Ce este un accelerometru? Un ghid pentru analiza vibrațiilor
Un accelerometru este un traductor (sau senzor) care transformă mișcarea mecanică — mai exact accelerație generate de vibrații sau șocuri — într-un semnal electric proporțional. Este, de departe, cel mai utilizat senzor în mentenanță predictivă și monitorizarea stării. Prin măsurarea vitezei cu care un punct al unei mașini își modifică viteza, un accelerometru furnizează datele brute care permit unui analist să diagnosticheze o gamă largă de defecțiuni mecanice și electrice — de la defecte ale rulmentului la dezechilibru și nealiniere.
1. Definiție: Esența măsurării vibrațiilor
Accelerația este mărimea fizică pe care trebuie să o măsurăm la mașinile rotative, deoarece forțele dinamice care provoacă deteriorarea unei mașini — forța centrifugă generată de un punct de greutate, impactul provocat de o canelură a rulmentului — variază proporțional cu accelerația. Un accelerometru reacționează direct la aceste forțe, motiv pentru care se află în centrul aproape tuturor mașinilor moderne analizor de vibrații și colector de date.
Unul dintre avantajele practice ale accelerometrului este faptul că semnalul său de accelerație poate fi procesat electronic integrat once to give viteză (mm/s), iar de două ori pentru a obține deplasare (µm). Un singur senzor, montat corespunzător, acoperă astfel toate cele trei unități clasice de vibrație, permițându-i analistului să o aleagă pe cea care evidențiază cel mai bine o anumită defecțiune.
2. Cum funcționează accelerometrele? Principiul piezoelectric
Deși există mai multe principii fizice, marea majoritate a accelerometrelor utilizate în utilajele industriale se bazează pe efect piezoelectric. Secvența de lucru este simplă:
- Cristal piezoelectric: În interiorul senzorului, o mică masă seismică este fixată de un piezoelectric element — de obicei un material ceramic, cum ar fi PZT, sau, în cazul senzorilor de înaltă calitate, un cristal de cuarț tăiat cu precizie.
- Aplicarea forței: Când mașina vibrează, carcasa se mișcă odată cu ea. Din cauza inerției, masa internă se opune acestei mișcări și exercită o forță asupra cristalului — egală, conform celei de-a doua legi a lui Newton, cu produsul dintre masă și accelerație.
- Generarea unui semnal: Un cristal piezoelectric supus unei forțe produce o sarcină electrică infimă, direct proporțională cu forța aplicată și, prin urmare, cu accelerația.
- Ieșire: Componentele electronice interne prelucrează acest semnal și îl transmit printr-un cablu către un colector de date sau un sistem de monitorizare, sub forma unei reprezentări analogice a accelerației în acel punct.
Modul în care este condiționată această sarcină definește două familii comune. A charge-output senzorul transmite semnalul brut către un dispozitiv extern amplificator de sarcină și suportă temperaturi foarte ridicate. Mult mai des întâlnit în industrie este IEPE (or voltage-mode) de tipul acesta, care integrează amplificatorul în senzor și generează o tensiune de joasă impedanță care se transmite bine pe un cablu obișnuit cu două fire. Cele mai fiabile modele utilizează un forfecare construcție care protejează cristalul împotriva deformării bazei și a variațiilor termice.
3. Tipuri de accelerometre
Diferitele aplicații necesită senzori diferiți, fiecare având propriile sale avantaje.
Accelerometre de uz general
Acestea sunt elementele esențiale ale monitorizării industriale. De obicei, ele oferă o sensibilitate de 100 mV/g și o gamă de frecvențe adecvată pentru cele mai comune utilaje, precum pompe, motoare și ventilatoare — aproximativ între 2 Hz și 10 kHz.
