Cos'è un accelerometro piezoelettrico? Sensore di vibrazioni • Bilanciatore portatile, analizzatore di vibrazioni "Balanset" per il bilanciamento dinamico di frantoi, ventilatori, pacciamatrici, coclee su mietitrebbie, alberi, centrifughe, turbine e molti altri rotori Cos'è un accelerometro piezoelettrico? Sensore di vibrazioni • Bilanciatore portatile, analizzatore di vibrazioni "Balanset" per il bilanciamento dinamico di frantoi, ventilatori, pacciamatrici, coclee su mietitrebbie, alberi, centrifughe, turbine e molti altri rotori

Cos'è un accelerometro piezoelettrico? Sensore di vibrazione

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Comprensione degli accelerometri piezoelettrici

Definizione: Che cos'è un accelerometro piezoelettrico?

Accelerometro piezoelettrico è un vibrazione sensore che utilizza l'effetto piezoelettrico, in cui alcuni cristalli generano carica elettrica quando sollecitati meccanicamente, per convertire la meccanica accelerazione in un segnale elettrico proporzionale all'ampiezza della vibrazione. Quando il sensore subisce un'accelerazione, una massa interna (massa sismica) comprime o allunga gli elementi di cristallo piezoelettrico, generando una carica elettrica o una tensione che viene condizionata e trasmessa come segnale di misura.

Gli accelerometri piezoelettrici sono i sensori di vibrazione più ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali grazie alla loro ampia gamma di frequenza (da 0,5 Hz a oltre 50 kHz), all'elevata sensibilità, alla robustezza e alla natura autogenerante (non richiedono alcuna fonte di alimentazione esterna per l'elemento sensibile stesso). Costituiscono la base dei moderni sensori di vibrazione. analisi delle vibrazioni e programmi di monitoraggio delle condizioni.

Effetto piezoelettrico

Principio fisico

  • Alcuni cristalli (quarzo, tormalina) e ceramiche (PZT, titanato di bario) sono piezoelettrici
  • Lo stress meccanico genera una carica elettrica sulle superfici dei cristalli
  • Carica proporzionale alla forza applicata
  • Effetto reversibile (l'applicazione di tensione provoca una deformazione)
  • Autogenerante (non è necessaria alcuna energia per la generazione della carica)

Nell'accelerometro

  1. La vibrazione accelera la base e l'alloggiamento del sensore
  2. La massa sismica interna subisce una forza (F = m × a)
  3. La forza comprime il cristallo piezoelettrico
  4. Il cristallo genera una carica proporzionale alla forza (e quindi all'accelerazione)
  5. Carica raccolta sugli elettrodi e convertita in segnale misurabile

Tipi di accelerometri piezoelettrici

Per progettazione interna

Tipo di compressione

  • Design più comune
  • Cristallo compresso tra massa e base
  • Robusto, ampio intervallo di temperatura
  • Adatto ad ambienti difficili

Tipo di taglio

  • Cristallo tagliato dal movimento di massa
  • Eccellente isolamento della deformazione di base
  • Migliore risposta alle basse frequenze
  • Meno sensibile ai transitori di temperatura
  • Prestazioni premium

Tipo flessionale (piegatura)

  • Cristallo in configurazione di flessione
  • Alta sensibilità possibile
  • Meno comune nelle applicazioni industriali

Per tipo di elettronica

Modalità di carica

  • L'uscita è carica (picocoulomb)
  • Richiede un amplificatore di carica esterno
  • Capacità di resistere a temperature estreme (fino a 650°C)
  • Uscita ad alta impedenza (sensibile al cavo)
  • Applicazioni specializzate

IEPE/ICP (Modalità di tensione)

  • L'elettronica integrata converte la carica in tensione
  • IEPE è lo standard del settore
  • Uscita a bassa impedenza
  • Connettività semplice
  • 95%+ di applicazioni industriali

Specifiche delle prestazioni

Sensibilità

  • Uscita per unità di accelerazione (mV/g, pC/g)
  • Tipico: 10-100 mV/g per IEPE; 1-100 pC/g per modalità di carica
  • Maggiore sensibilità = migliore risoluzione ma portata inferiore
  • Selezione basata sui livelli di vibrazione previsti

Gamma di frequenza

  • Bassa frequenza: 0,5-5 Hz a seconda dell'elettronica
  • Alta frequenza: 5-50 kHz alla risonanza
  • Intervallo utilizzabile: Tipicamente a 1/3 della frequenza di risonanza
  • Effetti del montaggio: Il metodo di montaggio limita la risposta alle alte frequenze

Gamma di ampiezza

  • Uso generale: da ±50 g a ±500 g
  • Alta sensibilità: da ±5 g a ±50 g
  • Sensori d'urto: da ±500 g a ±10.000 g
  • Non deve superare la portata (clipping, danni)

Criteri di selezione

Per il monitoraggio generale dei macchinari

  • Accelerometro IEPE da 100 mV/g
  • Gamma ±50g
  • Gamma di frequenza 1 Hz – 10 kHz
  • Temperatura di esercizio industriale (da -40 a +120°C)
  • Sigillato ermeticamente

Per il rilevamento dei difetti dei cuscinetti

  • Risposta in frequenza più elevata (fino a 20+ kHz)
  • Sensibilità moderata (10-50 mV/g)
  • Ampia gamma dinamica
  • Montaggio a perno per il miglior accoppiamento ad alta frequenza

Per applicazioni ad alta temperatura

  • IEPE ad alta temperatura (fino a 175°C) o modalità di carica (fino a 650°C)
  • Montaggio e cablaggio speciali
  • Potrebbe sacrificare alcune prestazioni per la capacità di temperatura

Montaggio e installazione

Effetti crescenti sulle prestazioni

  • Montaggio a perno: Migliore (piatto a 10+ kHz)
  • Adesivo: Buono (piatto a 7-8 kHz)
  • Magnetico: Accettabile (piatto a 2-3 kHz)
  • Sonda/Portatile: Scarso (limitato alle basse frequenze, qualitativo)

Requisiti di installazione

  • Superficie di montaggio pulita e piana
  • Coppia corretta per il montaggio del perno
  • Strato adesivo sottile e uniforme
  • Base magnetica completamente inserita
  • Cavo fissato per evitare trazioni

Gli accelerometri piezoelettrici, in particolare quelli di tipo IEPE, rappresentano la spina dorsale del monitoraggio delle vibrazioni industriali. La loro combinazione di ampia risposta in frequenza, elevata sensibilità, robustezza e (per gli IEPE) semplicità li rende il sensore di riferimento per il monitoraggio delle condizioni, la diagnostica e il bilanciamento nella stragrande maggioranza delle applicazioni di macchine rotanti in tutto il mondo.

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