Memahami Akselerometer Piezoelektrik
Definisi: Apa itu Akselerometer Piezoelektrik?
Akselerometer piezoelektrik adalah sebuah getaran sensor yang menggunakan efek piezoelektrik—di mana kristal tertentu menghasilkan muatan listrik saat diberi tekanan mekanis—untuk mengubah energi mekanis percepatan menjadi sinyal listrik yang sebanding dengan amplitudo getaran. Ketika sensor mengalami percepatan, massa internal (massa seismik) memampatkan atau meregangkan elemen kristal piezoelektrik, menghasilkan muatan listrik atau tegangan yang dikondisikan dan dikeluarkan sebagai sinyal pengukuran.
Akselerometer piezoelektrik merupakan sensor getaran yang paling banyak digunakan dalam aplikasi industri karena rentang frekuensinya yang luas (0,5 Hz hingga 50+ kHz), sensitivitas tinggi, ketahanan, dan sifat pembangkitan daya sendiri (tidak memerlukan sumber daya eksternal untuk elemen penginderaan itu sendiri). Akselerometer piezoelektrik merupakan fondasi dari teknologi modern. analisis getaran dan program pemantauan kondisi.
Efek Piezoelektrik
Prinsip Fisika
- Kristal tertentu (kuarsa, turmalin) dan keramik (PZT, barium titanat) bersifat piezoelektrik
- Tekanan mekanis menghasilkan muatan listrik pada permukaan kristal
- Muatan sebanding dengan gaya yang diberikan
- Efek reversibel (memberikan tegangan menyebabkan deformasi)
- Menghasilkan daya sendiri (tidak memerlukan daya untuk pembangkitan muatan)
Dalam Akselerometer
- Getaran mempercepat dasar dan rumah sensor
- Massa seismik internal mengalami gaya (F = m × a)
- Gaya memampatkan kristal piezoelektrik
- Kristal menghasilkan muatan yang sebanding dengan gaya (dan dengan demikian percepatan)
- Muatan dikumpulkan pada elektroda dan diubah menjadi sinyal yang dapat diukur
Jenis-jenis Akselerometer Piezoelektrik
Dengan Desain Internal
Jenis Kompresi
- Desain yang paling umum
- Kristal terkompresi antara massa dan dasar
- Kisaran suhu yang kokoh dan lebar
- Cocok untuk lingkungan yang keras
Jenis Geser
- Kristal tergeser oleh gerakan massa
- Isolasi regangan dasar yang sangat baik
- Respons frekuensi rendah yang lebih baik
- Kurang sensitif terhadap perubahan suhu
- Performa premium
Tipe Lentur (Tekuk)
- Kristal dalam konfigurasi lentur
- Sensitivitas tinggi memungkinkan
- Kurang umum dalam aplikasi industri
Berdasarkan Jenis Elektronik
Mode Pengisian Daya
- Keluarannya adalah muatan (pikokoulomb)
- Membutuhkan penguat muatan eksternal
- Kemampuan suhu ekstrim (hingga 650°C)
- Output impedansi tinggi (sensitif terhadap kabel)
- Aplikasi khusus
IEPE/ICP (Mode Tegangan)
- Elektronik internal mengubah muatan menjadi tegangan
- IEPE adalah standar industri
- Output impedansi rendah
- Konektivitas sederhana
- 95%+ aplikasi industri
Spesifikasi Kinerja
Sensitivitas
- Output per satuan percepatan (mV/g, pC/g)
- Khas: 10-100 mV/g untuk IEPE; 1-100 pC/g untuk mode pengisian daya
- Sensitivitas lebih tinggi = resolusi lebih baik tetapi jangkauan lebih rendah
- Pemilihan berdasarkan tingkat getaran yang diharapkan
Rentang Frekuensi
- Frekuensi Rendah: 0,5-5 Hz tergantung pada elektronik
- Frekuensi Tinggi: 5-50 kHz hingga resonansi
- Jangkauan yang Dapat Digunakan: Biasanya hingga 1/3 dari frekuensi resonansi
- Efek Pemasangan: Metode pemasangan membatasi respons frekuensi tinggi
Rentang Amplitudo
- Tujuan umum: ±50g hingga ±500g
- Sensitivitas tinggi: ±5g hingga ±50g
- Sensor kejut: ±500g hingga ±10.000g
- Tidak boleh melebihi jangkauan (kliping, kerusakan)
Kriteria Seleksi
Untuk Pemantauan Mesin Umum
- Akselerometer IEPE 100 mV/g
- Kisaran ±50g
- Rentang frekuensi 1 Hz – 10 kHz
- Peringkat suhu industri (-40 hingga +120°C)
- Tertutup rapat
Untuk Deteksi Cacat Bearing
- Respons frekuensi yang lebih tinggi (hingga 20+ kHz)
- Sensitivitas sedang (10-50 mV/g)
- Rentang dinamis yang lebar
- Pemasangan stud untuk kopling frekuensi tinggi terbaik
Untuk Aplikasi Suhu Tinggi
- IEPE suhu tinggi (hingga 175°C) atau mode pengisian daya (hingga 650°C)
- Pemasangan dan pemasangan kabel khusus
- Mungkin mengorbankan beberapa kinerja untuk kemampuan suhu
Pemasangan dan Instalasi
Efek Pemasangan pada Kinerja
- Dudukan Stud: Terbaik (datar hingga 10+ kHz)
- Perekat: Baik (datar hingga 7-8 kHz)
- Magnetik: Dapat diterima (datar hingga 2-3 kHz)
- Probe/Genggam: Buruk (terbatas pada frekuensi rendah, kualitatif)
Persyaratan Instalasi
- Permukaan pemasangan yang bersih dan rata
- Torsi yang tepat untuk pemasangan stud
- Lapisan perekat tipis dan merata
- Basis magnet terpasang sepenuhnya
- Kabel diamankan untuk mencegah penarikan
Akselerometer piezoelektrik, terutama jenis IEPE, merupakan tulang punggung pemantauan getaran industri. Kombinasi respons frekuensi yang lebar, sensitivitas tinggi, ketahanan, dan (bagi IEPE) kesederhanaannya menjadikannya sensor pilihan untuk pemantauan kondisi, diagnostik, dan penyeimbangan di sebagian besar aplikasi mesin putar di seluruh dunia.