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Vibrationsmessung
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Vibrationsmessungen helfen bei der Diagnose potenzieller Probleme, der Vorhersage von Maschinenausfällen und der Sicherstellung der strukturellen Integrität. Diese technische Disziplin umfasst die detaillierte Messung der Beschleunigung und Analyse mechanischer Schwingungen, um den Zustand und den Betriebsstatus verschiedener Systeme zu bestimmen. Mit den Fortschritten in der Sensortechnologie und den Analysetools ist die Schwingungsanalyse zu einem wesentlichen Aspekt der vorausschauenden Wartungsstrategien und der Leistungsoptimierung geworden. Die präzise Erfassung und verwertbare Interpretation von Vibrationstestdaten ermöglicht es Ingenieuren, fundierte Entscheidungen zu treffen und so die Lebensdauer von Geräten und Strukturen zu verlängern und gleichzeitig hohe Sicherheitsstandards einzuhalten. Die Integration verschiedener Schwingungssensoren in Verbindung mit hochentwickelter Datenerfassungshardware liefert ein umfassendes Bild der wirkenden Schwingungskräfte. Wenn wir uns eingehender mit den Besonderheiten der Vibrationsmessung befassen, wird deutlich, dass die Auswahl der richtigen Sensoren, die Anwendung fortschrittlicher Analysetechniken und das Verständnis der Herausforderungen einer präzisen Vibrationserkennung der Schlüssel zu einer effektiven Überwachung und Verwaltung sind.
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NAVIGATION
Grundlagen der Vibrationsmessung
Unter Vibrationsmessung versteht man den Prozess der Quantifizierung der mechanischen Schwingungen von Objekten, Maschinen oder Strukturen, die sich entweder bewegen oder stillstehen. Im Kern geht es bei dieser Messung um die Erfassung von Schwingungsdaten – insbesondere Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg – mit Hilfe verschiedener Schwingungssensoren und -aufnehmer. Diese Daten sind entscheidend für das Verständnis des Verhaltens von Systemen unter Stress- oder Betriebsbedingungen. Sie ermöglichen die frühzeitige Erkennung potenzieller Ausfälle, sparen Zeit und Ressourcen und gewährleisten Betriebssicherheit und Effizienz.
Messung der Beschleunigung
Das Herzstück der Vibrationsanalyse, die Beschleunigungsmessung, verfolgt die Änderungsrate der Geschwindigkeit eines Objekts. Sie liefert wichtige Erkenntnisse über das dynamische Verhalten von Maschinen und Strukturen und deckt oft kritische Zustände auf, bevor sie sich als ernsthafte Probleme manifestieren.
Arten von Vibrationssensoren
Bei der Vibrationsmessung kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz, jeder mit spezifischen Anwendungen und Vorteilen. MEMS-Sensoren und IEPE-Sensoren sind wegen ihrer Präzision und Reichweite beliebt und bieten Lösungen für ein breites Spektrum von Umgebungsbedingungen. Piezoelektrische (PE) Sensoren, die für ihre Hochtemperaturbeständigkeit und ihren großen Messbereich bekannt sind, sind unter schwierigen Bedingungen unverzichtbar.
Frequenzmessung
Die Frequenzkomponenten von Vibrationssignalen werden verwendet, um Vibrationsquellen zu identifizieren und zu isolieren. Techniken wie die FFT-Analyse zerlegen Schwingungen in ihre einzelnen Frequenzen und ermöglichen so gezielte Diagnose- und Abhilfemaßnahmen.
Schwingungsanalyse
Über die Erfassung von Rohdaten hinaus umfasst die Schwingungsanalyse die anspruchsvolle Interpretation der erfassten Signale, um den Zustand zu diagnostizieren, Ausfälle vorherzusagen und die Leistung zu optimieren. Erweiterte Analysen können Muster erkennen, die auf Verschleiß, Unwucht, Fehlausrichtung oder andere Probleme hinweisen, oft lange vor einer visuellen Inspektion oder anderen Methoden.
