Entendendo a Sensibilidade do Sensor
Sensibilidade é a relação entre o sinal de saída de um sensor e a grandeza física de entrada que este mede — na prática, o seu ganho ou fator de conversão. Para vibração Nos sensores, a sensibilidade define a quantidade de sinal elétrico (uma tensão ou uma carga) produzida por unidade de vibração, quer essa vibração seja expressa como aceleração, velocidade ou deslocamento. Uma sensibilidade mais elevada proporciona um sinal de saída mais forte para um determinado nível de vibração, o que melhora a resolução e a relação sinal-ruído — mas também limita a vibração máxima que pode ser medida antes de o sinal de saída do sensor entrar em saturação. A sensibilidade é a especificação fundamental que deve conhecer para converter a tensão bruta do sensor em unidades de engenharia significativas. É fixada durante o fabrico calibração, gravado no certificado de calibração, e utilizado em todos os cálculos de vibração a jusante.
Uma clarificação desde já: este artigo trata de sensor sensibilidade, a relação entre a saída e a entrada do transdutor. Não deve ser confundida com equilibrando a sensibilidade, que descreve a variação da leitura de uma máquina de equilibrar por unidade de desequilíbrio do rotor — um conceito relacionado, mas uma medição diferente.
1. Unidades de sensibilidade por tipo de sensor
Acelerômetros
O acelerômetro é o elemento fundamental da medição de vibrações, e a sua sensibilidade é indicada de forma diferente consoante o tipo de condicionamento de sinal.
- IEPE / modo de tensão: expresso em mV/g (milivolts por g de aceleração); valores típicos de 10–1000 mV/g, com 100 mV/g o valor mais comum para aplicações gerais. As unidades de alta sensibilidade, na ordem dos 500–1000 mV/g, são adequadas para trabalhos com baixos níveis de vibração, enquanto as unidades de baixa sensibilidade, na ordem dos 10–50 mV/g, são adequadas para trabalhos com altos níveis de vibração e choques.
- Modo de carregamento: expresso em pC/g (picocoulombs por grama); valores típicos de 1 a 1000 pC/g, sendo que 10 a 50 pC/g são comuns para aplicações gerais.
Sensores de velocidade e sondas de deslocamento
- Sensores de velocidade: mV por polegada/segundo ou mV por milímetro/segundo — normalmente 100 mV/polegada/segundo, o que equivale a cerca de 4000 mV/milímetro/segundo; por vezes expresso como V por metro/segundo.
- Sondas de deslocamento: mV/mil ou V/mm — normalmente 200 mV/mil ou 7,87 V/mm para sondas de correntes de Foucault, e sempre calibrados para um material alvo específico e um intervalo de folga específico.
2. Compromissos em termos de sensibilidade
A principal contradição na seleção de sensores reside no facto de a sensibilidade e a faixa de medição apontarem em direções opostas.
Alta sensibilidade (100–1000 mV/g)
- Vantagens: uma saída elevada para baixos níveis de vibração, melhor resolução para detetar pequenas alterações, uma melhor relação sinal-ruído e um desempenho ideal em máquinas com baixos níveis de vibração.
- Desvantagens: a limitado gama dinâmica que atinge a saturação em níveis de vibração mais baixos (intervalo típico de ±5 g a ±50 g), tornando-o inadequado para trabalhos com vibrações intensas ou choques.
Baixa sensibilidade (10–50 mV/g)
- Vantagens: uma ampla gama dinâmica capaz de medir vibrações elevadas (±100 g a ±10 000 g), adequação para choques e impactos e ausência de saturação em condições extremas.
- Desvantagens: uma potência de saída mais baixa para reduzir a vibração, uma relação sinal-ruído inferior, uma resolução reduzida e o risco de não detetar pequenas alterações.
3. Escolha da sensibilidade em função da aplicação
A regra prática consiste em escolher o sensor de acordo com o nível de vibração previsto, de modo a que o sinal preencha confortavelmente a gama de entrada do instrumento sem distorção.
- Baixa vibração (< 5 mm/s): alta sensibilidade (100–500 mV/g) para máquinas de precisão e de baixa velocidade, nas quais é importante uma boa resolução de pequenas variações.
- Vibração moderada (5–20 mm/s): sensibilidade padrão (50–100 mV/g) para maquinaria industrial em geral — a gama mais comum.
- Vibração elevada (> 20 mm/s): baixa sensibilidade (10–50 mV/g) para evitar a saturação em trituradores, moinhos e equipamentos com elevado desequilíbrio.
- Choque e impacto: sensibilidade muito baixa (1–10 mV/g) para atingir ±1000 g ou mais em ensaios de impacto e colisão.
