Mis on kiirendusmõõtur? Vibratsioonianalüüsi juhend
Üks kiirendusmõõtur on andur (või andur), mis muudab mehaanilise liikumise — täpsemalt kiirendus vibratsiooni või löögi tagajärjel tekkivaid signaale proportsionaalseks elektriliseks signaaliks. See on kaugelt kõige levinum andur ennustav hooldus ja seisundi jälgimine. Mõõtes, kui kiiresti muutub masina mingi punkti kiirus, annab kiirendusandur toorandmeid, mille abil saab analüütik diagnoosida mitmesuguseid mehaanilisi ja elektrilisi rikkeid – alates laagri defektid kuni tasakaalustamatus ja joondusviga.
1. Mõiste: vibratsioonimõõtmise põhialused
Kiirendus on pöörlevate masinate puhul mõõdetav füüsikaline suurus, sest masinat kahjustavad dünaamilised jõud – raskuskeskmest tulenev tsentrifugaaljõud, laastunud laagri rõngast tulenev löökjõud – sõltuvad kiirendusest. Kiirendusandur reageerib otseselt nendele jõududele, mistõttu on see peaaegu iga kaasaegse vibratsioonianalüsaator ja andmekoguja.
Kiirendusmõõturi üks praktiline eelis on see, et selle kiirendussignaali saab elektrooniliselt integreeritud üks kord, et anda kiirus (mm/s) ning kaks korda, et saada nihe (µm). Seega hõlmab üksainus hästi paigaldatud andur kõiki kolme klassikalist vibratsioonimõõtühikut, võimaldades analüütikul valida selle, mis antud riket kõige paremini esile toob.
2. Kuidas töötavad kiirendusandurid? Piezoelektriline põhimõte
Kuigi on olemas mitmeid füüsikalisi põhimõtteid, põhineb valdav enamus tööstusmasinates kasutatavatest kiirendusmõõturitest piesoelektriline efekt. Tööjärjekord on lihtne:
- Piesoelektriline kristall: Anduri sees on väike seismiline mass kinnitatud piesoelektriline element – tavaliselt keraamiline materjal, näiteks PZT, või kõrgekvaliteedilistes andurites täpselt lõigatud kvartskristall.
- Jõu rakendamine: Kui seade vibreerib, liigub ka selle korpus kaasa. Inertsijõu tõttu vastandub sisemine mass sellele liikumisele ja avaldab kristallile jõudu, mis vastavalt Newtoni teisele seadusele võrdub massi ja kiirenduse korrutisega.
- Signaali genereerimine: Pingestatud piesoelektriline kristall tekitab väikese elektrilahenduse, mis on otseselt proportsionaalne rakendatud jõuga ja seega ka kiirendusega.
- Väljund: Sisemine elektroonika töötleb seda signaali ja edastab selle kaabli kaudu andmekogujale või seiresüsteemile, kujutades seda selles punktis valitseva kiirenduse analoogilise väärtusena.
Selle laengu tingimused määravad kindlaks kaks levinud rühma. A laadimisväljund andur edastab töötlemata andmed välisele laadimisvõimendi ja talub väga kõrgeid temperatuure. Tööstuses on palju levinum IEPE (või pingerežiim) tüüpi, milles võimendi on integreeritud andurisse ja mis väljastab madala takistusega pinget, mis levib hästi tavalise kahejuhtmelise kaabli kaudu. Kõige töökindlamad konstruktsioonid kasutavad lõikamine konstruktsioon, mis kaitseb kristalli aluse painumise ja temperatuurikõikumiste eest.
3. Kiirendusmõõtjate tüübid
Erinevad rakendused nõuavad erinevaid andureid, millest igaühel on oma eelised.
Üldotstarbelised kiirendusandurid
Need on tööstusliku seire tööhobused. Need pakuvad tavaliselt tundlikkus 100 mV/g tundlikkusega ja sagedusvahemikuga, mis sobib enamiku levinumate seadmete, nagu pumbad, mootorid ja ventilaatorid, jaoks – ligikaudu 2 Hz kuni 10 kHz.
