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 невідповідність.
1. Визначення: Суть вимірювання вібрації
Прискорення - це природна величина для вимірювання на обертових механізмах, оскільки динамічні сили, які пошкоджують машину - відцентрова сила від важкого предмета, удар від розбитого підшипника - збільшуються з 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 може бути електронним інтегрований один раз, щоб віддати швидкість (мм/с), і двічі дати зміщення (мкм). Таким чином, один правильно встановлений датчик охоплює всі три класичні блоки вібрації, дозволяючи аналітику вибрати той, який 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.
- Застосовую силу: 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.
- Генерую сигнал: Напружений п'єзоелектричний кристал виробляє крихітний електричний заряд, прямо пропорційний прикладеній силі, а отже, і прискоренню.
- Виходьте: Внутрішня електроніка формує цей заряд і передає його по кабелю до збирача даних або системи моніторингу як аналогове представлення прискорення в цій точці.
Те, як цей заряд обумовлений, визначає дві загальні сім'ї. A заряд-вихід датчик передає необроблений заряд на зовнішній підсилювач заряду і витримує дуже високі температури. Набагато більш поширеним у промисловості є ІЄПЕ (або режим напруги), який вбудовує підсилювач у датчик і виводить низькоомну напругу, що добре проходить по звичайному двопровідному кабелю. Найнадійніші конструкції використовують зсув конструкція, 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 в прямому ефірі.
4. Основні характеристики та вибір
Обираючи акселерометр, інженери зважують кілька параметрів:
- Чутливість (мВ/г): Вища чутливість дає сильніший вихідний сигнал, який краще підходить для усунення вібрації низького рівня; 100 мВ/г є загальним 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 хибне уявлення про наростання резонансу яка маскується під несправність машини.
Ви можете оцінити втрати пропускної здатності для певного вкладення 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 профілактичного обслуговування: збір рутинних даних про маршрут відстежувати стан машини та прогнозувати збої.
- Діагностика несправностей: точне визначення дисбалансу, розбалансування, 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 поля - одна з найскладніших робіт, оскільки вона потребує як амплітудного, так і і "У нас тут є фаза вібрації, що відбувається один раз за революцію. Портативний двоканальний інструмент, такий як Балансет-1а бере свої два акселерометри, прикріплює їх до тахометр і вимірює амплітуду та фазу в 1 раз безпосередньо у власних підшипниках машини на робочій швидкості - перетворюючи необроблений сигнал акселерометра на коефіцієнти впливу та коригувальні ваги, необхідні для балансування ротора на місці.
