Kas yra akselerometras? Vibracijos analizės vadovas
An akselerometras yra keitiklis (arba jutiklis), kuris paverčia mechaninį judesį — būtent pagreitis atsirandančius dėl vibracijos ar smūgių — į proporcingą elektrinį signalą. Tai yra neabejotinai plačiausiai naudojamas jutiklis nuspėjamoji priežiūra ir būklės stebėjimas. Matuodamas, kaip greitai mašinos taško greitis kinta, akselerometras pateikia pirminius duomenis, kurie leidžia analitikui nustatyti įvairius mechaninius ir elektrinius gedimus – nuo guolių defektai į disbalansas ir nesutapimas.
1. Apibrėžimas: vibracijos matavimo esmė
Pagreitis yra pagrindinis rodiklis, kurį reikia matuoti besisukančiose mašinose, nes dinaminės jėgos, kurios kenkia mašinai – išcentrinė jėga, atsirandanti dėl masės sutelkimo vienoje vietoje, ir smūginė jėga, atsirandanti dėl suskilusio guolio žiedo – kinta proporcingai pagreičiui. Pagreičio matuoklis tiesiogiai reaguoja į šias jėgas, todėl jis yra beveik kiekvienos šiuolaikinės vibracijos analizatorius ir duomenų rinkėjas.
Vienas iš praktinių akselerometro privalumų yra tai, kad jo pagreičio signalą galima elektroniniu būdu integruotas vieną kartą duoti greitis (mm/s), o du kartus – kad gautume poslinkis (µm). Taigi vienas tinkamai sumontuotas jutiklis aprėpia visus tris klasikinės vibracijos matavimo vienetus, leidžiant analitikui pasirinkti tą, kuris geriausiai atskleidžia konkrečią gedimą.
2. Kaip veikia akselerometrai? Pjezoelektrinis principas
Nors yra keletas fizikinių principų, didžioji dauguma pramoninėse mašinose naudojamų akselerometrų veikia pagal pjezoelektrinis efektas. Darbo eiga yra paprasta:
- Piezoelektrinis kristalas: Jutiklio viduje prie pjezoelektrinis elementas — paprastai keramika, pavyzdžiui, PZT, arba aukščiausios klasės jutikliuose – tiksliai išpjaustytas kvarco kristalas.
- Jėgos taikymas: Kai mašina vibruoja, kartu su ja juda ir korpusas. Dėl inercijos vidinė masė priešinasi šiam judesiui ir veikia kristalą jėga, kuri pagal Niutono antrąjį dėsnį lygi masės ir pagreičio sandaugai.
- Signalo generavimas: Veikiamas pjezoelektrinis kristalas generuoja nedidelį elektros krūvį, kuris yra tiesiogiai proporcingas veikiančiai jėgai, taigi ir pagreičiui.
- Išvestis: Vidinė elektronika apdoroja šį signalą ir perduoda jį kabeliu į duomenų surinkimo įrenginį arba stebėjimo sistemą kaip analoginį to taško pagreičio atvaizdą.
Pagal tai, kaip nustatomas šis mokestis, išskiriamos dvi pagrindinės grupės. A įkrovimo-išleidimo jutiklis perduoda neapdorotus duomenis į išorinį įkrovimo stiprintuvas ir yra atsparus labai aukštoms temperatūroms. Pramonėje kur kas dažniau naudojamas IEPE (arba Įtampos režimas) tipo, kuriame stiprintuvas įmontuotas pačiame jutiklyje ir išveda mažos varžos įtampą, kuri puikiai perduodama paprastu dvigysliu kabeliu. Patvariausiose konstrukcijose naudojamas šlyties konstrukcija, kuri apsaugo kristalą nuo pagrindo išlinkimo ir staigių temperatūros pokyčių.
3. Akselerometrų tipai
Skirtingiems taikymams reikalingi skirtingi jutikliai, kurių kiekvienas turi savų privalumų.
Bendrosios paskirties akselerometrai
Tai – pramoninio stebėjimo pagrindiniai elementai. Paprastai jie siūlo jautrumas 100 mV/g jautrumą ir dažnių diapazoną, tinkamą dažniausiai naudojamiems įrenginiams, pavyzdžiui, siurbliams, varikliams ir ventiliatoriams – maždaug nuo 2 Hz iki 10 kHz.
