INTRODUÇÃO AOS ACELERÓMETROS
PIEZOELÉTRICOS
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Porque utilizamos sensores
piezoelétricos?
• Reduzida dimensão
• Leves
• Com dois fios (IEPE)
• Grande gama
dinâmica
• Gra...
Utilizações comuns de sensores
piezoelétricos
• Análise Modal
• Controlo de qualidade
• Ensaios de simulação ambiental
• D...
Medidas Dinâmicas e Estáticas
Medida Dinâmica
• A grandeza física ( aceleração, força,
pressão, etc.) varia rapidamente
co...
Definição de Eletricidade Piezoelétrica
A Eletricidade Piezoelétrica consiste na capacidade de
alguns materiais ( nomeadam...
• Um transdutor converte uma forma de energia noutra
‒ No caso do transdutor piezoelétrico, este converte energia
mecânica...
• O elemento ativo de todos os dispositivos piezoelétricos é um elemento
de material piezoelétrico. Existem muitas soluçõe...
Soluções construtivas de sensores piezoelétricos
Compressão Corte
• Podo utilizar quartzo ou cerâmica
• Tem eletrónica integrada
• Condicionamento de sinal de baixo custo
• Estável numa la...
• Entrada: 18 – 24 Volts DC, 2-20mA corrente constante
‒ valores de entrada distintos dos referidos podem danificar o sens...
Configuração do Modo Voltagem
Acelerómetro IEPE
Fonte de corrente
IEPE
Unidade de aquisição
de dados
Configuração alternativa do modo voltagem
Acelerómetro IEPE
Unidade de aquisição
de dados
Alimentação IEPE na
unidade de a...
Sistema IEPE típico
Sensor Alimentação
Níveis de voltagem BIAS em sistemas IEPE típicos
• A resposta de baixa frequência é controlada pela Constante de Tempo
de Descarga (DTC)
‒ Ajustado em fábrica e não pode s...
Resposta em frequência de
acelerómetros piezoelétricos
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Dytran Instruments, Inc.
• Constante de Tempo de Descarga – tempo requerido para a tensão de
saída do sensor, para descarregar para 37% do seu valo...
• Normalmente com sensor cerâmico
• Sem eletrónica incluída
• Adequados a temperaturas elevadas (+250°C)
• Condicionamento...
• Montagem com perne
‒ Resposta em frequência ótima
• Adaptador colado com cola epóxido, sensor montado em perne
‒ Boa res...
Efeitos da resposta em frequência da montagem
Cola
Frequência
Frequência
Frequência
Frequência
Nívelsaídadoacelerómetro
Ní...
• Intervalo de níveis que o acelerómetro pode medir, que pode ser
expresso de diversas formas
• O fim de escala dos sensor...
Informação eletrónica do transdutor
TEDS- Transducer Electronic Data Sheet
• Manual de utilização
• Desenho
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• Certificado de calibração
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Apresentação sobre o modo de funcionamento dos acelerómetros piezolétricos

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Introdução aos acelerómetros piezoelétricos

