Čo je akcelerometer? Sprievodca analýzou vibrácií

Definícia: Jadro merania vibrácií

Jeden akcelerometer je prevodník (alebo senzor), ktorý premieňa mechanický pohyb, konkrétne zrýchlenie z vibrácií alebo nárazov, na proporcionálny elektrický signál. Je to najpoužívanejší senzor v oblasti prediktívnej údržby a monitorovania stavu. Meraním zrýchlenia komponentov stroja poskytuje akcelerometer nespracované údaje potrebné na diagnostiku širokej škály mechanických a elektrických porúch, od defektov ložísk až po nevyváženosť a nesprávne zarovnanie.

Ako fungujú akcelerometre? Piezoelektrický princíp

Hoci existuje niekoľko typov akcelerometrov, prevažná väčšina používaných na monitorovanie priemyselných strojov je založená na piezoelektrický efektTu je zjednodušený rozpis ich fungovania:

1. Piezoelektrický kryštál: Vo vnútri akcelerometra sa nachádza malá hmota pripevnená k piezoelektrickému kryštálu (často ide o typ keramiky, ako napríklad PZT).
2. Aplikácia sily: Keď stroj vibruje, kryt senzora sa s ním pohybuje. V dôsledku zotrvačnosti vnútorná hmota kladie odpor tomuto pohybu a pôsobí silou na kryštál.
3. Generovanie signálu: Piezoelektrický kryštál má jedinečnú vlastnosť: pri stlačení alebo namáhaní generuje malý elektrický náboj (napätie), ktorý je priamo úmerný pôsobiacej sile.
4. Výstup: Tento napäťový signál je potom upravený internou elektronikou a prenášaný cez kábel do zberača dát alebo monitorovacieho systému. Výstupný signál je analógovým znázornením zrýchlenia stroja v danom bode.

Typy akcelerometrov

Rôzne aplikácie si vyžadujú rôzne typy akcelerometrov, pričom každý má svoje vlastné silné stránky.

Univerzálne akcelerometre

Toto sú ťažné kone priemyselného monitorovania. Zvyčajne majú citlivosť 100 mV/g a frekvenčný rozsah vhodný pre väčšinu bežných strojov, ako sú čerpadlá, motory a ventilátory (napr. od 2 Hz do 10 kHz).

MEMS akcelerometre

Akcelerometre MEMS (mikroelektromechanické systémy) sú senzory na báze kremíka. Sú veľmi malé, majú nízku spotrebu energie a sú cenovo dostupné. Hoci sú tradične menej citlivé ako piezoelektrické typy, moderné senzory MEMS sa rýchlo zlepšujú a sú bežné v prenosnej elektronike, automobilových aplikáciách a niektorých lacnejších systémoch monitorovania stavu.

Piezorezistívne akcelerometre

Tieto senzory sa používajú na testovanie nárazmi a meranie nízkofrekvenčného pohybu. Dokážu merať až do 0 Hz (jednosmerné zrýchlenie), čo je užitočné pre aplikácie, ako je meranie konštantného zrýchlenia v odstredivke.

Vysokofrekvenčné akcelerometre

Sú špeciálne navrhnuté na detekciu vysokofrekvenčných udalostí, ako sú napríklad počiatočné poruchy ozubených kolies a ložísk. Majú menšiu hmotnosť a vyššiu rezonančnú frekvenciu, čo im umožňuje presne merať vibrácie až do 20 kHz alebo viac.

Kľúčové špecifikácie a výber

Pri výbere akcelerometra inžinieri zohľadňujú niekoľko kľúčových parametrov:

• Citlivosť (mV/g): Vyššia citlivosť vytvára silnejší signál, čo je lepšie na meranie vibrácií nízkej úrovne. Bežným štandardom je 100 mV/g.
• Frekvenčná odozva: Rozsah frekvencií, ktoré dokáže senzor presne merať. Musí sa zhodovať s očakávanými poruchovými frekvenciami stroja.
• Teplotný rozsah: Snímač musí byť schopný odolať prevádzkovej teplote povrchu stroja, na ktorom je namontovaný.
• Spôsob montáže: Spôsob pripevnenia snímača k stroju (kolíkový držiak, lepidlo, magnet) výrazne ovplyvňuje presnosť vysokofrekvenčných meraní. Kolíkový držiak poskytuje najlepšie pripojenie a frekvenčnú odozvu.

Aplikácie v monitorovaní stavu

Akcelerometre sú základom takmer všetkých úloh vibračnej analýzy vrátane:

• Programy prediktívnej údržby: Zber bežných údajov o vibráciách na sledovanie stavu strojov a predpovedanie porúch.
• Diagnostika poruchy: Identifikácia špecifických problémov, ako je nevyváženosť, nesprávne zarovnanie, vôľa a opotrebovanie ložísk.
• Akceptačné testovanie: Overovanie, či nové alebo opravené stroje spĺňajú špecifikácie vibrácií.
• Modálna analýza: Štúdium vlastných frekvencií a tvarov módov štruktúry.

← Späť na hlavný index