Sensortechnik in der Vibrationsmessung
Die Wahl der richtigen Sensortechnologie – MEMS-, IEPE- oder piezoelektrische (PE) Sensoren – erhöht die Präzision und den Nutzen der Vibrationsmessung. MEMS-Sensoren werden wegen ihrer geringen Größe und ihres niedrigen Stromverbrauchs bevorzugt, IEPE-Sensoren wegen ihrer einfachen Integration und dynamischen Analyse und piezoelektrische (PE) Sensoren wegen ihrer Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen. Die Wahl des Sensors richtet sich nach den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Messszenarios, um die beste Eignung für die jeweilige Aufgabe zu gewährleisten.
MEMS-Sensoren
MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical Systems) sind bekannt für ihre kompakte Größe und ihre Fähigkeit, genaue Beschleunigungsmessungen zu relativ geringen Kosten zu liefern. Sie eignen sich besonders gut für eingebettete Anwendungen und können in einem breiten Temperaturbereich arbeiten, was sie vielseitig für Industrie- und Verbraucherprodukte einsetzbar macht. MEMS-Sensoren eignen sich hervorragend für Umgebungen, in denen Platz und Stromverbrauch eine Rolle spielen.
IEPE-Sensoren
Piezoelektrische Sensoren mit integrierter Elektronik (IEPE) werden wegen ihres hohen Signal-Rausch-Verhältnisses und ihrer Benutzerfreundlichkeit bevorzugt. Sie sind mit einer integrierten Elektronik ausgestattet, die die Messkette vereinfacht, da keine externen Ladungsverstärker erforderlich sind. IEPE-Sensoren sind ideal für die dynamische Schwingungsanalyse und werden häufig in der Automobilprüfung, der Maschinenüberwachung und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Piezoelektrische (PE) Sensoren
PE-Sensoren sind die erste Wahl für Hochtemperaturanwendungen, bei denen andere Sensortypen versagen könnten. Sie erzeugen eine Ladung als Reaktion auf mechanische Beanspruchung und sind mit ihrem breiten Messbereich unverzichtbar für die Erfassung von Vibrationen hoher Intensität. Aufgrund ihrer Robustheit werden PE-Sensoren häufig bei der Energieerzeugung, der Regelung von Prozessen und der Materialprüfung eingesetzt.
Herausforderungen bei der Vibrationsmessung
Die Herausforderungen bei der Vibrationsmessung reichen von den Umgebungsbedingungen bis hin zu den inhärenten Grenzen der Messtechnologien. Das Verständnis dieser Hürden ist der Schlüssel zur Umsetzung effektiver Strategien zur Überwachung von Vibrationen.
Umgebungslärm und elektrischer Lärm
Eine der größten Herausforderungen bei der Schwingungsanalyse ist die Unterscheidung zwischen den tatsächlichen Schwingungssignalen und dem Rauschen. Umgebungsgeräusche von umliegenden Maschinen und elektrische Geräusche von anderen elektronischen Geräten können das Signal stören und eine genaue Vibrationsmessung erschweren. Techniken wie die richtige Platzierung der Sensoren und die Verwendung von geräuschunterdrückenden Vibrationssensoren und Datenerfassungshardware werden eingesetzt, um dieses Problem zu entschärfen.
Thermische Drift und Kompensation
Thermische Drift – die Veränderung der Sensorausgabe aufgrund von Temperaturschwankungen. Dies kann die Ergebnisse von Vibrationstests verfälschen, insbesondere in Umgebungen mit schwankenden Temperaturen. Vibrationssensoren wie IEPE-Sensoren und MEMS-Sensoren, die eine integrierte Temperaturkompensation bieten, und die Verwendung von Ladungsverstärkern mit PE-Sensoren helfen bei der Bewältigung dieser Herausforderung.
Sensorausrichtung und -montage
Wenn Vibrationssensoren nicht korrekt montiert und ausgerichtet werden, kann dies zu fehlerhaften Daten führen und die gesamte Vibrationsanalyse beeinträchtigen. Verwenden Sie geeignetes Montagezubehör und stellen Sie sicher, dass die Sensoren richtig auf die Vibrationsachse ausgerichtet sind.
Frequenzmessbereich
Erfassen Sie das gesamte Spektrum der Schwingungsfrequenzen für eine umfassende Analyse. Jeder Sensortyp hat seinen eigenen Frequenzbereich. Durch die Auswahl eines Vibrationssensors und einer Datenerfassungshardware, die den für die Anwendung erforderlichen Frequenzbereich abdecken kann, wird sichergestellt, dass keine kritischen Daten übersehen werden.
