Sensorempfindlichkeit verstehen
Empfindlichkeit ist das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal eines Sensors und der physikalischen Eingangsgröße, die er misst - also seine Verstärkung oder sein Umrechnungsfaktor. Für Vibration Sensoren gibt die Empfindlichkeit an, wie viel elektrische Leistung (eine Spannung oder eine Ladung) pro Schwingungseinheit erzeugt wird, unabhängig davon, ob diese Schwingung ausgedrückt wird als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung. Eine höhere Empfindlichkeit führt zu einem größeren Ausgang für einen bestimmten Schwingungspegel, was die Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert - aber auch die maximale Schwingung begrenzt, die gemessen werden kann, bevor der Sensorausgang in die Sättigung geht. Die Empfindlichkeit ist die grundlegende Spezifikation, die Sie kennen müssen, um die Rohspannung des Sensors in sinnvolle technische Einheiten umzuwandeln. Sie wird bei der Herstellung festgelegt. Kalibrierung, aufgezeichnet am Kalibrierungszertifikat, und in jeder nachgeschalteten Schwingungsberechnung verwendet.
Eine Klarstellung vorweg: Dieser Artikel handelt von Sensor Empfindlichkeit, d. h. das Verhältnis von Ausgang zu Eingang des Messwertaufnehmers. Sie ist nicht zu verwechseln mit Auswuchtempfindlichkeit, die beschreibt, wie sehr sich der Messwert einer Auswuchtmaschine pro Einheit der Rotorunwucht ändert - ein verwandter Gedanke, aber eine andere Messung.
1. Empfindlichkeitseinheiten nach Sensortyp
Beschleunigungsmesser
Die Beschleunigungsmesser ist das Arbeitspferd der Schwingungsmessung, und seine Empfindlichkeit wird je nach Art der Signalaufbereitung unterschiedlich angegeben.
- IEPE / Spannungsmodus: ausgedrückt in mV/g (Millivolt pro g Beschleunigung); typische Werte 10-1000 mV/g, mit 100 mV/g die gebräuchlichste Zahl für allgemeine Zwecke. Einheiten mit hoher Empfindlichkeit von 500-1000 mV/g eignen sich für vibrationsarme Arbeiten, während Einheiten mit niedriger Empfindlichkeit von 10-50 mV/g für starke Vibrationen und Stöße geeignet sind.
- Ladungsmodus: ausgedrückt in pC/g (Pikokulombs pro g); typische Werte 1-1000 pC/g, wobei 10-50 pC/g für allgemeine Zwecke üblich sind.
Geschwindigkeitssensoren und Wegmesssonden
- Geschwindigkeitssensoren: mV pro in/s oder mV pro mm/s - typischerweise 100 mV/in/s, was etwa 4000 mV/mm/s entspricht; manchmal auch als V pro m/s angegeben.
- Verdrängungssonden: mV/mil oder V/mm - normalerweise 200 mV/mil oder 7,87 V/mm für Wirbelstromsonden, und immer für ein bestimmtes Zielmaterial und einen bestimmten Spaltbereich kalibriert.
2. Empfindlichkeitsabwägungen
Die zentrale Spannung bei der Sensorauswahl besteht darin, dass Empfindlichkeit und Messbereich in entgegengesetzte Richtungen ziehen.
Hohe Empfindlichkeit (100-1000 mV/g)
- Vorteile: eine große Leistung bei geringen Vibrationen, eine bessere Auflösung zur Erkennung kleiner Veränderungen, ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und eine ideale Leistung bei Maschinen mit geringen Vibrationen.
- Nachteile: eine begrenzte Dynamikbereich das bei geringeren Vibrationen (typischer Bereich ±5g bis ±50g) in die Sättigung geht, so dass es für Arbeiten mit hohen Vibrationen oder Stößen ungeeignet ist.
Geringe Empfindlichkeit (10-50 mV/g)
- Vorteile: einen großen dynamischen Bereich, der hohe Vibrationen (±100g bis ±10.000g) messen kann, die Eignung für Stöße und Schläge und keine Sättigung unter heftigen Bedingungen.
- Nachteile: eine geringere Leistung bei geringen Vibrationen, ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis, eine geringere Auflösung und das Risiko, kleine Veränderungen zu übersehen.
3. Auswahl der Empfindlichkeit nach Anwendung
Die praktische Regel lautet, den Sensor an den zu erwartenden Schwingungspegel anzupassen, so dass das Signal den Eingangsbereich des Geräts bequem ausfüllt, ohne zu übersteuern.
- Geringe Vibration (< 5 mm/s): hohe Empfindlichkeit (100-500 mV/g) für Präzisions- und langsam laufende Maschinen, bei denen eine gute Auflösung kleiner Veränderungen wichtig ist.
- Mäßige Vibration (5-20 mm/s): Standardempfindlichkeit (50-100 mV/g) für allgemeine Industriemaschinen - der gängigste Bereich.
- Starke Vibrationen (> 20 mm/s): geringe Empfindlichkeit (10-50 mV/g) zur Vermeidung von Sättigung bei Brechern, Mühlen und Geräten mit hoher Unwucht.
- Schock und Aufprall: sehr geringe Empfindlichkeit (1-10 mV/g), um ±1000g oder mehr für Aufprall- und Crash-Tests zu erreichen.
4. Auswirkungen auf die Messungen
Signalpegel, Dynamikbereich und Rauschen
- Signalpegel: Eine höhere Empfindlichkeit führt zu einer größeren Signalspannung, die den Eingangsbereich des Instruments besser ausfüllt und die Auflösung verbessert, aber die maximal messbare Schwingung begrenzt.
