Czym jest akcelerometr? Przewodnik po analizie drgań

Definicja: Podstawa pomiaru drgań

Jakiś akcelerometr to przetwornik (lub czujnik), który przetwarza ruch mechaniczny, a konkretnie przyspieszenie drgań lub wstrząsów, na proporcjonalny sygnał elektryczny. Jest to najczęściej stosowany czujnik w dziedzinie konserwacji predykcyjnej i monitorowania stanu. Poprzez pomiar przyspieszenia podzespołów maszyny, akcelerometr dostarcza surowych danych niezbędnych do diagnozowania szerokiego zakresu usterek mechanicznych i elektrycznych, od wad łożysk po niewyważenie i niewspółosiowość.

Jak działają akcelerometry? Zasada piezoelektryczna

Chociaż istnieje kilka typów akcelerometrów, zdecydowana większość używanych do monitorowania maszyn przemysłowych opiera się na efekt piezoelektrycznyOto uproszczony opis ich działania:

1. Kryształ piezoelektryczny: Wewnątrz akcelerometru znajduje się niewielka masa przymocowana do kryształu piezoelektrycznego (często jest to rodzaj ceramiki, np. PZT).
2. Stosowanie siły: Gdy maszyna wibruje, obudowa czujnika porusza się wraz z nią. Z powodu bezwładności masa wewnętrzna stawia opór temu ruchowi i wywiera siłę na kryształ.
3. Generowanie sygnału: Kryształ piezoelektryczny ma niezwykłą właściwość: gdy jest ściskany lub naprężany, generuje niewielki ładunek elektryczny (napięcie), które jest wprost proporcjonalne do przyłożonej siły.
4. Wyjście: Ten sygnał napięciowy jest następnie przetwarzany przez wewnętrzną elektronikę i przesyłany kablem do kolektora danych lub systemu monitorującego. Sygnał wyjściowy jest analogową reprezentacją przyspieszenia maszyny w tym punkcie.

Rodzaje akcelerometrów

Różne zastosowania wymagają różnych typów akcelerometrów, z których każdy ma swoje mocne strony.

Akcelerometry ogólnego przeznaczenia

To „konie robocze” monitoringu przemysłowego. Zazwyczaj charakteryzują się czułością 100 mV/g i zakresem częstotliwości odpowiednim dla większości popularnych maszyn, takich jak pompy, silniki i wentylatory (np. od 2 Hz do 10 kHz).

Akcelerometry MEMS

Akcelerometry z mikrosystemów elektromechanicznych (MEMS) to czujniki oparte na krzemie. Są bardzo małe, energooszczędne i ekonomiczne. Choć tradycyjnie mniej czułe niż czujniki piezoelektryczne, nowoczesne czujniki MEMS szybko się rozwijają i są powszechnie stosowane w przenośnych urządzeniach elektronicznych, zastosowaniach motoryzacyjnych oraz niektórych tańszych systemach monitorowania stanu.

Akcelerometry piezorezystywne

Te czujniki służą do testowania wstrząsów i pomiaru ruchu o niskiej częstotliwości. Mogą mierzyć do 0 Hz (przyspieszenie prądem stałym), co jest przydatne w zastosowaniach takich jak pomiar stałego przyspieszenia w wirówce.

Akcelerometry o wysokiej częstotliwości

Zaprojektowane specjalnie do wykrywania zdarzeń o wysokiej częstotliwości, takich jak uszkodzenia przekładni i łożysk na wczesnym etapie. Mają mniejszą masę i wyższą częstotliwość rezonansową, co pozwala im dokładnie mierzyć drgania o częstotliwości do 20 kHz lub większej.

Kluczowe specyfikacje i wybór

Przy wyborze akcelerometru inżynierowie biorą pod uwagę kilka kluczowych parametrów:

• Czułość (mV/g): Wyższa czułość oznacza silniejszy sygnał, który lepiej nadaje się do pomiaru drgań o niskim poziomie. Powszechnie przyjętą normą jest 100 mV/g.
• Odpowiedź częstotliwościowa: Zakres częstotliwości, które czujnik może dokładnie zmierzyć. Musi on odpowiadać oczekiwanym częstotliwościom błędów maszyny.
• Zakres temperatur: Czujnik musi być w stanie wytrzymać temperaturę roboczą powierzchni maszyny, na której jest zamontowany.
• Metoda montażu: Sposób mocowania czujnika do maszyny (mocowanie na kołku, klejenie, magnes) znacząco wpływa na dokładność pomiarów wysokoczęstotliwościowych. Mocowanie na kołku zapewnia najlepsze połączenie i odpowiedź częstotliwościową.

Zastosowania w monitorowaniu stanu

Akcelerometry odgrywają podstawową rolę w niemal wszystkich zadaniach analizy drgań, w tym:

• Programy konserwacji predykcyjnej: Zbieranie rutynowych danych dotyczących drgań w celu określania trendów dotyczących stanu technicznego maszyny i przewidywania awarii.
• Diagnostyka usterek: Identyfikacja konkretnych problemów, takich jak niewyważenie, niewspółosiowość, luzy i zużycie łożysk.
• Testowanie akceptacyjne: Sprawdzanie, czy nowe lub naprawione maszyny spełniają specyfikacje dotyczące drgań.
• Analiza modalna: Badanie częstotliwości drgań własnych i kształtów drgań konstrukcji.

← Powrót do indeksu głównego