圧電加速度計の理解
A 圧電加速度計 は 振動 特定の結晶が機械的応力を受けると電荷を発生させる圧電効果を利用したセンサーで、機械的 加速度 を振動振幅に比例した電気信号に変換します。センサーが加速すると、内部の地震質量が圧電素子を圧縮またはせん断し、生成された電荷または電圧が調整されて計測信号として出力されます。広い周波数範囲（約 0.5 Hz ～ 50 kHz 以上）、高感度、堅牢性、そして外部電源を必要としない自己発電型検出素子を備えることから、圧電加速度計は産業界で最も広く使用されている振動センサーであり、現代の 振動解析 および状態監視。
1. 圧電効果
物理原理
- 特定の結晶（石英、トルマリン）とセラミック（PZT、チタン酸バリウム）は圧電性がある。
- 機械的応力により、結晶表面に電荷が発生します。
- 電荷は加えられた力に比例します。
- この効果は可逆的であり、電圧を印加すると素子が変形します。
- 自己発電型であるため、電荷自体を生成するために電力は必要ありません。
加速度センサー内部
運動から信号までの経路は短く直接的です：
- 振動がセンサーのベースとハウジングを加速させます。
- 内部の錘（セイスミックマス）に力 F = m × a が作用します。
- その力が圧電クリスタルに応力を与えます。
- クリスタルは力に比例した、すなわち加速度に比例した電荷を生成します。
- 電荷は電極で収集され、計測可能な信号に変換されます。
出力が加速度を追跡するため、同一の信号を電子的に積分して 速度 中周波数の故障解析に使用したり、高周波数の用途ではそのまま直接使用したりすることができます。
2. 内部構造による種類
錘によるクリスタルへの負荷のかけ方が、センサーの特性を決定します。
- 圧縮型: 最も一般的な設計で、クリスタルが錘とベースの間で圧縮されます。堅牢で広い温度範囲を持ち、過酷な環境に適していますが、ベースひずみや熱過渡現象に対して感度が高くなる場合があります。
- Shear type: 錘の運動によってクリスタルがせん断されます。このジオメトリは優れたベースひずみ絶縁性、より良好な低周波応答、および温度過渡現象に対する低感度を実現します。そのため、 せん断加速度計 は、厳しい計測要件に対するプレミアムな選択肢となっています。
- たわみ（曲げ）型： クリスタルが曲げで作動することにより、非常に高い感度を実現しますが、堅牢性に劣り、産業用途では一般的ではありません。
3. 電気回路による種類
第二の分類は、信号調整用電子回路がセンサー内部に組み込まれているか、外部に配置されているかに関するものです。
- 電荷モード： 出力はピコクーロン単位の生の電荷であり、外部の チャージアンプ。高インピーダンス出力はケーブルの動きに敏感であり、 トライボ電気ノイズ、ただし内部電子回路を持たないため、これらのセンサーは極端な温度（約650 °Cまで）に耐えられ、特殊な高温用途には欠かせない存在です。
- IEPE / ICP（電圧モード）： 内蔵電子回路が電荷を低インピーダンス電圧に変換します。この アイイーピーイー インターフェース — また次のように説明されます 電圧モード加速度計 — は業界標準であり、シンプルな2線式接続と優れたノイズ耐性を提供します。産業用アプリケーションの95 %以上に対応しています。
4. 性能仕様
感度
感度 は加速度単位あたりの出力です。IEPEセンサーでは通常10〜100 mV/g、電荷モードでは1〜100 pC/gです。感度が高いほど分解能は向上しますが最大レンジは低下するため、予想される振動レベルに合わせて選択します。この 振動センサー感度計算ツール は出力電圧と対応する加速度の相互変換に役立ちます。
周波数範囲
- 低周波数： 電子回路によって設定される下限周波数は約0.5〜5 Hzです。
- 高周波： 取り付け時の共振周波数によって決まる上限周波数は5〜50 kHzです。 共振.
- Usable range: 数%レベルの振幅精度では、取り付け後の共振の約 5 分の 1（20%）まで 周波数、ISO 5348 によれば、共振の 3 分の 1はあくまで大まかなスクリーニング限界であり、その時点で振幅表示はすでに約 10–12% 高くなっています。
- 取り付け方法の影響： 取り付け方法は達成可能な高周波応答を大きく制限します。
振幅レンジとダイナミックレンジ
- 汎用：±50 g〜±500 g。
- 高感度：±5 g〜±50 g。
- 衝撃センサー：±500 g〜±10,000 g。
信号がセンサー’の測定レンジを超えてはなりません。超過するとクリッピングが発生し、素子を損傷させる可能性があります。広い ダイナミックレンジ があれば、1つのセンサーで微弱な軸受音と強い運転速度振動の両方を同一計測で分解することができます。
5. 選定基準
用途に合ったセンサーの選定が、良好な計測セットアップの核心です。
- 汎用機械モニタリング： 感度100 mV/gのIEPE加速度センサで、測定範囲±50 g、周波数応答1 Hz〜10 kHz、産業用温度定格（−40〜+120 °C）、および気密シール仕様です。
- 軸受欠陥検出： より高い周波数応答（20 kHz以上）により、 軸受欠陥周波数、適度な感度（10〜50 mV/g）、広いダイナミックレンジ、そして高周波結合を最良にするスタッドマウント取り付け — これらは初期の ベアリングの欠陥.
- 高温下での応用: 高温対応IEPEタイプ（約175 °Cまで）またはチャージモードタイプ（約650 °Cまで）を使用し、専用の取り付け具およびケーブルを組み合わせることで、高温環境への対応を優先しつつ、一部の性能をトレードオフとして許容します。
6. 取り付けと設置
取り付けインターフェースは計測システムの一部であり、取り付け後の共振周波数、ひいては高周波数上限を決定します。優れた順に示します：
- スタッドマウント： 最良の結合状態で、10 kHz以上までフラットな特性を持ちます。
- 接着剤： 良好で、概ね7〜8 kHzまでフラットです。
- 磁気: 許容範囲内で、約2〜3 kHzまでフラットです。
- プローブ／ハンドヘルド： 不良 — 低周波数および定性的な読み取りに限定されます。
高周波数データを確実に取得するためには、取り付け面が清潔で平坦であること、スタッドが正しいトルクで締め付けられていること、接着剤層が薄く均一であること、マグネットベースが完全に密着していること、そしてケーブルが引っ張られないように固定されていることが必要です。 取付共振計算機 各取り付け方法の使用可能な周波数帯域の上限を推定します。永久設置センサについては、正しい センサー取り付け に規定されています ISO 5348.
現場において、これらのセンサはすべてのポータブル振動アナライザのフロントエンドです。 バランセット-1A 単面および二面のバランシングに必要な、同じ同期振幅と位相を、IEPE 圧電センサーではなくキット付属の 2 個のアナログ MEMS 加速度計を使って取得します バランシング また、運転速度での機械固有の軸受における日常的な診断にも活用されます。近接プローブおよび 速度変換器とともに、圧電式加速度センサは3つの主要な振動 transducers — そして圧倒的に汎用性が高く、世界中の産業用振動モニタリング、診断、およびバランシングの基盤であり続けている理由もここにあります。
