Entendendo os Acelerômetros de Cisalhamento
Definição: O que é um acelerômetro de cisalhamento?
Acelerômetro de cisalhamento (também chamado de acelerômetro de modo de cisalhamento) é um tipo de acelerômetro piezoelétrico onde a massa sísmica interna aplica tensão de cisalhamento (em vez de tensão de compressão) aos elementos de cristal piezoelétrico quando aceleração ocorre. Essa configuração de modo de cisalhamento proporciona isolamento superior da deformação da base (imunidade à distorção da superfície de montagem), melhor resposta a transientes térmicos e menor sensibilidade a variações de torque de montagem em comparação com projetos de modo de compressão, tornando os acelerômetros de cisalhamento a escolha ideal para aplicações críticas. vibração Medições que exigem a mais alta precisão e estabilidade.
Embora mais caros do que os acelerômetros de modo de compressão padrão, os sensores de modo de cisalhamento são amplamente utilizados em aplicações de precisão, padrões de referência, sistemas de monitoramento permanente e em qualquer situação em que a qualidade da medição justifique o custo adicional.
Princípio de Construção e Funcionamento
Design interno
- Poste central: Pino de montagem rígido através do centro do sensor
- Massa sísmica: Anel ou cilindro em torno do poste central
- Elementos piezoelétricos: Cristais unidos entre a massa e o poste central
- Pré-carregamento: Massa pré-carregada contra cristais
- Configuração de cisalhamento: A aceleração causa tensão tangencial (de cisalhamento) nos cristais.
Como funciona o modo de cisalhamento
- A aceleração da carga aumenta com a vibração.
- A massa sísmica resiste à aceleração (F = m × a)
- A massa tenta deslizar tangencialmente em relação ao poste central.
- Cria tensão de cisalhamento em elementos piezoelétricos.
- A tensão de cisalhamento gera carga elétrica.
- Carga proporcional à aceleração
Vantagens em relação ao modo de compressão
Isolamento da cepa base
A principal vantagem:
- A curvatura da superfície de montagem não afeta diretamente a tensão do cristal.
- Elementos de cisalhamento isolados da deformação de base
- Pode ser montado em estruturas finas e flexíveis sem erros.
- O modo de compressão mostra sinais falsos da deformação base.
- Essencial para medições em chapas metálicas e invólucros leves.
Imunidade a Transições Térmicas
- Melhor rejeição de mudanças de temperatura
- Menor efeito piroelétrico (carga resultante da variação de temperatura)
- Ponto zero mais estável
- Importante para medições com variações de temperatura.
Insensibilidade ao torque de montagem
- O desempenho é menos afetado por variações no torque dos prisioneiros.
- Instalação mais repetível
- Menos necessidade de controle de torque crítico
Melhor estabilidade
- Menor deriva ao longo do tempo
- Calibração mais estável
- Preferencial para referência e metrologia
Aplicações
Padrões de Referência
- Sensores de referência de calibração
- Laboratórios de metrologia e padrões
- Mestres de calibração consecutivos
- Exige-se a mais alta precisão.
Monitoramento de Máquinas Críticas
- Monitoramento permanente de equipamentos de alto valor
- Usinas nucleares
- Turbomáquinas de grande porte
- Onde a confiabilidade e a precisão são fundamentais.
Medições de precisão
- Testes modais e dinâmica estrutural
- Pesquisa e desenvolvimento
- Teste de aceitação
- medidas de verificação contratual
Situações de montagem difíceis
- estruturas de chapa metálica fina
- Carcaças de máquinas leves
- Superfícies de montagem flexíveis
- Onde a tensão de base afetaria os sensores de compressão
Características de desempenho
Faixa de frequência
- Semelhante aos acelerômetros de compressão
- Baixa frequência: 0,5-5 Hz, dependendo do projeto.
- Alta frequência: até a ressonância (20-70 kHz, dependendo do tamanho)
- Ampla faixa de utilização
Faixa de amplitude
- Normalmente, entre ±50g e ±500g
- Semelhante aos projetos de compressão
- Versões especializadas para gamas superiores ou inferiores.
Desempenho da temperatura
- Padrão: -50 a +120°C
- Versões para altas temperaturas: até 175°C
- Melhor estabilidade térmica do que a compressão.
- Deslocamento do ponto zero inferior com a temperatura
Considerações sobre custos
Custo mais alto
- Normalmente, custam de 2 a 4 vezes o custo dos acelerômetros de compressão.
- Fabricação mais complexa
- Tolerâncias mais rigorosas são necessárias.
- Materiais e processos de alta qualidade
Justificativa de custos
- Aplicações críticas onde a precisão é essencial.
- Situações de montagem difíceis
- Padrões de referência e calibração
- Instalações permanentes de longo prazo
- Quando erros de medição são custosos
Critérios de seleção
Selecione o Modo de Cisalhamento quando:
- Montagem em estruturas finas ou flexíveis
- Variações de temperatura esperadas
- Exige-se a mais alta precisão.
- Aplicação de referência ou calibração
- Instalação permanente de longo prazo com estabilidade crítica
Modo de compressão adequado quando:
- Monitoramento industrial de rotina
- Superfícies de montagem rígidas
- Restrições orçamentárias
- Precisão padrão suficiente
- Medidas temporárias
Fabricantes e modelos
- A maioria dos fabricantes de acelerômetros oferece designs de cisalhamento.
- Frequentemente designados como modelos “premium” ou de “precisão”.
- Acelerômetros industriais: muitos são de modo de cisalhamento.
- Versões IEPE e de modo de carga disponíveis.
Os acelerômetros de cisalhamento representam a categoria premium de sensores de vibração piezoelétricos, oferecendo rejeição superior da deformação de base, estabilidade térmica e precisão de medição em comparação com os modelos de compressão. Embora seu custo mais elevado limite o uso a aplicações críticas, os sensores de modo de cisalhamento são a escolha ideal quando a qualidade da medição é primordial, as condições de montagem são desafiadoras ou a estabilidade a longo prazo é essencial.
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