4. Efeito nas medições
Nível de sinal, gama dinâmica e ruído
- Nível do sinal: uma maior sensibilidade proporciona uma tensão de sinal mais elevada, que preenche melhor a gama de entrada do instrumento e melhora a resolução — mas limita a vibração máxima mensurável.
- Faixa dinâmica: o intervalo entre o ruído de fundo e a saturação; uma sensibilidade elevada proporciona um intervalo estreito (ideal para sinais fracos), enquanto uma sensibilidade baixa proporciona um intervalo amplo (ideal para sinais variáveis) — uma relação direta entre resolução e intervalo.
- Desempenho em termos de ruído: Todos os sensores apresentam um ruído de fundo elétrico inerente; uma maior sensibilidade proporciona uma melhor relação sinal-ruído em condições de baixa vibração, enquanto esse ruído se torna proporcionalmente mais significativo à medida que a sensibilidade diminui.
Um exemplo prático: um sensor de 100 mV/g exposto a uma vibração de 50 g produz uma tensão de saída de 5 V. Se a entrada do instrumento for de ±5 V, esse sensor é compatível até ao seu limite máximo de 50 g — qualquer valor superior provoca saturação.
5. Calibração e verificação
A sensibilidade só é útil se for precisa e atualizada, razão pela qual é verificada em três fases do ciclo de vida de um sensor.
- Calibração de fábrica: Os novos sensores são calibrados na fábrica, com a sensibilidade indicada no corpo do sensor ou no certificado, com uma tolerância que varia normalmente entre ±5 % e ±10 %; verifique-a antes de qualquer utilização crítica.
- Recalibração periódica: A sensibilidade pode sofrer variações ao longo do tempo; por isso, recalibre anualmente ou conforme o planeado, obtenha o valor atualizado a partir do novo certificado e introduza-o no instrumento ou aplique uma correção.
- Verificação no terreno: Um calibrador portátil aplica uma vibração de referência conhecida para que se possa verificar se a saída corresponde ao valor esperado (sensibilidade × entrada) — uma verificação rápida antes de medições importantes.
Isto é diferente de calibração permanente no equilíbrio de rotores, onde o termo se refere à calibração armazenada e reutilizável de uma máquina de equilíbrio, e não ao ganho de um transdutor.
6. Especificações relacionadas
- Intervalo de medição: a vibração máxima que o sensor consegue captar, inversamente proporcional à sensibilidade — um sensor de 100 mV/g com uma saída de ±5 V oferece uma amplitude de ±50 g.
- Resolução: a menor variação detetável, limitada pelo ruído e pela digitalização; uma maior sensibilidade significa, geralmente, uma melhor resolução.
- Linearidade: a estabilidade da sensibilidade ao longo da faixa de medição — os bons sensores mantêm um desvio inferior a 1% em relação à linha, especificado como uma percentagem do erro de escala total.
7. Considerações práticas
Adaptação das entradas dos instrumentos e frotas mistas
- Correspondência de entrada: A gama de entrada do instrumento deve ser compatível com a saída do sensor — um sensor de 100 mV/g a 50 g produz 5 V, valor que deve caber numa entrada de ±5 V; os ganhos de entrada ajustáveis permitem que um único instrumento lide com diferentes sensibilidades.
- Vários sensores: Utilizar sensores com diferentes sensibilidades num único programa implica configurar o instrumento para cada um deles, e a introdução de uma sensibilidade errada é uma fonte comum de erro — a padronização para uma única sensibilidade simplifica consideravelmente as operações.
Num instrumento portátil, o valor da sensibilidade é exatamente o que o software necessita para converter os milivolts do transdutor nas leituras de amplitude e fase utilizadas para diagnóstico e equilíbrio. Um analisador de campo como o Conjunto de equilíbrio-1a é configurado com a sensibilidade de cada acelerômetro para que as suas medições sejam apresentadas em unidades de engenharia reais; a introdução do valor correto é o que garante que uma leitura de 1× em mm/s seja suficientemente fiável para calcular uma correção de equilíbrio. Se a sensibilidade introduzida não corresponder ao sensor instalado, todos os valores subsequentes estarão errados na mesma proporção. Pode verificar a validade do resultado esperado para um determinado sensor e vibração com a nossa Calculadora de Sensibilidade do Sensor de Vibração.
A sensibilidade do sensor é a especificação fundamental que define a conversão entre a vibração física e o sinal elétrico. Compreender as unidades, escolher um valor adequado ao nível de vibração esperado e introduzi-lo corretamente no instrumento de medição são fatores essenciais para obter medições precisas, selecionar o sensor adequado e evitar os erros decorrentes de incompatibilidades de sensibilidade ou saturação.
