Sensoren
Beschleunigung

Avibia liefert Beschleunigungssensoren die nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten und für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Bei der Auswahl des richtigen Sensors ist die Maschinendrehzahl, die Auswahl des richtigen Ziel-Messwertes und die erforderliche Frequenzauflösung zu beachten. Avibia berät Sie den passenden Beschleunigungssensor zu finden.

Wie funktionieren Beschleunigungssensoren?

Ein Beschleunigungssensor misst die zeitliche Änderungsrate der Geschwindigkeit und zeichnet sich durch besondere gute Dynamikeigenschaften bis zu 50kHz Messbereich aus. Die Beschleunigung wird typisch in „m/s²“ oder in "g" (1g entspricht 9,81 m/s²) gemessen. Die meisten Beschleunigungssensoren verfügen elektrisch über einen IEPE-Signalanschluss, der gleichzeitig die Sensoren speist und das Messignal überträgt.

Insbesondere die Messung des Wälzlagerzustands erfolgt mit Beschleunigungssensoren, da diese in der Lage sind Stoßimpulse von geschädigten Lagern ausreichend gut aufzulösen. AVIBIA bietet eine Vielzahl unterschiedlicher Piezo Beschleunigungssensoren für die meisten Anwendungsfälle. Ein Piezo Beschleunigungssensor nutzt die Massenträgheit in Verbindung mit einem Kristall um kleinste Ladungsverschiebungen im Piezoelement zu erzeugen (Piezo-Effekt), die proportional zu der Beschleunigung sind.

Neben Piezo Beschleunigungssensoren liefert AVIBIA faseroptische Beschleunigungssensoren (FAS) zur Messung von Wickelkopf-Schwingungen in Motoren und Generatoren. FAS-Sensoren arbeiten mit Lasertechnik und sind aufgrund Ihre Bauart - komplett ohne Metall – und völlig unempfindlich gegen elektromagnetische Felder.

Der faseroptische Beschleunigungssensor FAS ist so konzipiert, dass er nicht leitfähig und resistent gegen elektromagnetische Störungen ist. Seine Glasfaserverbindung sorgt für eine hervorragende elektrische Isolierung zwischen dem Sensorkopf und der Messtechnik. Die passive Technologie macht ihn ideal für Schock- und Vibrationsmessungen in Bereichen, in denen konventionelle piezoelektrische und piezoresistive Beschleunigungssensoren Gefahren für Maschine und Mensch darstellen und den Betrieb beeinträchtigen können.

Wo werden Beschleunigungssensoren eingesetzt?

Beschleunigungssensoren gehören in der Schwingungsmessung und der Maschinenüberwachung zu den am häufigsten eingesetzten Sensoren. In industriellen Einsätzen werden überwiegend galvanisch isolierte Piezo Beschleunigungssensoren eingesetzt und das gemessene Beschleunigungssignal zur Schwinggeschwindigkeit integriert und überwacht. Für Condition Monitoring Anwendungen und Lagerschadensdiagnose werden die Beschleunigungssignale als Lagerschadenskennwert oder Hüllkurvenspektrum ausgewertet. Am Prüfstand und im Labor sind Triax-, Miniatur-, hochempfindliche- und Tastspitzen Beschleunigungssensoren eingesetzt.

• Beschleunigungssensoren sind für die Maschinenüberwachung nach ISO 10816 (Absolut-Lagerschwingungsmessung) hervorragend geeignet
• Beschleunigungssensoren werden für das Condition Monitoring nach DIN 3832 eingesetzt
• Beschleunigungssensoren sind für raue Industriebedingungen geeignet und galvanisch getrennt
• Industrie Sensoren sind Staubgeschützt und wassergeschützt im Edelstahlgehäuse
• hochempfindliche Beschleunigungssensoren werden als Ladungstypen ausgeführt
• Industrie Beschleunigungssensoren werden meist mittels IEPE-Speisung versorgt
• Verfügbar sind Beschleunigungssensoren für Temperaturen bis 250 °C und; optional mit ATEX Zulassung
• Beschleunigungssensoren gibt es einachsig oder gleichzeitig in drei Achsenrichtungen X, Y, Z, optional mit Tastspitze

Eigenschaften von Piezo Beschleunigungssensoren

Ein Piezo Beschleunigungssensor ist als die beste Sensorik für industrielle Schwingungsmessung anerkannt. Verglichen zu den anderen Messprinzipien bieten sie eine Reihe entscheidender Vorteile.

