加速度計とは？振動解析ガイド

定義：振動測定の核心

アン 加速度計 機械の動き、特に振動や衝撃による加速度を、比例した電気信号に変換するトランスデューサー（またはセンサー）です。予知保全や状態監視の分野で最も広く使用されているセンサーです。機械部品の加速度を測定することで、加速度計はベアリングの欠陥からアンバランスやミスアライメントまで、幅広い機械的および電気的故障の診断に必要な生データを提供します。

加速度計はどのように動作するのか？圧電原理

加速度計にはいくつかの種類がありますが、産業機械の監視に使用されるほとんどのものは、 圧電効果仕組みを簡単に説明すると次のようになります。

1. 圧電結晶: 加速度計の内部には、圧電結晶 (多くの場合、PZT のようなセラミックの一種) に取り付けられた小さな質量があります。
2. 力を加える: 機械が振動すると、センサーハウジングもそれに合わせて動きます。慣性により、内部の質量がこの動きに抵抗し、結晶に力を及ぼします。
3. 信号の生成: 圧電結晶には、圧縮または応力が加わると、加えられた力に正比例する小さな電荷（電圧）を生成するというユニークな特性があります。
4. 出力： この電圧信号は内部の電子機器によって調整され、ケーブルを介してデータコレクターまたは監視システムに送信されます。出力信号は、その時点における機械の加速度をアナログで表したものです。

加速度計の種類

アプリケーションによって必要な加速度計のタイプは異なり、それぞれに長所があります。

汎用加速度計

これらは産業用モニタリングの主力製品です。通常、100 mV/gの感度と、ポンプ、モーター、ファンなどの一般的な機械に適した周波数範囲（例：2 Hz～10 kHz）を備えています。

MEMS加速度計

MEMS（微小電気機械システム）加速度計はシリコンベースのセンサーです。非常に小型で低消費電力、そしてコスト効率に優れています。従来は圧電型に比べて感度が劣っていましたが、最新のMEMSセンサーは急速に進化しており、携帯型電子機器、車載用途、そして一部の低コストの状態監視システムに広く利用されています。

ピエゾ抵抗型加速度計

これらのセンサーは、衝撃試験や低周波動作の測定に使用されます。0Hz（DC加速度）まで測定できるため、遠心分離機内の一定加速度の測定などの用途に便利です。

高周波加速度計

ギアやベアリングの初期欠陥など、高周波イベントの検出に特化して設計されています。質量が小さく、共振周波数が高いため、20kHz以上の振動を正確に測定できます。

主な仕様と選択

加速度計を選択する際、エンジニアはいくつかの重要なパラメータを考慮します。

• 感度（mV/g）： 感度が高いほど信号が強くなり、低レベルの振動の測定に適しています。100 mV/g が一般的な標準です。
• 周波数応答: センサーが正確に測定できる周波数の範囲。これは、機械の予想される故障周波数と一致する必要があります。
• 温度範囲： センサーは、取り付けられている機械表面の動作温度に耐えられる必要があります。
• 取り付け方法： センサーを機械に固定する方法（スタッドマウント、接着剤、磁石）は、高周波測定の精度に大きく影響します。スタッドマウントは、最適な接続と周波数応答を提供します。

状態監視におけるアプリケーション

加速度計は、次のようなほぼすべての振動解析タスクの基礎となります。

• 予測メンテナンスプログラム: 定期的な振動データを収集して、機械の状態の傾向を把握し、故障を予測します。
• 故障診断: アンバランス、ずれ、緩み、ベアリングの摩耗などの特定の問題を特定します。
• 受け入れテスト: 新しい機械または修理された機械が振動仕様を満たしていることを確認します。
• モーダル解析: 構造物の固有振動数とモード形状を研究します。

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