Zrozumienie akcelerometrów ścinania

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

$2,353.83

Części

Czujnik wibracji

$107.26

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

$147.78

Urządzenia

Balanset-4

$8,107.90

Części

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

$54.82

Części

Taśma odblaskowa

$11.92

Urządzenia

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Definicja: Czym jest akcelerometr ścinania?

Akcelerometr ścinania (nazywany również akcelerometrem w trybie ścinania) jest typem akcelerometr piezoelektryczny gdzie wewnętrzna masa sejsmiczna wywiera naprężenie ścinające (zamiast naprężenia ściskającego) na elementy kryształu piezoelektrycznego, gdy przyśpieszenie występuje. Ta konfiguracja trybu ścinania zapewnia lepszą izolację odkształceń bazowych (odporność na odkształcenia powierzchni montażowej), lepszą reakcję na przejściowe zmiany temperatury i mniejszą wrażliwość na zmiany momentu obrotowego w porównaniu z konstrukcjami trybu ściskania, co sprawia, że akcelerometry ścinania są najlepszym wyborem w przypadku krytycznych wibracja pomiary wymagające najwyższej dokładności i stabilności.

Choć droższe od standardowych akcelerometry w trybie kompresji, czujniki w trybie ścinania są powszechnie stosowane w zastosowaniach precyzyjnych, wzorcach odniesienia, systemach stałego monitorowania i wszędzie tam, gdzie jakość pomiaru uzasadnia dodatkowe koszty.

Budowa i zasada działania

Projekt wewnętrzny

• Słupek środkowy: Sztywny kołek montażowy przechodzący przez środek czujnika
• Masa sejsmiczna: Pierścień lub cylinder wokół środkowego słupka
• Elementy piezoelektryczne: Kryształy połączone między masą a słupkiem środkowym
• Wstępne ładowanie: Masa wstępnie załadowana względem kryształów
• Konfiguracja ścinania: Przyspieszenie powoduje naprężenie styczne (ścinające) w kryształach

Jak działa tryb ścinania

1. Obudowa przyspiesza pod wpływem wibracji
2. Masa sejsmiczna stawia opór przyspieszeniu (F = m × a)
3. Masa próbuje przesuwać się stycznie względem środkowego słupka
4. Tworzy naprężenia ścinające w elementach piezoelektrycznych
5. Naprężenie ścinające generuje ładunek elektryczny
6. Ładunek proporcjonalny do przyspieszenia

Zalety w porównaniu z trybem kompresji

Izolacja odkształcenia podstawowego

Podstawowa zaleta:

• Zginanie powierzchni montażowej nie wpływa bezpośrednio na naprężenia kryształu
• Elementy ścinające izolowane od odkształcenia podstawowego
• Możliwość montażu na cienkich, elastycznych konstrukcjach bez błędów
• Tryb kompresji pokazuje fałszywe sygnały z odkształcenia podstawowego
• Krytyczne dla pomiarów na blachach, lekkich obudowach

Odporność na przejściowe zmiany temperatury

• Lepsze odrzucanie zmian temperatury
• Niższy efekt piroelektryczny (ładunek ze zmiany temperatury)
• Bardziej stabilny punkt zerowy
• Ważne w przypadku pomiarów z wahaniami temperatury

Niewrażliwość na moment obrotowy montażu

• Wydajność jest mniej zależna od zmian momentu obrotowego śrub
• Bardziej powtarzalna instalacja
• Mniej krytyczna kontrola momentu obrotowego jest wymagana

Lepsza stabilność

• Niższy dryf w czasie
• Bardziej stabilna kalibracja
• Preferowany do celów referencyjnych i metrologicznych

Aplikacje

Normy odniesienia

• Czujniki odniesienia kalibracyjnego
• Laboratoria metrologii i norm
• Mistrzowie kalibracji jeden po drugim
• Wymagana najwyższa dokładność

Monitorowanie maszyn krytycznych

• Stały monitoring sprzętu o wysokiej wartości
• Elektrownie jądrowe
• Duże turbomaszyny
• Gdzie niezawodność i dokładność są najważniejsze

Pomiary precyzyjne

• Testowanie modalne i dynamika strukturalna
• Badania i rozwój
• Testowanie akceptacyjne
• Pomiary weryfikacyjne umowne

Trudne sytuacje montażowe

• Konstrukcje z cienkich blach
• Lekkie obudowy maszyn
• Elastyczne powierzchnie montażowe
• Gdzie odkształcenie podstawy może mieć wpływ na czujniki kompresji

Charakterystyka wydajnościowa

Zakres częstotliwości

• Podobnie jak akcelerometry kompresyjne
• Niska częstotliwość: 0,5-5 Hz w zależności od projektu
• Wysoka częstotliwość: do rezonansu (20-70 kHz w zależności od rozmiaru)
• Bardzo szeroki zakres zastosowań

Zakres amplitudy

• Typowo ±50g do ±500g
• Podobnie jak w przypadku projektów kompresyjnych
• Specjalistyczne wersje do wyższych lub niższych zakresów

Wydajność temperaturowa

• Standard: od -50 do +120°C
• Wersje wysokotemperaturowe: do 175°C
• Lepsza stabilność termiczna niż w przypadku kompresji
• Przesunięcie zera w dół wraz z temperaturą

Rozważania dotyczące kosztów

Wyższy koszt

• Zwykle koszt akcelerometrów kompresyjnych wynosi 2-4×
• Bardziej złożona produkcja
• Wymagane są węższe tolerancje
• Materiały i procesy najwyższej jakości

Uzasadnienie kosztów

• Krytyczne zastosowania, w których dokładność jest kluczowa
• Trudne sytuacje montażowe
• Normy odniesienia i kalibracja
• Długoterminowe instalacje stałe
• Gdy błędy pomiarowe są kosztowne

Kryteria wyboru

Wybierz tryb ścinania, gdy:

• Montaż na cienkich lub elastycznych konstrukcjach
• Oczekiwane przejściowe zmiany temperatury
• Wymagana najwyższa dokładność
• Aplikacja referencyjna lub kalibracyjna
• Długotrwała, stała instalacja, w której stabilność ma kluczowe znaczenie

Tryb kompresji jest odpowiedni, gdy:

• Rutynowy monitoring przemysłowy
• Sztywne powierzchnie montażowe
• Ograniczenia budżetowe
• Wystarczająca dokładność standardowa
• Pomiary tymczasowe

Producenci i modele

• Większość producentów akcelerometrów oferuje konstrukcje ścinające
• Często określane jako modele “premium” lub “precyzyjne”
• Akcelerometry przemysłowe: wiele z nich pracuje w trybie ścinania
• Dostępne wersje IEPE i z trybem ładowania

Akcelerometry ścinające reprezentują najwyższą klasę piezoelektrycznych czujników drgań, oferując lepsze tłumienie odkształceń bazowych, stabilność termiczną i dokładność pomiaru w porównaniu z konstrukcjami kompresyjnymi. Chociaż ich wyższy koszt ogranicza się do zastosowań krytycznych, czujniki ścinające są optymalnym wyborem, gdy priorytetem jest jakość pomiaru, trudne warunki montażu lub wymagana jest długoterminowa stabilność.

---

← Powrót do indeksu głównego