Inzicht in sensorgevoeligheid
Gevoeligheid is de verhouding tussen het uitgangssignaal van een sensor en de fysische grootheid die deze meet — in feite de versterkingsfactor of conversiefactor. Voor trillingen bij sensoren bepaalt de gevoeligheid hoeveel elektrische output (een spanning of een lading) er per eenheid trilling wordt geproduceerd, ongeacht of die trilling wordt uitgedrukt als versnelling, snelheid of verplaatsing. Een hogere gevoeligheid levert een grotere uitgangssignaalwaarde op bij een bepaald trillingsniveau, wat de resolutie en de signaal-ruisverhouding verbetert — maar het beperkt ook de maximale trilling die kan worden gemeten voordat de sensoruitgang verzadigd raakt. De gevoeligheid is de belangrijkste specificatie die u moet kennen om de ruwe sensorspanning om te zetten in bruikbare technische eenheden. Deze wordt tijdens de productie vastgelegd kalibratie, opgenomen op de kalibratiecertificaat, en wordt in alle daaropvolgende trillingsberekeningen gebruikt.
Eén ding wil ik vooraf even verduidelijken: dit artikel gaat over sensor gevoeligheid, de verhouding tussen de uitgangssignaal en het ingangssignaal van de transducer. Dit mag niet worden verward met balanceringsgevoeligheid, waarin wordt beschreven hoeveel de uitlezing van een balanceermachine verandert per eenheid rotoronbalans — een verwant concept, maar een andere meting.
1. Voelbaarheidseenheden per sensortype
Versnellingsmeters
De versnellingsmeter is het werkpaard van de trillingsmeting, en de gevoeligheid ervan wordt anders aangegeven, afhankelijk van het type signaalverwerking.
- IEPE / spanningsmodus: uitgedrukt in mV/g (millivolt per g versnelling); gebruikelijke waarden 10–1000 mV/g, met 100 mV/g de meest gangbare waarde voor algemeen gebruik. Apparaten met een hoge gevoeligheid van 500–1000 mV/g zijn geschikt voor werkzaamheden met weinig trillingen, terwijl apparaten met een lage gevoeligheid van 10–50 mV/g geschikt zijn voor werkzaamheden met veel trillingen en schokken.
- Oplaadmodus: uitgedrukt in pC/g (picocoulomb per gram); typische waarden 1–1000 pC/g, waarbij 10–50 pC/g gebruikelijk is voor algemene toepassingen.
Snelheidssensoren en verplaatsingssensoren
- Snelheidssensoren: mV per inch per seconde of mV per mm per seconde — doorgaans 100 mV/inch/s, wat overeenkomt met ongeveer 4000 mV/mm/s; wordt soms ook uitgedrukt als V per m/s.
- Verplaatsingssensoren: mV/mil of V/mm — doorgaans 200 mV/mil of 7,87 V/mm voor wervelstroomsensoren, en altijd gekalibreerd voor een specifiek doelmateriaal en een specifiek spleetbereik.
2. Afwegingen tussen gevoeligheid
De belangrijkste tegenstelling bij het kiezen van een sensor is dat de gevoeligheid en het meetbereik tegengestelde kanten opgaan.
Hoge gevoeligheid (100–1000 mV/g)
- Voordelen: een hoog uitgangsvermogen bij lage trillingen, een betere resolutie om kleine veranderingen te detecteren, een betere signaal-ruisverhouding en optimale prestaties op machines met lage trillingen.
- Nadelen: een beperkt dynamisch bereik die bij lagere trillingswaarden verzadigd raakt (typisch bereik ±5 g tot ±50 g), waardoor hij niet geschikt is voor toepassingen met sterke trillingen of schokken.
Lage gevoeligheid (10–50 mV/g)
- Voordelen: een breed dynamisch bereik waarmee sterke trillingen kunnen worden gemeten (±100 g tot ±10.000 g), geschikt voor schokken en stoten, en geen verzadiging onder extreme omstandigheden.
- Nadelen: een lager uitgangsvermogen voor minder trillingen, een slechtere signaal-ruisverhouding, een lagere resolutie en het risico dat kleine veranderingen over het hoofd worden gezien.
3. De gevoeligheid kiezen op basis van de toepassing
De vuistregel is om de sensor af te stemmen op het verwachte trillingsniveau, zodat het signaal het ingangsbereik van het instrument ruimschoots vult zonder dat er clipping optreedt.
- Lage trillingswaarde (< 5 mm/s): hoge gevoeligheid (100–500 mV/g) voor precisie- en langzaam draaiende machines, waarbij een goede weergave van kleine veranderingen van belang is.
- Matige trillingen (5–20 mm/s): standaardgevoeligheid (50–100 mV/g) voor algemene industriële machines — het meest gangbare bereik.
- Sterke trillingen (> 20 mm/s): lage gevoeligheid (10–50 mV/g) om verzadiging te voorkomen bij brekers, molens en apparatuur met een grote onbalans.
- Schok en stoot: zeer lage gevoeligheid (1–10 mV/g) om waarden van ±1000 g of meer te bereiken bij bots- en crashtests.
