Šta je akcelerometar? Vodič za analizu vibracija
An accelerometer is a transducer (ili senzor) koji pretvara mehaničko kretanje — konkretno acceleration proizvedeno vibracijama ili šokom — u proporcionalni električni signal. Daleko je najčešće korišćeni senzor u prediktivno održavanje and 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 to unbalance and misalignment.
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 and data collector.
Jedna od praktičnih prednosti akcelerometra je što se njegov signal akceleracije može elektronski integrated once to give velocity (mm/s), i dva puta za dobijanje displacement (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 piezoelectric 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.
- Output: 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 charge-output senzor dostavlja sirovo opterećenje vanjskom pojačivačem naboja i tolerira vrlo visoke temperature. Daleko je uobičajenije u industriji IEPE (or voltage-mode) tip, koji ugrađuje pojačavač u senzor i ispisuje napon niske impedancije koji dobro putuje kroz obični dvožični kabel. Najčvršći dizajni koriste shear 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 sensitivity 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 analizan plasmana and the metoda udarnog pulsa live.
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 mounting 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 vibration analysis zadatke, uključujući:
- Programi prediktivnog održavanja: prikupljanje rutinskih podataka na route za praćenje zdravlja mašine i prognoziranje neispravnosti.
- Dijagnostika kvara: lociranje disbalansa, neusklađenosti, looseness and bearing wear from the spektar vibracija.
- Prihvatljivi ispiti: potvrđivanja da nove ili popravnjene mašine zadovoljavaju specifikacije vibracija kao što su ISO 20816 (modernog naslednika ISO 10816).
- Modalna analiza: studying the prirodne frekvencije and mode shapes strukture.
Balansiranje na mjestu je jedan od najpotrebnijih poslova, jer zahtijeva i amplitudu and the phase vibracije u svakom obrtu. Prijenosni dvokanalski uređaj kao što je Balanset-1A uzima svoje dva akcelerometra, učvršćuje ih na tachometer 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.
