Cos'è un accelerometro? Una guida per l'analisi delle vibrazioni

Definizione: Il nucleo della misurazione delle vibrazioni

UN accelerometro È un trasduttore (o sensore) che converte il movimento meccanico, in particolare l'accelerazione dovuta a vibrazioni o urti, in un segnale elettrico proporzionale. È il sensore più utilizzato nel campo della manutenzione predittiva e del monitoraggio delle condizioni. Misurando l'accelerazione dei componenti di una macchina, un accelerometro fornisce i dati grezzi necessari per diagnosticare un'ampia gamma di guasti meccanici ed elettrici, dai difetti dei cuscinetti allo sbilanciamento e al disallineamento.

Come funzionano gli accelerometri? Il principio piezoelettrico

Sebbene esistano diversi tipi di accelerometri, la stragrande maggioranza di quelli utilizzati per il monitoraggio dei macchinari industriali si basa su effetto piezoelettricoEcco una spiegazione semplificata del loro funzionamento:

1. Cristallo piezoelettrico: All'interno dell'accelerometro è presente una piccola massa fissata a un cristallo piezoelettrico (spesso un tipo di ceramica come il PZT).
2. Applicazione della forza: Quando la macchina vibra, l'alloggiamento del sensore si muove con essa. Per inerzia, la massa interna resiste a questo movimento ed esercita una forza sul cristallo.
3. Generazione di un segnale: Il cristallo piezoelettrico ha una proprietà unica: quando viene compresso o sollecitato, genera una piccola carica elettrica (una tensione) che è direttamente proporzionale alla forza applicata.
4. Uscita: Questo segnale di tensione viene quindi condizionato dall'elettronica interna e trasmesso tramite un cavo a un sistema di raccolta dati o di monitoraggio. Il segnale di uscita è una rappresentazione analogica dell'accelerazione della macchina in quel punto.

Tipi di accelerometri

Applicazioni diverse richiedono tipi diversi di accelerometri, ognuno con i propri punti di forza.

Accelerometri per uso generale

Sono i cavalli di battaglia del monitoraggio industriale. Hanno in genere una sensibilità di 100 mV/g e un intervallo di frequenza adatto alla maggior parte dei macchinari più comuni come pompe, motori e ventilatori (ad esempio, da 2 Hz a 10 kHz).

Accelerometri MEMS

Gli accelerometri MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sono sensori al silicio. Sono molto piccoli, a basso consumo ed economici. Sebbene tradizionalmente meno sensibili dei tipi piezoelettrici, i moderni sensori MEMS stanno migliorando rapidamente e sono comuni nell'elettronica portatile, nelle applicazioni automobilistiche e in alcuni sistemi di monitoraggio delle condizioni a basso costo.

Accelerometri piezoresistivi

Questi sensori vengono utilizzati per test d'urto e per misurare il movimento a bassa frequenza. Possono misurare fino a 0 Hz (accelerazione continua), il che è utile per applicazioni come la misurazione dell'accelerazione costante in una centrifuga.

Accelerometri ad alta frequenza

Progettati specificamente per rilevare eventi ad alta frequenza, come difetti iniziali di ingranaggi e cuscinetti, presentano una massa ridotta e una frequenza di risonanza più elevata, consentendo loro di misurare con precisione vibrazioni fino a 20 kHz o più.

Specifiche chiave e selezione

Quando si sceglie un accelerometro, gli ingegneri prendono in considerazione diversi parametri chiave:

• Sensibilità (mV/g): Una sensibilità più elevata produce un segnale più forte, ideale per misurare vibrazioni di basso livello. 100 mV/g è uno standard comune.
• Risposta in frequenza: L'intervallo di frequenze che il sensore può misurare con precisione. Deve corrispondere alle frequenze di guasto previste per la macchina.
• Intervallo di temperatura: Il sensore deve essere in grado di resistere alla temperatura di esercizio della superficie della macchina su cui è montato.
• Metodo di montaggio: Il modo in cui il sensore è fissato alla macchina (montaggio a perno, adesivo, magnete) influisce in modo significativo sulla precisione delle misurazioni ad alta frequenza. Un montaggio a perno offre la migliore connessione e risposta in frequenza.

Applicazioni nel monitoraggio delle condizioni

Gli accelerometri sono fondamentali per quasi tutte le attività di analisi delle vibrazioni, tra cui:

• Programmi di manutenzione predittiva: Raccolta di dati di routine sulle vibrazioni per monitorare lo stato di salute delle macchine e prevedere guasti.
• Diagnosi dei guasti: Identificazione di problemi specifici quali squilibrio, disallineamento, allentamento e usura dei cuscinetti.
• Test di accettazione: Verificare che i macchinari nuovi o riparati siano conformi alle specifiche sulle vibrazioni.
• Analisi modale: Studio delle frequenze naturali e delle forme modali di una struttura.

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