Datenverwaltung und -analyse
Angesichts der riesigen Datenmengen, die bei der Schwingungsüberwachung anfallen, kann die effiziente Verwaltung und Analyse dieser Daten eine große Herausforderung darstellen. Die Implementierung von Hardware- und Softwarelösungen zur Datenerfassung, die eine FFT-Analyse und andere statistische Funktionen durchführen können, verwandelt Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse.
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Sie werden auch zusätzliche Faktoren kennenlernen, die wichtig sind, um die besten Ergebnisse bei der Beschleunigungsmessung zu erzielen.
Anwendungen der Vibrationsmessung
Unternehmen in den folgenden Sektoren können das Risiko von Geräteausfällen erheblich reduzieren, die Sicherheit verbessern und die betriebliche Effizienz steigern. Das Ziel besteht nicht nur darin, Schwingungsdaten zu sammeln, sondern sie so zu analysieren und zu nutzen, dass eine bessere Entscheidungsfindung und strategische Planung möglich ist.
Überwachung des Zustands rotierender Maschinen
Eine der häufigsten Anwendungen der Vibrationsmessung ist die Überwachung des Zustands von rotierenden Maschinen wie Motoren, Turbinen und Pumpen. Die Schwingungsanalyse hilft hier bei der Erkennung von Unwuchten, Ausrichtungsfehlern, Lagerverschleiß und anderen mechanischen Problemen, die zu Ausfällen führen können.
Bewertung der strukturellen Integrität
Ingenieure verwenden Vibrationstests, um die strukturelle Integrität von Gebäuden, Brücken und anderen Konstruktionen zu bewerten. Für diese Anwendung werden häufig Schwingungsüberwachungssensoren benötigt, die eine große Bandbreite an Frequenzen erfassen können, um mögliche Schwachstellen oder Schäden zu erkennen.
Automobil- und Luftfahrttests
In der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie ist die Vibrationsmessung von entscheidender Bedeutung, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Komponenten und Systemen zu gewährleisten. IEPE-Sensoren und MEMS-Sensoren werden in großem Umfang für Ermüdungstests, Crashtests und Motorschwingungsanalysen eingesetzt, um die Leistung und Sicherheit von Fahrzeugen zu verbessern.
Energieerzeugung und Prozesssteuerung
Bei der Energieerzeugung, z.B. in Kraftwerken, und bei der Regelung von Prozessen spielt die Schwingungsanalyse eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der betrieblichen Effizienz und der Vermeidung unerwarteter Ausfallzeiten. Vibrationssensoren überwachen kritische Komponenten auf Anzeichen von Verschleiß oder Ausfall und ermöglichen so eine proaktive Wartung und Reparatur.
Forschung und Entwicklung
Vibrationsmessungen sind auch in der Forschung und Entwicklung für die Entwicklung und Verfeinerung neuer Produkte von zentraler Bedeutung. Hier können detaillierte Frequenz- und Beschleunigungsmessungen Aufschluss darüber geben, wie sich Konstruktionen unter verschiedenen Bedingungen verhalten, was zu einer Verbesserung der Lebensdauer und Funktionalität von Produkten führt.
Wie wird die Vibrationsmessung eingesetzt?
Vibrationsmessungen sind der Schlüssel für eine fundierte Wartung, Konstruktionsverbesserungen und Sicherheitsprüfungen für verschiedene Anwendungen. Sie ermöglicht die Messung von Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung sowie die Frequenzanalyse von Schwingungssignalen. Darüber hinaus können Sie damit Materialeigenschaften wie Steifigkeit, Dämpfung und Elastizitätsmodul bestimmen und Eigen- oder Resonanzfrequenzen ermitteln.
AE
Temperaturmessung in Komponenten von Hybrid-Elektroantrieben
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Gantner Instruments' Lösungen für die Vibrationsmessung
Unsere Lösungen sind so konzipiert, dass sie unübertroffene Flexibilität, Konnektivität und Support für alle Anwendungen der Schwingungsüberwachung bieten:
- Flexible Integration: Anpassungsfähige Hardware, die mit jedem Sensor verbunden werden kann, zugeschnitten auf jede Anforderung bei Vibrationstests.
- Moderne Konnektivität: Nutzung von APIs, Feldbusschnittstellen und Protokollen wie DDS für eine nahtlose Systemintegration.
