Apa itu Akselerometer? Panduan untuk Analisis Getaran
Sebuah akselerometer adalah sebuah transduser (atau sensor) yang mengubah gerak mekanis — khususnya percepatan yang dihasilkan oleh getaran atau guncangan — menjadi sinyal listrik yang sebanding. Sensor ini merupakan sensor yang paling banyak digunakan di pemeliharaan prediktif dan pemantauan kondisi. Dengan mengukur seberapa cepat perubahan kecepatan suatu titik pada mesin, akselerometer menyediakan data mentah yang memungkinkan seorang analis mendiagnosis berbagai macam gangguan mekanis dan listrik — mulai dari cacat bantalan ke ketidakseimbangan dan ketidaksejajaran.
1. Definisi: Inti dari Pengukuran Getaran
Percepatan merupakan besaran fisika yang paling tepat untuk diukur pada mesin berputar karena gaya-gaya dinamis yang dapat merusak mesin — seperti gaya sentrifugal akibat titik berat yang tidak seimbang atau benturan akibat retaknya cincin bantalan — berbanding lurus dengan percepatan. Akselerometer merespons secara langsung gaya-gaya tersebut, itulah sebabnya alat ini menjadi komponen inti pada hampir setiap mesin modern penganalisa getaran dan pengumpul data.
Salah satu keunggulan praktis dari akselerometer adalah sinyal percepatannya dapat diproses secara elektronik terintegrasi sekali untuk memberi kecepatan (mm/s), dan dua kali untuk menghasilkan pemindahan (µm). Dengan demikian, satu sensor yang terpasang dengan baik dapat mencakup ketiga unit getaran klasik tersebut, sehingga analis dapat memilih unit mana pun yang paling tepat untuk mengidentifikasi suatu kerusakan tertentu.
2. Bagaimana Cara Kerja Akselerometer? Prinsip Piezoelektrik
Meskipun terdapat beberapa prinsip fisika, sebagian besar akselerometer yang digunakan pada mesin industri didasarkan pada efek piezoelektrik. Urutan kerjanya cukup sederhana:
- Kristal piezoelektrik: Di dalam sensor, sebuah massa seismik kecil dipasang pada sebuah piezoelektrik elemen — biasanya terbuat dari bahan keramik seperti PZT, atau pada sensor kelas atas berupa kristal kuarsa yang dipotong dengan presisi.
- Menerapkan kekuatan: Ketika mesin bergetar, casingnya ikut bergerak. Karena inersia, massa di dalamnya menahan gerakan tersebut dan memberikan gaya pada kristal — yang, menurut hukum kedua Newton, sama dengan hasil kali massa dan percepatan.
- Membuat sinyal: Kristal piezoelektrik yang diberi tegangan menghasilkan muatan listrik yang sangat kecil, yang berbanding lurus dengan gaya yang diberikan, dan karenanya juga dengan percepatan.
- Keluaran: Komponen elektronik internal mengolah sinyal ini dan meneruskannya melalui kabel ke alat pengumpul data atau sistem pemantauan sebagai representasi analog dari percepatan di titik tersebut.
Bagaimana kondisi muatan tersebut menentukan dua kelompok utama. A pengisian daya-keluaran sensor mengirimkan sinyal mentah ke perangkat eksternal penguat muatan dan tahan terhadap suhu yang sangat tinggi. Yang jauh lebih umum digunakan di industri adalah IEPE (atau mode tegangan) jenis, yang mengintegrasikan penguat ke dalam sensor dan menghasilkan tegangan berimpedansi rendah yang dapat ditransmisikan dengan baik melalui kabel dua kabel biasa. Desain yang paling andal menggunakan sebuah geser konstruksi yang melindungi kristal dari tekukan alas dan fluktuasi suhu.
3. Jenis-jenis Akselerometer
Aplikasi yang berbeda memerlukan sensor yang berbeda pula, masing-masing dengan keunggulannya sendiri.
Akselerometer Serbaguna
Inilah perangkat andalan dalam pemantauan industri. Perangkat ini umumnya menawarkan kepekaan sebesar 100 mV/g dan rentang frekuensi yang sesuai untuk sebagian besar mesin umum seperti pompa, motor, dan kipas — kira-kira 2 Hz hingga 10 kHz.
