Dans cet article, nous vous en disons plus sur les accéléromètres IEPE et à charge (également appelés accéléromètres) et sur la manière dont ils sont utilisés pour les mesures de vibrations sur les machines tournantes.
Pour mesurer les vibrations, il existe diverses méthodes, généralement mises en œuvre à l’aide d’un capteur piézoélectrique ou d’un accéléromètre. Un accéléromètre est un capteur qui convertit les vibrations dynamiques d’un objet physique en une tension. Les accéléromètres sont des transducteurs à contact intégral qui sont directement fixés à l’élément où l’on s’attend à des vibrations. On peut citer comme exemples les roulements à billes et les transmissions par engrenages. Ce capteur polyvalent peut être utilisé pour mesurer aussi bien les vibrations à haute fréquence que celles à basse fréquence. Les avantages d’un accéléromètre résident dans sa linéarité sur une large plage de fréquences et dans sa grande plage dynamique.
Comment fonctionne un accéléromètre ?
La plupart des accéléromètres utilisent l’effet piézoélectrique, ce qui signifie que le cristal du capteur émet une tension électrique sous l’effet d’une pression. L’accélération du boîtier est transmise à une masse étalonnée (masse sismique), après quoi une pression proportionnelle est exercée sur le cristal piézoélectrique. La tension externe appliquée au cristal génère une résistance électrique à haute impédance proportionnelle à la force appliquée et, par conséquent, proportionnelle à l’accélération.
Comment choisir le bon accéléromètre ?
Les accéléromètres étant extrêmement polyvalents, ils se déclinent en diverses formes, tailles, plages de mesure et autres propriétés spécifiques. En se faisant une idée du signal que l’on souhaite mesurer, en tenant compte des facteurs environnementaux (tels que la température et la sensibilité aux explosions), il est possible d’envisager des modèles spécifiques. Bien sûr, vous pouvez toujours nous contacter pour obtenir des conseils lors du choix du capteur adapté, mais nous vous expliquons ci-dessous les éléments à prendre en compte.
Amplitude des vibrations
L’amplitude maximale, c’est-à-dire la plage maximale de la vibration que vous mesurez, détermine la plage de mesure requise pour le capteur. Lorsqu’une vibration est mesurée avec un capteur dont la plage ne correspond pas, le signal de sortie n’est pas fiable. En règle générale, les accéléromètres utilisés pour surveiller les vibrations à haute fréquence présentent une sensibilité et une masse plus faibles.
Sensibilité
La sensibilité est un paramètre important lors du choix d’un accéléromètre adapté. La sensibilité correspond à la corrélation entre la vibration et la tension à une fréquence de référence. La sensibilité exacte est déterminée par l’étalonnage et est généralement indiquée dans le certificat d’étalonnage fourni avec le capteur. La sensibilité dépend également de la fréquence (attendue). En fin de compte, un étalonnage complet sur toute la plage de fréquences utilisable est nécessaire pour déterminer la corrélation entre la sensibilité et la fréquence.
En général, on utilise un accéléromètre à faible sensibilité pour mesurer des signaux de forte amplitude ou de haute fréquence, et un accéléromètre à haute sensibilité pour mesurer des signaux de faible amplitude ou de basse fréquence. Un autre aspect concerne la fréquence de résonance propre du capteur ; on peut affirmer que la fréquence maximale mesurable doit toujours être inférieure d’un facteur deux à la fréquence de résonance propre du capteur.
Nombre d’axes
En termes de direction de mesure, il existe deux types d’accéléromètres. L’accéléromètre le plus courant mesure les vibrations dans une seule direction. Ce type est souvent utilisé pour mesurer les niveaux de vibrations mécaniques sur des installations et des machines. Le deuxième type est un accéléromètre triaxial. Cet accéléromètre permet de créer une représentation 3D de l’accélération.
Poids
Les accéléromètres doivent peser nettement moins que la structure surveillée. Si la masse de l’objet auquel l’accéléromètre est fixé est considérablement augmentée par le capteur, cela peut affecter les caractéristiques vibratoires. Cela peut entraîner des données de mesure inexactes. En général, la masse de l’accéléromètre ne doit pas dépasser 10 % du poids de l’objet. Il existe une solution spécifique pour chaque application.
