Çfarë është akselerometri? Udhëzues për analizën e vibrimeve
Një akselerometri është një transduktor (ose sensori) që shndërron lëvizjen mekanike — konkretisht nxitimi e prodhuar nga dridhjet ose goditjet — në një sinjal elektrik proporcional. Është, pa dyshim, sensori më i përdorur në mirëmbajtje parashikuese dhe monitorim i gjendjes. Duke matur sa shpejt po ndryshon shpejtësia e një pike në makineri, akselerometri jep të dhënat bazë që i lejojnë analistit të diagnostikojë një gamë të gjerë defektesh mekanike dhe elektrike — nga defektet e kushinetës në çekuilibrimi dhe mospërputhja.
Në kompletet e balancimit në terren, akselerometri është sensori kryesor: sensori i vibrimeve Vibromera është një akselerometër industrial i furnizuar me instrumentet Balanset.
1. Përkufizimi: Thelbi i Matjes së Dridhjeve
Nxitimi është madhësia natyrore për t'u matur në makineritë rrotulluese, sepse forcat dinamike që dëmtojnë një makineri — forca centrifugale nga një pikë e rëndë, goditja nga një gropëzim i unazës së kushinetës — shkallëzohen me nxitimin. Një akselerometër i përgjigjet drejtpërdrejt këtyre forcave, prandaj qëndron në zemër të pothuajse çdo analizues vibrimesh dhe kolektor të dhënash.
Një nga pikat e forta praktike të akselerometrit është se sinjali i tij i nxitimit mund të integrohet një herë për të dhënë shpejtësia (mm/s), dhe dy herë për të dhënë zhvendosje (µm). Kështu, një sensor i vetëm, i montuar mirë, mbulon të tria njësitë klasike të dridhjeve, duke i lejuar analistit të zgjedhë atë që zbulon më mirë një defekt të caktuar.
2. Si Funksionojnë Akselerometrat? Parimi Piezoelektrik
Megjithëse ekzistojnë disa parime fizike, shumica dërrmuese e akselerometrave të përdorur për makineritë industriale bazohen në efekti piezoelektrik. Sekuenca e punës është e thjeshtë:
- Kristali piezoelektrik: Brenda sensorit, një masë e vogël sizmike është e lidhur me një piezoelektrik element — zakonisht një qeramikë si PZT, ose në sensorët e nivelit të lartë një kristal kuarci i prerë me precizion.
- Zbatimi i forcës: Kur makineria dridhet, kutia lëviz së bashku me të. Për shkak të inercisë, masa e brendshme i rezistohet kësaj lëvizjeje dhe ushtron një forcë mbi kristalin — të barabartë, sipas ligjit të dytë të Njutonit, me masën shumëzuar me nxitimin.
- Gjenerimi i sinjalit: Një kristal piezoelektrik i vënë nën presion prodhon një ngarkesë elektrike të vogël, drejtpërdrejt proporcionale me forcën e zbatuar, dhe rrjedhimisht me nxitimin.
- Dalja: Elektronika e brendshme e kondicionon këtë ngarkesë dhe e transmeton përmes një kablloje te një grumbullues të dhënash ose sistem monitorimi, si një përfaqësim analog i nxitimit në atë pikë.
Mënyra se si kondicionohet kjo ngarkesë përcakton dy familje të zakonshme. Një sensor me dalje ngarkese jep ngarkesën e papërpunuar te një amplifikator ngarkese i jashtëm dhe duron temperatura shumë të larta. Shumë më i zakonshëm në industri është IEPE (ose modaliteti me tension) lloji, i cili e integron amplifikatorin brenda vetë sensorit dhe prodhon një tension me impedancë të ulët që përcillet mirë përmes një kablloje të zakonshme dy-përçuese. Dizajnet më të qëndrueshme përdorin një konstruksion tip prerje që izolon kristalin nga përkulja e bazës dhe kalimet termike kalimtare.
3. Llojet e Akselerometrave
Aplikime të ndryshme kërkojnë sensorë të ndryshëm, secili me pikat e veta të forta.
Akselerometra për Përdorim të Përgjithshëm
Këta janë sensorët kryesorë të monitorimit industrial. Zakonisht ofrojnë një ndjeshmëria prej 100 mV/g dhe një diapazon frekuence të përshtatshëm për shumicën e makinerive të zakonshme, si pompat, motorët dhe ventilatorët — afërsisht nga 2 Hz deri në 10 kHz.
