W tym artykule dowiesz się więcej o akcelerometrach IEPE i charge (znanych również jako mierniki przyspieszenia) oraz o tym, jak są one wykorzystywane do pomiarów drgań maszyn wirujących.
Istnieją różne metody pomiaru drgań, zwykle za pomocą czujnika piezoelektrycznego lub akcelerometru. Akcelerometr to czujnik, który przekształca dynamiczne drgania obiektu fizycznego w napięcie. Akcelerometry to w pełni kontaktowe przetworniki, które są bezpośrednio przymocowane do elementu, w którym spodziewane są wibracje. Przykłady obejmują łożyska kulkowe i przekładnie zębate. Ten wszechstronny czujnik może być używany zarówno do pomiarów drgań o wysokiej, jak i niskiej częstotliwości. Zaletą akcelerometru jest jego liniowość w szerokim zakresie częstotliwości i szeroki zakres dynamiki.
Jak działa akcelerometr?
Większość akcelerometrów wykorzystuje efekt piezoelektryczny, co oznacza, że kryształ w czujniku emituje napięcie elektryczne pod wpływem ciśnienia. Przyspieszenie obudowy jest przenoszone na skalibrowaną masę (masę sejsmiczną), po czym na kryształ piezoelektryczny wywierany jest proporcjonalny nacisk. Zewnętrzne napięcie na krysztale generuje opór elektryczny o wysokiej impedancji proporcjonalnej do przyłożonej siły, a zatem proporcjonalnej do przyspieszenia.
Jak wybrać odpowiedni akcelerometr?
Ponieważ akcelerometry są tak wszechstronne, występują w różnych formach, rozmiarach, zakresach i innych specyficznych właściwościach. Tworząc koncepcję sygnału, który ma być mierzony w połączeniu z czynnikami środowiskowymi (takimi jak temperatura i wrażliwość na eksplozję), można rozważyć konkretne modele. Oczywiście zawsze można skontaktować się z nami w celu uzyskania porady przy wyborze odpowiedniego czujnika, ale poniżej wyjaśnimy, co należy wziąć pod uwagę.
Amplituda drgań
Maksymalna amplituda lub maksymalny zakres mierzonych wibracji określa wymagany zakres czujnika. Gdy wibracja jest mierzona za pomocą czujnika, który nie pasuje do zakresu, sygnał wyjściowy staje się niewiarygodny. Zazwyczaj akcelerometry używane do monitorowania drgań o wysokiej częstotliwości mają niższą czułość i masę.
Wrażliwość
Czułość jest ważnym parametrem przy wyborze odpowiedniego akcelerometru. Czułość to korelacja między drganiami a napięciem przy częstotliwości odniesienia. Dokładna czułość jest określana przez kalibrację i jest zwykle wymieniona w certyfikacie kalibracji dostarczonym z czujnikiem. Czułość zależy również od (oczekiwanej) częstotliwości. Ostatecznie wymagana jest pełna kalibracja w całym użytecznym zakresie częstotliwości, aby określić, w jaki sposób czułość koreluje z częstotliwością.
Ogólnie rzecz biorąc, akcelerometr o niskiej czułości jest używany do pomiaru sygnałów o wysokiej amplitudzie/częstotliwości, a akcelerometr o wysokiej czułości jest używany do pomiaru sygnałów o niskiej amplitudzie/niskiej częstotliwości. Innym aspektem jest częstotliwość rezonansowa czujnika i można stwierdzić, że maksymalna mierzalna częstotliwość powinna być zawsze dwa razy niższa od częstotliwości rezonansowej czujnika.
Liczba osi
Jeśli chodzi o kierunek pomiaru, istnieją dwa rodzaje akcelerometrów. Najpopularniejszy akcelerometr mierzy drgania w jednym kierunku. Ten typ jest często używany do pomiaru poziomu drgań mechanicznych w instalacjach i maszynach. Drugi typ to akcelerometr trójosiowy. Ten akcelerometr może tworzyć trójwymiarową reprezentację przyspieszenia.
Waga
Akcelerometry muszą ważyć znacznie mniej niż monitorowana konstrukcja. Jeśli masa obiektu, do którego przymocowany jest akcelerometr, zostanie znacznie zwiększona przez czujnik, może to wpłynąć na charakterystykę drgań. Może to prowadzić do niedokładnych danych pomiarowych. Ogólnie rzecz biorąc, masa akcelerometru nie powinna przekraczać 10% masy obiektu. Istnieje konkretne rozwiązanie dla każdego zastosowania.