MEMS akselerometrai
Mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) akselerometrai yra pagaminti iš silicio, labai maži, mažai energijos naudojantys ir ekonomiški. Nors anksčiau jie buvo mažiau jautrūs nei pjezoelektriniai, šiuolaikiniai MEMS įrenginiai sparčiai tobulėja ir yra plačiai naudojami nešiojamuosiuose elektronikos prietaisuose, automobilių sistemose, belaidė stebėsena mazgai ir pigesnės būklės stebėjimo sistemos.
Pjezorezistiniai akselerometrai
Šie jutikliai, skirti smūgiams ir žemo dažnio judesiams matuoti, reaguoja net iki 0 Hz (nuolatinio srovės pagreičio), todėl jie tinka nuolatinio pagreičio matavimui centrifugoje arba lėto transporto priemonės važiavimo judesio matavimui.
Aukšto dažnio akselerometrai
Šie jutikliai, sukurti aukšto dažnio reiškiniams, pavyzdžiui, ankstyvosioms pavarų ir guolių gedimų stadijoms, aptikti, naudoja mažesnę seisminę masę ir aukštesnį rezonansinį dažnį, todėl leidžia atlikti tikslius matavimus iki 20 kHz ar dar aukštesniu dažniu – tai diapazonas, kuriame tokios technologijos kaip gaubtinės analizė ir impulsinis metodas gyvai.
4. Pagrindinės techninės charakteristikos ir pasirinkimas
Renkantis akselerometrą, inžinieriai atsižvelgia į keletą parametrų:
- Jautrumas (mV/g): Didesnis jautrumas užtikrina stipresnį signalą, kuris geriau atskleidžia silpną vibraciją; 100 mV/g yra įprastas pramoninis standartas.
- Dažnių atsakas: Juosta, kurioje jutiklis rodo tikslius rodmenis. Ji turi apimti numatomą gedimų dažniai mašinos, paliekant pakankamą atsargą žemiau paties jutiklio natūralusis (rezonansinis) dažnis.
- Temperatūros diapazonas: Jutiklis turi atlaikyti paviršiaus, ant kurio jis montuojamas, temperatūrą; a temperatūros jutiklis dažnai įrengiami toje pačioje vietoje, kad būtų galima vykdyti bendrą stebėjimą.
- Montavimo būdas: Tai, kaip tvirtinamas jutiklis – ant varžto, klijais ar magnetu – labai veikia matavimo tikslumą aukšto dažnio srityje. Tvirtinimas ant varžto ISO 5348 užtikrina geriausią sąsają ir didžiausią naudingą dažnių juostą; magnetas yra patogus dirbant su maršrutais, tačiau sumažina viršutinę dažnio ribą. Prasta montavimas gali sukelti klaidingą didėjantis rezonansas kuris maskuojasi kaip įrenginio gedimas.
Galite apskaičiuoti, kiek tam tikras priedas padidins duomenų srauto pralaidumą, naudodami Akselerometro tvirtinimo rezonanso skaičiuoklė prieš nuspręsdami, kokią montavimo schemą pasirinkti.
5. Taikymas būklės stebėjime
Akcelerometrai yra beveik kiekvieno vibracijos analizė užduotis, įskaitant:
- Profilaktinės techninės priežiūros programos: rutininiai duomenų rinkimo darbai maršrutas siekiant stebėti įrangos būklę ir prognozuoti gedimus.
- Gedimų diagnostika: nustatyti disbalansą, nesutapimą, laisvumas ir guolių susidėvėjimas iš vibracijos spektras.
- Priėmimo testavimas: patikrinti, ar nauji arba suremontuoti įrenginiai atitinka vibracijos reikalavimus, pavyzdžiui, ISO 20816 (šiuolaikinis ISO 10816 standarto pakaitalas).
- Modalinė analizė: studijuoti savieji dažniai ir režimo formos struktūros.
Lauko balansavimas yra vienas iš sudėtingiausių šių darbų, nes tam reikia ir amplitudės ir . fazė vibracijos, atsirandančios kartą per apsisukimą. Nešiojamas dviejų kanalų prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A paima du savo akselerometrus, juos susieja su tachometras impulsą ir tiesiogiai matuoja 1× amplitudę bei fazę pačiuose mašinos guoliuose esant darbinio greičio sąlygoms – taip paverčiant neapdorotą akselerometro signalą į įtakos koeficientus ir korekcijos svorio koeficientus, reikalingus rotoriui subalansuoti vietoje.