- Dynamikbereich: die Spanne vom Grundrauschen bis zur Sättigung; hohe Empfindlichkeit ergibt einen engen Bereich (gut für kleine Signale), niedrige Empfindlichkeit einen weiten Bereich (gut für variable Signale) - ein direkter Kompromiss zwischen Auflösung und Bereich.
- Geräuschentwicklung: Jeder Sensor hat ein inhärentes elektrisches Grundrauschen; eine höhere Empfindlichkeit führt zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis bei geringen Vibrationen, während dieses Rauschen mit abnehmender Empfindlichkeit proportional stärker wird.
Eine praktische Prüfung: Ein Sensor mit 100 mV/g, der einer Vibration von 50 g ausgesetzt ist, erzeugt eine Ausgangsspannung von 5 V. Wenn der Eingang des Geräts ±5 V beträgt, ist der Sensor bis zu seiner 50 g-Grenze angepasst - alles darüber hinaus ist eine Klammer.
5. Kalibrierung und Verifizierung
Die Empfindlichkeit ist nur dann von Nutzen, wenn sie genau und aktuell ist, weshalb sie zu drei Zeitpunkten im Leben eines Sensors überprüft wird.
- Werkskalibrierung: Neue Sensoren werden im Werk kalibriert, wobei die Empfindlichkeit auf dem Gehäuse oder dem Zertifikat mit einer Toleranz von typischerweise ±5-10% angegeben ist; überprüfen Sie dies vor jedem kritischen Einsatz.
- Regelmäßige Rekalibrierung: Die Empfindlichkeit kann im Laufe der Zeit abweichen. Daher sollten Sie jährlich oder nach Plan eine Neukalibrierung vornehmen, den aktualisierten Wert aus dem neuen Zertifikat entnehmen und in das Gerät eingeben oder eine Korrektur vornehmen.
- Überprüfung vor Ort: Ein tragbarer Kalibrator erzeugt eine bekannte Referenzschwingung, so dass Sie bestätigen können, dass der Ausgang mit dem erwarteten Wert (Empfindlichkeit × Eingang) übereinstimmt — eine schnelle Plausibilitätsprüfung vor wichtigen Messungen.
Dies unterscheidet sich von permanente Kalibrierung beim Auswuchten von Rotoren, wobei sich der Begriff auf die gespeicherte, wiederverwendbare Kalibrierung einer Auswuchtmaschine bezieht und nicht auf die Verstärkung eines Aufnehmers.
6. Verwandte Spezifikationen
- Messbereich: die maximale Vibration, die der Sensor erfassen kann; sie steht in umgekehrtem Verhältnis zur Empfindlichkeit - ein Sensor mit 100 mV/g und einem Ausgang von ±5 V ergibt einen Bereich von ±50 g.
- Auflösung: die kleinste nachweisbare Veränderung, begrenzt durch Rauschen und Digitalisierung; höhere Empfindlichkeit bedeutet im Allgemeinen bessere Auflösung.
- Linearität: wie konstant die Empfindlichkeit über den Messbereich bleibt - gute Sensoren halten < 1% Abweichung von der Linearität, angegeben als Prozentsatz des Messbereichsendwertes.
7. Praktische Erwägungen
Anpassung der Geräteeingänge und gemischter Gerätebestand
- Eingangsanpassung: Der Eingangsbereich des Geräts muss dem Sensorausgang entsprechen - ein 100-mV/g-Sensor bei 50 g erzeugt 5 V, die zu einem ±5-V-Eingang passen müssen; durch einstellbare Eingangsverstärkungen kann ein Gerät unterschiedliche Empfindlichkeiten verarbeiten.
- Mehrere Sensoren: Der Betrieb von Sensoren mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten in einem Programm bedeutet, dass das Gerät für jeden einzelnen konfiguriert werden muss, und die Eingabe der falschen Empfindlichkeit ist eine häufige Fehlerquelle - die Standardisierung auf eine einzige Empfindlichkeit vereinfacht den Betrieb erheblich.
Bei einem tragbaren Messgerät entspricht die Empfindlichkeit genau dem Wert, den die Software benötigt, um die Millivoltwerte des Messwertaufnehmers in Amplituden- und Phasenmesswerte umzuwandeln, die für Diagnose und Auswuchten verwendet werden. Ein Feldanalysator wie der Balanset-1A wird mit der Empfindlichkeit der einzelnen gelieferten Beschleunigungsmesser Die Eingabe des korrekten Wertes garantiert, dass ein 1×-Messwert in mm/s vertrauenswürdig genug ist, um eine Auswuchtkorrektur zu berechnen. Wenn die eingegebene Empfindlichkeit nicht mit dem eingebauten Sensor übereinstimmt, ist jede nachfolgende Zahl um das gleiche Verhältnis falsch. Sie können die erwartete Ausgabe für einen bestimmten Sensor und eine bestimmte Schwingung mit unserem Empfindlichkeitsrechner für Vibrationssensoren.
Die Sensorempfindlichkeit ist die grundlegende Spezifikation, die die Umwandlung zwischen physikalischer Schwingung und elektrischem Signal definiert. Die Kenntnis der Einheiten, die Wahl eines Wertes, der dem erwarteten Schwingungspegel entspricht, und die korrekte Eingabe in das Messgerät sind für genaue Messungen, eine solide Sensorauswahl und die Vermeidung von Fehlern, die aus einer falschen Empfindlichkeit oder Sättigung resultieren, unerlässlich.
