Piek- versus piek-tot-piek-amplitude bij trillingsanalyse
Piek (Pk) en Piek-tot-piek (Pk-Pk) zijn twee van de belangrijkste manieren om de amplitude, of de amplitude, van een trillingssignaal. Hoewel ze nauw verwant zijn, meten ze verschillende kenmerken van de golfvorm en dienen ze verschillende diagnostische doelen. De keuze tussen beide — en weten hoe elk zich verhoudt tot RMS — is een van de eerste vaardigheden die een trillingsanalist zich eigen maakt, omdat dezelfde fysieke trilling er onschuldig of alarmerend kan uitzien, afhankelijk van welke omschrijving je gebruikt.
1. Definitie: Het onderscheid tussen piek en piek-tot-piek
Beide waarden worden uit het tijdgolfvorm — de grafiek van de momentane amplitude tegen de tijd — maar ze beschrijven de geometrie ervan op twee verschillende manieren.
Piek (Pk) amplitude
De piekwaarde is de maximale uitslag van de golfvorm ten opzichte van de nul- of evenwichtspositie in één richting, positief of negatief. Deze waarde geeft het moment weer waarop de trilling het sterkst is. Bij een symmetrische golfvorm zijn de positieve en negatieve pieken gelijk; bij een asymmetrische golfvorm verschillen ze, en meetinstrumenten kunnen de grootste van de twee weergeven als de echte piek.
Piek-tot-piek (Pk-Pk) amplitude
De piek-tot-piekwaarde is de totale afstand tussen de hoogste positieve piek en de laagste negatieve piek — het volledige bewegingsbereik, of de totale uitslag, van het trillende onderdeel tijdens één cyclus. Bij een zuivere, symmetrische sinusgolf is de verhouding eenvoudig:
Piek-tot-piek = 2 × piek
Bij de complexe, asymmetrische golfvormen die echte machines produceren, gaat deze eenvoudige verhouding van twee niet altijd op — de golf ligt zelden precies op de nullijn, waardoor een verdubbeling van de piekwaarde de werkelijke totale slag te hoog of te laag kan weergeven. Wanneer de slag van belang is, meet dan de Pk-Pk-waarde rechtstreeks in plaats van deze af te leiden.
2. Wanneer moet de piekwaarde (Pk) worden gemeten?
De piekamplitude is vooral nuttig voor het signaleren van kortdurende gebeurtenissen of schokken met een hoge energie. Deze geeft de maximale spanning of kracht weer die op een onderdeel wordt uitgeoefend, waardoor deze waardevol is voor:
- Effecten vaststellen: een gebarsten tandwieltand, een afgebroken handelswijze, of een loszittend onderdeel zendt scherpe impulsen uit die hoge piekwaarden in de tijdgolfvorm veroorzaken, lang voordat het gemiddelde niveau stijgt.
- Stress beoordelen: Aangezien vermoeidheidsschade de maximale doorbuiging volgt, is de piekwaarde vaak een betere waarschuwing voor dreigende breuk dan een energiegemiddelde zoals de RMS-waarde.
- Beveiligingsalarmen instellen: Op sommige machines worden alarmen ingesteld op piekwaarden om te voorkomen dat plotselinge, schadelijke kortstondige gebeurtenissen schade veroorzaken.
Piekwaarden worden doorgaans afgeleid uit versnelling signalen, waarbij de impulsieve krachten binnen de machine — het kenmerk van ontluikende versnelling en lagerschade — vallen het meest op. Een daarmee samenhangend kenmerk van het instrument, piek vasthouden, registreert en bewaart de hoogste waarde die tijdens een meting wordt gemeten, zodat een kortstondige piek niet over het hoofd wordt gezien.
3. Wanneer moet de piek-tot-piekmeting (Pk-Pk) worden gebruikt?
De piek-tot-piekamplitude is de aangewezen maatstaf wanneer het gaat om de totaal aantal reisbewegingen van een onderdeel, bijna altijd uitgedrukt als verplaatsing:
- Analyse van de vrije ruimte: De Pk-Pk-verplaatsing geeft aan of een draaiende as voldoende beweegt om in contact te komen met stilstaande onderdelen zoals lagerhuizen of afdichtingen, en biedt daarmee een directe maatstaf voor de fysieke ruimte die het trillende onderdeel bestrijkt.
- Bewaking van astrillingen: bij kritieke turbomachines, onder toezicht van nabijheidssondes, worden grenzen en alarmen vrijwel altijd uitgedrukt in piek-tot-piekverplaatsing — in mils of micrometers — volgens normen zoals ISO 7919.
- Machines met een laag toerental: Bij zeer langzaam draaiende rotoren is de totale beweging van de onderdelen, en niet zozeer hun energie, doorgaans de meest veelzeggende indicator voor de staat waarin ze verkeren.
A trillingsverplaatsingscalculator zet een gemeten snelheid bij een bekende frequentie om in de overeenkomstige piek-tot-piekwaarde in micrometer, wat handig is bij het vergelijken van een snelheidswaarde met een op verplaatsing gebaseerde aslimiet.
4. Vergelijking met RMS
Het is van essentieel belang om Pk en Pk-Pk te vergelijken met de RMS (kwadratisch gemiddelde) waarde, die de totale energie-inhoud van de trilling weergeeft:
- RMS is het meest geschikt om de algemene conditie van de machine in de gaten te houden en vormt de basis voor internationale trillingsintensiteit normen zoals ISO 20816 (de moderne opvolger van ISO 10816), waarin de grenswaarden voor de snelheidszones in mm/s zijn vastgelegd in termen van RMS-snelheid.
- Piek is het meest geschikt om plotselinge gebeurtenissen te registreren en de maximale belasting te meten.
- Piek-tot-piek is het meest geschikt voor het beoordelen van de totale bewegingsruimte en loopruimte.
Bij een zuivere sinusgolf zijn deze drie grootheden met vaste verhoudingen aan elkaar gekoppeld (Pk ≈ 1,414 × RMS, Pk-Pk = 2 × Pk), en een omrekenaar voor trillingseenheden past deze verhoudingen onmiddellijk toe; maar echte signalen wijken af van die verhoudingen, en juist daarin ligt de diagnostische waarde.
5. De Crest-factor: waar de drie samenkomen
Bij een grondige analyse worden alle drie de parameters samen onderzocht, en hun onderlinge wisselwerking wordt weergegeven door de Crestfactor — de verhouding tussen piekwaarde en RMS-waarde. Een hoge piekfactor duidt op de aanwezigheid van scherpe schokken, zelfs wanneer de totale energie (RMS) nog laag is. Dit is een klassieke vroege indicator van defecten aan lagers of tandwielen. Het observeren van een stijgende piekfactor terwijl de RMS-waarde nog stabiel is, biedt vaak de vroegst mogelijke waarschuwing voor een zich ontwikkelend defect, ruim voordat een afzonderlijke parameter op zichzelf al een alarm zou activeren. In de praktijk kan een draagbare tweekanaalsanalysator zoals de Balans-1a registreert de tijdgolfvorm rechtstreeks en geeft de piekwaarde, de piek-tot-piekwaarde en de RMS-waarde naast elkaar weer, zodat een technicus alle drie de waarden — en de crestfactor daartussen — direct bij de machine kan aflezen zonder dat er nabewerking nodig is.