Montage
Un autre élément à prendre en compte lors du choix d’un accéléromètre adapté est la manière dont le capteur peut être monté sur la surface. Il existe quatre types d’options de montage :
- Portable
- Magnétique
- Adhésif
- Fixation par vis
Le montage par vis est de loin la meilleure méthode, mais il nécessite de percer un trou dans la machine, ce qui n’est effectué que lorsqu’une installation permanente est nécessaire. Il est également possible de coller le capteur, bien que cette méthode offre une caractéristique de transfert moins efficace que le montage par vis.
Les autres méthodes de montage sont principalement destinées à des installations temporaires. Chaque méthode de montage affecte l’accéléromètre d’une manière ou d’une autre. En général, plus le montage est « lâche », plus la limite de fréquence mesurable est basse. L’ajout de masse à un accéléromètre, comme dans le cas d’un montage magnétique, abaisse la fréquence de résonance, ce qui peut affecter la précision et les limites de la plage de fréquences utilisable de l’accéléromètre.
Facteurs environnementaux
Lors du choix d’un accéléromètre, il convient de prendre en compte des facteurs environnementaux tels que la température maximale de fonctionnement, l’exposition à des produits chimiques nocifs et l’humidité. La plupart des accéléromètres peuvent être utilisés dans des environnements dangereux grâce à leur conception robuste et fiable. Pour une protection supplémentaire, les accéléromètres industriels peuvent être fabriqués en acier inoxydable, ce qui les rend résistants à la corrosion et aux produits chimiques.
Un accéléromètre à charge convient aux températures extrêmes. Comme ces accéléromètres ne comportent pas de composants électroniques intégrés, la température maximale de fonctionnement n’est limitée que par l’élément capteur et les matériaux utilisés dans leur fabrication. Cependant, comme ces accéléromètres ne disposent pas de circuit de conditionnement ni d’amplification de signal intégrés, ils sont sensibles aux interférences environnementales et nécessitent un câblage à faible bruit. En cas de bruit environnemental trop important, il convient d’utiliser un convertisseur de signal en ligne ou un capteur IEPE doté d’un amplificateur de signal intégré.
Les spécifications en matière d’humidité sont déterminées par le type de joint d’étanchéité dont est doté l’accéléromètre. Les joints courants sont en verre ou en époxy. La plupart de ces joints peuvent résister à des niveaux d’humidité élevés et à une exposition prolongée à une humidité excessive.
Coût
Bien que les prix des accéléromètres à mode de charge et des accéléromètres IEPE soient comparables, ces derniers présentent des coûts nettement inférieurs lorsqu’ils sont utilisés dans des systèmes multicanaux, car ils ne nécessitent pas de câbles spéciaux à faible bruit ni d’amplificateurs de charge. De plus, les accéléromètres IEPE sont plus faciles à utiliser car leur entretien est plus simple.
Capteur de proximité vs accéléromètres
Un autre type de capteur utilisé pour mesurer les vibrations des machines est la sonde de proximité, ou capteur de distance. Contrairement aux accéléromètres, qui mesurent l’accélération pour détecter les vibrations, les sondes de proximité sont des capteurs sans contact qui mesurent la distance par rapport à un objet. Ces capteurs sont principalement utilisés pour mesurer les vibrations des arbres dans les grandes machines rotatives lourdes. Une turbine à vapeur est l’une des machines typiques où les sondes de proximité sont utilisées pour mesurer les vibrations de l’arbre. L’accent est principalement mis sur la mesure des vibrations de l’arbre au sein du palier lisse. En raison de l’effet d’amortissement du film d’huile dans lequel l’arbre est positionné et du carter lourd, les vibrations de l’arbre peuvent augmenter considérablement sans pour autant accroître de manière significative les vibrations du carter. Par conséquent, dans de telles situations, il est préférable d’utiliser des sondes de proximité qui mesurent directement le mouvement de l’arbre. Souvent, on recourt à une combinaison des deux.
