Comprendre la sensibilité du capteur
Sensibilité est le rapport entre le signal de sortie d'un capteur et la quantité physique d'entrée qu'il mesure — en fait, son gain ou son facteur de conversion. Pour Vibrations la sensibilité définit la quantité de sortie électrique (une tension ou une charge) produite par unité de vibration, que cette vibration soit exprimée sous forme de accélération, vitesse ou déplacement. Une sensibilité plus élevée donne une sortie plus importante pour un niveau de vibration donné, ce qui améliore la résolution et le rapport signal/bruit - mais elle limite également la vibration maximale qui peut être mesurée avant que la sortie du capteur ne sature. La sensibilité est la spécification fondamentale que vous devez connaître pour convertir la tension brute du capteur en unités techniques significatives. Elle est fixée lors de la fabrication étalonnage, enregistré sur le certificat d'étalonnage, et utilisé dans tous les calculs de vibration en aval.
Une précision d'emblée : cet article porte sur capteur la sensibilité, c'est-à-dire le rapport sortie/entrée du transducteur. Elle ne doit pas être confondue avec sensibilité d'équilibrage, qui décrit la variation de la lecture d'une machine d'équilibrage par unité de balourd du rotor — une idée connexe mais une mesure différente.
1. Unités de sensibilité par type de capteur
Accéléromètres
Le accéléromètre est le cheval de bataille de la mesure des vibrations, et sa sensibilité est exprimée différemment selon le type de conditionnement du signal.
- IEPE / mode tension : exprimée en mV/g (millivolts par g d'accélération) ; valeurs typiques 10-1000 mV/g, avec 100 mV/g le chiffre d'usage général le plus courant. Les unités à haute sensibilité de 500-1000 mV/g conviennent aux travaux à faibles vibrations, tandis que les unités à faible sensibilité de 10-50 mV/g conviennent aux travaux à fortes vibrations et aux chocs.
- Mode de charge: exprimée en pC/g (picocoulombs par g) ; valeurs typiques 1-1000 pC/g, avec 10-50 pC/g pour un usage général.
Capteurs de vitesse et sondes de déplacement
- Capteurs de vitesse: mV par in/s ou mV par mm/s - typiquement 100 mV/in/s, équivalent à environ 4000 mV/mm/s ; parfois cité comme V par m/s.
- Sondes de déplacement: mV/mil ou V/mm - typiquement 200 mV/mil ou 7,87 V/mm pour sondes à courant de Foucault, et toujours calibrées pour un matériau cible et une plage d'espacement spécifiques.
2. Compromis de sensibilité
La tension centrale dans la sélection des capteurs est que la sensibilité et la plage de mesure tirent dans des directions opposées.
Haute sensibilité (100-1000 mV/g)
- Avantages : une sortie élevée pour les faibles vibrations, une meilleure résolution pour détecter les petits changements, un meilleur rapport signal/bruit et des performances idéales sur les machines à faibles vibrations.
- Inconvénients : un nombre limité gamme dynamique qui sature à des vibrations plus faibles (plage typique de ±5g à ±50g), ce qui le rend inadapté aux travaux à fortes vibrations ou aux chocs.
Faible sensibilité (10-50 mV/g)
- Avantages : une large gamme dynamique capable de mesurer les vibrations élevées (±100g à ±10 000g), l'aptitude aux chocs et aux impacts, et l'absence de saturation dans des conditions violentes.
- Inconvénients : une sortie plus petite pour les faibles vibrations, un rapport signal/bruit plus faible, une résolution réduite et le risque de manquer de petits changements.
3. Sélection de la sensibilité par application
La règle pratique consiste à adapter le capteur au niveau de vibration attendu, de manière à ce que le signal remplisse confortablement la plage d'entrée de l'instrument sans écrêter.
- Faibles vibrations (< 5 mm/s) : haute sensibilité (100-500 mV/g) pour les machines de précision et à faible vitesse, où une bonne résolution des petits changements est importante.
- Vibrations modérées (5-20 mm/s) : sensibilité standard (50-100 mV/g) pour les machines industrielles générales - la gamme la plus courante.
- Vibrations élevées (> 20 mm/s) : faible sensibilité (10-50 mV/g) pour éviter la saturation des concasseurs, des broyeurs et des équipements à fort balourd.
- Choc et impact : une très faible sensibilité (1-10 mV/g) pour atteindre ±1000g ou plus pour les tests d'impact et de collision.
4. Effet sur les mesures
Niveau de signal, plage dynamique et bruit
- Niveau du signal : une sensibilité plus élevée donne une tension de signal plus importante qui remplit mieux la plage d'entrée de l'instrument et améliore la résolution - mais plafonne la vibration maximale mesurable.
