Co je akcelerometr? Průvodce vibrační analýzou
An akcelerometr je převodník (nebo snímač), který převádí mechanický pohyb - konkrétně akcelerace způsobené vibracemi nebo otřesy - na proporcionální elektrický signál. Jedná se o zdaleka nejpoužívanější senzor v průmyslu. prediktivní údržba a monitorování stavu. Akcelerometr měří, jak rychle se mění rychlost bodu na stroji, a poskytuje tak prvotní data, která umožňují analytikovi diagnostikovat širokou škálu mechanických a elektrických závad - od těch, které se projevují na stroji. vady ložisek na nevyváženost a nesouosost.
1. Definice: Podstata měření vibrací
Zrychlení je přirozenou veličinou pro měření u rotujících strojů, protože dynamické síly, které stroj poškozují - odstředivá síla od těžkého místa, náraz od poškozené ložiskové dráhy - rostou s zrychlením. Akcelerometr reaguje přímo na tyto síly, a proto je základem téměř každého moderního zařízení. analyzátor vibrací a sběrač dat.
Jednou z praktických předností akcelerometru je, že jeho signál zrychlení lze elektronicky integrovat. integrovaný jednou dát rychlost (mm/s) a dvakrát, aby se získalo přemístění (µm). Jediný dobře namontovaný senzor tak pokrývá všechny tři klasické vibrační jednotky a umožňuje analytikovi vybrat tu, která nejlépe odhalí danou poruchu.
2. Jak fungují akcelerometry? Piezoelektrický princip
Přestože existuje několik fyzikálních principů, převážná většina akcelerometrů používaných v průmyslových strojích je založena na principu. piezoelektrický efekt. Pracovní postup je jednoduchý:
- Piezoelektrický krystal: Uvnitř snímače je malá seismická hmota připevněna na piezoelektrické prvek - obvykle keramika, jako je PZT, nebo u prémiových senzorů přesně broušený křemenný krystal.
- Použití síly: Když stroj vibruje, pohybuje se s ním i kryt. Vnitřní hmota setrvačností klade tomuto pohybu odpor a působí na krystal silou, která se podle druhého Newtonova zákona rovná hmotnosti krát zrychlení.
- Generování signálu: Napjatý piezoelektrický krystal vytváří malý elektrický náboj přímo úměrný působící síle, a tedy i zrychlení.
- Výstup: Vnitřní elektronika tento náboj upravuje a předává jej po kabelu do sběrače dat nebo monitorovacího systému jako analogovou reprezentaci zrychlení v daném bodě.
To, jak je tento náboj podmíněn, definuje dvě společné rodiny. A výstupní náplň senzor přenáší nezpracovaný náboj do externího zesilovač náboje a snáší velmi vysoké teploty. V průmyslu je mnohem běžnější IEPE (nebo napěťový režim), který zabudovává zesilovač do snímače a vysílá nízkoimpedanční napětí, které se dobře šíří po běžném dvouvodičovém kabelu. Nejodolnější konstrukce používají střih konstrukce, která izoluje krystal od ohybu základny a tepelných přechodových jevů.
3. Typy akcelerometrů
Různé aplikace vyžadují různé senzory, z nichž každý má své silné stránky.
Akcelerometry pro všeobecné použití
Jedná se o pracovní koně průmyslového monitorování. Obvykle nabízejí citlivost 100 mV/g a frekvenční rozsah vhodný pro většinu běžných strojů, jako jsou čerpadla, motory a ventilátory - zhruba 2 Hz až 10 kHz.
MEMS akcelerometry
Akcelerometry MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) jsou křemíkové, velmi malé, úsporné a cenově výhodné. Moderní zařízení MEMS, která jsou historicky méně citlivá než piezoelektrické typy, se rychle zdokonalují a jsou běžná v přenosné elektronice a automobilových systémech, bezdrátové monitorování uzlů a levnějších zařízení pro monitorování stavu.
Piezorezistivní akcelerometry
Tyto snímače se používají pro nárazové zkoušky a nízkofrekvenční pohyby a reagují až na frekvenci 0 Hz (stejnosměrné zrychlení), což je užitečné pro měření ustáleného zrychlení v odstředivce nebo pomalého jízdního pohybu vozidla.
Vysokofrekvenční akcelerometry
Tyto snímače jsou navrženy tak, aby zachytily vysokofrekvenční události, jako je poškození ozubených kol a ložisek v počátečním stadiu, a používají menší seismickou hmotu a vyšší rezonanční frekvenci, což umožňuje přesné měření až do 20 kHz a více - tedy do rozsahu, kde se používají techniky jako např. obalová analýza a metoda rázových pulzů naživo.
4. Klíčové specifikace a výběr
Při výběru akcelerometru inženýři zvažují několik parametrů:
- Citlivost (mV/g): Vyšší citlivost poskytuje silnější výstup, který je lepší pro rozlišení vibrací nízké úrovně; 100 mV/g je běžný průmyslový standard.
- Frekvenční odezva: Pásmo, ve kterém snímač snímá přesně. Musí pokrývat očekávaný rozsah frekvence poruch stroje, s pohodlnou rezervou pod vlastním senzorem. vlastní (rezonanční) frekvence.
- Teplotní rozsah: Snímač musí odolávat teplotě povrchu, na kterém je namontován; a teplotní čidlo je často umístěn společně pro kombinované monitorování.
- Způsob montáže: Způsob uchycení snímače - čep, lepidlo nebo magnet - má velký vliv na přesnost při vysokých frekvencích. Upevnění na čep na ISO 5348 poskytuje nejlepší vazbu a nejširší použitelné pásmo; magnet je vhodný pro práci na trase, ale snižuje horní frekvenční limit. Špatný montáž může zavést falešný montážní rezonance která se maskuje jako závada stroje.
Šířku pásma dané přílohy můžete odhadnout pomocí příkazu Kalkulačka rezonance montáže akcelerometru předtím, než se rozhodnete pro montážní schéma.
5. Aplikace v monitorování stavu
Akcelerometry jsou základem téměř každého analýza vibrací úkol, včetně:
- Programy prediktivní údržby: shromažďování běžných údajů o trasa pro sledování stavu stroje a předvídání poruch.
- Diagnostika závad: přesné určení nevyváženosti, nesouhlasnosti, uvolněnost a opotřebení ložisek z vibrační spektrum.
- Přijímací zkoušky: ověřování, zda nové nebo opravené strojní zařízení splňuje specifikace vibrací, jako jsou např. ISO 20816 (moderní nástupce normy ISO 10816).
- Modální analýza: studium vlastní frekvence a tvary módu struktury.
Vyvážení v provozu je jedním z nejnáročnějších těchto úkolů, protože vyžaduje jak amplitudu a na fáze vibrací jednou za revoluci. Přenosný dvoukanálový přístroj, jako je např. Balanset-1A vezme své dva akcelerometry, uzamkne je k jednomu tachometr a měří amplitudu a fázi 1× přímo v ložiskách stroje při provozních otáčkách - surový signál akcelerometru se tak mění na koeficienty vlivu a korekční závaží potřebné k vyvážení rotoru na místě.
