Comprensione della sensibilità del sensore
Definizione: Che cos'è la sensibilità?
Sensibilità è il rapporto tra il segnale di uscita di un sensore e la grandezza fisica di ingresso misurata, che rappresenta il guadagno o il fattore di conversione del sensore. Per vibrazione sensori, la sensibilità definisce quanta potenza elettrica (tensione o carica) viene prodotta per unità di vibrazione (accelerazione, velocità o spostamento). Una maggiore sensibilità comporta un segnale di uscita più ampio per un dato livello di vibrazione, garantendo una migliore risoluzione e un rapporto segnale/rumore migliori, ma limitando l'intervallo di misurazione massimo prima che l'uscita del sensore si saturi.
La sensibilità è la specifica fondamentale che deve essere nota per convertire la tensione di uscita del sensore in unità di vibrazione significative. Viene determinata durante la produzione. calibrazione, documentati sui certificati di calibrazione e utilizzati in tutti i calcoli delle vibrazioni. La comprensione dei compromessi di sensibilità consente di selezionare il sensore più adatto per specifici requisiti di misurazione.
Unità di sensibilità per tipo di sensore
Accelerometri
Modalità IEPE/Tensione
- Unità: mV/g (millivolt per g di accelerazione)
- Valori tipici: 10-1000 mV/g
- Standard: 100 mV/g più comune
- Alta sensibilità: 500-1000 mV/g (applicazioni a basse vibrazioni)
- Bassa sensibilità: 10-50 mV/g (applicazioni con vibrazioni elevate e urti)
Modalità di carica
- Unità: pC/g (picocoulomb per g)
- Valori tipici: 1-1000 pC/g
- Scopo generale: 10-50 pC/g comune
Sensori di velocità
- Unità: mV per pollice/s o mV per mm/s
- Tipico: 100 mV/pollice/s o ~4000 mV/mm/s
- Unità alternative: V per m/s
Sonde di spostamento
- Unità: mV/mil o V/mm
- Tipico: 200 mV/mil o 7,87 V/mm (sonde a correnti parassite)
- Calibrato: Per materiale target specifico e intervallo di gap
Compromessi di sensibilità
Alta sensibilità (100-1000 mV/g)
Vantaggi
- Segnale di uscita elevato per basse vibrazioni
- Migliore risoluzione (può rilevare piccole modifiche)
- Miglior rapporto segnale/rumore
- Adatto per macchinari a basse vibrazioni
Svantaggi
- Gamma dinamica limitata (satura a vibrazioni inferiori)
- Intervallo tipico: da ±5 g a ±50 g
- Non adatto per applicazioni con forti vibrazioni o urti
Bassa sensibilità (10-50 mV/g)
Vantaggi
- Ampia gamma dinamica
- Può misurare vibrazioni elevate (da ±100 g a ±10.000 g)
- Adatto a urti e impatti
- Non si saturerà in condizioni di vibrazioni elevate
Svantaggi
- Potenza di uscita inferiore per vibrazioni ridotte
- Rapporto segnale/rumore inferiore
- Risoluzione ridotta
- Potrebbero mancare piccole variazioni di vibrazione
Selezione della sensibilità
In base all'applicazione
Bassa vibrazione (< 5 mm/s)
- Utilizzare un'elevata sensibilità (100-500 mV/g)
- Macchinari di precisione, attrezzature a bassa velocità
- Serve una buona risoluzione per piccoli cambiamenti
Vibrazione moderata (5-20 mm/s)
- Sensibilità standard (50-100 mV/g)
- Macchinari industriali generali
- Gamma di applicazioni più comune
Vibrazioni elevate (> 20 mm/s)
- Bassa sensibilità (10-50 mV/g)
- Prevenire la saturazione
- Frantoi, mulini, attrezzature ad alto sbilanciamento
Shock e impatto
- Sensibilità molto bassa (1-10 mV/g)
- Misurare fino a ±1000 g o più
- Test di impatto, crash test
Effetto sulle misurazioni
Livello del segnale
- Maggiore sensibilità → maggiore tensione del segnale
- Utilizza meglio la gamma di input dello strumento
- Risoluzione migliorata
- Ma limita la massima vibrazione misurabile
Gamma dinamica
- Intervallo dal rumore di fondo alla saturazione
- Alta sensibilità: gamma ristretta (adatta per segnali di piccola entità)
- Bassa sensibilità: ampia gamma (adatta per segnali variabili)
- Compromesso tra risoluzione e portata
Prestazioni acustiche
- Rumore intrinseco del sensore (rumore elettrico nell'elettronica)
- Maggiore sensibilità = miglior rapporto segnale/rumore per basse vibrazioni
- Il rumore diventa più significativo con una sensibilità inferiore
Taratura e verifica
Calibrazione di fabbrica
- Nuovi sensori calibrati in fabbrica
- Sensibilità indicata sul sensore o sul certificato
- Tolleranza tipicamente ±5-10%
- Dovrebbe essere verificato prima dell'uso critico
Ricalibrazione periodica
- La sensibilità può variare nel tempo
- Ricalibrare annualmente o secondo programma
- Sensibilità aggiornata dal certificato di calibrazione
- Inserisci nello strumento o applica correzioni
Verifica sul campo
- Il calibratore portatile fornisce vibrazioni note
- Verificare che l'output del sensore corrisponda a quello previsto (sensibilità × input)
- Controllo rapido prima di misurazioni critiche
Specifiche correlate
Campo di misura
- Il sensore di vibrazione massimo può misurare
- Inversamente proporzionale alla sensibilità
- Esempio: 100 mV/g con uscita ±5V → intervallo ±50g
Risoluzione
- La più piccola variazione di vibrazione rilevabile
- Limitato dal rumore e dalla digitalizzazione
- Maggiore sensibilità, migliore risoluzione
Linearità
- Come la sensibilità costante rimane nell'intervallo di misurazione
- Buoni sensori: < 1% deviazione dalla linearità
- Specificato come errore su scala completa %
Considerazioni pratiche
Corrispondenza degli input dello strumento
- L'intervallo di input dello strumento deve corrispondere all'output del sensore
- Esempio: sensore da 100 mV/g × vibrazione da 50 g = uscita da 5 V (deve adattarsi all'ingresso ±5 V dello strumento)
- I guadagni di ingresso regolabili si adattano a diverse sensibilità
Sensori multipli
- Utilizzo di sensori con diverse sensibilità in un unico programma
- È necessario configurare lo strumento per ogni sensore
- Errore se è stata inserita una sensibilità errata
- Standardizzare su una sensibilità semplifica le operazioni
La sensibilità del sensore è una specifica fondamentale che definisce la conversione tra vibrazione fisica e segnale elettrico. La comprensione delle unità di misura della sensibilità, dei criteri di selezione basati sui livelli di vibrazione previsti e della corretta impostazione della sensibilità negli strumenti di misura è essenziale per misurazioni accurate delle vibrazioni, una selezione appropriata dei sensori ed evitare errori di misurazione dovuti a disallineamenti di sensibilità o saturazione.
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