Čo je akcelerometer? Sprievodca analýzou vibrácií
Jeden akcelerometer je prevodník (alebo snímač), ktorý prevádza mechanický pohyb — konkrétne zrýchlenie vznikajúce v dôsledku vibrácií alebo nárazov — na proporcionálny elektrický signál. Je to zďaleka najčastejšie používaný snímač v prediktívna údržba a monitorovanie stavu. Meraním rýchlosti, akou sa mení rýchlosť bodu na stroji, poskytuje akcelerometer surové údaje, ktoré umožňujú analytikovi diagnostikovať širokú škálu mechanických a elektrických porúch — od chyby ložísk k nevyváženosť a nesprávne zarovnanie.
1. Definícia: Základ merania vibrácií
Zrýchlenie je fyzikálna veličina, ktorú je potrebné merať na rotujúcich strojoch, pretože dynamické sily, ktoré stroj poškodzujú – odstredivá sila spôsobená nerovnomerným rozložením hmotnosti alebo náraz spôsobený odlomeným okrajom ložiskového krúžku – sú úmerné zrýchleniu. Akcelerometer priamo reaguje na tieto sily, a preto je základným prvkom takmer každého moderného analyzátor vibrácií a zberač údajov.
Jednou z praktických výhod akcelerometra je, že jeho signál zrýchlenia je možné elektronicky integrovaný once to give rýchlosť (mm/s) a dvakrát, aby sme dostali výtlak (µm). Jeden jediný, správne namontovaný snímač tak pokrýva všetky tri klasické jednotky merania vibrácií, čo umožňuje analytikovi vybrať si tú, ktorá danú poruchu odhalí najlepšie.
2. Ako fungujú akcelerometre? Piezoelektrický princíp
Hoci existuje viacero fyzikálnych princípov, drvivá väčšina akcelerometrov používaných v priemyselných strojoch je založená na piezoelektrický efekt. Postup je jednoduchý:
- Piezoelektrický kryštál: Vnútri snímača je k piezoelektrické prvok – zvyčajne keramický materiál, napríklad PZT, alebo v prípade senzorov vyššej triedy presne vybrúsený kremeňový kryštál.
- Pôsobenie sily: Keď stroj vibruje, kryt sa pohybuje spolu s ním. Vnútorná hmotnosť sa zotrvačnosťou bráni tomuto pohybu a pôsobí na kryštál silou, ktorá sa podľa Newtonovho druhého zákona rovná súčinu hmotnosti a zrýchlenia.
- Vytvorenie signálu: Piezoelektrický kryštál podrobený pôsobeniu sily vytvára nepatrný elektrický náboj, ktorý je priamo úmerný pôsobiacej sile, a teda aj zrýchleniu.
- Výstup: Vnútorná elektronika tento signál spracuje a prostredníctvom kábla ho odovzdá zbernému zariadeniu alebo monitorovaciemu systému ako analógové znázornenie zrýchlenia v danom bode.
Podľa toho, ako je tento náboj podmienený, rozlišujeme dve bežné skupiny. A charge-output Senzor odosiela surové údaje do externého zosilňovač náboja a znáša veľmi vysoké teploty. V priemysle sa oveľa častejšie používa IEPE (or voltage-mode) typu, pri ktorom je zosilňovač integrovaný priamo do snímača a na výstupe poskytuje nízkoimpedančné napätie, ktoré sa dobre prenáša bežným dvojvodičovým káblom. Najodolnejšie konštrukcie využívajú shear konštrukcia, ktorá chráni kryštál pred ohybom podstavca a teplotnými výkyvmi.
3. Druhy akcelerometrov
Rôzne aplikácie si vyžadujú rôzne senzory, z ktorých každý má svoje vlastné prednosti.
Univerzálne akcelerometre
Toto sú ťažké pracovné kone priemyselného monitorovania. Zvyčajne ponúkajú citlivosť s citlivosťou 100 mV/g a frekvenčným rozsahom vhodným pre väčšinu bežných strojov, ako sú čerpadlá, motory a ventilátory – približne od 2 Hz do 10 kHz.
