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

1. Connaître son application

Si vous devez mettre en place un système de mesure des vibrations pour une machine tournante, vous devez connaître la conception mécanique et le palier 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

N’oubliez pas 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 à 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 de 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, il faut utiliser des capteurs piézoélectriques (PE).

3. Vibrations ou chocs ?

Les accéléromètres standard conviennent pour mesurer les vibrations aléatoires sur les machines, les structures et d’autres composants. Cependant, pour les mesures de chocs, par exemple dans les crash-tests, des accélérations très élevées se produisent, ce qui nécessite des accéléromètres spéciaux. Pour ces types d’essais, il convient d’utiliser des accéléromètres 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. Mesures dans des plages de haute fréquence jusqu’au courant continu

Selon l’application, la réponse en fréquence du capteur est essentielle pour mesurer toutes les fréquences d’intérêt. Lors de la mesure de structures telles que des ponts ou des tours (par exemple, les éoliennes et l’analyse modale), la fréquence de la vibration mesurée peut être très basse, parfois inférieure à 0,5 Hz ou allant jusqu’au courant continu. Pour ces applications, il convient d’utiliser des capteurs dont la réponse en fréquence va jusqu’au courant continu. Les accéléromètres à base de MEMS sont adaptés à cette tâche.

5. Montage du capteur et réponse en fréquence

Dans des applications telles que la surveillance des machines, les vibrations doivent être mesurées sur une large gamme de fréquences. Les machines tournantes avec 3000 rotations par minute ou plus et les roulements à rouleaux ont des fréquences d’intérêt supérieures à 3-5kHz. 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 maximale en fréquence du capteur dépend de sa fixation sur la surface de l’objet mesuré. Pour les fréquences de signal supérieures à 3kHz, des aimants peuvent être utilisés. Toutefois, 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. Acheminement et fixation du câble du capteur

Pour mesurer les vibrations d’un objet, il faut monter le capteur sur cet objet, sans que les vibrations soient induites par d’autres pièces. Par conséquent, le câble du capteur doit également être posé avec le plus grand soin et fixé en plusieurs points. Dans le cas des câbles en vol libre, 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 entre le capteur et l’amplificateur de charge peut entraîner des changements de charge avec ce câble.

7. Éviter le bruit dans le signal mesuré

Si vous observez du bruit dans votre signal de mesure, en particulier à 50/60 Hz, vous avez très probablement une boucle de terre. Les boucles de terre 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 terre se forment lorsqu’une ligne commune (par exemple, le retour du signal/le blindage 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 au potentiel de terre et utilisez des éléments de détection isolés électriquement dans la mesure du 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 afin de sélectionner le mode de fonctionnement de l’amplificateur de charge approprié. Par exemple, les mesures dans les plages de fréquences exceptionnellement basses <0,5Hz doivent être effectuées en mode quasi-statique. C’est parfois le cas lorsqu’il s’agit de mesurer des fluctuations de pression à basse fréquence dans des applications à haute température. Les mesures de vibrations typiques ont un contenu de fréquence plus élevé dans le signal, c’est pourquoi le mode dynamique est utilisé.
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 du câble d’un capteur IEPE ?

Les capteurs IEPE sont alimentés par un courant constant et une tension continue. Le signal CA 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 n’oubliez pas que la longueur maximale du câble dépend également de sa qualité. La plupart des conditionneurs de signaux et des modules d’E/S pour les capteurs IEPE fournissent un courant constant de 4 mA qui constitue un très bon compromis entre l’immunité au bruit, la longueur du câble, la fréquence du signal et la consommation de courant. Des mesures avec des câbles de plus de 80 m, voire 100 m, 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 a de l’importance. La plupart des capteurs MEMS disposent d’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, elle doit être régulée à +/-0,1 % et le bruit et l’ondulation ne doivent pas dépasser 1,5 mV RMS. Les modules d’E/S 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 pose pas de problème.