- Unterstützung durch Experten: Dedizierter Support, um sicherzustellen, dass Ihr System perfekt für Ihre Anforderungen an die Schwingungsanalyse konfiguriert ist.
- Zukunftssicher: Aufwärtskompatibilität und erweiterbare Lösungen mit lebenslangem Support für die Kalibrierung.
- Für MEMS-basierte Sensoren mit DB9- oder MicroCom-Anschlüssen
- Eingebaute 15 VDC Sensorversorgung, galvanisch getrennt und kurzschlussfest
- Eingangskanäle für ein- und dreiachsige Sensoren mit 20 kS/s Abtastrate und 2 kHz Bandbreite
- Mehrere konfigurierbare Onboard-Filter
- Für IEPE/ICP®-basierte Sensoren mit Standard-Schraubklemmen oder BNC-Anschlüssen
- Eingebaute 4mA Konstantstromquelle (niedrigerer Strom für Hochtemperaturanwendungen auf Anfrage), 22-26 V Konformitätsspannung
- 4 galvanisch getrennte Eingänge mit 100 kS/s Abtastrate und 0,5 Hz bis 20 kHz Bandbreite, 48 kHz Bandbreite als Option
- Mehrere konfigurierbare Onboard-Filter
- Hochpräzisionsverstärker für piezoelektrische Sensoren mit Ladungsausgang (pC) mit hochohmigen BNC-Anschlüssen
- Messbereich von 1.000 bis 1.000.000 pC für statische und dynamische Messungen
- Vier galvanisch getrennte Eingänge mit 100kS/s Abtastrate und bis zu 20 kHz Bandbreite
- Mehrere konfigurierbare Onboard-Filter
- Für IEPE/ICP® basierte Sensoren auf einem Hochspannungspotential bis zu 1200 VDC (z.B. auf einer Batterie) mit HV Lemo Steckern
- Eingebaute 4 mA Konstantstromquelle
- Zwei galvanisch getrennte Eingänge mit 100 kS/s Abtastrate und 0,5 Hz bis 10 kHz Bandbreite
- Mehrere konfigurierbare Onboard-Filter
Datenanalyse und Interpretation bei der Vibrationsüberwachung
Nachdem die Vibrationssensoren die Daten erfasst haben, ist es die Aufgabe der Datenerfassungshardware und -software, diese Daten in verwertbare Erkenntnisse umzuwandeln.
FFT-Analyse für Einblicke in den Frequenzbereich
Die Fast-Fourier-Transformationsanalyse (FFT) wird in der Schwingungsanalyse verwendet, um Signale aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich umzuwandeln. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Frequenzen des Vibrationssignals ermitteln und Probleme wie Fehlausrichtung, Unwucht oder Lagerdefekte identifizieren und diagnostizieren.
Trendüberwachung für vorausschauende Wartung
Durch die kontinuierliche Überwachung von Vibrationsdaten lassen sich Trends erkennen, die auf eine Verschlechterung des Zustands hinweisen. Dieser Ansatz der vorausschauenden Wartung ermöglicht ein Eingreifen, bevor es zu Ausfällen kommt, wodurch Ausfallzeiten und Wartungskosten erheblich reduziert werden.
Datenverwaltung und Visualisierung
Moderne Datenerfassungssysteme bieten umfassende Tools zur Verwaltung der riesigen Mengen an erfassten Schwingungsdaten. Softwarelösungen wie GI.bench ermöglichen eine intuitive Visualisierung, die es einfacher macht, die Ergebnisse der Schwingungsanalyse zu interpretieren und fundierte Entscheidungen zu treffen.
Statistische Funktionen und Alarmverwaltung
Die Implementierung statistischer Funktionen hilft dabei, den allgemeinen Zustand des überwachten Systems zu verstehen. Die Berechnung von RMS, Peak und anderen statistischen Parametern im Zeitverlauf kann abnormale Bedingungen hervorheben und Alarme für sofortige Maßnahmen auslösen.
Integration mit industriellen Systemen
Die Integration von Schwingungsüberwachungssystemen in umfassendere industrielle Regelungen verbessert die betrieblichen Erkenntnisse. Dieser ganzheitliche Ansatz stellt sicher, dass die Vibrationsdaten zur Gesamteffizienz und Sicherheit des industriellen Betriebs beitragen.
