Forståelse af sensorfølsomhed
Følsomhed er forholdet mellem en sensors udgangssignal og den fysiske størrelse, den måler – med andre ord dens forstærkning eller konverteringsfaktor. For vibrationer For sensorer angiver følsomheden, hvor stor en elektrisk udgang (en spænding eller en ladning) der genereres pr. vibrationsenhed, uanset om vibrationen udtrykkes som acceleration, hastighed eller forskydning. En højere følsomhed giver et større udgangssignal ved et givet vibrationsniveau, hvilket forbedrer opløsningen og signal-støj-forholdet — men det begrænser også den maksimale vibration, der kan måles, før sensorens udgangssignal mætter. Følsomheden er den grundlæggende specifikation, du skal kende for at kunne omregne sensorens rå spænding til meningsfulde tekniske enheder. Den fastlægges under fremstillingen kalibrering, angivet på kalibreringscertifikat, og anvendes i alle efterfølgende vibrationsberegninger.
En præcisering med det samme: denne artikel handler om Sensor følsomhed, dvs. transducerens udgangssignal i forhold til indgangssignalet. Det bør ikke forveksles med afbalanceringsfølsomhed, som beskriver, hvor meget en afbalanceringsmaskins måleværdi ændrer sig pr. enhed af rotorens ubalance — et beslægtet begreb, men en anden målemetode.
1. Følsomhedsenheder efter sensortype
Accelerometre
Den accelerometer er det vigtigste redskab inden for vibrationsmåling, og dens følsomhed angives forskelligt afhængigt af typen af signalbehandling.
- IEPE / spændingstilstand: udtrykt i mV/g (millivolt pr. g acceleration); typiske værdier 10–1000 mV/g, med 100 mV/g det mest almindelige tal til generelle formål. Enheder med høj følsomhed på 500–1000 mV/g er velegnede til arbejde med lave vibrationsniveauer, mens enheder med lav følsomhed på 10–50 mV/g er velegnede til arbejde med høje vibrations- og stødniveauer.
- Ladningsmodus: udtrykt i pC/g (picocoulomb pr. g); typiske værdier 1–1000 pC/g, hvor 10–50 pC/g er almindeligt ved almindelig anvendelse.
Hastighedssensorer og forskydningssonder
- Hastighedssensorer: mV pr. in/s eller mV pr. mm/s — typisk 100 mV/in/s, svarende til cirka 3.94 mV/mm/s; nogle gange angivet som V pr. m/s (100 mV/in/s ≈ 3.94 V/(m/s)).
- Forskydningsfølere: mV/mil eller V/mm — typisk 200 mV/mil eller 7,87 V/mm for hvirvelstrømssonder, og altid kalibreret til et bestemt målmateriale og et bestemt spalteområde.
2. Afvejning af følsomhed
Det centrale dilemma ved valg af sensor er, at følsomhed og måleområde trækker i hver sin retning.
Høj følsomhed (100–1000 mV/g)
- Fordele: et stort udgangssignal ved lave vibrationer, bedre opløsning til registrering af små ændringer, et bedre signal-støj-forhold og optimal ydeevne på maskiner med lave vibrationer.
- Ulemper: en begrænset dynamisk område som mætter ved lavere vibrationer (typisk i området ±5 g til ±50 g), hvilket gør den uegnet til opgaver med kraftige vibrationer eller stød.
Lav følsomhed (10–50 mV/g)
- Fordele: et bredt dynamisk område, der kan måle kraftige vibrationer (fra ±100 g til ±10.000 g), egnethed til stød og slag samt ingen mætning under ekstreme forhold.
- Ulemper: et mindre udgangssignal ved lave vibrationer, et dårligere signal-støj-forhold, lavere opløsning og risikoen for, at små ændringer overses.
3. Valg af følsomhed efter anvendelse
Den praktiske regel er at vælge en sensor, der passer til det forventede vibrationsniveau, så signalet uden problemer udfylder instrumentets indgangsområde uden at blive forvrænget.
- Lav vibration (< 5 mm/s): høj følsomhed (100–500 mV/g) til præcisionsmaskiner og maskiner med lav hastighed, hvor det er vigtigt at kunne registrere små ændringer med høj nøjagtighed.
- Moderat vibration (5–20 mm/s): standardfølsomhed (50–100 mV/g) til almindeligt industrimaskineri — det mest almindelige område.
- Stærke vibrationer (> 20 mm/s): lav følsomhed (10–50 mV/g) for at undgå mætning på knusere, møller og udstyr med stor ubalance.
- Stød og slag: meget lav følsomhed (1–10 mV/g) for at kunne måle op til ±1000 g eller mere ved stød- og kollisionstest.
