Comprensión de los acelerómetros de corte
Definición: ¿Qué es un acelerómetro de cizallamiento?
Acelerómetro de cizallamiento (también llamado acelerómetro de modo de corte) es un tipo de acelerómetro piezoeléctrico donde la masa sísmica interna aplica tensión cortante (en lugar de tensión compresiva) a los elementos del cristal piezoeléctrico cuando aceleración ocurre. Esta configuración de modo de corte proporciona un aislamiento superior de la deformación de la base (inmunidad a la distorsión de la superficie de montaje), una mejor respuesta a los transitorios térmicos y una menor sensibilidad a las variaciones del par de montaje en comparación con los diseños de modo de compresión, lo que convierte a los acelerómetros de corte en la opción preferida para aplicaciones críticas. vibración mediciones que requieren la máxima precisión y estabilidad.
Aunque son más caros que los acelerómetros estándar de modo de compresión, los sensores de modo de corte se utilizan ampliamente en aplicaciones de precisión, estándares de referencia, sistemas de monitoreo permanente y en cualquier situación en la que la calidad de la medición justifique el costo adicional.
Principio de construcción y funcionamiento
Diseño interno
- Puesto central: Espárrago de montaje rígido que atraviesa el centro del sensor
- Masa sísmica: Anillo o cilindro alrededor del poste central
- Elementos piezoeléctricos: Cristales unidos entre la masa y el poste central
- Precarga: Masa precargada contra cristales
- Configuración de corte: La aceleración provoca una tensión tangencial (de cizallamiento) en los cristales.
Cómo funciona el modo de cizallamiento
- La carcasa se acelera con la vibración.
- La masa sísmica resiste la aceleración (F = m × a)
- La masa intenta deslizarse tangencialmente con respecto al poste central
- Crea tensión cortante en los elementos piezoeléctricos
- La tensión cortante genera carga eléctrica
- Carga proporcional a la aceleración
Ventajas sobre el modo de compresión
Aislamiento de la cepa base
La principal ventaja:
- La flexión de la superficie de montaje no afecta directamente a la tensión del cristal.
- Elementos de corte aislados de la deformación base
- Se puede montar en estructuras delgadas y flexibles sin errores.
- El modo de compresión muestra señales falsas de la deformación base.
- Fundamental para mediciones en chapa metálica y carcasas ligeras.
Inmunidad transitoria térmica
- Mejor rechazo a los cambios de temperatura
- Menor efecto piroeléctrico (carga por cambio de temperatura)
- punto cero más estable
- Importante para mediciones con variaciones de temperatura
Insensibilidad al par de montaje
- El rendimiento se ve menos afectado por las variaciones del par de apriete de los pernos.
- Instalación más repetible
- Se necesita un control de par menos crítico.
Mayor estabilidad
- Menor deriva con el tiempo
- Calibración más estable
- Preferido para referencia y metrología
Aplicaciones
Normas de referencia
- Sensores de referencia de calibración
- Laboratorios de metrología y normalización
- Maestros de calibración consecutivos
- Se requiere la máxima precisión.
Monitoreo de maquinaria crítica
- Monitoreo permanente de equipos de alto valor
- Centrales nucleares
- turbomáquinas grandes
- Donde la fiabilidad y la precisión son primordiales
Mediciones de precisión
- Pruebas modales y dinámica estructural
- Investigación y desarrollo
- Pruebas de aceptación
- Medidas de verificación contractual
Situaciones de montaje difíciles
- Estructuras de chapa metálica delgada
- Carcasas de máquinas ligeras
- Superficies de montaje flexibles
- Donde la deformación base afectaría a los sensores de compresión
Características de rendimiento
Rango de frecuencia
- Similar a los acelerómetros de compresión
- Baja frecuencia: 0,5-5 Hz según el diseño
- Alta frecuencia: hasta la resonancia (20-70 kHz dependiendo del tamaño)
- Rango útil muy amplio
Rango de amplitud
- Normalmente de ±50 g a ±500 g
- Diseños similares a los de compresión
- Versiones especializadas para rangos más altos o más bajos
Rendimiento de temperatura
- Estándar: -50 a +120 °C
- Versiones de alta temperatura: hasta 175 °C
- Mejor estabilidad térmica que la compresión
- Desplazamiento cero inferior con la temperatura
Consideraciones de costos
Costo más alto
- Suelen costar entre 2 y 4 veces más que los acelerómetros de compresión.
- Fabricación más compleja
- Se requieren tolerancias más estrictas
- Materiales y procesos de primera calidad
Justificación de costos
- Aplicaciones críticas donde la precisión es esencial
- situaciones de montaje difíciles
- Patrones de referencia y calibración
- instalaciones permanentes a largo plazo
- Cuando los errores de medición resultan costosos
Criterios de selección
Seleccione el modo de corte cuando:
- Montaje en estructuras delgadas o flexibles
- Se esperan transitorios de temperatura
- Se requiere la máxima precisión.
- Aplicación de referencia o calibración
- Instalación permanente a largo plazo con estabilidad crítica
Modo de compresión adecuado cuando:
- Monitoreo industrial de rutina
- Superficies de montaje rígidas
- Restricciones presupuestarias
- Precisión estándar suficiente
- Medidas temporales
Fabricantes y modelos
- La mayoría de los fabricantes de acelerómetros ofrecen diseños de corte.
- A menudo se les denomina modelos “premium” o de “precisión”.
- Acelerómetros industriales: muchos son de modo de corte.
- Ambas versiones, IEPE y modo de carga, están disponibles.
Los acelerómetros de cizallamiento representan la gama alta de sensores de vibración piezoeléctricos, ofreciendo una superior tolerancia a la deformación de la base, estabilidad térmica y precisión de medición en comparación con los diseños de compresión. Si bien su mayor costo limita su uso a aplicaciones críticas, los sensores de modo de cizallamiento son la opción óptima cuando la calidad de la medición es primordial, las condiciones de montaje son exigentes o la estabilidad a largo plazo es esencial.
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