Mi az a gyorsulásmérő? Útmutató a rezgéselemzéshez
Egy gyorsulásmérő egy jelátalakító (vagy szenzor), amely a mechanikai mozgást — konkrétan a gyorsulás vibráció vagy ütés által létrehozott — arányos elektromos jellé alakítja. Ez egyértelműen az egyik legszélesebb körben használt szenzor a prediktív karbantartás és állapotfelügyeletterén. Azzal, hogy azt méri, milyen gyorsan változik a sebessége a gép egy pontjának, az accelerométer olyan nyers adatokat biztosít, amelyekkel az elemző a mechanikai és elektromos hibák széles skáláját diagnosztizálhatja — az csapágyhibák hogy kiegyensúlyozatlanság és tengelyeltolódás.
1. Definíció: A vibráció mérésének magja
A gyorsulás az a természetes mennyiség, amelyet a forgó gépeken mérni kell, mert a gépet károsító dinamikus erők — egy nehéz pont által okozott centrifugális erő, egy lepattant csapágy pályájából eredő ütés — a gyorsuláshoz képest skálázódnak. Az accelerométer közvetlenül reagál ezekre az erőkre, ezért áll szinte minden modern rezgésanalizátor és adatgyűjtő.
Az accelerométer egyik gyakorlati erőssége, hogy az accelerométer gyorsulás jele elektronikusan integrált once to give sebesség (mm/s), és kétszer az elmozdulás (µm) megadására. Az egyetlen, jól felszerelt szenzor ezáltal mindhárom klasszikus vibráció egységet lefedi, lehetővé téve az elemzőnek azt választani, amely az adott hibát a legjobban feltárja.
2. Hogyan működnek az accelerométerek? A piezoelektromos elv
Bár számos fizikai elv létezik, az ipari gépekhez használt accelerométerek túlnyomó többsége a piezoelektromos hatásalapon működik. A működési sorrend egyszerű:
- Piezoelektromos kristály: A szenzor belsejében egy kis szeizmikus tömeg van rögzítve egy piezoelektromos elemhez — tipikusan egy keramikához, például PZT-hez, vagy prémium szenzorokhoz egy precíziós csiszolt kvarcristályhoz.
- Erő alkalmazása: Amikor a gép vibrál, a ház vele mozog. A tehetetlenség miatt a belső tömeg ellenáll ennek a mozgásnak, és erőt fejt ki a kristályra — amely Newton második törvénye szerint egyenlő a tömeg és a gyorsulás szorzatával.
- Jel keletkezése: A megterhelésnek kitett piezoelektromos kristály közvetlenül az alkalmazott erővel, és ezáltal a gyorsulással arányos kis elektromos töltést termel.
- Kimenet: A belső elektronika ezt a töltést kondicionálja és egy kábelen keresztül egy adatgyűjtőnek vagy megfigyelőrendszernek továbbítja az adott pont gyorsulásának analóg reprezentációjaként.
A töltés kondicionálásának módja két gyakori típuscsaládot definiál. A charge-output érzékelő a nyers töltést egy külső töltőerősítő eszköznek továbbítja és nagyon magas hőmérsékleteket is tolerál. Az iparban sokkal elterjedtebb az IEPE (or voltage-mode) típus, amely az erősítőt beépíti az érzékelőbe és alacsony impedanciájú feszültséget ad ki, amely jól terjedhet egy közönséges kéteres kábelen. A legellenállóbb megoldások shear szerkezetét használják, amely elszigeteli a kristályt az alapok hajlításától és a hőmérsékleti változásoktól.
3. Gyorsulásmérők típusai
A különböző alkalmazások eltérő érzékelőket igényelnek, mindegyiknek megvannak a maga erősségei.
Univerzális gyorsulásmérők
Ezek az ipari megfigyelés munkalovai. Jellemzően érzékenység érzékenységgel és frekvenciatartománnyal rendelkeznek, amely a legtöbb közös géphez, például szivattyúkhoz, motorokhoz és szellőztetőkhöz illeszkedik — nagyjából 2 Hz és 10 kHz között.