4. Indvirkning på målinger
Signalniveau, dynamisk område og støj
- Signalniveau: En højere følsomhed giver en større signalspænding, der udnytter instrumentets indgangsområde bedre og forbedrer opløsningen — men sætter samtidig en grænse for den maksimale målbare vibration.
- Dynamisk område: intervallet fra støjniveauet til mætning; høj følsomhed giver et smalt interval (velegnet til små signaler), lav følsomhed et bredt interval (velegnet til varierende signaler) — en direkte afvejning mellem opløsning og interval.
- Støjniveau: Hver sensor har et iboende elektrisk støjniveau; højere følsomhed giver et bedre signal-støj-forhold ved lave vibrationer, mens denne støj bliver forholdsmæssigt mere markant, når følsomheden falder.
Et eksempel: En sensor på 100 mV/g, der udsættes for 50 g vibrationer, genererer et udgangssignal på 5 V. Hvis instrumentets indgangsområde er ±5 V, er sensoren tilpasset helt op til sin maksimale grænse på 50 g – alt derudover vil give klipning.
5. Kalibrering og verifikation
Følsomheden er kun nyttig, hvis den er præcis og opdateret, og derfor kontrolleres den på tre forskellige tidspunkter i sensorens levetid.
- Fabrikskalibrering: Nye sensorer kalibreres på fabrikken, og følsomheden er angivet på selve sensoren eller i certifikatet med en tolerance på typisk ±5–10 %; kontroller dette, inden sensoren tages i brug til kritiske formål.
- Periodisk rekalibrering: Følsomheden kan ændre sig over tid, så sensoren bør rekalibreres årligt eller efter plan. Brug den opdaterede værdi fra det nye certifikat, og indtast den i instrumentet, eller foretag en korrektion.
- Kontrol på stedet: En håndholdt kalibrator påfører en kendt referencevibration, så du kan kontrollere, at udgangssignalet stemmer overens med den forventede værdi (følsomhed × indgangssignal) – en hurtig kontrol inden vigtige målinger.
Dette adskiller sig fra permanent kalibrering inden for rotorafbalancering, hvor udtrykket henviser til en afbalanceringsmaskins gemte, genanvendelige kalibrering snarere end en transducers forstærkning.
6. Tilhørende specifikationer
- Måleområde: den maksimale vibration, sensoren kan registrere, hvilket er omvendt proportionalt med følsomheden — en 100 mV/g-sensor med en udgang på ±5 V giver et måleområde på ±50 g.
- Opløsning: den mindste målbare ændring, som er begrænset af støj og digitalisering; højere følsomhed betyder generelt bedre opløsning.
- Linearitet: hvor konstant følsomheden er over hele måleområdet — gode sensorer har en afvigelse på under 1 % fra det lineære område, angivet som en procentdel af fejlen ved fuld skala.
7. Praktiske overvejelser
Tilpasning af instrumentindgange og blandede flåder
- Matchning af input: Instrumentets indgangsområde skal kunne rumme sensorens udgangssignal — en 100 mV/g-sensor ved 50 g genererer 5 V, hvilket skal passe til en indgang på ±5 V; justerbare indgangsforstærkninger gør det muligt for ét instrument at håndtere forskellige følsomheder.
- Flere sensorer: Når man bruger sensorer med forskellig følsomhed i ét program, skal man indstille instrumentet for hver enkelt sensor, og indtastning af forkert følsomhed er en hyppig fejlkilde — ved at standardisere på én enkelt følsomhed forenkles driften betydeligt.
I et bærbart instrument er følsomhedsværdien netop det, softwaren har brug for til at omdanne transducerens millivolt til de amplitude- og faseværdier, der anvendes til diagnosticering og afbalancering. En feltanalysator som f.eks. Balanset-1A er indstillet til den følsomhed, der er angivet for hver enkelt accelerometer så målingerne vises i korrekte tekniske enheder; det er indtastningen af den korrekte værdi, der sikrer, at en måling i mm/s er pålidelig nok til at beregne en afbalanceringskorrektion. Hvis den indtastede følsomhed ikke stemmer overens med den monterede sensor, vil alle efterfølgende tal være forkerte i samme forhold. Du kan kontrollere, om det forventede resultat for en given sensor og vibration stemmer overens med vores Vibrationssensorfølsomhedsberegner.
Sensorfølsomheden er den grundlæggende specifikation, der definerer omregningen mellem fysiske vibrationer og elektriske signaler. Det er afgørende for nøjagtige målinger, et korrekt valg af sensor og for at undgå fejl som følge af forkert indstillet følsomhed eller mætning, at man forstår enhederne, vælger en værdi, der passer til det forventede vibrationsniveau, og indtaster den korrekt i måleinstrumentet.