Montaż
Kolejnym czynnikiem branym pod uwagę przy wyborze odpowiedniego akcelerometru jest sposób montażu czujnika na powierzchni. Istnieją cztery rodzaje opcji montażu:
- Ręczny
- Magnetyczny
- Klej
- Mocowanie śrubowe
Montaż śrubowy jest zdecydowanie najlepszą metodą, ale wymaga wywiercenia otworu w maszynie, co jest wykonywane tylko wtedy, gdy wymagana jest stała instalacja. Alternatywnie, czujnik można przykleić, choć zapewnia to mniej efektywną charakterystykę transferu niż montaż śrubowy.
Pozostałe metody montażu są przeznaczone głównie do instalacji tymczasowych. Każda metoda montażu wpływa w pewien sposób na akcelerometr. Ogólnie rzecz biorąc, im "luźniejsze" mocowanie, tym niższa mierzalna częstotliwość graniczna. Dodanie masy do akcelerometru, na przykład w przypadku montażu magnetycznego, obniża częstotliwość rezonansową, co może wpływać na dokładność i granice użytecznego zakresu częstotliwości akcelerometru.
Czynniki środowiskowe
Przy wyborze akcelerometru należy wziąć pod uwagę czynniki środowiskowe, takie jak maksymalna temperatura pracy, narażenie na szkodliwe chemikalia i wilgotność. Większość akcelerometrów może być używana w niebezpiecznych środowiskach ze względu na ich solidną i niezawodną konstrukcję. Dla dodatkowej ochrony, akcelerometry przemysłowe mogą być wykonane ze stali nierdzewnej, dzięki czemu są odporne na korozję i chemikalia.
Akcelerometr ładunkowy jest odpowiedni do pracy w ekstremalnych temperaturach. Ponieważ akcelerometry te nie mają wbudowanej elektroniki, maksymalna temperatura pracy jest ograniczona tylko przez element czujnika i materiały użyte w konstrukcji. Ponieważ jednak akcelerometry te nie mają wbudowanego kondycjonowania i wzmacniania sygnału, są wrażliwe na zakłócenia środowiskowe i wymagają okablowania o niskim poziomie szumów. W przypadku zbyt dużych zakłóceń środowiskowych należy zastosować wbudowany konwerter sygnału lub czujnik IEPE z wbudowanym wzmacniaczem sygnału.
Specyfikacje wilgotności zależą od rodzaju uszczelnienia akcelerometru. Typowe uszczelki są wykonane ze szkła lub żywicy epoksydowej. Większość z tych uszczelek może wytrzymać wysokie poziomy wilgotności i długotrwałe narażenie na nadmierną wilgoć.
Koszt
Chociaż ceny akcelerometrów w trybie ładowania i akcelerometrów IEPE są porównywalne, akcelerometry IEPE mają znacznie niższe koszty, gdy są używane w systemach wielokanałowych, ponieważ nie wymagają specjalnych kabli o niskim poziomie szumów i wzmacniaczy ładowania. Dodatkowo, akcelerometry IEPE są łatwiejsze w użyciu, ponieważ są łatwiejsze w utrzymaniu.
Sonda zbliżeniowa a akcelerometry
Innym rodzajem czujnika używanego do pomiaru drgań maszyn jest sonda zbliżeniowa lub czujnik odległości. W przeciwieństwie do akcelerometrów, które mierzą przyspieszenie w celu wykrycia wibracji, sondy zbliżeniowe są czujnikami bezkontaktowymi, które mierzą odległość do obiektu. Czujniki te wykorzystywane są głównie do pomiaru drgań wału w dużych, ciężkich maszynach wirujących. Turbina parowa jest jedną z typowych maszyn, w których sondy zbliżeniowe są wykorzystywane do pomiaru drgań wału. Skupiają się one głównie na pomiarze drgań wału w łożysku poprzecznym. Ze względu na tłumiący efekt filmu olejowego, w którym umieszczony jest wał i ciężką obudowę, drgania wału mogą znacznie wzrosnąć bez znacznego zwiększenia drgań obudowy. Dlatego w takich sytuacjach lepiej jest stosować sondy zbliżeniowe, które bezpośrednio mierzą ruch wału. Często stosuje się ich kombinację.