Verbesserte Schwingungsanalyse mit erweiterten Funktionen
Mit den Lösungen von Gantner Instruments für die Vibrationsmessung können Sie fortschrittliche Analysen mit Funktionen wie FFT-Analyse, Trendüberwachung und umfassender Datenverwaltung durch unsere GI.bench Software durchführen. Dies ermöglicht nicht nur die Datenerfassung, sondern auch aufschlussreiche Analysen für die vorausschauende Wartung und Fehlererkennung.
Die Q.station X und die GI.bench Software bieten fortschrittliche Funktionen für eine tiefgreifende Schwingungsanalyse
FFT-Analyse und Trendüberwachung
Sie können unsere I/O-Module für die Vibrationsmessung an die leistungsstarke Datenerfassungscontroller und das intelligente Edge Device Q.station X anschließen. Die Q.station X kann die Schwingungsdaten für Sie auswerten, um die Anzahl der gespeicherten Datenpunkte zu reduzieren und um unabhängig von einem angeschlossenen Computer Warnungen oder Alarme zu melden.
Die folgenden Parameter können im Zeitbereich berechnet werden:
- RMS
- Peak
- Peak-to-Peak
- Wappen
- Kurtosis
Diese Parameter werden im Frequenzbereich bewertet:
- RMS (Spektralband, Breitband)
- Schwingungsgeschwindigkeit
- Vibration Verschiebung
- Maximale Amplitude @ Frequenz
- FFT-Spektren
und viele andere Trendparameter
Sie können diese Parameter einfach über arithmetische Variablen oder die FFT-Einstellungen in GI.bench konfigurieren. Sie können diese Parameter auch verwenden, um die Speicherung von Rohdaten mit Vor- und Nachtriggerbedingungen auszulösen, was dazu beiträgt, das Datenvolumen gering zu halten, da Rohwerte nur dann gespeichert werden, wenn etwas Wichtiges passiert.
Weitere Informationen über E/A-Module zur Schwingungsmessung finden Sie hier.
Statistische Funktionen für die Langzeitanalyse
Zusätzliche statistische Funktionen wie Maximum, Minimum, Durchschnitt und Standardabweichung sind für langfristige Trendanalysen verfügbar. Mit Hilfe dieser Funktionen können aus Parametern wie RMS, Spitzenwert oder effektiver Schwinggeschwindigkeit Trends gebildet werden. Die Dauer für die Berechnung der Statistikfunktion kann individuell eingestellt werden, z.B. der maximale RMS-Wert über eine Minute.
Datenspeicherung, -verwaltung und -visualisierung
Für die Datenspeicherung und Visualisierung auf Computerebene bieten wir unsere Software GI.bench. Diese leistungsstarke und gut durchdachte Software ist mehr als nur ein Werkzeug für die Konfiguration der Messkette. Sie bietet Funktionen zur Datenspeicherung und -verwaltung, einschließlich der Zusammenführung von Datenströmen von verschiedenen Controllern oder einer redundanten und skalierbaren Speicherplattform unabhängig von einer Windows-basierten Benutzeroberfläche.
Bei der Visualisierung einer großen Anzahl von Datenpunkten und der Erstellung von Übersichts-Dashboards spielt GI.bench seine Stärke aus. Intuitive Drag-and-Drop-Grafikelemente wie YT- / XY-Diagramme, Messgeräte, Balkendiagramme, Böden und Schieberegler ermöglichen es, jedes Dashboard in Sekundenschnelle zu konfigurieren. Sie können auch Kanäle aus dem Messsystem oder bereits ausgewertete Variablen per Drag Drop auf Grafikelemente anwenden. Bilder oder Videostreams von IP-Kameras können in Dashboards integriert werden, um einen perfekten Überblick über die Messeinrichtung zu geben.
Angenommen, Sie möchten Messdaten mit Ihrem Team teilen oder benötigen mehrere Bildschirme, um alle Ihre Daten gleichzeitig zu visualisieren. In diesem Fall können Sie ganz einfach jeden Standard-Webbrowser verwenden, um sich mit dem DAQ-System zu verbinden und Ihre Dashboards anzuzeigen.
Wer vertraut bei der Schwingungsmessung auf Gantner?