  1. 1. INTRODUÇÃO AOS ACELERÓMETROS PIEZOELÉTRICOS www.dbwave.pt Dytran Instruments, Inc. 1
  2. 2. Porque utilizamos sensores piezoelétricos? • Reduzida dimensão • Leves • Com dois fios (IEPE) • Grande gama dinâmica • Grande gama de temperatura • Larga gama de frequência • Muito baixo ruído • Condicionamento de sinal simples • Implementação económica
  3. 3. Utilizações comuns de sensores piezoelétricos • Análise Modal • Controlo de qualidade • Ensaios de simulação ambiental • Determinação de frequências naturais • Manutenção preditiva • Avaliação de exposição de trabalhadores a vibrações • Ensaios em geral • Avaliação de integridade de estruturas
  4. 4. Medidas Dinâmicas e Estáticas Medida Dinâmica • A grandeza física ( aceleração, força, pressão, etc.) varia rapidamente com o tempo • Exemplos de eventos dinâmicos ‒ Vibrações de máquinas rotativas ‒ Pressão num motor alternativo ‒ Força introduzida numa estrutura por uma mesa de ensaio de vibrações Medida Estática • A grandeza física não varia rapidamente com o tempo ( ou muda muito lentamente) • Exemplo de medidas estáticas: ‒ Medição de peso numa balança de casa de banho ‒ Aceleração constante devido à gravidade
  5. 5. Definição de Eletricidade Piezoelétrica A Eletricidade Piezoelétrica consiste na capacidade de alguns materiais ( nomeadamente cristais e alguns cerâmicos) para gerarem um potencial elétrico em resposta à aplicação de uma força mecânica. Isto pode assumir a forma de uma carga elétrica na matriz do cristal. Se o material não for curto-circuitado, a carga elétrica induz uma voltagem no material.
  6. 6. • Um transdutor converte uma forma de energia noutra ‒ No caso do transdutor piezoelétrico, este converte energia mecânica em energia elétrica • Materiais que produzem uma carga elétrica quando se aplica uma força exibem o que se designa por efeito piezoelétrico O que é um transdutor piezoelétrico? • Conhecem-se muitos materiais piezoelétricos ‒ Quartzo, turmalina, cerâmica (PZT), GAPO4 e muitos outros
  7. 7. • O elemento ativo de todos os dispositivos piezoelétricos é um elemento de material piezoelétrico. Existem muitas soluções construtivas diferentes de sensores baseados em diversos cristais e materiais. • Os tipos de sensores piezoelétrico utilizados hoje em dia são: ‒ Modo Voltagem (IEPE, LIVM, ICP, Piezotron, Isotron) ‒ Modo Carga Cada um tem as suas vantagens e desvantagens. Transdutor Piezoelétrico
  8. 8. Soluções construtivas de sensores piezoelétricos Compressão Corte
  9. 9. • Podo utilizar quartzo ou cerâmica • Tem eletrónica integrada • Condicionamento de sinal de baixo custo • Estável numa larga gama de temperaturas • Limite de temperatura superior imposto pela eletrónica incluída • Muitos equipamentos de medida modernos incluem alimentação IEPE • A maioria dos sensores de modo voltagem (IEPE) estão disponíveis com opção TEDS • Fácil utilização Transdutor Piezoelétrico Modo Voltagem
  10. 10. • Entrada: 18 – 24 Volts DC, 2-20mA corrente constante ‒ valores de entrada distintos dos referidos podem danificar o sensor • Saida: voltagem proporcional à aceleração ou vibração Nota: O sensor de modo voltagem ou IEPEE é um dispositivo de dois fios ( sinal/ alimentação e terra) Características de Entrada/Saída dos sensores de modo voltagem (IEPE)
  11. 11. Configuração do Modo Voltagem Acelerómetro IEPE Fonte de corrente IEPE Unidade de aquisição de dados
  12. 12. Configuração alternativa do modo voltagem Acelerómetro IEPE Unidade de aquisição de dados Alimentação IEPE na unidade de aquisição de dados
  13. 13. Sistema IEPE típico Sensor Alimentação
  14. 14. Níveis de voltagem BIAS em sistemas IEPE típicos
  15. 15. • A resposta de baixa frequência é controlada pela Constante de Tempo de Descarga (DTC) ‒ Ajustado em fábrica e não pode ser alterado ‒ Pode ser alterado aquando do fabrico • A resposta a alta frequência é função da frequência de ressonância (natural) do sensor • Os filtros no sensor ou no condicionamento do sinal também podem afetar a resposta em frequência do sensor • Sensores de elevada sensibilidade têm normalmente uma baixa frequência de ressonância • Sensores de baixa sensibilidade têm normalmente uma frequência de ressonância elevada Resposta em frequência de acelerómetros piezoelétricos IEPE
  16. 16. Resposta em frequência de acelerómetros piezoelétricos 16 Dytran Instruments, Inc.
  17. 17. • Constante de Tempo de Descarga – tempo requerido para a tensão de saída do sensor, para descarregar para 37% do seu valor original, em resposta a uma subida abrupta, em degrau, da aceleração de entrada. ‒ Determina resposta de baixa frequência do sensor • A resposta a baixa frequência é aproximadamente igual a: Ponto -3dB = .16/DTC Ponto -5% = Ponto -3dB x 3 Constante de Tempo de Descarga (DTC)
  18. 18. • Normalmente com sensor cerâmico • Sem eletrónica incluída • Adequados a temperaturas elevadas (+250°C) • Condicionamento de sinal caro • Cabos de baixo ruido necessários para a maioria das aplicações • Os amplificadores de carga normalmente são mais difíceis de utilizar (ex.: ajuste de sensibilidade, etc.) Transdutores em modo carga
  19. 19. • Montagem com perne ‒ Resposta em frequência ótima • Adaptador colado com cola epóxido, sensor montado em perne ‒ Boa resposta em frequência • Base magnética ‒ Cómodo, resposta em frequência limitada • Base magnética em adaptador colado com cola epóxido ‒ Método melhor para montagem com base magnética Opções de montagem
  20. 20. Efeitos da resposta em frequência da montagem Cola Frequência Frequência Frequência Frequência Nívelsaídadoacelerómetro Nívelsaídadoacelerómetro Nívelsaídadoacelerómetro Nívelsaídadoacelerómetro Perne isolado Cola cianoacrilica Cola macia Íman permanente Agarrado manualmente
  21. 21. • Intervalo de níveis que o acelerómetro pode medir, que pode ser expresso de diversas formas • O fim de escala dos sensores IEPE é normalmente ±5 Volts de sinal de saída Gama dinâmica
  22. 22. Informação eletrónica do transdutor TEDS- Transducer Electronic Data Sheet
  23. 23. • Manual de utilização • Desenho • Especificações • Certificado de calibração Documentação (fornecida pelo fabricante) que normalmente acompanha um acelerómetro
  24. 24. Desenho
  25. 25. Especificações
  26. 26. Certificado de calibração
  27. 27. Dytran Instruments, Inc. 27 www.dbwave.pt

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