlo mali, niskoenergentski i ekonomičnog omjera. Istorijski manje osjetljivi od piezoelektričnih tipova, moderni MEMS uređaji se brzo poboljšavaju i česti su u prenosivoj elektronici, automobilskim sistemima, bežično praćenje čvorišta i instalacije monitoringa stanja sa nižom cijenom.
Piezootporni akcelerometri
Korišteni za testiranje šoka i kretanje niske frekvencije, ovi senzori reaguju do 0 Hz (DC ubrzanje), što ih čini korisnim za mjerenje stacionarnog ubrzanja u centrifugi ili sporo voznu dinamiku vozila.
Akcelerometri visoke frekvencije
Dizajnirani da zarobljavaju događaje visoke frekvencije kao što su rana oštećenja zupčanika i ležajeva, ovi senzori koriste manju seizmičku masu i višu rezonantnu frekvenciju, omogućavajući točno mjerenje do 20 kHz ili više — raspon gdje tehnike kao što su analiza omotača i metoda udarnog pulsa uživo.
4. Ključne specifikacije i izbor
Kada bira akcelerometar, inženjeri razmatraju nekoliko parametara:
- Osjetljivost (mV/g): Viša osjetljivost daje jaču izlaznu vrijednost, što je bolje za razriješavanje nisko-nivojskih vibracija; 100 mV/g je uobičajeni industrijski standard.
- Frekvencijski odgovor: Opseg frekvencija unutar kojeg senzor čita s tačnošću. Mora obuhvatiti očekivanu karakteristične frekvencije greške mašine, s udobnom marginom ispod vlastite prirodna (rezonantna) frekvencija.
- Temperaturni raspon: Senzor mora podnijeti površinsku temperaturu gdje je montiran; često se senzor temperature postavi zajedno za kombinovani nadzor.
- Način montiranja: Kako se senzor pričvršćuje — vijčana montaža, ljepilo ili magnet — snažno utječe na tačnost visokih frekvencija. Vijčana montaža prema ISO 5348 pruža najbolju spregu i najširi upotrebljiv propusni opseg; magnet je prikladan za obrtnu provjeru ali snižava gornju granicu frekvencije. Loša montaža može unijeti lažan rezonancija montaže koji se pretvarant za neispravnost mašine.
Možete procijeniti penalizaciju propusnog opsega određenog pričvršćenja sa Kalkulator rezonancije montaže akcelerometra prije nego što se obavežete na način montiranja.
5. Primjena u Nadzoru Stanja
Akcelerometri predstavljaju temelj gotovo svake analizu vibracija zadatke, uključujući:
- Programi prediktivnog održavanja: prikupljanje rutinskih podataka na put za praćenje zdravlja mašine i prognoziranje neispravnosti.
- Dijagnostika kvara: lociranje disbalansa, neusklađenosti, labavost i habanje ležaja od spektar vibracija.
- Prijemno ispitivanje: potvrđivanja da nove ili popravnjene mašine zadovoljavaju specifikacije vibracija kao što su ISO 20816 (modernog naslednika ISO 10816).
- Modalna analiza: proučavanje prirodne frekvencije i oblici modova strukture.
Balansiranje na mjestu je jedan od najpotrebnijih poslova, jer zahtijeva i amplitudu i faza vibracije u svakom obrtu. Prijenosni dvokanalski uređaj kao što je Balanset-1A uzima svoje dva akcelerometra, učvršćuje ih na tahometar impuls, i mjeri 1× amplitudu i fazu direktno u ležajima mašine pri brzini rada — pretvarajući sirovi signal akcelerometra u koeficijente uticaja i težine korekcije potrebne za balansiranje rotora na mjestu.