MEMS-kiirendusmõõturid
Mikroelektromehaanilised süsteemid (MEMS) põhinevad ränil, on väga väikesed, madala energiatarbimisega ja kulutõhusad. Kuigi need on varem olnud vähem tundlikud kui piesoelektrilised kiirendusandurid, arenevad tänapäevased MEMS-seadmed kiiresti ja on levinud kaasaskantavates elektroonikaseadmetes, autotööstuse süsteemides, traadita seire sõlmed ja odavamad seisundi jälgimise seadmed.
Piesoresistiivsed kiirendusmõõturid
Neid andureid kasutatakse löögikatsetusteks ja madalsageduslike liikumiste mõõtmiseks; need reageerivad sagedustele kuni 0 Hz (pidev kiirendus), mistõttu sobivad need hästi tsentrifuugis toimuva püsikiirenduse või sõiduki aeglase liikumise mõõtmiseks.
Kõrgsageduslikud kiirendusmõõturid
Need andurid on mõeldud kõrgsageduslike sündmuste, näiteks hammasrataste ja laagrite varajase kahjustumise tuvastamiseks. Neis kasutatakse väiksemat seismilist massi ja kõrgemat resonantssagedust, mis võimaldab täpset mõõtmist kuni 20 kHz või isegi kõrgemal – sagedusalas, kus sellised meetodid nagu ümbriskõvera analüüs ja šokkimpulsi meetod live.
4. Peamised tehnilised andmed ja valik
Kiirendusmõõturi valimisel võtavad insenerid arvesse mitmeid parameetreid:
- Tundlikkus (mV/g): Suurem tundlikkus tagab tugevama väljundsignaali, mis sobib paremini nõrkade vibratsioonide tuvastamiseks; 100 mV/g on levinud tööstusstandard.
- Sagedusreaktsioon: Sagedusala, milles andur näitab täpseid tulemusi. See peab hõlmama eeldatavat rikete sagedused seadme, jäädes mugava varuga allapoole anduri enda loomulik (resonants-) sagedus.
- Temperatuurivahemik: Andur peab taluma selle paigalduskoha pinnatemperatuuri; a temperatuuriandur asub sageli samas kohas, et võimaldada ühist seiret.
- Paigaldusviis: Anduri kinnitamisviis – kinnituspoldi, kleeplindi või magnetiga – mõjutab oluliselt kõrgsageduslikku täpsust. Kinnituspoldiga kinnitamine ISO 5348 tagab parima ühenduse ja suurima kasutatava ribalaiuse; magnet on mugav liinide ehitamisel, kuid vähendab ülemist sageduspiiri. Halb paigaldus võib tekitada vale suurenev resonants mis maskeerub masina rikkeks.
Saate hinnata konkreetse manuse poolt põhjustatud andmesidekiiruse langust, kasutades Kiirendusmõõturi paigaldusresonantsi kalkulaator enne paigaldusviisi valimist.
5. Rakendused seisukorra seires
Kiirendusmõõturid on peaaegu iga vibratsioonianalüüs ülesanne, sealhulgas:
- Ennetav hooldusprogramm: rutiinsete andmete kogumine marsruut seadmete töökorrasoleku jälgimiseks ja rikete prognoosimiseks.
- Rikke diagnoosimine: tasakaalustamatuse ja nihestuse tuvastamine, lõtvus ja laagri kulumine alates vibratsioonispekter.
- Vastuvõtutestimine: veendumaks, et uued või remonditud masinad vastavad sellistele vibratsiooninõuetele nagu ISO 20816 (ISO 10816 kaasaegne järglane).
- Modaalanalüüs: uurides omasagedused ja võnkevormid struktuuri.
Välja tasakaalustamine on neist ülesannetest üks nõudlikumaid, sest selleks on vaja nii amplituudi ja . faas ühe pöörde kohta toimuva vibratsiooni mõõtmiseks. Kahekanaliline kaasaskantav seade, nagu näiteks Balanset-1A võtab oma kaks kiirendusmõõturit ja lukustab need tahhomeeter impulss ning mõõdab 1× amplituudi ja faasi otse masina enda laagrites töökiirusel – muutes kiirendusanduri toorsignaali mõjukoefitsientideks ja korrigeerimiskaaludeks, mida on vaja rootori kohapealseks tasakaalustamiseks.
