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April 22, 2020

Les 10 principes les plus importants pour une mesure efficace de l’accélération et une surveillance des vibrations

Dans la surveillance des vibrations et la mesure de l’accélération, il y a de nombreuses variables à prendre en compte et de nombreuses possibilités de faire des erreurs. Parfois, il est bon d’avoir une liste de points à vérifier qui vous permet de rester sur la bonne voie. Voici les 10 éléments essentiels pour une surveillance des vibrations et une mesure de l’accélération efficaces :

1. Connaître son application

Si vous devez relever le défi de mettre en place un système de mesure de vibration pour une machine tournante, vous devez connaître la conception mécanique et les roulements de l’arbre. Il existe une différence significative entre la mesure des vibrations des roulements à billes et des paliers lisses. Les roulements à billes utilisent des accéléromètres, tandis que les paliers lisses utilisent des sondes de proximité ou les deux.

2. Température de l’environnement et de la surface

Gardez à l’esprit que tous les types d’accéléromètres ne peuvent pas être utilisés à des températures de surface ou ambiantes très élevées ou très basses. Il existe des accéléromètres avec des composants électroniques intégrés dans leur boîtier et des capteurs sans composants électroniques. Les capteurs avec électronique intégrée, tels que les accéléromètres MEMS et IEPE, peuvent être utilisés jusqu’à une température de surface ou ambiante de 120°C / 248°F (MEMS) et 150°C à 200°C (302°F à 392°F) (IEPE). Pour les applications à haute température, telles que les mesures sur les turbines à gaz, les tuyaux et les cuves, des capteurs piézoélectriques (PE) doivent être utilisés.

3. Vibration ou choc?

Les accéléromètres standard conviennent pour mesurer les vibrations aléatoires des machines, des structures et d’autres composants. Cependant, pour les mesures de chocs, par exemple lors d’essais de collision, des accélérations très importantes se produisent, de sorte que des accéléromètres spécifiques sont nécessaires. Pour ces types d’essais, utilisez des accéléromètres en PE pour une large plage de mesure allant jusqu’à 50 000 g ou des capteurs MEMS basés sur des éléments de détection piézorésistifs.

4. Gamme de mesure: haute fréquence ou DC

Selon l’application, la réponse en fréquence du capteur est essentielle pour mesurer chaque fréquence étudiée. Lors de la mesure de structures telles que les ponts ou les tours (par exemple, les éoliennes et l’analyse modale), la fréquence de la vibration mesurée peut être très faible, parfois inférieure à 0,5 Hz ou descendre jusqu’au courant continu. Pour ces applications, vous devez utiliser des capteurs dont la réponse en fréquence descend jusqu’au courant continu. Les accéléromètres à base de MEMS sont adaptés à ce type d’application.

5. Montage des capteurs et réponse en fréquence

Dans des applications telles que la surveillance de machines, les vibrations doivent être mesurées sur une large gamme de fréquences. Les machines tournantes de 3000 tours par minute ou plus et les roulements à billes ont des fréquences d’intérêt supérieures à 3-5 kHz. Pour visualiser les harmoniques de ces signaux, la réponse en fréquence du ou des capteurs utilisés doit être supérieure à 3-5 kHz. La réponse en fréquence maximale du capteur dépend de sa fixation sur la surface de l’objet mesuré. La réponse en fréquence maximale du capteur dépend de sa fixation sur la surface de l’objet mesuré. Pour les fréquences de signal supérieures à 3 kHz, des aimants peuvent être utilisés. Cependant, pour obtenir les meilleurs résultats de mesure, en particulier pour les fréquences supérieures à 10 kHz, les capteurs doivent être fixés à l’aide d’adhésifs ou de goujons de montage.