MEMS akcelerometre
Akcelerometre typu MEMS (mikroelektromechanické systémy) sú vyrobené na báze kremíka, sú veľmi malé, majú nízku spotrebu energie a sú cenovo výhodné. Hoci boli v minulosti menej citlivé ako piezoelektrické typy, moderné zariadenia MEMS sa rýchlo zdokonaľujú a bežne sa používajú v prenosnej elektronike, automobilových systémoch, bezdrôtové monitorovanie uzly a lacnejšie zariadenia na monitorovanie stavu.
Piezorezistívne akcelerometre
Tieto senzory, ktoré sa používajú na testovanie nárazov a nízkofrekvenčné pohyby, reagujú až do frekvencie 0 Hz (konštantné zrýchlenie), vďaka čomu sú vhodné na meranie konštantného zrýchlenia v odstredivke alebo pomalého pohybu vozidla.
Vysokofrekvenčné akcelerometre
Tieto senzory, určené na detekciu vysokofrekvenčných javov, ako je poškodenie prevodoviek a ložísk v počiatočnom štádiu, využívajú menšiu seizmickú hmotu a vyššiu rezonančnú frekvenciu, čo umožňuje presné meranie až do 20 kHz alebo aj viac – v rozsahu, kde techniky ako analýza obálky a metóda rázového impulzu live.
4. Kľúčové špecifikácie a výber
Pri výbere akcelerometra inžinieri zvažujú viacero parametrov:
- Citlivosť (mV/g): Vyššia citlivosť prináša silnejší výstupný signál, ktorý je vhodnejší na zachytenie slabých vibrácií; 100 mV/g je bežný priemyselný štandard.
- Frekvenčná charakteristika: Rozsah, v ktorom senzor meria presne. Musí pokrývať očakávané frekvencie porúch stroja, s dostatočnou rezervou pod úrovňou samotného senzora vlastná (rezonančná) frekvencia.
- Teplotný rozsah: Snímač musí odolávať teplote povrchu, na ktorom je namontovaný; a teplotný senzor sa často umiestňuje na jednom mieste s cieľom zabezpečiť kombinované monitorovanie.
- Spôsob montáže: Spôsob upevnenia snímača – pomocou skrutky, lepidla alebo magnetu – má výrazný vplyv na presnosť pri vysokých frekvenciách. Upevnenie pomocou skrutky ISO 5348 zabezpečuje najlepšie prepojenie a najširšiu využiteľnú šírku pásma; magnet je vhodný pre prácu v teréne, ale znižuje hornú frekvenčnú hranicu. Zlá montáž môže spôsobiť nesprávny montážna rezonancia ktorá sa vydáva za poruchu zariadenia.
Zníženie priepustnosti spôsobené danou prílohou môžete odhadnúť pomocou Kalkulačka rezonancie montáže akcelerometra predtým, ako sa rozhodnete pre konkrétny spôsob montáže.
5. Využitie v oblasti monitorovania stavu
Akcelerometre sú základom takmer každého analýza vibrácií úloha, vrátane:
- Programy prediktívnej údržby: zhromažďovanie bežných údajov o route na sledovanie stavu zariadení a predpovedanie porúch.
- Diagnostika porúch: zistenie nevyváženosti, nesúosovosti, uvoľnenosť a opotrebenie ložiska from the vibračné spektrum.
- Akceptačné testovanie: overenie, či nové alebo opravené stroje spĺňajú špecifikácie týkajúce sa vibrácií, ako napríklad ISO 20816 (súčasný nástupca normy ISO 10816).
- Modálna analýza: studying the prirodzené frekvencie a tvary módu konštrukcie.
Vyvažovanie v teréne patrí medzi najnáročnejšie z týchto úloh, pretože si vyžaduje nielen amplitúdu a . fáza vibrácie s frekvenciou jeden impulz za otáčku. Prenosný dvojkanálový prístroj, ako napríklad Balanset-1A využije svoje dva akcelerometre a synchronizuje ich s tachometer impulzu a meria amplitúdu a fázu 1× priamo v ložiskách stroja pri prevádzkovej rýchlosti – pričom surový signál z akcelerometra prevádza na koeficienty vplyvu a korekčné váhy potrebné na vyváženie rotora priamo na mieste.
