شتاب‌سنج چیست؟ راهنمایی برای تحلیل ارتعاش

تعریف: هسته اندازه‌گیری ارتعاش

یک شتاب سنج یک مبدل (یا حسگر) است که حرکت مکانیکی، به ویژه شتاب ناشی از ارتعاش یا ضربه، را به یک سیگنال الکتریکی متناسب تبدیل می‌کند. این حسگر پرکاربردترین حسگر در زمینه نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه و پایش وضعیت است. شتاب‌سنج با اندازه‌گیری شتاب اجزای یک ماشین، داده‌های خام مورد نیاز برای تشخیص طیف وسیعی از عیوب مکانیکی و الکتریکی، از نقص یاتاقان گرفته تا عدم تعادل و ناهم‌ترازی را فراهم می‌کند.

شتاب‌سنج‌ها چگونه کار می‌کنند؟ اصل پیزوالکتریک

در حالی که انواع مختلفی از شتاب‌سنج‌ها وجود دارد، اکثریت قریب به اتفاق آنها که برای نظارت بر ماشین‌آلات صنعتی استفاده می‌شوند، مبتنی بر اثر پیزوالکتریکدر اینجا خلاصه‌ای ساده از نحوه کار آنها آورده شده است:

1. کریستال پیزوالکتریک: درون شتاب‌سنج، جرم کوچکی متصل به یک کریستال پیزوالکتریک (اغلب نوعی سرامیک مانند PZT) وجود دارد.
2. اعمال نیرو: وقتی دستگاه می‌لرزد، محفظه حسگر نیز با آن حرکت می‌کند. به دلیل اینرسی، جرم داخلی در برابر این حرکت مقاومت می‌کند و نیرویی به کریستال وارد می‌کند.
3. تولید سیگنال: کریستال پیزوالکتریک یک ویژگی منحصر به فرد دارد: وقتی فشرده یا تحت تنش قرار می‌گیرد، یک بار الکتریکی کوچک (ولتاژ) تولید می‌کند که مستقیماً با نیروی اعمال شده متناسب است.
4. خروجی: این سیگنال ولتاژ سپس توسط قطعات الکترونیکی داخلی تنظیم شده و از طریق کابل به یک جمع کننده داده یا سیستم مانیتورینگ منتقل می‌شود. سیگنال خروجی، نمایش آنالوگ شتاب دستگاه در آن نقطه است.

انواع شتاب‌سنج‌ها

کاربردهای مختلف، انواع مختلفی از شتاب‌سنج‌ها را می‌طلبند که هر کدام نقاط قوت خاص خود را دارند.

شتاب‌سنج‌های همه منظوره

اینها موتورهای اصلی مانیتورینگ صنعتی هستند. آنها معمولاً حساسیت ۱۰۰ میلی ولت بر گرم و محدوده فرکانسی مناسب برای اکثر ماشین آلات رایج مانند پمپ ها، موتورها و فن ها (مثلاً از ۲ هرتز تا ۱۰ کیلوهرتز) دارند.

شتاب‌سنج‌های MEMS

شتاب‌سنج‌های سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) حسگرهای مبتنی بر سیلیکون هستند. آن‌ها بسیار کوچک، کم‌مصرف و مقرون‌به‌صرفه هستند. اگرچه حسگرهای MEMS به‌طور سنتی حساسیت کمتری نسبت به انواع پیزوالکتریک دارند، اما حسگرهای مدرن MEMS به سرعت در حال بهبود هستند و در لوازم الکترونیکی قابل حمل، کاربردهای خودرو و برخی از سیستم‌های نظارت بر وضعیت کم‌هزینه‌تر رایج هستند.

شتاب‌سنج‌های پیزومقاومتی

این سنسورها برای تست شوک و اندازه‌گیری حرکت با فرکانس پایین استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند تا 0 هرتز (شتاب DC) را اندازه‌گیری کنند، که برای کاربردهایی مانند اندازه‌گیری شتاب ثابت در سانتریفیوژ مفید است.

شتاب‌سنج‌های فرکانس بالا

به طور خاص برای تشخیص رویدادهای فرکانس بالا، مانند نقص‌های اولیه چرخ‌دنده و یاتاقان طراحی شده‌اند. آن‌ها جرم کمتری دارند و فرکانس رزونانس بالاتری دارند که به آن‌ها امکان اندازه‌گیری دقیق ارتعاشات تا 20 کیلوهرتز یا بیشتر را می‌دهد.

مشخصات کلیدی و انتخاب

مهندسان هنگام انتخاب شتاب‌سنج، چندین پارامتر کلیدی را در نظر می‌گیرند:

• حساسیت (میلی ولت بر گرم): حساسیت بالاتر، سیگنال قوی‌تری تولید می‌کند که برای اندازه‌گیری ارتعاشات سطح پایین بهتر است. ۱۰۰ میلی‌ولت بر گرم یک استاندارد رایج است.
• پاسخ فرکانسی: محدوده فرکانس‌هایی که سنسور می‌تواند به طور دقیق اندازه‌گیری کند. این باید با فرکانس‌های خطای مورد انتظار دستگاه مطابقت داشته باشد.
• محدوده دما: سنسور باید بتواند دمای عملیاتی سطح دستگاهی که روی آن نصب شده است را تحمل کند.
• روش نصب: نحوه اتصال سنسور به دستگاه (نصب گل‌میخی، چسب، آهنربا) به طور قابل توجهی بر دقت اندازه‌گیری‌های فرکانس بالا تأثیر می‌گذارد. نصب گل‌میخی بهترین اتصال و پاسخ فرکانسی را فراهم می‌کند.

کاربردها در پایش وضعیت

شتاب‌سنج‌ها تقریباً برای تمام وظایف تحلیل ارتعاش، از جمله موارد زیر، اساسی هستند:

• برنامه‌های نگهداری و تعمیرات پیش‌بینی‌شده: جمع‌آوری داده‌های ارتعاشات روتین برای بررسی روند سلامت دستگاه و پیش‌بینی خرابی‌ها.
• تشخیص عیب: شناسایی مشکلات خاص مانند عدم تعادل، ناهمراستایی، لقی و سایش یاتاقان.
• تست پذیرش: تأیید اینکه ماشین‌آلات جدید یا تعمیر شده، مشخصات ارتعاش را برآورده می‌کنند.
• آنالیز مودال: بررسی فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای سازه

← بازگشت به فهرست اصلی