A piezoelektromos gyorsulásmérők megértése
A piezoelektromos gyorsulásmérő egy rezgés érzékelő, amely a piezoelektromos hatást használja ki - azt a tulajdonságot, amely szerint bizonyos kristályok mechanikai igénybevétel hatására elektromos töltést generálnak - a mechanikai töltés átalakítására. gyorsulás a rezgés amplitúdójával arányos elektromos jellé alakítja. Amikor az érzékelő felgyorsul, egy belső szeizmikus tömeg összenyom egy piezoelektromos elemet, és az így keletkező töltés vagy feszültség kondicionálódik, és mérési jelként kerül kimenetre. A széles frekvenciatartománynak (nagyjából 0,5 Hz-től 50+ kHz-ig), a nagy érzékenységnek, a robosztusságnak és a külső energiát nem igénylő, öngeneráló érzékelőelemnek köszönhetően a piezoelektromos gyorsulásmérő a legszélesebb körben használt rezgésérzékelő az iparban, és a modern rezgésérzékelők alapja. rezgéselemzés és állapotfigyelés.
1. A piezoelektromos hatás
Fizikai elv
- Bizonyos kristályok (kvarc, turmalin) és kerámiák (PZT, bárium-titanát) piezoelektromosak
- A mechanikai feszültség elektromos töltést hoz létre a kristály felületén.
- A töltés arányos az alkalmazott erővel.
- A hatás megfordítható - feszültséget kapcsolva az elem deformálódik.
- Önfejlesztő, tehát nincs szükség energiára a töltés előállításához.
A gyorsulásmérő belseje
A mozgástól a jelig tartó lánc rövid és közvetlen:
- A rezgés felgyorsítja az érzékelőalapot és a készülékházat.
- A belső szeizmikus tömegre egy erő hat, F = m × a.
- Ez az erő megterheli a piezoelektromos kristályt.
- A kristály az erővel, és így a gyorsulással arányos töltést hoz létre.
- A töltést az elektródák összegyűjtik és mérhető jellé alakítják át.
Mivel a kimenet a gyorsulást követi, ugyanaz a jel elektronikusan integrálható, hogy sebesség középfrekvenciás hibaelemzéshez, vagy közvetlenül nagyfrekvenciás munkához.
2. Típusok belső kialakítás szerint
A szeizmikus tömeg által a kristályra ható terhelés módja határozza meg az érzékelő jellegét.
- Tömörítési típus: a leggyakoribb kialakítás, ahol a kristály a tömeg és az alap közé van préselve. Robusztus, széles hőmérséklet-tartományú, ezért alkalmas a zord környezetekhez - de érzékenyebb lehet az alapzat feszültségére és a hőingadozásokra.
- Nyírótípus: a kristályt a tömeg mozgása nyírja. Ez a geometria kiváló bázis-nyúlvány szigetelést, jobb mélyfrekvenciás választ és alacsony érzékenységet biztosít a hőmérsékleti tranziensekre, ezért a nyírási gyorsulásmérő a prémium választás az igényes mérésekhez.
- Hajlító (hajlító) típus: a kristály hajlításban működik, ami nagyon nagy érzékenységet tesz lehetővé, de kevésbé robusztus és kevésbé elterjedt ipari használatban.
3. Típusok elektronika szerint
A második osztályozás arra vonatkozik, hogy a jelkondicionáló elektronika az érzékelőn belül vagy azon kívül helyezkedik-e el.
- Töltési mód: a kimenet egy nyers töltés pikokoulombban, ami külső töltésmérőt igényel. töltőerősítő. A nagyimpedanciás kimenet érzékeny a kábelmozgásra és a triboelektromos zaj, de belső elektronika nélkül ezek az érzékelők elviselik a szélsőséges hőmérsékleteket (kb. 650 °C-ig), ami nélkülözhetetlenné teszi őket a magas hőmérsékletű speciális alkalmazásokban.
- IEPE / ICP (feszültség üzemmód): A beépített elektronika a töltést alacsony impedanciájú feszültséggé alakítja. A IEPE interfész - más néven feszültségmódú gyorsulásmérő - az iparági szabvány, amely egyszerű kétvezetékes csatlakoztathatóságot és kiváló zajvédelemmel rendelkezik. Jól szolgálja az ipari alkalmazások több mint 95 %-jét.