Akselerometer MEMS
Akselerometer Sistem Mikro-Elektro-Mekanik (MEMS) terbuat dari silikon, berukuran sangat kecil, hemat daya, dan terjangkau. Meskipun secara historis kurang sensitif dibandingkan jenis piezoelektrik, perangkat MEMS modern berkembang pesat dan kini umum digunakan dalam perangkat elektronik portabel, sistem otomotif, pemantauan nirkabel simpul dan sistem pemantauan kondisi yang lebih terjangkau.
Akselerometer Piezoresistif
Sensor-sensor ini digunakan untuk pengujian guncangan dan gerakan frekuensi rendah; sensor-sensor ini dapat mendeteksi hingga 0 Hz (percepatan DC), sehingga sangat berguna untuk mengukur percepatan konstan dalam sentrifugasi atau gerakan perlahan kendaraan saat melaju.
Akselerometer Frekuensi Tinggi
Dirancang untuk mendeteksi kejadian berfrekuensi tinggi seperti kerusakan awal pada roda gigi dan bantalan, sensor-sensor ini menggunakan massa seismik yang lebih kecil dan frekuensi resonansi yang lebih tinggi, sehingga memungkinkan pengukuran akurat hingga 20 kHz atau lebih — rentang frekuensi di mana teknik-teknik seperti analisis amplop dan metode gelombang kejut hidup.
4. Spesifikasi Utama dan Pemilihan
Saat memilih akselerometer, para insinyur mempertimbangkan beberapa parameter:
- Sensitivitas (mV/g): Sensitivitas yang lebih tinggi menghasilkan keluaran yang lebih kuat, sehingga lebih baik untuk mendeteksi getaran dengan amplitudo rendah; 100 mV/g merupakan standar industri yang umum.
- Respon frekuensi: Rentang di mana sensor dapat membaca dengan akurat. Rentang tersebut harus mencakup nilai yang diperkirakan frekuensi kesalahan pada mesin, dengan selisih yang cukup besar di bawah batas sensor itu sendiri frekuensi alami (resonansi).
- Kisaran suhu: Sensor harus tahan terhadap suhu permukaan tempat sensor tersebut dipasang; a sensor suhu sering ditempatkan di lokasi yang sama untuk pemantauan terpadu.
- Cara pemasangan: Cara pemasangan sensor — dengan baut, perekat, atau magnet — sangat memengaruhi akurasi pada frekuensi tinggi. Pemasangan dengan baut per ISO 5348 memberikan kopling terbaik dan lebar pita frekuensi yang dapat digunakan paling luas; magnet memang praktis untuk pekerjaan di lapangan, tetapi menurunkan batas frekuensi atas. Buruk pemasangan dapat menimbulkan kesan yang keliru pemasangan resonansi yang menyamar sebagai gangguan pada mesin.
Anda dapat memperkirakan penurunan kecepatan koneksi yang disebabkan oleh lampiran tertentu dengan menggunakan Kalkulator Resonansi Pemasangan Akselerometer sebelum memutuskan skema pemasangan.
5. Penerapan dalam Pemantauan Kondisi
Akselerometer menjadi dasar hampir setiap analisis getaran tugas, termasuk:
- Program pemeliharaan prediktif: mengumpulkan data rutin mengenai rute untuk memantau kondisi mesin dan memprediksi kegagalan.
- Diagnosis kerusakan: mengidentifikasi ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, kelonggaran dan keausan bantalan dari spektrum getaran.
- Pengujian penerimaan: memastikan bahwa mesin baru atau yang telah diperbaiki memenuhi spesifikasi getaran seperti ISO 20816 (versi terbaru dari ISO 10816).
- Analisis modal: mempelajari frekuensi alami dan bentuk mode dari sebuah struktur.
Penyeimbangan medan merupakan salah satu tugas yang paling menantang di antara tugas-tugas tersebut, karena memerlukan baik amplitudo dan yang fase dari getaran sekali putaran. Alat portabel dua saluran seperti Keseimbangan-1a menggunakan kedua akselerometernya, lalu mengunci keduanya ke sebuah takometer pulsa, serta mengukur amplitudo dan fase 1× secara langsung pada bantalan mesin itu sendiri pada kecepatan operasi — mengubah sinyal mentah akselerometer menjadi koefisien pengaruh dan bobot koreksi yang diperlukan untuk menyeimbangkan rotor di lokasi.
