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提示与趋势

April 22, 2020

有效的加速度测量和振动监测的10条最重要的原则

在振动监测和加速度测量中,要考虑的变量很多,出错的机会也很多。 有时候,拥有一份让你步入正轨的清单是很好的。以下是有效振动监测和加速度测量的10个要点:

1.了解您的应用

如果您面临是为一个旋转机械设置振动测量系统的挑战,您需要知道轴的机械设计和轴承。测量球轴承和滑动轴承的振动是存在着显著差异的,球轴承使用加速度计,而滑动轴承使用接近探头或两者兼而有之。 

2. 环境及表面温度

请记住,不是所有型号的加速度传感器都能应用于非常高或非常低的表面或外部温度。加速度传感器有内置电子元件的传感器外壳和没有电子元件的传感器。 具有集成电子元件的传感器,例如MEMS和IEPE加速度传感器,可在高达120°C / 248°F(MEMS)和150°C至200°C(302°F至392°F)(IEPE)表面或外部温度下使用 。 对于高温应用,例如在燃气轮机,管道和容器上的测量,必须使用压电(PE)传感器。

3. 振动或冲击?

标准加速度传感器适用于测量机器、结构和其他部件的随机振动。然而,对于冲击测量,例如在碰撞试验中,会产生非常高的加速度,因此需要特殊的加速度计。对于这些类型的测试,使用PE加速度计进行宽量程的测量,最高可达50,000g或基于压阻传感元件的MEMS传感器。

4. 测量范围可从很高的频率范围到直流测量

根据不同的应用,传感器的频率响应对于测量范围的每个频率是必不可少的。当测量桥梁或塔架(如风力涡轮机和模态分析)等结构时,所测量的振动频率可以很低,有时低于0.5Hz或降至直流。对于这些应用,应该使用频率响应低至直流的传感器。基于MEMS的加速度传感器适合这项工作。

5. 传感器安装及频率响应

在机器检测等应用中,必须在较宽的频率范围内测量振动。转速为每分钟3000转或更高的旋转机械以及滚动轴承的频率范围超过3-5kHz。要查看这些信号的谐波,所用传感器的频率响应必须高于3-5kHz。传感器的最大频率响应取决于其对被测物体表面的固定程度。对于高于3kHz的信号频率,可以使用磁铁。但是,为了获得最佳的测量结果,尤其是对于超过10kHz的频率,必须使用粘合剂或安装螺柱固定传感器。

6. 布线并固定传感器电缆

要测量物体的振动,您需要在物体上面安装传感器,但不能引起其他部件的振动。 因此,还必须小心铺设传感器电缆,并将其固定在几个点上。 使用free-flying电缆,除被测物体外,其他组件还会引入额外的振动。 这种引入的振动会影响传感器并使您想要测量的信号失真。

特别是在使用压电传感器时,电缆从传感器到电荷放大器的移动可能会导致电荷变化通过该电缆传输。

7. 避免测量信号中的噪声

如果您在测量信号中看到噪声, 尤其是50/60Hz时,您很可能存在接地回路。 接地回路会将干扰作为噪声传输到测量信号,最常见的线路频率为50 / 60Hz。 当一条公共线路(例如IEPE加速度传感器装置的信号返回/屏蔽)在两个不同电位点接地时,就会产生接地回路。为了避免这种接地回路, 仅将电缆屏蔽层连接到接地电位的地方,并尽可能使用电气隔离的感应元件。

8. 电荷放大器的时间常数如何影响测量?

用于准静态和动态测量的电荷放大器的两种工作模式之间存在根本差异。大多数电荷放大器都支持这两种测量类型。但在建立振动测量链之前,必须清楚了解所需的测量,选择正确的电荷放大器工作模式。
例如,在非常低的频率范围<0.5Hz时,测量应采用准静态模式。在高温应用中测量低频压力波动时,有时会出现这种情况。典型的振动测量信号具有较高的频率含量;因此采用动态模式。
电荷放大器的时间常数决定了静态或动态测量的工作模式。

9. IEPE传感器的最大电缆长度是多少?

IEPE传感器通过恒流和直流电压供电。测量到的加速度的交流信号叠加在电源电压上。一般来说,恒流越高,电缆的长度越长。但请记住:最大电缆长度也取决于电缆质量。大多数信号调节器和IEPE传感器的I/ o模块提供4mA恒定电流,在抗干扰性、电缆长度、信号频率和电流消耗之间形成一个非常好的优化状态。可以使用超过超过80米甚至100米的电缆进行测量。

10. 基于MEMS的加速度传感器的电源电压是否重要?

简短的回答是肯定的,电源电压确实重要。大多数MEMS传感器具有内置稳压器,但对所输入电压的质量非常敏感。 电压源的质量必须很高,应控制在+/- 0.1%以内,并且噪声和纹波不得超过1.5mV RMS。 专为基于MEMS的传感器设计的I / O模块可提供稳定的电源,使用这些设备时,电源电压不会引起麻烦。

 

这是如何选择适合的加速度传感器

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Author: Benedikt Heinz

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

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