Что такое акселерометр? Руководство по анализу вибраций.
Частотная характеристика акселерометр является преобразователь (или датчик), который преобразует механическое движение - а именно ускорение создаваемое вибрацией или ударом, в пропорциональный электрический сигнал. На сегодняшний день это самый широко используемый датчик в предиктивное техническое обслуживание и мониторинг состояния. Измеряя, как быстро точка на машине меняет скорость, акселерометр предоставляет исходные данные, которые позволяют аналитику диагностировать широкий спектр механических и электрических неисправностей - от дефектов подшипников к дисбаланс и Перекос.
1. Определение: Суть измерения вибрации
Ускорение - естественная величина для измерения во вращающемся оборудовании, поскольку динамические силы, разрушающие машину, - центробежная сила от тяжелой точки, удар от заклинившего подшипника - масштабируются с ускорением. Акселерометр реагирует непосредственно на эти силы, поэтому он лежит в основе почти каждого современного оборудования. виброанализатор и регистратор данных.
Одним из практических достоинств акселерометра является то, что его сигнал ускорения может быть электронно интегрированный однажды, чтобы дать скорость (мм/с), и дважды, чтобы получить перемещение (мкм). Таким образом, один хорошо смонтированный датчик охватывает все три классические единицы измерения вибрации, позволяя аналитику выбрать ту, которая лучше всего выявляет конкретный дефект.
2. Как работают акселерометры? Пьезоэлектрический принцип
Несмотря на существование нескольких физических принципов, подавляющее большинство акселерометров, используемых в промышленном оборудовании, основаны на пьезоэлектрический эффект. Последовательность работы проста:
- Пьезоэлектрический кристалл: Внутри датчика небольшая сейсмическая масса прикреплена к пьезоэлектрический элемент - обычно керамика, например, PZT, или в датчиках премиум-класса - кристалл кварца с точной огранкой.
- Применение силы: Когда машина вибрирует, корпус движется вместе с ней. По инерции внутренняя масса сопротивляется этому движению и оказывает на кристалл силу, равную, согласно второму закону Ньютона, массе, умноженной на ускорение.
- Генерирование сигнала: Напряженный пьезоэлектрический кристалл создает крошечный электрический заряд, прямо пропорциональный приложенной силе, а значит, и ускорению.
- Выход: Внутренняя электроника кондиционирует этот заряд и передает его по кабелю в устройство сбора данных или систему мониторинга в качестве аналогового представления ускорения в данной точке.
То, как этот заряд обрабатывается, определяет два распространенных семейства датчиков. A заряд-вывод Датчик передает необработанный заряд на внешний усилитель с зарядовым входом и выдерживает очень высокие температуры. В промышленности гораздо чаще встречается IEPE (или режим напряжения), в которых усилитель встроен в датчик и выдает низкоомное напряжение, хорошо проходящее по обычному двухжильному кабелю. Наиболее надежные конструкции используют ножницы конструкция, изолирующая кристалл от изгиба основания и тепловых переходных процессов.
3. Типы акселерометров
Для разных областей применения требуются разные датчики, каждый из которых обладает своими достоинствами.
Акселерометры общего назначения
Это рабочие лошадки промышленного мониторинга. Как правило, они предлагают чувствительность 100 мВ/г и частотный диапазон, подходящий для большинства распространенных механизмов, таких как насосы, двигатели и вентиляторы - примерно от 2 Гц до 10 кГц.
MEMS-акселерометры
Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - это акселерометры на основе кремния, очень маленькие, маломощные и экономически эффективные. Исторически менее чувствительные, чем пьезоэлектрические, современные МЭМС-устройства быстро совершенствуются и широко применяются в портативной электронике, автомобильных системах, беспроводной мониторинг узлов и недорогих установок контроля состояния.
Пьезорезистивные акселерометры
Используемые для ударных испытаний и низкочастотных перемещений, эти датчики реагируют вплоть до 0 Гц (ускорение постоянного тока), что делает их полезными для измерения стабильного ускорения в центрифуге или медленного движения автомобиля.
Высокочастотные акселерометры
Эти датчики, предназначенные для улавливания высокочастотных событий, таких как повреждения зубчатых колес и подшипников на ранних стадиях, используют меньшую сейсмическую массу и более высокую резонансную частоту, что позволяет проводить точные измерения до 20 кГц и выше - диапазон, в котором работают такие методы, как анализе огибающей и метод ударного импульса жить.
4. Основные технические характеристики и выбор
При выборе акселерометра инженеры учитывают несколько параметров:
- Чувствительность (мВ/г): Более высокая чувствительность дает более мощный выходной сигнал, который лучше подходит для определения вибрации низкого уровня; общепринятым промышленным стандартом является 100 мВ/г.
- Частотный диапазон: Диапазон, в котором датчик считывает точные данные. Она должна охватывать ожидаемый частотам неисправностей машины, с комфортным запасом ниже собственного датчика собственная (резонансная) частота.
- Диапазон температур: Датчик должен выдерживать температуру поверхности, на которой он установлен; a датчик температуры часто располагается рядом для совместного мониторинга.
- Способ крепления: Способ крепления датчика - шпилька, клей или магнит - сильно влияет на высокочастотную точность. Шпилечное крепление на ISO 5348 дает наилучшую связь и самую широкую полосу пропускания; магнит удобен для работы на трассе, но снижает верхнюю границу частоты. Плохой монтаж может ввести ложный резонанс крепления которая маскируется под неисправность машины.
Вы можете оценить штраф за пропускную способность данного вложения с помощью функции Калькулятор резонанса крепления акселерометра прежде чем выбрать схему крепления.
5. Применение в мониторинге состояния
Акселерометры лежат в основе почти каждого анализ вибраций задачи, в том числе:
- Программы предиктивного технического обслуживания: сбор стандартных данных о маршрут для отслеживания состояния оборудования и прогнозирования отказов.
- Диагностика неисправностей: Точное определение дисбаланса, несоосности, Ослабление и износ подшипников из спектр вибрации.
- Приемочные испытания: проверка соответствия нового или отремонтированного оборудования спецификациям по вибрации, таким как ISO 20816 (современный вариант стандарта ISO 10816).
- Модальный анализ: изучение собственных частот и формы колебаний структуры.
Балансировка на месте (полевая балансировка) — одна из самых сложных работ, поскольку для нее требуется как амплитуда и который фаза оборотной составляющей вибрации (1× — один раз за оборот). Портативный двухканальный прибор, такой как Balanset-1A берет два своих акселерометра, фиксирует их на тахометр импульса и измеряет амплитуду и фазу 1× непосредственно в собственных подшипниках машины на рабочей скорости, превращая необработанный сигнал акселерометра в коэффициенты влияния и корректирующие грузы, необходимые для балансировки ротора на месте.