• großer Dynamikumfang
• geringes Rauschen macht piezoelektrische Sensoren gleichermaßen geeignet für kleinste und starke Stöße
• Sehr gute Linearität über den gesamten Dynamikbereich
• Großer Frequenzbereich, auch höchste Frequenzen messbar
• Hohe Empfindlichkeit bei geringen Abmessungen
• Keine beweglichen inneren Teile
• viele Sensor Varianten verfügbar
• das Beschleunigungssignal kann einfach oder doppelt integriert werden (Schwinggeschwindigkeit oder Schwingweg)

Einsatzgebiete von Beschleunigungssensoren

• Schwingungsüberwachung von Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Turbinen, Generatoren, Walzwerke
• Überwachung von Unwucht und Wälzlagerzustand
• Am Prüfstand, im Labor für die mobile Schwingungsmessung mit Haftmagneten
• Für die Modalanalyse, Gebäudeschwingung, und an Windkraftanlagen

Avibia liefert eine große Auswahl an Piezo Beschleunigungssensoren, Sensoren für jeden Anwendungsfall.

Welche Signalverarbeitung wird verwendet?

Die eigentliche Wandlung von einer mechanischen zu einer elektrischen Größe im Sensor benötigt keine Hilfsenergie. Die an das verbundene Messgerät oder an den IEPE-Verstärker als Signal abgegebene Energie bezieht der Aufnehmer aus der Beschleunigung beim eigentlichen Messvorgang. Grundsätzlich wird Beschleunigung als Wechselgröße (AC) gemessen, häufig auch als Vibration bezeichnet. Statische Beschleunigung, z.B. die Erdbeschleunigung, kann mit Piezo Sensoren nicht gemessen werden.

Das Signal des Sensors muss verstärkt und meist gefiltert oder integriert werden. IEPE-Beschleunigungssensoren benötigen zusätzlich eine Konstant-Strom-Speisung. Für Sensoren ohne Elektronik werden Ladungsverstärker benötigt.

Nach der Vorverstärkung werden verschiedene Auswerteverfahren für das Schwingsignal angewandt:

• Bildung von Momentanwert, Spitzenwert und Effektivwert der Schwingbeschleunigung
• Einfache oder zweifache Integration zur Bestimmung von Schwinggeschwindigkeit oder Schwingweg
• Anwendung von Filterung und Frequenzbewertung
• Bildung von Lagerschadenskennwerten
• FFT-Analyse, Hüllkurvenspektrum

Wie wird ein Beschleunigungssensor am Messobjekt angekoppelt?

Die richtige Befestigung des Sensors hat entscheidenden Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Für beste Messergebnisse, besonders bei hohen Frequenzen, müssen Sensor und Messobjekt sauber, flach, glatt und gratfrei verbunden werden.

Eine zerkratzte Sensorkoppelfläche muss entsprechend bearbeitet werden.

Wichtig ist auch eine starre Verbindung vom Sensor zum Messobjekt. Bleche, Verkleidungen oder dünne Gegenstände eignen sich die Sensorbefestigung nicht, da diese ggf. durch die Schwingungsanregung in Resonanz versetzt werden und so das Messergebnis beeinflussen.

Verfälschungen aufgrund von Eigenschwingungen des Sensors können durch eine symmetrische Ankopplung minimiert werden. Die Masse des Sensors inklusive Befestigungsteilen soll gering gegenüber der Messobjektmasse sein (mindestens 1:10).

Fehlausrichtungen zwischen der Messachse des Beschleunigungssensors und der zu messenden Richtung müssen gering gehalten werden. Wird der Sensor mit einer Madenschraube befestigt ist darauf zu achten, dass dies nicht länger als die Bohrung ist und kein Spalt unter dem Sensorboden entsteht.

Die folgenden Befestigungsarten werden verwendet:

• Schraubbefestigung mit Madenschraube, Isolierflansch oder Klebepad
• Haftmagnet für glatte oder runde Oberflächen
• Klebebefestigung mit Sekundenkleber oder Zwei-Komponentenkleber
• Montagewürfel für triaxial Messungen mit drei Stück einachsigen Sensoren
• Tastspitze