Що таке акселерометр? Посібник з аналізу вібрацій
Ан акселерометр є перетворювач (або датчика), який перетворює механічний рух - зокрема прискорення вібрації або удару - у пропорційний електричний сигнал. Це, безумовно, найпоширеніший датчик, що використовується в прогнозне обслуговування і моніторинг стану. Вимірюючи, як швидко змінюється швидкість точки на машині, акселерометр надає вихідні дані, які дозволяють аналітику діагностувати широкий спектр механічних і електричних несправностей - від дефекти підшипників до дисбаланс і неспіввісність.
1. Визначення: Суть вимірювання вібрації
Прискорення — природна величина для вимірювання на обертових машинах, оскільки динамічні сили, що пошкоджують машину, — відцентрова сила від важкої точки, удар від відколу на доріжці підшипника — зростають разом із прискоренням. Акселерометр безпосередньо реагує на ці сили, саме тому він лежить в основі майже кожного сучасного аналізатор вібрації і збирач даних.
Однією з практичних переваг акселерометра є те, що його сигнал прискорення можна електронно інтегрований один раз, щоб отримати швидкість (mm/s), і двічі, щоб отримати зміщення (µm). Таким чином, один правильно встановлений датчик охоплює всі три класичні одиниці вібрації, дозволяючи аналітику вибрати ту, яка найкраще виявляє певну несправність.
2. Як працюють акселерометри? П'єзоелектричний принцип
Хоча існує кілька фізичних принципів, переважна більшість акселерометрів, що використовуються в промисловому обладнанні, базуються на п'єзоелектричний ефект. Послідовність роботи проста:
- П'єзоелектричний кристал: Всередині датчика невелика сейсмічна маса прикріплена до п'єзоелектричний чутливий елемент - зазвичай кераміка, така як PZT, або в датчиках преміум-класу - прецизійно вирізаний кварцовий кристал.
- Прикладання сили: Коли машина вібрує, корпус рухається разом з нею. За інерцією, внутрішня маса чинить опір цьому руху і діє на кристал з силою, яка, за другим законом Ньютона, дорівнює масі, помноженій на прискорення.
- Генерація сигналу: Напружений п'єзоелектричний кристал виробляє крихітний електричний заряд, прямо пропорційний прикладеній силі, а отже, і прискоренню.
- Вихід: Внутрішня електроніка формує цей заряд і передає його по кабелю до збирача даних або системи моніторингу як аналогове представлення прискорення в цій точці.
Спосіб узгодження цього заряду визначає дві поширені групи. Датчик із зарядовим виходом датчик передає необроблений заряд на зовнішній підсилювач заряду і витримує дуже високі температури. Набагато більш поширеним у промисловості є ІЄПЕ (або з виходом за напругою), який вбудовує підсилювач у датчик і виводить низькоомну напругу, що добре проходить по звичайному двопровідному кабелю. Найнадійніші конструкції використовують зсув зсувну конструкцію, яка ізолює кристал від вигину основи та теплових перехідних процесів.
3. Типи акселерометрів
Для різних застосувань потрібні різні датчики, кожен з яких має свої переваги.
Акселерометри загального призначення
Це робочі конячки промислового моніторингу. Зазвичай вони пропонують чутливість 100 мВ/г і діапазон частот, що підходить для найбільш поширених механізмів, таких як насоси, двигуни та вентилятори - приблизно від 2 Гц до 10 кГц.
Акселерометри MEMS
Акселерометри на основі мікроелектромеханічних систем (МЕМС) - це кремнієві, дуже маленькі, малопотужні та економічно ефективні пристрої. Історично менш чутливі, ніж п'єзоелектричні типи, сучасні MEMS-пристрої швидко вдосконалюються і широко використовуються в портативній електроніці, автомобільних системах, бездротовий моніторинг вузли та дешевші установки для моніторингу стану.
П'єзорезистивні акселерометри
Ці датчики, що використовуються для ударних випробувань і низькочастотного руху, реагують аж до 0 Гц (прискорення постійного струму), що робить їх корисними для вимірювання постійного прискорення в центрифузі або повільного руху транспортного засобу.
Високочастотні акселерометри
Розроблені для виявлення високочастотних подій, таких як пошкодження шестерень і підшипників на ранніх стадіях, ці датчики використовують меншу сейсмічну масу і вищу резонансну частоту, що дозволяє проводити точні вимірювання до 20 кГц і вище - діапазону, в якому такі технології, як аналіз обвідної і метод імпульсного удару працюють.
4. Основні характеристики та вибір
Обираючи акселерометр, інженери зважують кілька параметрів:
- Чутливість (мВ/г): Вища чутливість дає сильніший вихідний сигнал, краще придатний для виявлення низькорівневої вібрації; 100 mV/g є поширеним промисловим стандартом.
- Частотна характеристика: Смуга, в якій датчик зчитує точно. Він повинен охоплювати очікувану частоти несправностей машини, з комфортним запасом нижче власного датчика власна (резонансна) частота.
- Діапазон температур: Датчик повинен витримувати температуру поверхні, на якій він встановлюється; a датчик температури часто розташовуються разом для проведення комбінованого моніторингу.
- Спосіб кріплення: Спосіб кріплення датчика - шпилька, клей або магніт - сильно впливає на високочастотну точність. Шпилькове кріплення на ISO 5348 забезпечує найкраще з'єднання і найширшу корисну смугу частот; магніт зручний для маршрутної роботи, але знижує верхню межу частот. Поганий монтаж може створити хибний резонанс кріплення резонанс, який маскується під несправність машини.
Ви можете оцінити втрати пропускної здатності для певного кріплення за допомогою Калькулятор резонансу кріплення акселерометра перед тим, як приступити до монтажу.
5. Застосування в моніторингу стану
Акселерометри лежать в основі майже кожного аналіз вібрації завдання, в тому числі:
- Програми предиктивного обслуговування: збір рутинних даних про маршруті відстежувати стан машини та прогнозувати збої.
- Діагностика несправностей: точне визначення дисбалансу, неспіввісності, розхитування і знос підшипників від спектр вібрації.
- Приймальні випробування: перевірка відповідності нового або відремонтованого обладнання специфікаціям вібрації, таким як ISO 20816 (сучасний наступник стандарту ISO 10816).
- Модальний аналіз: вивчаючи власні частоти і форми режиму структури.
Балансування на місці — одна з найскладніших робіт, оскільки воно потребує як амплітуди і the фаза вібрації на частоті один раз за оберт. Портативний двоканальний прилад, такий як Balanset-1A синхронізує два свої акселерометри з тахометр імпульсу та вимірює амплітуду й фазу 1× безпосередньо на власних підшипниках машини за робочої швидкості — перетворюючи необроблений сигнал акселерометра на коефіцієнти впливу та коригувальні вантажі, потрібні для балансування ротора на місці.