- Plage dynamique : la plage allant du plancher de bruit à la saturation ; une sensibilité élevée donne une plage étroite (bonne pour les petits signaux), une sensibilité faible une plage large (bonne pour les signaux variables) - un compromis direct entre la résolution et la plage.
- Performance en matière de bruit : Chaque capteur a un plancher de bruit électrique inhérent ; une sensibilité plus élevée donne un meilleur rapport signal/bruit pour les faibles vibrations, alors que ce bruit devient proportionnellement plus important lorsque la sensibilité diminue.
Une vérification pratique : un capteur de 100 mV/g exposé à 50 g de vibrations produit 5 V en sortie. Si l'entrée de l'instrument est de ±5 V, ce capteur est adapté jusqu'à son plafond de 50 g — tout ce qui dépasse écrête le signal.
5. Étalonnage et vérification
La sensibilité n'est utile que si elle est précise et actuelle, c'est pourquoi elle est vérifiée à trois moments de la vie d'un capteur.
- Étalonnage en usine : Les nouveaux capteurs sont étalonnés en usine, la sensibilité étant indiquée sur le corps ou le certificat avec une tolérance de ±5-10% ; vérifiez-la avant toute utilisation critique.
- Réétalonnage périodique : La sensibilité peut varier au fil du temps ; il convient donc de procéder à un réétalonnage annuel ou selon le calendrier prévu, de prendre la valeur actualisée du nouveau certificat et de l'introduire dans l'instrument ou d'appliquer une correction.
- Vérification sur le terrain : un calibrateur portable applique une vibration de référence connue afin de confirmer que la sortie correspond à la valeur attendue (sensibilité × entrée) - une vérification rapide avant les mesures importantes.
Ceci est différent de étalonnage permanent dans l'équilibrage du rotor, où le terme fait référence à l'étalonnage mémorisé et réutilisable d'une machine d'équilibrage plutôt qu'au gain d'un transducteur.
6. Spécifications connexes
- Plage de mesure : la vibration maximale que le capteur peut capter, inversement liée à la sensibilité - un capteur de 100 mV/g avec une sortie de ±5 V donne une plage de ±50g.
- Résolution : le plus petit changement détectable, limité par le bruit et la numérisation ; une sensibilité plus élevée signifie généralement une meilleure résolution.
- Linéarité : la constance de la sensibilité sur l'ensemble de la plage de mesure - les bons capteurs se maintiennent à < 1% d'écart par rapport à l'erreur linéaire, spécifiée en pourcentage de l'erreur à pleine échelle.
7. Considérations pratiques
Correspondance des entrées d'instrument et flottes mixtes
- Correspondance des entrées : la plage d'entrée de l'instrument doit correspondre à la sortie du capteur - un capteur de 100 mV/g à 50 g produit 5 V, ce qui doit correspondre à une entrée de ±5 V ; des gains d'entrée réglables permettent à un instrument de gérer différentes sensibilités.
- Capteurs multiples : L'utilisation de capteurs de sensibilités différentes dans un même programme implique de configurer l'instrument pour chacun d'entre eux, et la saisie d'une sensibilité erronée est une source fréquente d'erreurs - la standardisation sur une sensibilité unique simplifie considérablement les opérations.
Dans un instrument portable, le chiffre de sensibilité correspond exactement à ce dont le logiciel a besoin pour transformer les millivolts du transducteur en lectures d'amplitude et de phase utilisées pour le diagnostic et l'équilibrage. Un analyseur de champ tel que le Balanset-1A est configuré en fonction de la sensibilité de chacun des produits fournis accéléromètre afin que ses mesures soient lues en véritables unités d'ingénierie ; l'introduction de la valeur correcte garantit qu'une lecture de 1× en mm/s est suffisamment fiable pour calculer une correction d'équilibrage. Si la sensibilité saisie ne correspond pas au capteur installé, tous les chiffres suivants sont erronés dans la même proportion. Vous pouvez vérifier le résultat attendu pour un capteur et une vibration donnés avec notre Calculateur de sensibilité des capteurs de vibrations.
La sensibilité du capteur est la spécification fondamentale qui définit la conversion entre la vibration physique et le signal électrique. Il est essentiel de comprendre les unités, de choisir une valeur correspondant au niveau de vibration attendu et de l'entrer correctement dans l'instrument de mesure pour obtenir des mesures précises, sélectionner un bon capteur et éviter les erreurs dues à une mauvaise adaptation de la sensibilité ou à une saturation.