6. Pose et fixation du câble du capteur

Pour mesurer la vibration d’un objet, vous devez monter le capteur sur celui-ci, mais sans avoir induit de vibrations provenant d’autres parties. C’est pourquoi le câble du capteur doit également être posé avec beaucoup de soin, avec une fixation sur plusieurs points. Avec les câbles libres, des vibrations supplémentaires peuvent être introduites par des composants autres que l’objet mesuré. Cette vibration introduite affecte le capteur et déforme le signal que vous souhaitez mesurer. En particulier lors de l’utilisation de capteurs piézoélectriques, le mouvement du câble du capteur à l’amplificateur de charge peut entraîner le transfert des changements de charge avec ce câble.

7. Éviter le bruit dans le signal mesuré

Si vous voyez du bruit dans votre signal de mesure, surtout à 50/60 Hz, vous avez très probablement une boucle de masse. Les boucles de masse peuvent transmettre des interférences au signal de mesure sous forme de bruit, le plus souvent à une fréquence de ligne de 50/60 Hz. Les boucles de masse se développent lorsqu’une ligne commune (par exemple, le retour de signal/écran d’une installation d’accéléromètre IEPE) est mise à la terre en deux points de potentiel électrique différent. Pour éviter de telles boucles de terre, connectez le blindage du câble uniquement à un endroit où il est relié au potentiel de terre et utilisez des éléments de détection isolés électriquement lorsque cela est possible.

8. Comment la constante de temps d’un amplificateur de charge affecte-t-elle les mesures ?

Il existe une différence fondamentale entre les deux modes de fonctionnement des amplificateurs de charge pour les mesures quasi-statiques et dynamiques. La plupart des amplificateurs de charge prennent en charge les deux types de mesures. Mais avant de mettre en place une chaîne de mesure des vibrations, il est essentiel de bien comprendre la mesure souhaitée pour choisir le bon mode de fonctionnement de l’amplificateur de charge. Par exemple, les mesures dans des gammes de fréquences extrêmement basses <0,5 Hz doivent être effectuées avec le mode quasi-statique. C’est parfois le cas lors de la mesure de fluctuations de pression à basse fréquence dans des applications à haute température. La constante de temps de l’amplificateur de charge définit le mode de fonctionnement pour les mesures statiques ou dynamiques.

9. Quelle est la longueur maximale de câble pour un capteur IEPE ?

Les capteurs IEPE sont alimentés par un courant constant et une tension continue. Le signal alternatif de l’accélération mesurée est superposé à la tension d’alimentation. En règle générale, plus le courant constant est élevé, plus la longueur du câble peut être importante. Mais gardez à l’esprit que la longueur maximale du câble dépend également de la qualité du câble. La plupart des conditionneurs de signaux et des modules E/S pour les capteurs IEPE fournissent un courant constant de 4 mA qui forme un rapport optimal entre l’immunité au bruit, la longueur de câble, la fréquence du signal et la consommation de courant. Des mesures avec des câbles de plus de 80 m ou même 100 m de long sont possibles.

10. La tension d’alimentation d’un accéléromètre à base de MEMS est-elle importante ?

La réponse courte est oui, la tension d’alimentation est importante. La plupart des capteurs MEMS ont un régulateur de tension intégré mais sont très sensibles à la qualité de la tension d’entrée fournie. La qualité de la source de tension doit être élevée, doit être régulée à +/-0,1%, le bruit et l’ondulation ne doivent pas dépasser 1,5mV RMS. Les modules d’entrée/sortie conçus spécifiquement pour les capteurs à base de MEMS fournissent une alimentation stable, et lors de l’utilisation de ces dispositifs, la tension d’alimentation ne provoque pas de problème.

 

Voici comment choisir l’accéléromètre approprié

Téléchargez notre document de synthèse gratuit intitulé Vibration Monitoring Essentials pour obtenir des informations techniques plus détaillées sur la mesure de l’accélération, y compris les avantages et les inconvénients de chacun des trois capteurs de vibrations absolus PE, IEPE, MEMS utilisés pour mesurer l’accélération.

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Author: Benedikt Heinz

Benedikt Heinz is Gantner Instrument's Vice President and Global Sales Manager.

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