Што е акцелерометар? Водич за анализа на вибрации
Еден акцелерометар е претворувач (или сензор) што претвора механичко движење — конкретно забрзување произведено од вибрации или удар — во пропорционален електричен сигнал. Тоа е далеку најшироко користениот сензор во предиктивно одржување и мониторинг на состојбата. Со мерење колку брзо една точка на машината ја менува брзината, акселерометарот ги обезбедува суровите податоци што му овозможуваат на аналитичарот да дијагностицира широк опсег на механички и електрични дефекти — од дефекти на лежишта во дебаланс и неосовиненост.
1. Дефиниција: Јадрото на мерењето на вибрациите
Забрзувањето е природната величина за мерење на ротирачки машини бидејќи динамичките сили што ја оштетуваат машината — центрифугална сила од тешко место, удар од излупена патека на лежиште — растат со забрзувањето. Акселерометарот реагира директно на тие сили, поради што се наоѓа во срцето на речиси секој модерен вибрациски анализатор и собирач на податоци.
Една од практичните предности на акселерометарот е тоа што неговиот сигнал на забрзување може електронски да се интегрирано еднаш за да даде брзина (mm/s), и двапати за да даде поместување (µm). Затоа еден добро монтиран сензор ги покрива сите три класични единици на вибрации, овозможувајќи му на аналитичарот да ја избере онаа што најдобро открива даден дефект.
2. Како функционираат акселерометрите? Пиезоелектричниот принцип
Иако постојат неколку физички принципи, огромното мнозинство акселерометри што се користат за индустриски машини се засноваат на пиезоелектричен ефект. Работната секвенца е едноставна:
- Пиезоелектричен кристал: Внатре во сензорот мала сеизмичка маса е прицврстена на пиезоелектричен елемент — обично керамика како PZT, или во премиум сензори прецизно сечен кварцен кристал.
- Примена на сила: Кога машината вибрира, куќиштето се движи со неа. По инерција, внатрешната маса се спротивставува на тоа движење и врши сила врз кристалот — еднаква, според вториот Њутнов закон, на масата помножена со забрзувањето.
- Генерирање сигнал: Напрегнат пиезоелектричен кристал произведува мал електричен полнеж директно пропорционален на применетата сила, а со тоа и на забрзувањето.
- Излез: Внатрешната електроника го кондиционира овој полнеж и го пренесува преку кабел до собирач на податоци или систем за следење како аналоген приказ на забрзувањето во таа точка.
Начинот на кој се кондиционира тој полнеж дефинира две вообичаени фамилии. Еден полнежно-излезен сензор го испорачува суровиот полнеж до надворешен полначки засилувач и поднесува многу високи температури. Далеку почест во индустријата е IEPE (или напонски режим) тип, кој го вградува засилувачот во сензорот и дава напон со ниска импеданса што добро патува по обичен двожилен кабел. Најробусните дизајни користат смолкнувачка конструкција, која го изолира кристалот од свиткување на основата и термички премини.
3. Видови акселерометри
Различни примени бараат различни сензори, секој со свои предности.
Акселерометри за општа намена
Тие се работните коњи на индустриското следење. Обично нудат чувствителност од 100 mV/g и фреквентен опсег погоден за најчестите машини како пумпи, мотори и вентилатори — приближно од 2 Hz до 10 kHz.
MEMS акцелерометри
Микро-електро-механичките (MEMS) акселерометри се на база на силициум, многу мали, со мала потрошувачка и исплатливи. Историски помалку чувствителни од пиезоелектричните типови, современите MEMS уреди брзо се подобруваат и се вообичаени во преносната електроника, автомобилските системи, безжично следење јазли и поефтини инсталации за следење на состојбата.
Пиезоотпорни акцелерометри
Користени за тестирање на удар и нискофреквентно движење, овие сензори реагираат сè до 0 Hz (DC забрзување), што ги прави корисни за мерење на постојаното забрзување во центрифуга или бавното возно движење на возило.
Високофреквентни акцелерометри
Дизајнирани да фаќаат високофреквентни настани како рани оштетувања на запчаници и лежишта, овие сензори користат помала сеизмичка маса и повисока резонантна фреквенција, овозможувајќи прецизно мерење до 20 kHz или повеќе — опсегот каде што техники како анализа на обвивката и метод на ударни импулси во живо.
4. Клучни спецификации и избор
При изборот на акселерометар, инженерите вагаат неколку параметри:
- Чувствителност (mV/g): Повисоката чувствителност дава посилен излез, подобар за разрешување на вибрации со ниско ниво; 100 mV/g е вообичаениот индустриски стандард.
- Фреквентен одѕив: Опсегот во кој сензорот чита точно. Мора да го покрие очекуваниот фреквенции на дефекти на машината, со удобна маргина под сопствената сопствена (резонантна) фреквенција.
- Температурен опсег: Сензорот мора да ја издржи површинската температура каде што е монтиран; температурен сензор често се поставува во близина за комбинирано следење.
- Метод на монтирање: Начинот на кој се прицврстува сензорот — навртка, лепило или магнет — силно влијае на точноста при високи фреквенции. Монтажа со навртка според ISO 5348 дава најдобра спрега и најшироко употребливо фреквенциско подрачје; магнетот е практичен за рутинска работа на маршрута, но ја намалува горната гранична фреквенција. Лошото монтирање може да внесе лажна монтажна резонанца која се маскира како машински дефект.
Можете да го процените намалувањето на фреквенцискиот опсег кај дадено прицврстување со Калкулатор за резонанца при монтажа на акцелерометар пред да се определите за шема на монтирање.
5. Примени во следењето на состојбата
Акселерометрите се основа на речиси секоја анализа на вибрации задача, вклучувајќи:
- Програми за предиктивно одржување: собирање рутински податоци на маршрута за следење на трендот на здравјето на машината и прогнозирање на дефекти.
- Дијагностика на дефекти: прецизно одредување на неурамнотеженост, неосовиненост, разлабавеност и абење на лежиштата од вибрационен спектар.
- Тестирање при прием: потврдување дека новата или поправената машинерија ги исполнува спецификациите за вибрации како што е ISO 20816 (современиот наследник на ISO 10816).
- Модална анализа: проучување на сопствени фреквенции и модални форми на конструкција.
Балансирањето на терен е една од најбарателните од овие задачи, бидејќи бара и амплитуда и на фаза на вибрацијата еднаш по вртеж. Преносен двоканален инструмент како што е Balanset-1A ги зема своите два акселерометри, ги заклучува на тахометар пулс, и ја мери амплитудата и фазата на 1× директно во сопствените лежишта на машината при работна брзина — претворајќи го суровиот сигнал од акселерометарот во коефициенти на влијание и корекциски тегови потребни за балансирање на роторот на самото место.
