Qu'est-ce qu'un accéléromètre ? Guide d'analyse vibratoire

Définition : Le cœur de la mesure des vibrations

Un accéléromètre Un accéléromètre est un transducteur (ou capteur) qui convertit le mouvement mécanique, notamment l'accélération due aux vibrations ou aux chocs, en un signal électrique proportionnel. C'est le capteur le plus utilisé dans le domaine de la maintenance prédictive et de la surveillance d'état. En mesurant l'accélération des composants d'une machine, un accéléromètre fournit les données brutes nécessaires au diagnostic d'un large éventail de défauts mécaniques et électriques, allant des défauts de roulements aux déséquilibres et désalignements.

Comment fonctionnent les accéléromètres ? Le principe piézoélectrique

Bien qu'il existe plusieurs types d'accéléromètres, la grande majorité utilisés pour la surveillance des machines industrielles sont basés sur le effet piézoélectriqueVoici une description simplifiée de leur fonctionnement :

1. Cristal piézoélectrique : À l'intérieur de l'accéléromètre se trouve une petite masse attachée à un cristal piézoélectrique (souvent un type de céramique comme le PZT).
2. Application de la force : Lorsque la machine vibre, le boîtier du capteur se déplace avec elle. Par inertie, la masse interne résiste à ce mouvement et exerce une force sur le cristal.
3. Générer un signal : Le cristal piézoélectrique possède une propriété unique : lorsqu'il est comprimé ou sollicité, il génère une petite charge électrique (une tension) qui est directement proportionnelle à la force appliquée.
4. Sortie : Ce signal de tension est ensuite conditionné par l'électronique interne et transmis via un câble à un collecteur de données ou à un système de surveillance. Le signal de sortie est une représentation analogique de l'accélération de la machine à ce point.

Types d'accéléromètres

Différentes applications nécessitent différents types d’accéléromètres, chacun avec ses propres atouts.

Accéléromètres à usage général

Ce sont les outils indispensables de la surveillance industrielle. Ils offrent généralement une sensibilité de 100 mV/g et une plage de fréquences adaptée à la plupart des machines courantes comme les pompes, les moteurs et les ventilateurs (par exemple, de 2 Hz à 10 kHz).

Accéléromètres MEMS

Les accéléromètres à systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont des capteurs à base de silicium. Ils sont très compacts, peu gourmands en énergie et économiques. Bien que traditionnellement moins sensibles que les capteurs piézoélectriques, les capteurs MEMS modernes progressent rapidement et sont couramment utilisés dans l'électronique portable, les applications automobiles et certains systèmes de surveillance d'état à faible coût.

Accéléromètres piézorésistifs

Ces capteurs sont utilisés pour les tests de chocs et la mesure de mouvements à basse fréquence. Ils peuvent mesurer jusqu'à 0 Hz (accélération CC), ce qui est utile pour des applications telles que la mesure de l'accélération constante dans une centrifugeuse.

Accéléromètres haute fréquence

Conçus spécifiquement pour la détection d'événements à haute fréquence, tels que les défauts précoces des engrenages et des roulements. Leur masse plus faible et leur fréquence de résonance plus élevée leur permettent de mesurer avec précision les vibrations jusqu'à 20 kHz ou plus.

Spécifications clés et sélection

Lors du choix d’un accéléromètre, les ingénieurs prennent en compte plusieurs paramètres clés :

• Sensibilité (mV/g) : Une sensibilité plus élevée produit un signal plus fort, ce qui est meilleur pour mesurer les vibrations de faible niveau. 100 mV/g est une norme courante.
• Réponse en fréquence : La plage de fréquences que le capteur peut mesurer avec précision. Elle doit correspondre aux fréquences de défaut attendues de la machine.
• Plage de température : Le capteur doit pouvoir résister à la température de fonctionnement de la surface de la machine sur laquelle il est monté.
• Méthode de montage : Le mode de fixation du capteur à la machine (montage par goujon, adhésif, aimant) a un impact significatif sur la précision des mesures haute fréquence. Un montage par goujon offre une connexion et une réponse en fréquence optimales.

Applications en surveillance d'état

Les accéléromètres sont fondamentaux pour presque toutes les tâches d’analyse des vibrations, notamment :

• Programmes de maintenance prédictive : Collecte de données de vibration de routine pour évaluer l'état de santé des machines et prédire les pannes.
• Diagnostic des pannes : Identification de problèmes spécifiques tels que le déséquilibre, le désalignement, le desserrage et l’usure des roulements.
• Tests d'acceptation : Vérification que les machines neuves ou réparées répondent aux spécifications de vibration.
• Analyse modale : Étude des fréquences naturelles et des modes de formes d'une structure.

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