Akselerometra MEMS
Akselerometrat me Sisteme Mikro-Elektro-Mekanike (MEMS) janë të bazuar në silikon, shumë të vegjël, me konsum të ulët energjie dhe me kosto efektive. Historikisht më pak të ndjeshëm se llojet piezoelektrike, pajisjet moderne MEMS po përmirësohen me shpejtësi dhe janë të zakonshme në elektronikën portative, sistemet e automjeteve, monitorimin pa tel nyjet dhe instalimet e monitorimit të gjendjes me kosto më të ulët.
Akselerometra piezorezistivë
Të përdorur për testime goditjeje dhe lëvizje me frekuencë të ulët, këta sensorë reagojnë deri në 0 Hz (nxitim DC), gjë që i bën të dobishëm për matjen e nxitimit të qëndrueshëm në një centrifugë ose të lëvizjes së ngadaltë të një automjeti.
Akselerometra me frekuencë të lartë
Të dizajnuar për të kapur ngjarje me frekuencë të lartë, si dëmtimet e hershme të ingranazheve dhe kushinetave, këta sensorë përdorin një masë sizmike më të vogël dhe një frekuencë rezonante më të lartë, duke lejuar matje të sakta deri në 20 kHz ose më shumë — diapazoni ku teknika si analiza e mbështjellëses dhe metoda e impulsit të goditjes funksionojnë.
4. Specifikimet Kryesore dhe Përzgjedhja
Kur zgjedhin një akselerometër, inxhinierët vlerësojnë disa parametra:
- Ndjeshmëria (mV/g): Ndjeshmëria më e lartë jep një dalje më të fortë, më të mirë për zbulimin e dridhjeve me nivel të ulët; 100 mV/g është standardi i zakonshëm industrial.
- Përgjigja në frekuencë: Brezi brenda të cilit sensori lexon me saktësi. Duhet të mbulojë frekuencat e defektit e makinerisë, me një marzhë të rehatshme nën atë vetjake të vetë frekuenca natyrore (rezonante).
- Diapazoni i temperaturës: Sensori duhet të përballojë temperaturën sipërfaqësore ku është montuar; një sensori i temperaturës shpesh vendoset në të njëjtin vend për monitorim të kombinuar.
- Metoda e montimit: Mënyra se si lidhet sensori — me bulon, ngjitës ose magnet — ndikon fuqishëm në saktësinë në frekuenca të larta. Një montim me bulon sipas ISO 5348 jep bashkimin më të mirë dhe brezin e frekuencës së përdorshme më të gjerë; magneti është i përshtatshëm për punë rrugore, por ul kufirin e sipërm të frekuencës. I dobët, montimi mund të shkaktojë një rezonanca e montimit që paraqitet si defekt i makinës.
Ndikimin negativ në brezin e frekuencës për një montim të caktuar mund ta vlerësoni me Kalkulatori i Rezonancës së Montimit të Akselerometrit para se të vendosni për një skemë montimi.
5. Zbatime në Monitorimin e Gjendjes
Akselerometrat qëndrojnë në themel të pothuajse çdo analiza e vibrimeve detyre, duke përfshirë:
- Programet e mirëmbajtjes parashikuese: mbledhja e të dhënave rutinë sipas një rrugë për të ndjekur tendencën e gjendjes së makinës dhe për të parashikuar dëmtimet.
- Diagnostikimi i defekteve: identifikimi i saktë i çekuilibrit, keqrreshtimit, lirshmëri dhe konsumi i kushinetave nga spektri i vibrimeve.
- Testimi i pranimit: verifikimi që makineri të reja ose të riparuara përmbushin specifikimet e vibrimeve si ISO 20816 (pasardhësi modern i ISO 10816).
- Analiza modale: studimi i frekuencat natyrore dhe format modale e një strukture.
Balancimi në terren është një nga më kërkueset e këtyre punëve, sepse kërkon njëkohësisht amplitudën dhe faza e vibrimit që ndodh një herë për çdo rrotullim. Një instrument portativ me dy kanale si Balanset-1A merr dy akselerometrat e tij, i sinkronizon me një takometër impuls, dhe mat drejtpërdrejt amplitudën dhe fazën 1× në kushinetat e vetë makinës, në shpejtësinë e punës — duke e shndërruar sinjalin e papërpunuar të akselerometrit në koeficientët e ndikimit dhe peshat korrigjuese të nevojshme për të balancuar rotorin në vend.
