Für die Überwachung und Kontrolle von rotierenden Maschinen (Pumpen, Motoren, Ventilatoren, Getriebe) möchten Sie natürlich zuverlässige und hochwertige Schwingungsüberwachungssysteme einsetzen. In diesem Artikel besprechen wir 11 wichtige Punkte, die bei der Auswahl des richtigen Beschleunigungssensors für industrielle Anwendungen zu berücksichtigen sind.
Nr. 1: Messbereich für Beschleunigung
Die meisten industriellen Anwendungen nutzen einen Beschleunigungsmessbereich von 80 g oder 50 g.
- 80-g-Sensoren bieten einen breiteren dynamischen Messbereich.
- 50-g-Sensoren können das Signal abschneiden, was zu einer Sensorüberlastung führt, wenn die Schwingungsamplitude den Messbereich überschreitet. Dieses Abschneiden wird im Englischen als „clipping“ bezeichnet.
#2 Zuverlässigkeit des Messsignals über die gesamte Lebensdauer des Sensors
- Ein Sensor kann durch viele externe Faktoren beeinflusst werden, die sich auf seine Langzeitgenauigkeit auswirken:
- Die piezoelektrische Stabilisierung des PZT-Kristalls minimiert die Signalabweichung über einen langen Zeitraum (mehrere Jahre).
- Eine hermetische Abdichtung (vorzugsweise durch Helium-Lecktests überprüft) schützt die internen Komponenten vor Verunreinigungen von außen und vor Oxidation.
- Prüfen Sie, ob der Hersteller Zuverlässigkeitsdaten bereitstellt, wie beispielsweise die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (Mean Time Between Failure, MTBF), die das durchschnittliche Intervall angibt, während dessen der Sensor störungsfrei arbeitet.
#3 Empfindlichkeitstoleranz
Industrielle Beschleunigungssensoren weisen typischerweise einen Empfindlichkeitstoleranzbereich von 5 % bis 20 % auf. Ein Toleranzband von 5 % bietet die höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, während eine breitere Toleranz von 10–20 % verwendet werden kann, wenn der genaue Empfindlichkeitswert in das Datenerfassungsgerät programmiert werden kann.
Toleranzen sind besonders wichtig, wenn Ihr Datenerfassungsgerät oder Ihr Online-System die sich ändernden Empfindlichkeiten einzelner Beschleunigungssensoren nicht effektiv verarbeiten kann. Ein Messtrend kann erhebliche Abweichungen aufweisen, wenn Sensoren mit einer Toleranz von 20 % ausgetauscht werden.
#4 Beschleunigung vs. Drehzahl
Beschleunigungs- und Drehzahlsensoren erkennen verschiedene Arten von Maschinenfehlern:
- Für die meisten Anwendungen werden Drehzahlsensoren verwendet, da ein Geschwindigkeitssignal im Allgemeinen der beste Indikator für die Überwachung des Maschinenzustands ist und sich sowohl für langsam als auch für schnell rotierende Maschinen/Komponenten eignet.
- Das Signal von Beschleunigungssensoren kann durch Integration in Drehzahl umgewandelt werden, wenn die geeignete Empfindlichkeit und Qualität gewählt werden.
- Die Beschleunigungsmessung eignet sich besser zur Überwachung von Getriebefrequenzen und zur Früherkennung von Lagerproblemen.
- Das Signal von Beschleunigungssensoren kann durch Integration in Drehzahl umgewandelt werden, wodurch beide Messarten mit einem einzigen Sensor erfasst werden können.
- Für beide Lösungen gibt es verschiedene Optionen für das Ausgangssignal: Ausgang oben oder seitlich, eine Reihe von Empfindlichkeiten und Toleranzen, integrierte Verkabelung sowie Zertifizierungen für explosionsgefährdete Bereiche.
#5 Zertifizierungen für explosionsgefährdete Bereiche
Schwingungssensoren sind mit Zertifizierungen für nahezu alle Arten von explosionsgefährdeten Bereichen in industriellen Umgebungen (ATEX) erhältlich. Achten Sie bei der Auswahl des Beschleunigungssensors darauf, dass er für die jeweilige Zone geeignet ist, in der er installiert werden soll.
#6 Resonanzfrequenz des Sensors
Messfrequenzen in der Nähe der Resonanzfrequenz des Sensors können zu fehlerhaften Messwerten führen. Das Signal kann übersteuern, was zu niederfrequenten Geistersignalen führt. Die Resonanzfrequenzen des Sensors sollten etwa doppelt so hoch sein wie die höchste zu erwartende Messfrequenz.
