Шта је акцелерометар? Водич за анализу вибрација
Један акцелерометар је претварач (или сензор) који претвара механичко кретање — конкретно убрзање произведено вибрацијом или ударом — у пропорционални електрични сигнал. То је далеко најчешће коришћен сензор у предиктивно одржавање и праћење стања. Мерењем колико се брзо мења брзина кретања тачке на машини, акцелерометар обезбеђује сирови подаци који омогућавају аналитичару да дијагностикује широк спектар механичких и електричних кварова — од дефекти лежаја до неравнотежа и неусклађеност.
1. Дефиниција: Основа мерења вибрација
Убрзање је природна величина за мерење на ротирајућим машинама јер динамичке силе које оштећују машину — центрифугалне силе од тешког места, удар од одломљеног прстена лежаја — пропорционалне су убрзању. Акцелерометар директно реагује на те силе, због чега се налази у срцу скоро сваке модерне анализатор вибрација и прикупљач података.
Једна од практичних предности акцелерометра је то што се његов сигнал убрзања може електронски интегрисан једном дати брзина (мм/с), и два пута да померање (µм). Један добро постављен сензор стога обухвата све три класичне јединице вибрације, омогућавајући аналитичару да изабере onu која најбоље открива одређену квар.
2. Како функционишу акселерометри? Пиезоелектрични принцип
Иако постоји неколико физичких принципа, огромна већина акцелерометара који се користе за индустријске машине заснива се на пиезоелектрични ефекат. Радни низ је једноставан:
- Пиезоелектрични кристал: Унутар сензора мала сеизмичка маса је причвршћена за пиезоелектрични елемент — обично керамика као што је PZT, или код премијум сензора прецизно исечен кварцни кристал.
- Примењивање силе: Када машина вибрира, кућиште се креће заједно са њом. Због инерције, унутрашња маса се супротставља том кретању и делује на кристал силом — једнаком, према другом Нјутновом закону, маси пута убрзању.
- Генерисање сигнала: Под дејством напона, пиезоелектрични кристал производи ситну електричну наплату која је директно пропорционална применисној сили, а самим тим и убрзању.
- Излаз: Унутрашња електроника обрађује овај набој и преноси га каблом до уређаја за прикупљање података или система за надгледање као аналогни приказ убрзања на тој тачки.
Начин на који је тај набој условљен дефинише две уобичајене породице. A наплата-излаз сензор испоручује сирову наплату спољашњем појачало наелектрисања и подноси веома високе температуре. У индустрији је далеко чешћи ИЕПЕ (или напонски режим) тип, који уграђује појачало у сензор и испоручује нискоимпедансни напон који добро преноси кроз обичан двожични кабл. Најробуснији дизајни користе сечиво конструкција која изолова кристал од савијања основе и термичких транзијената.
3. Типови акцелерометра
Различите примене захтевају различите сензоре, сваки са својим предностима.
Акцелерометри опште намене
Ово су радни коњи индустријског надзора. Они обично нуде осетљивост од 100 mV/g и фреквенцијски опсег прилагођен најчешћој механизацији као што су пумпе, мотори и вентилатори — отприлике од 2 Hz до 10 kHz.
MEMS акцелерометри
Микроелектромеханички (MEMS) акцелерометри су засновани на силицијуму, веома мали, нископотрошњи и економични. Историјски мање осетљиви од пиезоелектричних типова, савремени MEMS уређаји се брзо унапређују и уобичајени су у преносној електроници, аутомобилским системима, бежично надгледање чворишта и инсталације за праћење стања нижих трошкова.
Пиезорезистивни акцелерометри
Користе се за ударна испитивања и нискофреквентне покрете, ови сензори реагују чак до 0 Hz (постојано убрзање), што их чини корисним за мерење стабилног убрзања у центрифуги или спорог кретања возила.
Високофреквентни акцелерометри
Дизајнирани да открију високофреквентне догађаје као што су оштећења зупчаника и лежајева у раној фази, ови сензори користе мању сеизмичку масу и вишу резонантну фреквенцију, омогућавајући прецизно мерење до 20 kHz или више — опсег у којем технике као што су анализа обвојнице и метод шок пулса живи.
4. Кључне спецификације и избор
При избору акцелерометра, инжењери узимају у обзир неколико параметара:
- Осетљивост (mV/g): Виша осетљивост даје јачи излаз, бољи за резолуцију ниско-уровне вибрације; 100 мВ/г је уобичајени индустријски стандард.
- Фреквенцијски одзив: Појас унутар којег сензор чита прецизно. Он мора обухватити очекивано фреквенције грешака од машине, са удобном маргином испод саме сензора природна (резонантна) фреквенција.
- Опсег температура: Сензор мора да издржи површинску температуру на којој је монтиран; а сензор температуре често се ко-лоцира за комбиновано праћење.
- Начин монтаже: Начин на који се сензор причвршћује — шипком, лепком или магнетом — у великој мери утиче на високу фреквенцијску прецизност. Монтажа на шипку по ИСО 5348 обезбеђује најбоље спајање и најшири употребљиви опсег; магнетић је практичан за рад на рутама, али снижава горњу границу фреквенције. Лоше монтажа може увести лажни нагомилавање резонанце који се маскира као квар машине.
Можете проценити казну пропусног опсега за дато прилог помоћу Калкулатор резонанције монтаже акцелерометра пре него што се определите за шему монтаже.
5. Примене у мониторингу стања
Акцелерометери су основа скоро сваке Анализа вибрација задатак, укључујући:
- Програми предвиђајућег одржавања: прикупљање рутинских података о а рута праћење здравља машина и предвиђање отказа.
- Дијагноза квара: лоцирање неравнотеже, неусклађености, лабавост и хабање лежаја из спектар вибрација.
- Тестирање пријема: проверу да ли ново или поправљено машинско опремање испуњава спецификације за вибрације као што су ИСО 20816 (модеран наследник ISO 10816).
- Модална анализа: проучавање природне фреквенције и облици режима од конструкције.
Теренско балансирање је један од најзахтевнијих од ових послова, јер захтева и амплитуду и the фаза од вибрације једном по револуцији. Преносиви двоканални инструмент као што је Балансет-1а узима своја два акцелерометра, закључава их на тахометар пулс, и мери амплитуду и фазу 1× директно у сопственим лежајевима машине при радном брзину — претварајући сиров сигнал акцелерометра у коефицијенте утицаја и корекционе тежине потребне за балансирање ротора на лицу места.