MEMS gyorsulásmérők
A mikro-elektromechanikai rendszerek (MEMS) gyorsulásmérői szilícium alapúak, nagyon kicsik, alacsony energiafogyasztásúak és költséghatékonyak. Korábban a piezoelektromos típusokhoz képest kevésbé voltak érzékenyek, de a modern MEMS eszközök gyorsan fejlődnek és elterjedtek a hordozható elektronikában, az autóipari rendszerekben, vezeték nélküli felügyelet csomópontok és alacsonyabb költségű feltételmonitorozási telepítések esetén.
Piezorezisztív gyorsulásmérők
A lökésvizsgálatokhoz és alacsony frekvenciás mozgáshoz tervezett ezek az érzékelők 0 Hz-ig (DC gyorsulás) reagálnak, ami hasznos a centrifugában vagy egy jármű lassú utazási mozgásában a stabil gyorsulás mérésére.
Nagyfrekvenciás gyorsulásmérők
A magas frekvenciás eseményeket, például a hajtómű és csapágy korai károsodását megragadásához tervezve, ezek az érzékelők kisebb szeizmikus tömeget és magasabb rezonancia frekvenciát használnak, amely 20 kHz vagy annál nagyobb pontosságot tesz lehetővé — az a tartomány, ahol olyan módszerek, mint a burkológörbe-elemzés és a lökéshullám-módszer élőben.
4. Főbb paraméterek és kiválasztás
Gyorsulásmérő kiválasztásakor a mérnökök több paramétert mérlegelnek:
- Érzékenység (mV/g): A magasabb érzékenység erősebb kimenetet eredményez, ami jobb az alacsony szintű rezgések feloldásához; a 100 mV/g az ipari szokásos szabvány.
- Frekvenciaválasz: Az a frekvenciatartomány, amelyen a szenzor pontosan működik. Ezt az esperált hibafrekvenciák a gépnek kell átfognia, kényelmes tartalékkal a szenzor saját saját (rezonancia) frekvencia.
- Hőmérsékleti tartomány: A szenzonak elviselnie kell a felületi hőmérsékletet, ahol felszerelésre kerül; egy hőmérséklet-érzékelő gyakran ugyanazon a helyen helyezik el az összesített monitorozás érdekében.
- Szerelési módszer: Az, ahogyan a szenzor csatlakozik — csap, ragasztó vagy mágnes — erősen befolyásolja a magas frekvenciás pontosságot. Egy csap szerinti szerelés per ISO 5348 a legjobb csatolást és a legszélesebb használható sávszélességet biztosítja; a mágnes kényelmes az útvonal szerinti munkához, de csökkenti a felső frekvenciakorlátot. Rossz felszerelés hamis értéket vezethet be, rögzítési rezonancia amely géphibának tűnik.
Egy adott csatolt rögzítés sávszélességi büntetésére előbecsülhető az Gyorsulásmérő szerelési rezonancia kalkulátor mielőtt rögzítésnél egy szerelési sémára.
5. Alkalmazások az állapot-megfigyelésben
Az akceleróméterek támogatják szinte az összes rezgéselemzés feladatot, beleértve:
- Prediktív karbantartási programok: rutinszintű adatgyűjtés egy route a gép egészségének trendjéhez és a meghibásodások előrejelzéséhez.
- Hibók diagnosztizálása: az egyensúlyhiányzottság, a beállítási eltérés azonosítása, lazaság és csapágykopás from the rezgési spektrum.
- Átvételi tesztelés: annak ellenőrzése, hogy az új vagy javított gépezet megfelel-e a vibrációs specifikációknak, mint pl. ISO 20816 (az ISO 10816 modern utódja).
- Modális elemzés: studying the sajátfrekvenciák és lengésalakok egy struktúra.
A helyszíni kiegyensúlyozás az egyik legigényesebb feladat, mert szükség van az amplitúdóra és a fázis a forgásonkénti rezgésből. Az olyan hordozható kétcsatornás műszer, mint a Balanset-1A a két gyorsulásmérőjét használja, rögzíti őket egy fordulatszámmérő impulzusra, és közvetlenül a gép saját csapágyaiban méri az 1× amplitúdót és fázist az üzemi fordulatszámon — a nyers gyorsulásmérő-jelet befolyásolási együtthatókká és korrekciós súlyokká alakítva, amelyek szükségesek a rotor helyszíni kiegyensúlyozásához.
