¿Qué es el rango dinámico? Capacidad de medición • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es el rango dinámico? Capacidad de medición • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es el rango dinámico? Capacidad de amplitud de medición

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Comprensión del rango dinámico

Definición: ¿Qué es el rango dinámico?

Rango dinámico es la relación entre las señales más grandes y más pequeñas que un sistema de medición puede manejar con precisión, generalmente expresada en decibelios (dB). vibración En los sistemas de medición, el rango dinámico define el intervalo entre el nivel de ruido (señal mínima detectable) y el punto de saturación (señal máxima antes de la distorsión). Un amplio rango dinámico permite medir tanto vibraciones muy pequeñas (defectos incipientes en rodamientos) como vibraciones muy grandes (desequilibrio severo) con la misma configuración instrumental.

El rango dinámico es fundamental porque la vibración real de la maquinaria contiene componentes que abarcan amplios rangos de amplitud, desde impactos de microgravedad por defectos en los rodamientos hasta fuerzas de desequilibrio de varios gramos. Un rango dinámico adecuado garantiza que se capture toda la información de diagnóstico sin que se pierda entre el ruido ni sature el sistema de medición.

Expresión matemática

Fórmula

  • Rango dinámico (dB) = 20 × log₁₀(Señal máxima / Señal mínima)
  • Ejemplo: Máx. 10 V, Mín. 1 mV → DR = 20 × log(10/0,001) = 80 dB
  • La escala de decibelios permite manejar relaciones enormes de forma compacta.

Relación lineal

  • El rango dinámico también puede expresarse como una simple relación
  • 80 dB = relación 10.000:1
  • 100 dB = relación 100.000:1
  • 120 dB = relación 1.000.000:1

Componentes que afectan al rango dinámico

Límite superior: Saturación

  • Saturación del sensor: Vibración máxima antes de que se corte la salida del sensor
  • Saturación del convertidor A/D: Tensión máxima antes de los clips del digitalizador (±5V, ±10V típico)
  • Saturación del amplificador: Las etapas de acondicionamiento de señal pueden recortar
  • Efecto: La señal alcanza su máximo, la forma de onda se distorsiona, el espectro muestra armónicos falsos.

Límite inferior: Nivel de ruido

  • Ruido del sensor: Ruido eléctrico inherente en la electrónica de los sensores
  • Ruido del cable: Interferencias eléctricas en los cables
  • Ruido de los instrumentos: Ruido electrónico en el analizador
  • Ruido de cuantización: Resolución del convertidor A/D
  • Efecto: Las señales por debajo del nivel de ruido son indistinguibles del ruido.

Rangos dinámicos típicos

Sensores

  • Acelerómetros IEPE: 80-100 dB típico
  • Acelerómetros en modo de carga: 100-120 dB
  • Transductores de velocidad: 60-80 dB
  • Sondas de proximidad: 60-80 dB

Analizadores y adquisición de datos

  • Convertidor A/D de 16 bits: ~96 dB teóricos, 80-90 dB prácticos
  • Convertidor A/D de 24 bits: ~144 dB teóricos, 110-120 dB prácticos
  • Analizadores modernos: Rango dinámico típico del sistema: 90-110 dB

Importancia en el análisis de vibraciones

Señales pequeñas y grandes simultáneas

  • El espectro puede presentar un pico 1× grande (desequilibrio) y picos de falla de rodamiento pequeños.
  • La relación puede ser de 1000:1 o más (60 dB).
  • Un rango dinámico adecuado garantiza tanto la visibilidad como la calidad visual.
  • Rango insuficiente: los picos pequeños se pierden entre el ruido o los picos grandes se saturan.

Análisis de envolvente

  • Requiere la detección de impactos de baja energía en los cojinetes en presencia de vibraciones de alta energía y baja frecuencia.
  • Un amplio rango dinámico es fundamental para la detección temprana de defectos en los rodamientos.
  • El filtrado de paso de banda ayuda, pero el rango dinámico sigue siendo importante.

Análisis del espectro

  • Quiero ver tanto los picos dominantes como los pequeños picos de diagnóstico.
  • La escala de amplitud logarítmica ayuda a visualizar un amplio rango.
  • El rango dinámico determina el rango visible en el espectro.

Optimización del rango dinámico

Ajustes de ganancia

  • Ajuste la ganancia de entrada para utilizar todo el rango del convertidor A/D.
  • Ganancia demasiado baja: resolución deficiente (límite de ruido)
  • Ganancia excesiva: recorte (límite de saturación)
  • Óptimo: picos de señal entre 70 y 80% de la escala completa

Selección de sensores

  • Elegir sensibilidad vibración esperada coincidente
  • Alta sensibilidad para bajas vibraciones
  • Baja sensibilidad para alta vibración
  • Compromisos si el rango de vibración es muy amplio

Filtración

  • El filtro de paso alto elimina el componente dominante de baja frecuencia.
  • Permite utilizar una ganancia mayor en la señal restante.
  • Aumenta eficazmente el rango dinámico para el análisis de alta frecuencia.
  • Estrategia utilizada en el análisis de envolvente

Cuestiones prácticas

Saturación (Recorte)

  • Síntoma: Forma de onda de cima plana, armónicos falsos en el espectro
  • Causa: La señal excede el rango del sistema
  • Solución: Reduzca la ganancia, utilice un sensor de menor sensibilidad, filtre los componentes grandes.
  • Prevención: Compruebe si hay indicadores de recorte en el instrumento.

Limitación de ruido

  • Síntoma: No detecta pequeños cambios de vibración, ruidoso. espectro
  • Causa: Señal demasiado cercana al nivel de ruido
  • Solución: Aumentar la ganancia, usar un sensor de mayor sensibilidad, mejorar el cable y la conexión a tierra.

Visualización y escalado

Escala lineal

  • Rango de visualización efectivo limitado (~40-50 dB)
  • Los picos pequeños son invisibles si hay picos grandes presentes.
  • Ideal para situaciones de rango dinámico limitado

Escala logarítmica (dB)

  • Puede mostrar el rango dinámico completo en un solo gráfico.
  • Se observan picos tanto pequeños como grandes.
  • Estándar para análisis que requieren un amplio rango dinámico
  • Esencial para diagnósticos detallados

El rango dinámico es una especificación fundamental que define la capacidad de un sistema de medición para manejar señales con amplios rangos de amplitud. Comprender el rango dinámico, optimizarlo mediante la configuración adecuada de la ganancia y la selección de sensores, y reconocer sus limitaciones permite capturar toda la información de diagnóstico —desde sutiles indicios de fallas tempranas hasta vibraciones mecánicas dominantes— en mediciones de vibración completas y confiables.

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