4. Gevolgen voor de metingen
Signaalniveau, dynamisch bereik en ruis
- Signaalniveau: Een hogere gevoeligheid levert een grotere signaalspanning op, waardoor het ingangsbereik van het instrument beter wordt benut en de resolutie wordt verbeterd — maar de maximaal meetbare trilling wordt hierdoor beperkt.
- Dynamisch bereik: het bereik tussen de ruisvloer en verzadiging; een hoge gevoeligheid levert een smal bereik op (geschikt voor kleine signalen), een lage gevoeligheid een breed bereik (geschikt voor variabele signalen) — een directe afweging tussen resolutie en bereik.
- Geluidsprestaties: Elke sensor heeft een inherent elektrisch ruisniveau; bij een hogere gevoeligheid is de signaal-ruisverhouding beter bij geringe trillingen, terwijl die ruis proportioneel aan het toenemen is naarmate de gevoeligheid afneemt.
Een rekenvoorbeeld: een sensor van 100 mV/g die wordt blootgesteld aan een trilling van 50 g, levert een uitgangssignaal van 5 V op. Als de ingang van het meetinstrument een bereik van ±5 V heeft, is die sensor precies afgestemd op zijn maximale waarde van 50 g — alles daarboven leidt tot clipping.
5. Kalibratie en verificatie
Gevoeligheid is alleen zinvol als deze nauwkeurig en actueel is; daarom wordt deze op drie momenten in de levensduur van een sensor gecontroleerd.
- Fabriekskalibratie: Nieuwe sensoren worden in de fabriek gekalibreerd; de gevoeligheid staat op de behuizing of het certificaat vermeld met een tolerantie van doorgaans ±5–10%; controleer dit voordat u de sensor voor kritieke toepassingen gebruikt.
- Periodieke herkalibratie: De gevoeligheid kan in de loop van de tijd afwijken, dus kalibreer het instrument jaarlijks of volgens een vast schema, neem de bijgewerkte waarde over van het nieuwe certificaat en voer deze in het instrument in of pas een correctie toe.
- Controle ter plaatse: Een handkalibrator zendt een bekende referentietrilling uit, zodat u kunt controleren of de uitgangssignaal overeenkomt met de verwachte waarde (gevoeligheid × ingangssignaal) — een snelle controle voordat u belangrijke metingen uitvoert.
Dit is iets anders dan permanente kalibratie bij het balanceren van rotoren, waarbij de term verwijst naar de opgeslagen, herbruikbare kalibratie van een balanceermachine en niet naar de versterkingsfactor van een sensor.
6. Gerelateerde specificaties
- Meetbereik: de maximale trilling die de sensor kan registreren, die omgekeerd evenredig is aan de gevoeligheid — een sensor van 100 mV/g met een uitgang van ±5 V heeft een bereik van ±50 g.
- Resolutie: de kleinste waarneembare verandering, beperkt door ruis en digitalisering; een hogere gevoeligheid betekent doorgaans een betere resolutie.
- Lineariteit: hoe constant de gevoeligheid blijft over het gehele meetbereik — goede sensoren wijken minder dan 1% af van de lineaire curve, uitgedrukt als een percentage van de volledige schaalafwijking.
7. Praktische overwegingen
Aanpassing van de instrumentinvoer en gemengde vloten
- Ingangsmatching: het ingangsbereik van het meetinstrument moet geschikt zijn voor de uitgangssignalen van de sensor — een sensor van 100 mV/g produceert bij 50 g een signaal van 5 V, dat moet passen binnen een ingangsbereik van ±5 V; dankzij instelbare ingangsversterkingen kan één instrument verschillende gevoeligheden aan.
- Meerdere sensoren: Als er in één programma sensoren met verschillende gevoeligheden worden gebruikt, moet het instrument voor elke sensor afzonderlijk worden ingesteld, en het invoeren van de verkeerde gevoeligheid is een veelvoorkomende bron van fouten — het hanteren van één standaardgevoeligheid vereenvoudigt de werkzaamheden aanzienlijk.
Bij een draagbaar meetinstrument is de gevoeligheid precies wat de software nodig heeft om de millivoltwaarden van de transducer om te zetten in de amplitude- en fasewaarden die worden gebruikt voor diagnose en afstelling. Een veldanalysator zoals de Balans-1a is ingesteld op de gevoeligheid van elk meegeleverd versnellingsmeter zodat de meetwaarden in echte technische eenheden worden weergegeven; alleen door de juiste waarde in te voeren, is een meting van 1× in mm/s betrouwbaar genoeg om een balanceringscorrectie te berekenen. Als de ingevoerde gevoeligheid niet overeenkomt met de gemonteerde sensor, is elke daaropvolgende waarde in dezelfde verhouding onjuist. Je kunt de verwachte uitkomst voor een bepaalde sensor en trilling controleren met onze Rekenmachine voor de gevoeligheid van trillingssensoren.
De gevoeligheid van een sensor is de fundamentele specificatie die de omzetting tussen fysieke trillingen en een elektrisch signaal bepaalt. Inzicht in de eenheden, het kiezen van een waarde die past bij het verwachte trillingsniveau en het correct invoeren daarvan in het meetinstrument zijn essentieel voor nauwkeurige metingen, een goede sensorkeuze en het voorkomen van fouten die voortkomen uit een verkeerde afstemming van de gevoeligheid of verzadiging.
