Trasduttori: i sensori dell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cos'è un trasduttore?

Nel contesto dell'analisi delle vibrazioni, un trasduttore è un dispositivo che converte il movimento fisico e meccanico (vibrazione) in un segnale elettrico proporzionale. Questo segnale elettrico può quindi essere elaborato, misurato e analizzato da un sistema di raccolta dati o di monitoraggio. I trasduttori sono i sensori principali e il primo anello della catena di misurazione; senza un trasduttore affidabile, non è possibile effettuare un'analisi significativa. La scelta del trasduttore è una decisione critica che dipende dal tipo di macchina, dalla sua velocità e dai guasti specifici da monitorare.

I tre principali tipi di trasduttori di vibrazione

Esistono tre tipi principali di trasduttori utilizzati nel monitoraggio delle macchine industriali, ognuno dei quali misura un diverso parametro fisico di vibrazione.

1. L'accelerometro (misura l'accelerazione)

Il accelerometro è di gran lunga il trasduttore di vibrazioni più comune e versatile. Misura l'accelerazione della struttura su cui è montato.

• Principio: La maggior parte degli accelerometri industriali sono piezoelettrici, ovvero utilizzano un cristallo che genera una tensione quando viene sollecitato da una massa interna.
• Punti di forza: Hanno una gamma di frequenza estremamente ampia, sono molto robusti, sono disponibili in molti design diversi e possono essere utilizzati su quasi tutti i tipi di macchinari. Sono particolarmente indicati per il rilevamento di eventi ad alta frequenza.
• Utilizzo primario: Monitoraggio di macchinari per uso generale, dalle macchine a bassa velocità alle turbomacchine ad altissima velocità. Sono il sensore ideale per rilevare guasti ad alta frequenza come difetti dei cuscinetti e degli ingranaggi.

2. Il trasduttore di velocità (misura la velocità)

A trasduttore di velocità è un sensore elettrodinamico che misura direttamente la velocità di vibrazione.

• Principio: Funziona come un microfono, con una bobina di filo sospesa in un campo magnetico. Quando l'alloggiamento vibra, il movimento relativo tra bobina e magnete genera una tensione proporzionale alla velocità.
• Punti di forza: Producono un segnale forte e a basso rumore nella gamma delle medie frequenze (da circa 10 Hz a 1.000 Hz), che è quella in cui si verificano i guasti più comuni come sbilanciamenti e disallineamenti. Non richiedono alimentazione esterna.
• Punti deboli: Sono più fragili degli accelerometri, hanno un intervallo di frequenza limitato e sono sensibili ai campi magnetici e all'orientamento di montaggio. Sono stati ampiamente sostituiti dagli accelerometri combinati con l'integrazione elettronica per il calcolo della velocità.
• Utilizzo primario: Storicamente utilizzato per il monitoraggio generale delle macchine, prima che gli accelerometri robusti diventassero comuni. A volte viene ancora utilizzato per il monitoraggio permanente nella gamma delle medie frequenze.

3. La sonda di prossimità (misura lo spostamento)

Il sonda di prossimità (o sonda a correnti parassite) è un trasduttore senza contatto che misura lo spostamento di un albero rotante.

• Principio: Utilizza un campo elettromagnetico per indurre e misurare le correnti parassite sulla superficie dell'albero, il che consente di misurare lo spazio tra la punta della sonda e l'albero.
• Punti di forza: Misura il movimento effettivo dell'albero stesso, non quello della carcassa della macchina. È senza contatto e la sua misurazione arriva fino a 0 Hz (CC), consentendo di misurare la posizione media dell'albero e le sue vibrazioni.
• Utilizzo primario: Essenziale per la protezione e il monitoraggio di turbomacchine critiche ad alta velocità con cuscinetti a film fluido, come turbine e compressori. Viene utilizzato per analizzare fenomeni come orbite dell'albero e posizione della linea centrale.

Scegliere il trasduttore giusto

La scelta del trasduttore è un passaggio fondamentale nell'impostazione di un programma di monitoraggio. La regola generale è quella di scegliere il trasduttore più sensibile nell'intervallo di frequenza dei guasti previsti:

• Utilizzo sonde di prossimità per il movimento dell'albero su macchine con cuscinetti a film fluido.
• Utilizzo accelerometri per tutto il resto, poiché sono i più versatili. Il segnale può essere integrato alla velocità per analizzare guasti a media frequenza o utilizzato direttamente come accelerazione per guasti ad alta frequenza.

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