Accelerometre MEMS
Accelerometrele din categoria sistemelor microelectromecanice (MEMS) sunt fabricate pe bază de siliciu, sunt foarte mici, consumă puțină energie și sunt rentabile. Deși, în trecut, erau mai puțin sensibile decât cele piezoelectrice, dispozitivele MEMS moderne se perfecționează rapid și sunt utilizate pe scară largă în domeniul electronicii portabile, al sistemelor auto, monitorizare fără fir noduri și instalații de monitorizare a stării cu costuri reduse.
Accelerometre piezorezistive
Folosiți pentru testarea rezistenței la șocuri și pentru mișcări de joasă frecvență, acești senzori răspund până la 0 Hz (accelerație continuă), ceea ce îi face utili pentru măsurarea accelerației constante într-o centrifugă sau a mișcării lente a unui vehicul.
Accelerometre de înaltă frecvență
Concepuți pentru a detecta evenimente de înaltă frecvență, precum deteriorarea în stadiu incipient a angrenajelor și a rulmenților, acești senzori utilizează o masă seismică mai mică și o frecvență de rezonanță mai ridicată, permițând măsurători precise până la 20 kHz sau mai mult — intervalul în care tehnici precum analiza anvelopei și metoda impulsului de șoc live.
4. Specificații cheie și selecție
Atunci când aleg un accelerometru, inginerii iau în considerare mai mulți parametri:
- Sensibilitate (mV/g): O sensibilitate mai mare asigură un semnal de ieșire mai puternic, mai potrivit pentru detectarea vibrațiilor de intensitate redusă; 100 mV/g reprezintă standardul industrial obișnuit.
- Răspuns în frecvență: Intervalul în care senzorul măsoară cu precizie. Acesta trebuie să acopere intervalul preconizat frecvențele defecțiunilor a mașinii, cu o marjă confortabilă sub nivelul propriu al senzorului frecvența naturală (de rezonanță).
- Intervalul de temperatură: Senzorul trebuie să reziste la temperatura suprafeței pe care este montat; un senzor de temperatură este adesea amplasat în același loc pentru monitorizarea combinată.
- Mod de montare: Modul de fixare a senzorului — cu șurub, cu adeziv sau cu magnet — influențează în mod semnificativ precizia la frecvențe înalte. O fixare cu șurub pe ISO 5348 oferă cea mai bună cuplare și cea mai largă lățime de bandă utilizabilă; un magnet este convenabil pentru lucrările de traseu, dar reduce limita superioară de frecvență. Slab montare poate genera o eroare rezonanță de montare care se prezintă ca o defecțiune a aparatului.
Puteți estima pierderea de lățime de bandă cauzată de un anumit atașament folosind Calculator de rezonanță de montare a accelerometrului înainte de a opta pentru o anumită schemă de montare.
5. Aplicații în monitorizarea stării
Accelerometrele stau la baza aproape tuturor analiza vibrațiilor sarcină, inclusiv:
- Programe de întreținere preventivă: colectarea datelor de rutină privind un traseu pentru a monitoriza starea echipamentelor și a anticipa defecțiunile.
- Diagnosticarea defecțiunilor: identificarea dezechilibrelor, a nealiniamentelor, joc axial și uzura rulmenților from the spectrul de vibrații.
- Teste de acceptare: verificarea faptului că utilajele noi sau reparate respectă specificațiile privind vibrațiile, cum ar fi ISO 20816 (succesorul actual al standardului ISO 10816).
- Analiză modală: studying the frecvențe naturale și forme de mod a unei structuri.
Echilibrarea pe teren este una dintre cele mai solicitante dintre aceste sarcini, deoarece necesită atât amplitudinea și a fază a vibrației cu o frecvență de o dată pe rotație. Un instrument portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A ia cei doi accelerometri ai săi, îi fixează pe un tahometru impuls și măsoară amplitudinea și faza de 1× direct la rulmenții mașinii, la viteza de funcționare — transformând semnalul brut al accelerometrului în coeficienții de influență și greutățile de corecție necesare pentru echilibrarea rotorului la fața locului.
