Was ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser? Schwingungssensor • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser? Schwingungssensor • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser? Vibrationssensor

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Piezoelektrische Beschleunigungsmesser verstehen

Definition: Was ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser?

Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser ist ein Vibration Sensor, der den piezoelektrischen Effekt nutzt – bei dem bestimmte Kristalle unter mechanischer Belastung elektrische Ladung erzeugen – um mechanische Energie umzuwandeln Beschleunigung in ein elektrisches Signal, das proportional zur Schwingungsamplitude ist. Wenn der Sensor eine Beschleunigung erfährt, komprimiert oder dehnt eine interne Masse (seismische Masse) piezoelektrische Kristallelemente, wodurch eine elektrische Ladung oder Spannung erzeugt wird, die aufbereitet und als Messsignal ausgegeben wird.

Piezoelektrische Beschleunigungsmesser sind aufgrund ihres breiten Frequenzbereichs (0,5 Hz bis über 50 kHz), ihrer hohen Empfindlichkeit, Robustheit und ihrer Eigenstromerzeugung (sie benötigen keine externe Stromversorgung für das Sensorelement) die am weitesten verbreiteten Vibrationssensoren in industriellen Anwendungen. Sie bilden die Grundlage moderner Schwingungsanalyse und Zustandsüberwachungsprogramme.

Piezoelektrischer Effekt

Physikalisches Prinzip

  • Bestimmte Kristalle (Quarz, Turmalin) und Keramiken (PZT, Bariumtitanat) sind piezoelektrisch.
  • Mechanische Spannung erzeugt elektrische Ladung auf Kristalloberflächen
  • Ladung proportional zur angewandten Kraft
  • Reversibler Effekt (durch Anlegen einer Spannung wird eine Verformung verursacht)
  • Selbsterzeugend (keine Stromquelle zur Ladungserzeugung erforderlich)

Im Beschleunigungsmesser

  1. Vibrationen beschleunigen die Sensorbasis und das Gehäuse
  2. Auf die innere seismische Masse wirkt eine Kraft (F = m × a).
  3. Kraft komprimiert piezoelektrischen Kristall
  4. Der Kristall erzeugt eine Ladung, die proportional zur Kraft (und damit zur Beschleunigung) ist.
  5. Ladung wird auf den Elektroden gesammelt und in ein messbares Signal umgewandelt

Arten von piezoelektrischen Beschleunigungsmessern

Durch internes Design

Komprimierungstyp

  • Häufigstes Design
  • Kristall zwischen Masse und Basis zusammengepresst
  • Robust, breiter Temperaturbereich
  • Gut geeignet für raue Umgebungen

Schertyp

  • Kristall durch Massenbewegung geschert
  • Hervorragende Basisspannungsisolierung
  • Besseres Tieftonverhalten
  • Weniger empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen
  • Premium-Leistung

Biegeart

  • Kristall in Biegekonfiguration
  • Hohe Empfindlichkeit möglich
  • Weniger verbreitet in industriellen Anwendungen

Nach Elektroniktyp

Lademodus

  • Die Ausgabe ist Ladung (Picocoulomb).
  • Benötigt externen Ladungsverstärker
  • Extremtemperaturbeständigkeit (bis 650°C)
  • Hochohmiger Ausgang (empfindlich gegenüber Kabeln)
  • Spezialanwendungen

IEPE/ICP (Spannungsmodus)

  • Die eingebaute Elektronik wandelt Ladung in Spannung um
  • IEPE ist Industriestandard
  • Niederohmiger Ausgang
  • Einfache Verbindung
  • 95%+ für industrielle Anwendungen

Leistungsspezifikationen

Empfindlichkeit

  • Ausgangsleistung pro Beschleunigungseinheit (mV/g, pC/g)
  • Typisch: 10–100 mV/g für IEPE; 1–100 pC/g für den Ladungsmodus
  • Höhere Empfindlichkeit = bessere Auflösung, aber geringerer Messbereich
  • Auswahl basierend auf den erwarteten Schwingungspegeln

Frequenzbereich

  • Niedrige Frequenz: 0,5–5 Hz, abhängig von der Elektronik
  • Hochfrequenz: 5-50 kHz bis zur Resonanz
  • Nutzbarer Bereich: Typischerweise bis zu 1/3 der Resonanzfrequenz
  • Auswirkungen auf die Montage: Die Montageart begrenzt das Hochfrequenzverhalten

Amplitudenbereich

  • Allgemeiner Verwendungszweck: ±50 g bis ±500 g
  • Hohe Empfindlichkeit: ±5 g bis ±50 g
  • Stoßsensoren: ±500 g bis ±10.000 g
  • Darf die Reichweite nicht überschreiten (Clipping, Beschädigung).

Auswahlkriterien

Zur allgemeinen Maschinenüberwachung

  • 100 mV/g IEPE-Beschleunigungsmesser
  • ±50g Bereich
  • Frequenzbereich 1 Hz – 10 kHz
  • Industrieller Temperaturbereich (-40 bis +120°C)
  • Hermetisch dicht

Zur Erkennung von Lagerdefekten

  • Höherer Frequenzgang (bis über 20 kHz)
  • Mittlere Empfindlichkeit (10-50 mV/g)
  • Großer Dynamikbereich
  • Bolzenmontage für beste Hochfrequenzkopplung

Für Hochtemperaturanwendungen

  • Hochtemperatur-IEPE (bis 175 °C) oder Lademodus (bis 650 °C)
  • Spezielle Montage und Verkabelung
  • Möglicherweise muss die Leistung zugunsten der Temperaturbeständigkeit etwas eingeschränkt werden.

Montage und Installation

Auswirkungen der Montage auf die Leistung

  • Bolzenmontage: Optimal (linear bis 10+ kHz)
  • Klebstoff: Gut (linear bis 7-8 kHz)
  • Magnetisch: Akzeptabel (flach bis 2-3 kHz)
  • Sonde/Handgerät: Mangelhaft (beschränkt auf niedrige Frequenzen, qualitativ)

Installationsvoraussetzungen

  • Saubere, ebene Montagefläche
  • Richtiges Drehmoment für die Bolzenmontage
  • Dünne, gleichmäßige Klebeschicht
  • Magnetfuß vollständig eingerastet
  • Kabel gesichert, um ein Herausziehen zu verhindern

Piezoelektrische Beschleunigungsmesser, insbesondere IEPE-Typen, bilden das Rückgrat der industriellen Schwingungsüberwachung. Ihre Kombination aus breitem Frequenzgang, hoher Empfindlichkeit, Robustheit und (bei IEPE) einfacher Bauweise macht sie zum bevorzugten Sensor für Zustandsüberwachung, Diagnose und Auswuchten in den meisten Anwendungen rotierender Maschinen weltweit.

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