Scherbeschleunigungsmesser verstehen

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Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

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Schwingungssensor

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Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

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Balanset-4

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Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

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Reflektierendes Band

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Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

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Definition: Was ist ein Scherbeschleunigungsmesser?

Scherbeschleunigungsmesser (auch Scherwellen-Beschleunigungsmesser genannt) ist ein Typ von piezoelektrischer Beschleunigungsmesser wobei die innere seismische Masse Scherspannung (und nicht Druckspannung) auf die piezoelektrischen Kristallelemente ausübt, wenn Beschleunigung Diese Schermodus-Konfiguration bietet eine überlegene Basisdehnungsisolation (Unempfindlichkeit gegenüber Verformungen der Montagefläche), ein besseres thermisches Einschwingverhalten und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Drehmomentschwankungen im Vergleich zu Kompressionsmodus-Designs. Dadurch sind Scherbeschleunigungsmesser die erste Wahl für kritische Anwendungen. Vibration Messungen, die höchste Genauigkeit und Stabilität erfordern.

Schersensoren sind zwar teurer als herkömmliche Beschleunigungsmesser im Kompressionsmodus, werden aber häufig in Präzisionsanwendungen, Referenznormalen, permanenten Überwachungssystemen und überall dort eingesetzt, wo die Messqualität die zusätzlichen Kosten rechtfertigt.

Konstruktions- und Betriebsprinzip

Internes Design

• Mittelpfosten: Starrer Befestigungsbolzen durch die Sensormitte
• Seismische Masse: Ring oder Zylinder um den Mittelpfosten
• Piezoelemente: Kristalle, die zwischen Masse und Mittelpfosten gebunden sind
• Vorspannung: Masse, die gegen Kristalle vorgeladen wurde
• Scherkonfiguration: Beschleunigung verursacht tangentiale (Scher-)Spannungen in Kristallen.

So funktioniert der Schermodus

1. Das Gehäuse beschleunigt sich durch Vibrationen
2. Die seismische Masse widersteht der Beschleunigung (F = m × a)
3. Die Masse versucht, sich tangential relativ zum Mittelpfosten zu verschieben.
4. Erzeugt Scherspannungen in piezoelektrischen Elementen
5. Scherspannung erzeugt elektrische Ladung
6. Ladung proportional zur Beschleunigung

Vorteile gegenüber dem Kompressionsmodus

Basisdehnungsisolation

Der Hauptvorteil:

• Die Biegung der Montagefläche beeinflusst die Kristallspannung nicht direkt.
• Scherelemente, die von der Basisdehnung isoliert wurden
• Kann fehlerfrei auf dünnen, flexiblen Strukturen montiert werden.
• Der Kompressionsmodus liefert falsche Signale aufgrund der Grunddehnung.
• Unerlässlich für Messungen an Blechen, Leichtbaugehäusen

thermische transiente Immunität

• Bessere Unterdrückung von Temperaturänderungen
• Geringerer pyroelektrischer Effekt (Ladung durch Temperaturänderung)
• Stabilerer Nullpunkt
• Wichtig für Messungen mit Temperaturschwankungen

Unempfindlichkeit gegenüber dem Anzugsdrehmoment

• Die Leistung wird weniger stark von Schwankungen des Bolzendrehmoments beeinflusst.
• Wiederholbare Installation
• Weniger kritische Drehmomentregelung erforderlich

Bessere Stabilität

• Geringere Drift im Laufe der Zeit
• Stabilere Kalibrierung
• Bevorzugt für Referenz- und Messtechnik

Anwendungen

Referenzstandards

• Kalibrierungsreferenzsensoren
• Metrologie- und Normungslaboratorien
• Direkt hintereinander kalibrierte Master
• Höchste Genauigkeit erforderlich

Überwachung kritischer Maschinen

• Permanente Überwachung hochwertiger Geräte
• Kernkraftwerke
• Große Turbomaschinen
• Wo Zuverlässigkeit und Genauigkeit von größter Bedeutung sind

Präzisionsmessungen

• Modalanalyse und Strukturdynamik
• Forschung und Entwicklung
• Abnahmeprüfung
• Vertragliche Überprüfungsmessungen

Schwierige Montagesituationen

• Dünne Blechstrukturen
• Leichte Maschinengehäuse
• Flexible Montageflächen
• Wo die Grundspannung die Kompressionssensoren beeinflussen würde

Leistungsmerkmale

Frequenzbereich

• Ähnlich wie Kompressionsbeschleunigungsmesser
• Niedrige Frequenz: 0,5–5 Hz je nach Ausführung
• Hohe Frequenz: bis zur Resonanz (20-70 kHz je nach Größe)
• Nutzbarer Bereich sehr breit

Amplitudenbereich

• Typischerweise ±50 g bis ±500 g
• Ähnlich wie bei Kompressionskonstruktionen
• Spezialausführungen für höhere oder niedrigere Leistungsbereiche

Temperaturverhalten

• Standardtemperaturbereich: -50 bis +120 °C
• Hochtemperaturversionen: bis 175 °C
• Bessere thermische Stabilität als Kompression
• Niedrigere Nullpunktverschiebung mit der Temperatur

Kostenüberlegungen

Höhere Kosten

• Typischerweise 2-4-mal so teuer wie Kompressionsbeschleunigungsmesser
• Komplexere Fertigung
• Engere Toleranzen erforderlich
• Hochwertige Materialien und Verfahren

Kostenbegründung

• Kritische Anwendungen, bei denen Genauigkeit unerlässlich ist
• Schwierige Montagesituationen
• Referenzstandards und Kalibrierung
• Langfristige, permanente Installationen
• Wenn Messfehler kostspielig

Auswahlkriterien

Wählen Sie den Schermodus, wenn:

• Montage auf dünnen oder flexiblen Strukturen
• Temperaturänderungen zu erwarten
• Höchste Genauigkeit erforderlich
• Referenz- oder Kalibrierungsanwendung
• Langfristige, dauerhafte Installation mit kritischer Stabilität

Der Kompressionsmodus ist dann geeignet, wenn:

• Routinemäßige industrielle Überwachung
• Starre Montageflächen
• Budgetbeschränkungen
• Standardgenauigkeit ausreichend
• Temporäre Messungen

Hersteller und Modelle

• Die meisten Beschleunigungsmesserhersteller bieten Scherdesigns an.
• Oft werden sie als “Premium”- oder “Präzisionsmodelle” bezeichnet.
• Industrielle Beschleunigungsmesser: Viele arbeiten im Schermodus.
• Sowohl IEPE- als auch Lademodus-Versionen sind verfügbar.

Scherbeschleunigungsmesser stellen die Premiumklasse der piezoelektrischen Schwingungssensoren dar und bieten im Vergleich zu Kompressionssensoren eine überlegene Basisdehnungsunterdrückung, thermische Stabilität und Messgenauigkeit. Obwohl ihre höheren Kosten ihren Einsatz auf kritische Anwendungen beschränken, sind Schersensoren die optimale Wahl, wenn höchste Messqualität, schwierige Montagebedingungen oder langfristige Stabilität unerlässlich sind.

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