Was ist ein Beschleunigungsmesser? Ein Leitfaden zur Schwingungsanalyse

Definition: Der Kern der Schwingungsmessung

Ein Beschleunigungsmesser ist ein Wandler (oder Sensor), der mechanische Bewegungen, insbesondere Beschleunigungen durch Vibrationen oder Stöße, in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Er ist der am häufigsten verwendete Sensor im Bereich der vorausschauenden Wartung und Zustandsüberwachung. Durch die Messung der Beschleunigung von Maschinenkomponenten liefert ein Beschleunigungsmesser die Rohdaten, die zur Diagnose einer Vielzahl mechanischer und elektrischer Fehler benötigt werden, von Lagerdefekten bis hin zu Unwucht und Fehlausrichtung.

Wie funktionieren Beschleunigungsmesser? Das piezoelektrische Prinzip

Es gibt zwar verschiedene Arten von Beschleunigungssensoren, doch die überwiegende Mehrheit der für die Überwachung von Industriemaschinen verwendeten Sensoren basiert auf der piezoelektrischer Effekt. Hier ist eine vereinfachte Aufschlüsselung ihrer Funktionsweise:

1. Piezoelektrischer Kristall: Im Inneren des Beschleunigungsmessers befindet sich eine kleine Masse, die an einem piezoelektrischen Kristall (oft eine Keramikart wie PZT) befestigt ist.
2. Kraft anwenden: Wenn die Maschine vibriert, bewegt sich das Sensorgehäuse mit. Aufgrund der Trägheit widersteht die innere Masse dieser Bewegung und übt eine Kraft auf den Kristall aus.
3. Generieren eines Signals: Der piezoelektrische Kristall hat eine einzigartige Eigenschaft: Wenn er komprimiert oder gespannt wird, erzeugt er eine kleine elektrische Ladung (eine Spannung), die direkt proportional zur ausgeübten Kraft ist.
4. Ausgabe: Dieses Spannungssignal wird dann durch die interne Elektronik aufbereitet und über ein Kabel an einen Datensammler oder ein Überwachungssystem übertragen. Das Ausgangssignal ist eine analoge Darstellung der Beschleunigung der Maschine an diesem Punkt.

Arten von Beschleunigungsmessern

Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Arten von Beschleunigungsmessern, jeder mit seinen eigenen Stärken.

Allzweck-Beschleunigungsmesser

Dies sind die Arbeitspferde der industriellen Überwachung. Sie haben typischerweise eine Empfindlichkeit von 100 mV/g und einen Frequenzbereich, der für die meisten gängigen Maschinen wie Pumpen, Motoren und Lüfter geeignet ist (z. B. von 2 Hz bis 10 kHz).

MEMS-Beschleunigungsmesser

Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind Beschleunigungssensoren auf Siliziumbasis. Sie sind sehr klein, verbrauchen wenig Strom und sind kostengünstig. Obwohl sie traditionell weniger empfindlich als piezoelektrische Sensoren sind, entwickeln sich moderne MEMS-Sensoren rasant weiter und sind in tragbaren elektronischen Geräten, Automobilanwendungen und einigen kostengünstigeren Zustandsüberwachungssystemen weit verbreitet.

Piezoresistive Beschleunigungssensoren

Diese Sensoren werden für Stoßtests und zur Messung niederfrequenter Bewegungen verwendet. Sie können bis zu 0 Hz (Gleichstrombeschleunigung) messen, was für Anwendungen wie die Messung der konstanten Beschleunigung in einer Zentrifuge nützlich ist.

Hochfrequenz-Beschleunigungssensoren

Speziell für die Erkennung hochfrequenter Ereignisse wie Getriebe- und Lagerdefekte im Frühstadium entwickelt. Sie verfügen über eine geringere Masse und eine höhere Resonanzfrequenz, wodurch sie Vibrationen bis zu 20 kHz oder mehr präzise messen können.

Wichtige Spezifikationen und Auswahl

Bei der Auswahl eines Beschleunigungsmessers berücksichtigen Ingenieure mehrere wichtige Parameter:

• Empfindlichkeit (mV/g): Eine höhere Empfindlichkeit erzeugt ein stärkeres Signal, das sich besser für die Messung schwacher Vibrationen eignet. 100 mV/g ist ein gängiger Standard.
• Frequenzgang: Der Frequenzbereich, den der Sensor genau messen kann. Dieser muss den erwarteten Fehlerfrequenzen der Maschine entsprechen.
• Temperaturbereich: Der Sensor muss der Betriebstemperatur der Maschinenoberfläche, auf der er montiert ist, standhalten.
• Montagemethode: Die Art der Sensorbefestigung an der Maschine (Bolzenbefestigung, Klebstoff, Magnet) beeinflusst die Genauigkeit von Hochfrequenzmessungen erheblich. Eine Bolzenbefestigung bietet die beste Verbindung und den besten Frequenzgang.

Anwendungen in der Zustandsüberwachung

Beschleunigungsmesser sind für fast alle Aufgaben der Schwingungsanalyse von grundlegender Bedeutung, darunter:

• Programme zur vorausschauenden Wartung: Sammeln Sie routinemäßig Vibrationsdaten, um den Zustand der Maschine zu beurteilen und Ausfälle vorherzusagen.
• Fehlerdiagnose: Identifizieren spezifischer Probleme wie Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerheit und Lagerverschleiß.
• Abnahmeprüfung: Überprüfen, ob neue oder reparierte Maschinen die Vibrationsspezifikationen erfüllen.
• Modalanalyse: Untersuchung der Eigenfrequenzen und Eigenformen einer Struktur.

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