Qu'est-ce qu'un accéléromètre ? Guide d'analyse vibratoire
Un accéléromètre est un transducteur (ou capteur) qui convertit un mouvement mécanique — plus précisément le accélération produites par des vibrations ou des chocs — en un signal électrique proportionnel. C'est de loin le capteur le plus utilisé dans maintenance prédictive et surveillance de l'état. En mesurant la vitesse à laquelle un point d'une machine change de vitesse, un accéléromètre fournit les données brutes qui permettent à un analyste de diagnostiquer un large éventail de défaillances mécaniques et électriques — allant de défauts de roulement à déséquilibrer et désalignement.
1. Définition : les fondements de la mesure des vibrations
L'accélération est la grandeur physique qu'il convient de mesurer sur les machines tournantes, car les forces dynamiques qui endommagent une machine — la force centrifuge due à un déséquilibre ou l'impact provoqué par l'écaillage d'une bague de roulement — sont proportionnelles à l'accélération. Un accéléromètre réagit directement à ces forces, c'est pourquoi il est au cœur de presque toutes les machines modernes analyseur de vibrations sophistiqué et collecteur de données.
L'un des atouts pratiques de l'accéléromètre réside dans le fait que son signal d'accélération peut être traité électroniquement intégré once to give vitesse (mm/s), et deux fois pour obtenir déplacement (µm). Un seul capteur, correctement installé, couvre ainsi les trois unités de mesure classiques des vibrations, ce qui permet à l'analyste de choisir celle qui met le mieux en évidence un défaut donné.
2. Comment fonctionnent les accéléromètres ? Le principe piézoélectrique
Bien qu'il existe plusieurs principes physiques, la grande majorité des accéléromètres utilisés dans les machines industrielles repose sur le effet piézoélectrique. La procédure est simple :
- Cristal piézoélectrique : À l'intérieur du capteur, une petite masse sismique est fixée à un piézoélectrique élément — généralement un matériau céramique tel que le PZT, ou, dans les capteurs haut de gamme, un cristal de quartz taillé avec précision.
- Application de la force : Lorsque la machine vibre, le boîtier bouge avec elle. Par inertie, la masse interne s'oppose à ce mouvement et exerce une force sur le cristal — force qui, selon la deuxième loi de Newton, est égale au produit de la masse par l'accélération.
- Génération d'un signal : Un cristal piézoélectrique soumis à une contrainte génère une infime charge électrique directement proportionnelle à la force appliquée, et donc à l'accélération.
- Sortie : Les composants électroniques internes traitent ce signal et le transmettent par câble à un collecteur de données ou à un système de surveillance sous forme de représentation analogique de l'accélération en ce point.
La manière dont cette charge est conditionnée permet de distinguer deux grandes catégories. A charge-output le capteur transmet la charge brute à un dispositif externe amplificateur de charge et résiste à des températures très élevées. Ce qui est bien plus courant dans l'industrie, c'est le IEPE (or voltage-mode) qui intègre l'amplificateur au capteur et fournit une tension à faible impédance pouvant être transmise sans problème par un câble bifilaire standard. Les modèles les plus robustes utilisent un cisaillement une construction qui protège le cristal contre la flexion de la base et les transitoires thermiques.
3. Types d'accéléromètres
Chaque application nécessite des capteurs différents, chacun ayant ses propres atouts.
Accéléromètres à usage général
Ce sont les chevaux de bataille de la surveillance industrielle. Ils offrent généralement une sensibilité d'une sensibilité de 100 mV/g et d'une plage de fréquences adaptée à la plupart des machines courantes telles que les pompes, les moteurs et les ventilateurs — soit environ de 2 Hz à 10 kHz.
Accéléromètres MEMS
Les accéléromètres à systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) sont fabriqués à base de silicium ; ils sont de très petite taille, consomment peu d'énergie et sont économiques. Bien qu'ils aient été historiquement moins sensibles que les modèles piézoélectriques, les dispositifs MEMS modernes progressent rapidement et sont couramment utilisés dans l'électronique portable, les systèmes automobiles, surveillance sans fil nœuds et installations de surveillance de l'état à moindre coût.
Accéléromètres piézorésistifs
Utilisés pour les essais de chocs et les mouvements à basse fréquence, ces capteurs réagissent jusqu'à 0 Hz (accélération en courant continu), ce qui les rend particulièrement adaptés à la mesure de l'accélération constante dans une centrifugeuse ou du mouvement lent d'un véhicule.
Accéléromètres haute fréquence
Conçus pour détecter les événements à haute fréquence, tels que les dommages précoces au niveau des engrenages et des roulements, ces capteurs utilisent une masse sismique plus petite et une fréquence de résonance plus élevée, ce qui permet d'effectuer des mesures précises jusqu'à 20 kHz, voire au-delà — une plage dans laquelle des techniques telles que analyse d'enveloppe et le méthode des impulsions de choc live.
4. Caractéristiques techniques principales et critères de sélection
Lorsqu'ils choisissent un accéléromètre, les ingénieurs prennent en compte plusieurs paramètres :
- Sensibilité (mV/g) : Une sensibilité plus élevée permet d'obtenir un signal de sortie plus puissant, ce qui est plus efficace pour détecter les vibrations de faible amplitude ; 100 mV/g est la norme industrielle courante.
- Réponse en fréquence : La plage sur laquelle le capteur effectue une mesure précise. Elle doit couvrir la plage prévue fréquences de défaut de la machine, avec une marge confortable en dessous de la valeur indiquée par le capteur lui-même fréquence propre (de résonance).
- Plage de température : Le capteur doit résister à la température de la surface sur laquelle il est monté ; un capteur de température est souvent regroupé sur un même site à des fins de surveillance combinée.
- Méthode de montage : Le mode de fixation du capteur — par vis, par adhésif ou par aimant — a une forte incidence sur la précision à haute fréquence. Une fixation par vis, par exemple, ISO 5348 offre le meilleur couplage et la bande passante utile la plus large ; un aimant est pratique pour les rondes d'inspection, mais il réduit la limite supérieure de fréquence. Médiocre montage peut introduire une fausse résonance de montage qui se fait passer pour un dysfonctionnement de la machine.
Vous pouvez estimer la perte de bande passante liée à un mode de fixation donné à l'aide de l'outil Calculateur de résonance de montage d'accéléromètre avant de se décider pour un système de fixation.
5. Applications en surveillance de l'état
Les accéléromètres sont à la base de presque tous les analyse des vibrations tâches, notamment :
- Programmes de maintenance prédictive : collecte de données de routine sur un route pour suivre l'évolution de l'état des machines et prévoir les pannes.
- Diagnostic des défauts : identifier précisément les balourds, les désalignements, relâchement et usure des roulements from the spectre de vibrations.
- Tests d'acceptation : vérifier que les machines neuves ou réparées respectent les spécifications en matière de vibrations, telles que ISO 20816 (la norme moderne qui succède à la norme ISO 10816).
- Analyse modale : studying the fréquences naturelles et formes de mode d'une structure.
L'équilibrage sur site est l'une des tâches les plus exigeantes, car elle nécessite à la fois l'amplitude et les phase de la vibration à une fréquence par tour. Un appareil portable à deux canaux tel que le Balanset-1A prend ses deux accéléromètres, les synchronise avec un tachymètre l'impulsion, et mesure l'amplitude et la phase 1× directement au niveau des roulements de la machine à vitesse de fonctionnement, transformant ainsi le signal brut de l'accéléromètre en coefficients d'influence et en masses de correction nécessaires pour équilibrer le rotor sur place.