#7 Temperaturbereich
Ermitteln Sie im Voraus, wie hoch die Temperatur an dem Ort sein wird, an dem der Beschleunigungssensor installiert werden soll. Die Umgebungstemperatur hat großen Einfluss darauf, welcher Beschleunigungssensortyp für die jeweilige Anwendung geeignet ist.
- Standardmäßige industrielle Beschleunigungssensoren mit integrierter Elektronik sind auf 120 °C begrenzt.
- Dank hochwertiger Komponenten können einige Sensoren bei Temperaturen von bis zu 150 °C betrieben werden.
- Piezoelektrische Beschleunigungssensoren, die keine internen elektronischen Schaltkreise enthalten, arbeiten typischerweise bis zu 260 °C.
- Spezielle Hochtemperatur-Sensorelemente ermöglichen den Betrieb bei Temperaturen von bis zu 760 °C, doch erfordern diese Sensoren auch andere Überlegungen, weshalb es wichtig ist, die Temperaturanforderungen mit Faktoren wie Kosten und Robustheit in Einklang zu bringen.
#8 Verkabelung
Da es viele Möglichkeiten für die Verkabelung von Beschleunigungssensoren gibt, ist es wichtig, die folgenden Punkte zu berücksichtigen:
- Keramik-/Metall-Durchführungen trennen die internen Sensorkomponenten vom Kabel, um Feuchtigkeit und Verunreinigungen vollständig vom Sensor fernzuhalten.
- Das Testen von Sensoren ausschließlich bei dem in den Spezifikationen angegebenen Druckniveau führt möglicherweise nicht zur Erkennung eines Bruchs. Bei Unterwasseranwendungen sollten Sensoren zudem bei mehreren Druckniveaus getestet werden, um Probleme zu erkennen.
- Für Anwendungen in großen Wassertiefen sollte ein Kabel mit einer Isolierung verwendet werden, die Schäden im Falle des Eindringens von Wasser verhindert.
Nr. 9 – Isolierung und Gehäuse
Die Konstruktion des Sensors und der Kabel muss das Signal vor Umwelteinflüssen schützen, die die Daten beeinträchtigen können:
- Es ist erforderlich, ein abgeschirmtes Kabel zu verwenden, bei dem die Abschirmung bis zur Anschlussdose (und nicht nur bis zum Sensor) reicht, um Erdschleifen und statische Aufladungen zu verhindern.
- Sensoren sollten so ausgelegt sein, dass sie elektrostatischen Entladungen (ESD) von bis zu 20.000 Volt standhalten; diese Spezifikation ist jedoch in der Regel nicht in den Datenblättern aufgeführt und muss beim Hersteller angefragt werden.
- Montageunterlagen können in Umgebungen, in denen hohe Spannungsunterschiede, eine starke statische Aufladung oder ungewisse Erdungsbedingungen herrschen, als Isolierung (bis zu 1.500 Volt) dienen.
Nr. 10 – Messbereich
100-mV/g-Sensoren werden am häufigsten zur Überwachung industrieller rotierender Maschinen eingesetzt, es gibt jedoch Ausnahmen:
- 10-mV/g-Sensoren für Anwendungen mit hohen g-Kräften, wie z. B. Hochgeschwindigkeitsturbinen oder die Überwachung der zweiten und dritten Harmonischen von Getriebefrequenzen.
- 500-mV/g-Sensoren für niederfrequente Anwendungen, wie beispielsweise die Überwachung von Windradflügeln oder langsam rotierenden Maschinen in Kühltürmen.
Nr. 11 – Technischer Support
Angesichts der Vielzahl wichtiger Aspekte bei der Auswahl eines Beschleunigungssensors sind der technische Support des Herstellers und ein kompetentes Vertriebsteam entscheidend für die Auswahl des richtigen Beschleunigungssensors für Ihre Anwendung. Istec kann Sie durch das breite Angebot an Beschleunigungssensoren führen und Ihnen helfen, den richtigen Sensor für verschiedene industrielle Anwendungen auszuwählen. Unsere Spezialisten mit langjähriger Erfahrung in den Bereichen Schwingungsmessung und Sensorik können zudem die Installation durchführen oder Sie bei diesem Prozess unterstützen.
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