Akcelerometry przemysłowe to czujniki drgań, które służą do pomiaru wibracji maszyn w warunkach przemysłowych. Inaczej określane są jako przetworniki przyspieszenia mierzące własny ruch w przestrzeni (przyspieszeniomierz). Znajdują zastosowanie przy diagnostyce pracy maszyn, urządzeń czy konstrukcji poddawanych dużym naprężeniom (np. mosty). Wykorzystywane są w różnych branżach, a od pewnego czasu coraz częściej występują nawet w mobilnych urządzeniach elektronicznych, jak aparaty fotograficzne czy smartfony. W tym wpisie wyjaśniamy, jak działają akcelerometry przemysłowe i kiedy istnieje konieczność ich zastosowania.
Działanie akcelerometrów przemysłowych
Akcelerometry służą do precyzyjnych pomiarów statycznego przyspieszenia grawitacyjnego, które pozwala określić kąt odchylenia mierzonego obiektu od pionu, a także do pomiarów przyspieszenia dynamicznego na skutek wstrząsów, drgań czy wibracji, czyli ruchów o niewielkiej amplitudzie i niskiej częstotliwości. Urządzenie umieszczane jest bezpośrednio na obiekcie w celu przetworzenia energii drgań w sygnał elektryczny, który jest proporcjonalny co chwilowego przyspieszenia obiektu. W ten sposób przetwornik mierzy własny ruch w przestrzeni.
Zasada działania akcelerometrów przemysłowych nie jest zbytnio skomplikowana. Dokonują one pomiarów przyspieszenia liniowego i kątowego w trzech osiach X, Y, Z odpowiadających trzem wymiarom. Czujniki drgań mogą różnić się pewnymi szczegółami budowy, jednak zasada ich działania jest zawsze taka sama.
Dokonywanie pomiarów jest możliwe za sprawą niewielkiej struktury krystalicznej umieszczonej wewnątrz urządzenia, która jest wyjątkowo wrażliwa na każdy, nawet najmniejszy ruch. Kiedy więc pojawiają się wibracje czy drgania, struktury te ulegają zniekształceniu, powodując napięcie, które jest natychmiast analizowane przez przetwornik i wykorzystywane do określenia konkretnej prędkości i orientacji ruchu. Za sprawą akcelerometru można uzyskać precyzyjne dane na temat drgań, ich siły czy zmiany pozycji którejkolwiek z osi trójwymiarowego układu przestrzeni. W ten sposób możliwe jest identyfikowanie wszelkich zmian w działaniu maszyn, co pozwala przeciwdziałać ewentualnym awariom.
Zastosowania akcelerometrów przemysłowych
Akcelerometry przemysłowe znajdują zastosowanie w różnych branżach, takich jak energetyka, motoryzacja, lotnictwo czy budownictwo. W energetyce stosuje się je do monitorowania pracy turbin wiatrowych, generatorów czy silników. W motoryzacji wykorzystuje się je do analizy drgań silników, skrzyni biegów czy zawieszenia. W lotnictwie akcelerometry służą do monitorowania pracy silników odrzutowych, wirników czy elementów konstrukcji samolotów. W budownictwie natomiast stosuje się je do badania drgań konstrukcji budynków, mostów czy wiaduktów, co pozwala na ocenę ich stanu technicznego i zapewnienie bezpieczeństwa użytkowania.
Rodzaje akcelerometrów przemysłowych
Na rynku dostępne są różne rodzaje akcelerometrów przemysłowych, które można podzielić na dwa główne typy: piezoelektryczne i piezorezystancyjne. Akcelerometry piezoelektryczne wykorzystują zjawisko piezoelektryczności, polegające na generowaniu napięcia elektrycznego pod wpływem odkształcenia materiału. Są one szczególnie wrażliwe na wysokie częstotliwości drgań i charakteryzują się dużą dokładnością pomiarów. Akcelerometry piezorezystancyjne natomiast opierają się na zmianie oporu elektrycznego pod wpływem odkształcenia materiału. Stosowane są przede wszystkim do pomiarów niskich częstotliwości drgań oraz w aplikacjach wymagających dużego zakresu dynamicznego.
Wady i zalety akcelerometrów przemysłowych
Akcelerometry przemysłowe mają wiele zalet. Są to między innymi: wysoka precyzja pomiarów, szeroki zakres dynamiczny, małe rozmiary, niska masa, odporność na wpływ warunków zewnętrznych oraz możliwość pracy w trudnych warunkach przemysłowych. Dzięki tym cechom akcelerometry przemysłowe są niezastąpione w wielu dziedzinach, gdzie wymagane są precyzyjne pomiary drgań.
Jednakże, jak każde urządzenie, akcelerometry przemysłowe mają również swoje wady. Należy do nich zaliczyć: konieczność kalibracji, ograniczoną żywotność, wpływ temperatury na dokładność pomiarów czy możliwość wystąpienia szumów pomiarowych. Mimo tych ograniczeń, akcelerometry przemysłowe są niezbędnym narzędziem w wielu branżach, gdzie kontrola drgań i wibracji jest kluczowa dla utrzymania wysokiej jakości i niezawodności pracy maszyn.
