Transducteurs : les capteurs de l'analyse vibratoire
En analyse des vibrations, a transducteur est un dispositif qui convertit un mouvement physique, mécanique - Vibrations - en un signal électrique proportionnel qu'un collecteur de données ou un système de surveillance peut traiter, mesurer et analyser. Les transducteurs sont les capteurs primaires et le tout premier maillon de la chaîne de mesure ; sans un transducteur fiable, aucune analyse significative n'est possible. Le choix du bon transducteur est une décision critique qui dépend du type de machine, de sa vitesse de fonctionnement et des défauts spécifiques à surveiller, car chaque type de transducteur est naturellement sensible à une partie différente de l'image vibratoire.
1. La chaîne de mesure et les trois paramètres
Les vibrations peuvent être décrites par l'une ou l'autre de trois grandeurs apparentées, et c'est le paramètre mesuré par un transducteur qui détermine son domaine d'excellence. Déplacement domine à basse fréquence et reflète le mouvement brut ; vitesse est la mesure la plus équilibrée dans la bande de fréquences intermédiaires, où se trouvent la plupart des défauts courants ; et accélération met l'accent sur les événements à haute fréquence qui signalent une détérioration précoce des roulements et des engrenages. Les trois sont liés mathématiquement — l'intégration convertit un signal d'accélération en vitesse, puis en déplacement — c'est pourquoi un seul capteur peut, grâce à l'électronique, jouer plusieurs rôles. Quel que soit le paramètre, le transducteur alimente le reste de la chaîne : conditionnement du signal, numérisation et enfin analyseur.
2. Les trois principaux types de capteurs de vibrations
Il existe trois principaux types de transducteurs utilisés dans la surveillance des machines industrielles, chacun mesurant un paramètre physique différent de vibration.
L'accéléromètre (mesure l'accélération)
Le accéléromètre est de loin le transducteur de vibrations le plus courant et le plus polyvalent. Il mesure l'accélération de la structure sur laquelle il est monté.
- Principe: la plupart des unités industrielles sont piézoélectrique, utilisant un cristal qui génère une charge électrique lorsqu'il est soumis à la contrainte d'une masse sismique interne.
- Points forts : une gamme de fréquences extrêmement large, une grande robustesse, de nombreux modèles disponibles et une adaptation à presque toutes les machines. Ils sont particulièrement excellents pour détecter les événements à haute fréquence.
- Utilisation principale : la surveillance des machines à usage général, des machines à basse vitesse aux turbomachines à très haute vitesse, et le capteur de référence pour les défauts à haute fréquence tels que palier et défauts d'engrenage.
Le capteur de vitesse (mesure la vitesse)
A transducteur de vitesse est un capteur électrodynamique qui mesure directement la vitesse des vibrations.
- Principe: Il fonctionne comme un microphone — une bobine de fil est suspendue dans un champ magnétique et, lorsque le boîtier vibre, le mouvement relatif entre la bobine et l'aimant génère une tension proportionnelle à la vitesse.
- Points forts : un signal fort et à faible bruit dans la bande de fréquences intermédiaires (environ 10 Hz à 1 000 Hz), là où se trouvent les défauts les plus courants, tels que déséquilibrer et désalignement et ne nécessite pas d'alimentation externe.
- Faiblesses: plus fragile qu'un accéléromètre, avec une gamme de fréquences limitée et une sensibilité aux champs magnétiques et à l'orientation du montage. La conception classique de la bobine et de l'aimant autogénérés - le vélomètre - a été largement remplacée par des accéléromètres à intégration électronique.
- Utilisation principale : historiquement le cheval de bataille de la surveillance générale avant que les accéléromètres robustes ne deviennent courants, et il est encore parfois choisi pour des installations permanentes dans la gamme des fréquences moyennes.
La sonde de proximité (mesure le déplacement)
Le sonde de proximité, ou sonde à courants de Foucault, est un transducteur sans contact qui mesure le déplacement d'un arbre en rotation.
- Principe: Il utilise un champ électromagnétique pour induire et mesurer les courants de Foucault à la surface de l'arbre, en mesurant l'écart entre la pointe de la sonde et l'arbre.
- Points forts : il mesure le mouvement réel de l'arbre lui-même plutôt que le boîtier, il est sans contact et sa réponse va jusqu'à 0 Hz (DC), de sorte qu'il capture la position moyenne de l'arbre ainsi que sa vibration.
- Utilisation principale : essentiel pour la protection et la surveillance des turbomachines critiques à grande vitesse sur paliers à film fluide. paliers lisses - des turbines et des compresseurs - et d'analyser les orbite de l'arbre et position de l'axe central.
3. Choisir le bon transducteur
Le choix d'un transducteur est une étape critique dans la mise en place d'un programme de surveillance. La règle générale est de choisir le capteur le plus sensible dans la gamme de fréquences des défauts attendus :
- Utilisation sondes de proximité pour le mouvement de l'arbre sur les machines à palier à film fluide, où l'arbre peut se déplacer de manière significative à l'intérieur d'un boîtier relativement immobile.
- Utilisation accéléromètres Pour tout le reste, car ils sont les plus polyvalents. Le signal peut être intégré à la vitesse pour l'analyse des défauts de moyenne fréquence ou utilisé directement comme accélération pour les défauts de haute fréquence.
Deux facteurs pratiques complètent le choix. Les caractéristiques du transducteur sensibilité doit être adaptée à l'amplitude de vibration attendue - si elle est trop faible, les petits défauts se perdent dans le bruit, si elle est trop élevée, les signaux forts s'écrêtent - et à sa capacité d'utilisation. fréquence doit couvrir les fréquences de défaut qui nous intéressent. Les capteurs piézoélectriques à sortie de charge ont en outre besoin d'un système d'alimentation en énergie adapté. amplificateur de charge dans la chaîne.
4. Transducteurs pour l'équilibrage et le diagnostic sur le terrain
Sur un instrument portable, le transducteur est le composant dont tout le reste dépend. Un analyseur de champ à deux canaux tel que le Balanset-1A associe généralement deux accéléromètres IEPE à un tachymètre optique pour la référence de phase, capturant l'amplitude et la phase synchronisées sur chaque palier pendant que la machine tourne sur ses propres supports à la vitesse de fonctionnement. Cette chaîne d'accéléromètres permet à l'instrument de calculer les poids de correction pour l'équilibrage sur un ou deux plans et d'effectuer les opérations de routine. surveillance des vibrations - une illustration claire du principe général selon lequel l'accéléromètre est le transducteur par défaut pour la grande majorité des travaux sur les machines tournantes, avec la sonde de proximité et le capteur de vitesse. transducteur sismique réservés aux cas où leur physique convient le mieux.
