Що таке акселерометр? Посібник з аналізу вібрацій

Визначення: Основи вимірювання вібрації

Ан акселерометр — це перетворювач (або датчик), який перетворює механічний рух, зокрема прискорення від вібрації або удару, на пропорційний електричний сигнал. Це найпоширеніший датчик у галузі прогнозного обслуговування та моніторингу стану. Вимірюючи прискорення компонентів машини, акселерометр надає необроблені дані, необхідні для діагностики широкого спектру механічних та електричних несправностей, від дефектів підшипників до дисбалансу та перекосу.

Як працюють акселерометри? П'єзоелектричний принцип

Хоча існує кілька типів акселерометрів, переважна більшість з них, що використовуються для моніторингу промислового обладнання, базуються на п'єзоелектричний ефектОсь спрощений розклад того, як вони працюють:

1. П'єзоелектричний кристал: Всередині акселерометра знаходиться невелика маса, прикріплена до п'єзоелектричного кристала (часто це тип кераміки, наприклад, PZT).
2. Застосування сили: Коли машина вібрує, корпус датчика рухається разом з нею. Через інерцію внутрішня маса чинить опір цьому руху та діє на кристал із силою.
3. Генерація сигналу: П'єзоелектричний кристал має унікальну властивість: при стисканні або напруженні він генерує невеликий електричний заряд (напругу), який прямо пропорційний прикладеній силі.
4. Виходьте: Цей сигнал напруги потім обробляється внутрішньою електронікою та передається через кабель до пристрою збору даних або системи моніторингу. Вихідний сигнал є аналоговим представленням прискорення машини в цій точці.

Типи акселерометрів

Різні застосування вимагають різних типів акселерометрів, кожен з яких має свої сильні сторони.

Акселерометри загального призначення

Це робочі конячки промислового моніторингу. Зазвичай вони мають чутливість 100 мВ/г та діапазон частот, що підходить для більшості поширених машин, таких як насоси, двигуни та вентилятори (наприклад, від 2 Гц до 10 кГц).

Акселерометри MEMS

Акселерометри мікроелектромеханічних систем (MEMS) – це датчики на основі кремнію. Вони дуже малі, малопотужні та економічно ефективні. Хоча традиційно менш чутливі, ніж п'єзоелектричні, сучасні MEMS-датчики швидко вдосконалюються та поширені в портативній електроніці, автомобільних пристроях та деяких недорогих системах моніторингу стану.

П'єзорезистивні акселерометри

Ці датчики використовуються для ударних випробувань та вимірювання низькочастотного руху. Вони можуть вимірювати частоту до 0 Гц (прискорення постійного струму), що корисно для таких застосувань, як вимірювання постійного прискорення в центрифузі.

Високочастотні акселерометри

Розроблені спеціально для виявлення високочастотних подій, таких як дефекти шестерень та підшипників на ранніх стадіях. Вони мають меншу масу та вищу резонансну частоту, що дозволяє їм точно вимірювати коливання до 20 кГц або більше.

Основні характеристики та вибір

Вибираючи акселерометр, інженери враховують кілька ключових параметрів:

• Чутливість (мВ/г): Вища чутливість створює сильніший сигнал, що краще підходить для вимірювання низькорівневих коливань. Загальноприйнятим стандартом є 100 мВ/г.
• Частотна характеристика: Діапазон частот, які датчик може точно виміряти. Він повинен відповідати очікуваним частотам несправностей машини.
• Температурний діапазон: Датчик повинен витримувати робочу температуру поверхні машини, на якій він встановлений.
• Спосіб монтажу: Спосіб кріплення датчика до машини (кріплення на шпильках, клей, магніт) суттєво впливає на точність високочастотних вимірювань. Кріплення на шпильках забезпечує найкраще з'єднання та частотну характеристику.

Застосування в моніторингу стану

Акселерометри є основоположними майже для всіх завдань аналізу вібрації, включаючи:

• Програми прогнозного технічного обслуговування: Збір регулярних даних про вібрацію для відстеження стану машин та прогнозування відмов.
• Діагностика несправностей: Виявлення конкретних проблем, таких як дисбаланс, перекіс, ослаблення кріплення та знос підшипників.
• Приймальні випробування: Перевірка відповідності нового або відремонтованого обладнання вимогам щодо вібрації.
• Модальний аналіз: Вивчення власних частот та форм мод структури.

← Назад до головного індексу