Što je akcelerometar? Vodič za analizu vibracija
akcelerometar je pretvornik (ili senzor) koji pretvara mehaničko kretanje — specifično ubrzanje proizvedeno vibracijom ili udarom — u proporcionalni električni signal. To je daleko najčešće korišten senzor u onome što nazivamo prediktivno održavanje i praćenje stanja. Mjerenjem kako brzo točka na stroju mijenja brzinu, akcelerometar pruža sirove podatke koji omogućuju analitičaru dijagnoziranje širokog spektra mehaničkih i električnih kvarova — od onoga što nazivamo kvarovi ležaja do neravnoteža i neusklađenost.
U kompletima za terensko balansiranje akcelerometar je glavni senzor: Vibromera senzor vibracija je industrijski akcelerometar koji se isporučuje uz Balanset instrumente.
1. Definicija: Jezgra mjerenja vibracija
Akceleracija je prirodna veličina za mjerenje na rotirajućim strojevima jer dinamičke sile koje oštećuju stroj — centrifugalna sila od teške točke, udarac od pukle valjne putanje — rastu s akceleracijom. Akcelerometar odgovara izravno tim silama, što je razlog zašto je smješten u srcu gotovo svakog modernog analizator vibracija i prikupljač podataka.
Jedna od praktičnih prednosti akcelerometra je što se njegov signal akceleracije može biti elektronički integriran jednom kako bi se dobila brzina (mm/s), i dva puta da bi se dobio pomak (µm). Jedan dobro montiran senzor tako pokriva sve tri klasične jedinice vibracija, omogućujući analitičaru odabir one koja najbolje otkriva dani kvar.
2. Kako rade akcelerometri? Piezoelektrični princip
Iako postoji nekoliko fizikalnih principa, ogromna većina akcelerometara korištenih za industrijske strojeve temelji se na onome što nazivamo piezoelektrični efekt. Slijed rada je jednostavan:
- Piezoelektrični kristal: Unutar senzora mala seizmička masa je pričvršćena na piezoelektrični element — obično keramika poput PZT-a, ili u premium senzorima precizno rezani kristal kvarca.
- Primjena sile: Kada vibrira stroj, kućište se kreće s njim. Zbog tromosti, unutarnja masa opire se tom kretanju i vrši silu na kristal — jednaku, prema Newtonovu drugom zakonu, masi puta ubrzanju.
- Generiranje signala: Napnuti piezoelektrični kristal proizvodi mali električni naboj izravno proporcionalan primijenjenoj sili, a time i ubrzanju.
- Izlaz: Unutarnja elektronika kondicionira ovaj naboj i prosljeđuje ga preko kabela na prikupljač podataka ili sustav praćenja kao analognu reprezentaciju ubrzanja na toj točki.
Kako se ovaj naboj kondicionira, određuje dvije uobičajene obitelji. A s izlazom naboja senzor isporučuje sirovi naboj vanjskom onome što nazivamo pojačalo naboja i tolerira vrlo visoke temperature. Daleko je češće u industriji IEPE (ili naponski) tip, koji ugrađuje pojačalo u senzor i isporučuje nisko-impedantni napon koji se dobro širi kroz običan dvožični kabel. Najtvrđe konstrukcije koriste posmični tip konstrukcije, koji izolira kristal od savijanja baze i toplinskih prijelaza.
3. Vrste akcelerometara
Različite primjene zahtijevaju različite senzore, svaki sa svojim prednostima.
Akcelerometri opće namjene
Ova su radni konji industrijskog praćenja. Obično nude osjetljivost od 100 mV/g i frekvencijski raspon prikladan za većinu običnog strojarstva poput pumpi, motora i ventilatora — otprilike 2 Hz do 10 kHz.
MEMS akcelerometri
Mikro-elektro-mehanički sustavi (MEMS) akcelerometri su na bazi silicija, vrlo mali, niske potrošnje i isplativi. Povijesno manje osjetljivi od piezoelektričnih tipova, moderni MEMS uređaji se brzo poboljšavaju i česti su u prijenosnoj elektronici, automobilskim sustavima, bežično praćenje čvorišta i instalacije praćenja stanja niže cijene.
Piezorezistivni akcelerometri
Korišteni za ispitivanje šoka i niskofrekvencijsko gibanje, ovi senzori odgovaraju sve do 0 Hz (DC ubrzanje), što ih čini korisnim za mjerenje stalnog ubrzanja u centrifugi ili sporom gibanju vozila.
Visokofrekventni akcelerometri
Namijenjeni da uhvate visokofrekvencijske događaje kao što su ranostadijske štete na zupčanicima i ležajima, ti senzori koriste manju seizmičku masu i višu rezonantnu frekvenciju, što omogućava točno mjerenje do 20 kHz ili više — spektar u kojem tehnike kao što su analiza omotača i metoda udarnog impulsa žive.
4. Ključne specifikacije i odabir
Pri odaboru akcelerometra, inženjeri razmatraju nekoliko parametara:
- Osjetljivost (mV/g): Viša osjetljivost daje jači izlaz, bolji za razrješavanje nisko-razinske vibracijske djelatnosti; 100 mV/g je standard u industrijskoj praksi.
- Odziv frekvencije: Pojasnica u kojoj senzor točno čita mjerenja. Mora obuhvatiti očekivane frekvencije kvarova stroja, s udobnom marginom ispod senzorove vlastite prirodne (rezonantne) frekvencije.
- Temperaturni raspon: Senzor mora izdržati površinsku temperaturu na mjestu montaže; a senzor temperature često se nalazi zajedno za kombinirano praćenje.
- Način montaže: Način pričvršćenja senzora — stud, ljepilo ili magnet — snažno utječe na točnost visokih frekvencija. Montaža studom prema ISO 5348 daje najbolju spregu i najveće korisno područje frekvencija; magnet je prikladan za rutinske preglede ali snižava gornju granicu frekvencije. Loša montaža može uvesti ono što nazivamo lažna montažna rezonancija koja se javlja kao kvar stroja.
Možete procijeniti gubitak frekvencijskog opsega danog pričvršćenja s onim što nazivamo Kalkulator rezonancije montaže akcelerometra prije nego što se opredijelite za shemu montaže.
5. Primjena u nadzoru stanja
Akcelerometri podupiru gotovo svaki zadatak onoga što nazivamo Analiza vibracija koji uključuje:
- Programi prediktivnog održavanja: prikupljanju rutinskih podataka na onome što nazivamo ruta praćenju zdravstvenog stanja stroja i predviđanju kvarova.
- Dijagnostika kvara: određivanju neravnoteže, neusklađenosti, labavost i istrošenost ležaja od onoga što nazivamo spektar vibracija.
- Prihvatno ispitivanje: provjeri da novi ili popravljeni strojevi zadovoljavaju specifikacije vibracija poput ISO 20816 (suvremenica normi ISO 10816).
- Modalna analiza: proučavanje onoga što nazivamo prirodne frekvencije i modalni oblici strukture.
Balanciranje na mjestu rada jedan je od najzahtjevnijih tih poslova jer zahtijeva amplitudu i faza vibracija s frekvencijom jednom po okretaju. Prenosivi dvokanalni instrument poput Balanset-1A prima dva akcelerometra, pričvršćuje ih na tahometar impuls te mjeri amplitudu i fazu 1× direktno u kliznim ležajima stroja pri radnoj brzini — pretvoreći sirovi signal akcelerometra u koeficijente utjecaja i težine korekcije potrebne za balanciranje rotora na mjestu rada.