4. Teljesítményre vonatkozó előírások
Érzékenység
Érzékenység a gyorsulás egységenkénti kimeneti értéke - IEPE-érzékelők esetén jellemzően 10-100 mV/g, töltési mód esetén 1-100 pC/g. A nagyobb érzékenység finomabb felbontást, de kisebb maximális tartományt eredményez, ezért a számot úgy kell megválasztani, hogy megfeleljen a várható rezgésszinteknek; a rezgésérzékelő érzékenység-kalkulátor segít a kimeneti feszültség és a megfelelő gyorsulás közötti átalakításban.
Frekvenciatartomány
- Alacsony frekvencia: az elektronika által beállított, körülbelül 0,5-5 Hz-es alsó határérték.
- Magas frekvencia: 5-50 kHz-es felső határérték, amelyet a szerelt rezonancia.
- Használható tartomány: általában a rezonancia nagyjából egyharmadáig terjedhet. frekvencia, ahol a válasz egyenletes marad.
- Szerelési hatás: a rögzítési módszer erősen korlátozza az elérhető magas frekvenciás választ.
Amplitúdótartomány és dinamikatartomány
- Általános célú: ±50 g-tól ±500 g-ig.
- Nagy érzékenység: ±5 g és ±50 g között.
- Sokkérzékelők: ±500 g és ±10 000 g között.
A jel soha nem haladhatja meg az érzékelő tartományát, különben a jel lecsapódik, és károsíthatja az elemet; a széles tartományú dinamikatartomány lehetővé teszi, hogy egy érzékelő egyazon mérés során mind a gyenge csapágyhangokat, mind az erős futósebesség-vibrációt feloldja.
5. Kiválasztási kritériumok
A jó mérési beállítás lényege, hogy az érzékelőt a feladathoz igazítsuk.
- Általános gépfelügyelet: 100 mV/g IEPE gyorsulásmérő ±50 g tartományban, 1 Hz-10 kHz-es válaszidővel, ipari hőmérsékleti besorolással (-40 és +120 °C között) és hermetikus tömítéssel.
- Csapágyhiba észlelése: magasabb frekvenciaválasz (20+ kHz-ig), hogy megragadják csapágyhiba-frekvenciák, mérsékelt érzékenység (10-50 mV/g), széles dinamikatartomány és a legjobb nagyfrekvenciás csatoláshoz szükséges szegecses rögzítés - a megfelelő kombináció a kezdődő mérések elkapásához. csapágyhibák.
- Magas hőmérsékletű alkalmazások: magas hőmérsékletű IEPE (kb. 175 °C-ig) vagy töltési üzemmód (kb. 650 °C-ig), speciális szereléssel és kábelezéssel, némi teljesítménybeli kompromisszumot elfogadva a hőmérséklet-állóságért cserébe.
6. Szerelés és telepítés
A szerelési felület a mérőrendszer része: ez határozza meg a szerelt rezonanciát és így a nagyfrekvenciás határértéket. A legjobbtól a legrosszabbig:
- Csapszeges rögzítés: a legjobb csatolás, 10+ kHz-ig lapos.
- Ragasztó: jó, lapos, nagyjából 7-8 kHz-ig.
- Mágneses: elfogadható, kb. 2-3 kHz-ig lapos.
- Szonda / kézi: gyenge - alacsony frekvenciákra és minőségi leolvasásokra korlátozódik.
A megbízható nagyfrekvenciás adatokhoz a felületnek tisztának és síknak kell lennie, a csapot megfelelően kell meghúzni, a ragasztórétegnek vékonynak és egyenletesnek kell lennie, a mágneses alapnak teljesen a helyére kell kerülnie, a kábelt pedig rögzíteni kell a húzás megakadályozása érdekében. A szerelési rezonancia kalkulátor becslések szerint hol ér véget az egyes módszerek használható sávja; a tartósan telepített érzékelők esetében a megfelelő érzékelő rögzítése kodifikálták a ISO 5348.
A terepen ezek az érzékelők minden hordozható analizátor elülső részét képezik. Egy kétcsatornás műszer, mint például a Balanset-1A IEPE gyorsulásmérőket használ az egy- és kétsíkú mérésekhez szükséges szinkronizált amplitúdó és fázis rögzítéséhez. kiegyensúlyozás és a gép saját csapágyainak rutin diagnosztikájához üzemi sebességnél. A közelségmérő szondával és a sebességmérő jelátalakító, a piezoelektromos gyorsulásmérő a három fő rezgésmérő egyike. átalakítók - és messze a legsokoldalúbb, ezért továbbra is az ipari rezgésfelügyelet, diagnosztika és kiegyensúlyozás gerincét képezi világszerte.
