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Como selecionar um acelerómetro para
manutenção preditiva
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Utilização de acelerómetros
• Os acelerómetros industriais são usados para detetar desequilíbrios,
falhas nos rolamentos e desalinhamento, ao medir a vibração da
máquina, fornecendo o diagnóstico antecipado de avarias, reduzindo
assim o tempo de inatividade.
• A nossa vasta linha de acelerómetros pode ser ligada diretamente aos
equipamentos de aquisição de dados, incluindo:
– PLCs,
– Sistemas on-line
– Coletores de dados portáteis.
Características importantes de um acelerómetro
• Sensibilidade do acelerómetro
• Tolerância de sensibilidade do acelerómetro
• Máxima aceleração medida pelo acelerómetro
• Nível de ruído espectral do acelerómetro
• Resposta em frequência do acelerómetro
• Frequência de ressonância do acelerómetro
• Gama dinâmica de um acelerómetro
• A alimentação do acelerómetro – o acelerómetro IEPE
• O sensor do acelerómetro
• Ligação e tempo de estabilização de um acelerómetro
• A importância de evitar choques na montagem
Sensibilidade do acelerómetro
• A sensibilidade do acelerómetro determina a máxima e mínima
aceleração que o acelerómetro consegue medir com precisão;
• A sensibilidade de um acelerómetro é a tensão de saída
medida em uma determinada frequência;
• A sensibilidade é o valor de saída nominal do sensor,
geralmente especificado em mV/g (milivolts / g).
• Dependendo da construção e aplicação do acelerómetro, as
sensibilidades nominais seriam 10, 50, 100 e 500 mV/g.
• As medições de vibração de uso geral normalmente dependem
de um acelerómetro com uma saída de 100 mV/g.
• Vibrações de alta amplitude (tipicamente altas em frequência)
utilizam 10m V/g, e vibrações de baixa amplitude (tipicamente
baixas em frequência) utilizam 500 mV/g para melhor a relação
sinal/ruído.
Tolerância de sensibilidade do acelerómetro
• Cada acelerómetro é calibrado para determinar a
sensibilidade e o valor real da saída medida deve
estar dentro da tolerância de sensibilidade.
• Valores típicos são 10% e 15% para medições de
vibração de uso geral.
• Caso se tenha que escolher um acelerómetro de
100 mV/g com uma tolerância de sensibilidade de
+/- 10%, a saída calibrada do sensor poderia variar
de 90 mV/g (-10%) a 110 mV/g (+ 10%).
• Deve-se ter presente que a tolerância de
sensibilidade só se aplica à amplitude medida na
frequência que determina a sensibilidade ou
calibração do acelerómetro.
Máxima aceleração medida pelo acelerómetro
• A máxima aceleração medida é a vibração
máxima que o acelerómetro pode medir
com precisão.
• Quando o sensor fica saturado pela vibração
excessiva, a placa amplificadora desliga-se
automaticamente e reinicia-se quando a
vibração cair abaixo do nível da saturação.
• Deve-se garantir que se conhece a máxima
aceleração a medir antes de selecionar os
acelerómetros adequados.
Nível de ruído espectral do acelerómetro
• Esta característica é importante quando se pretendem medir pequenos
níveis de vibrações;
• Cada acelerómetro tem um nível de ruído (“noise floor”) e a amplitude
deste ruído é tipicamente medida em 10, 100 e 1000 Hz em unidades de
µV divididas pela raiz quadrada da frequência, que é equivalente à raiz
quadrada do PSD (Densidade espectral de potência). Dividir o valor medido
de µV/√Hz pela sensibilidade do acelerómetro produz um valor µg / √Hz.
• Por exemplo:
– Ruído espectral medido a 10 Hz = 1,4 µV/√Hz
– Com a sensibilidade de 100mV/g,
– Ruído espectral a 10Hz = 14 µg/√Hz
– Agora podemos calcular a amplitude do ruído a 10Hz como 14 µg/√10 =
4,43 µg
– 4,43 µg seria a amplitude do ruído em 10 Hz.
• Para fazer uma medição acima do nível de ruído, com tolerância a ruído
aceitável, o SNR (Relação Sinal / Ruído) deve ser de pelo menos 10 para
1, ou seja, a amplitude de vibração deve ser de pelo menos 44,3 µg no
exemplo acima.
Resposta em frequência do acelerómetro
• A resposta em frequência do acelerómetro determina a faixa de frequências que o
acelerómetro consegue medir.
• Com uma tolerância de sensibilidade de +/- 5%, a resposta de frequência é expressa
em três etapas: 5 por cento, 10 por cento e 3 dB.
• Como a análise de vibração industrial depende da tendência de valores para
determinar, quando uma condição da máquina está a piorar, normalmente não são
necessárias medições muito exatas.
Frequência de ressonância do acelerómetro
• Como se pode ver na figura, a frequência de ressonância para o acelerómetro é 22.000 Hz
com uma amplitude de 24.6 dB.
• Isto seria o equivalente à frequência natural do acelerómetro e na ressonância produz um
grande ganho de amplitude.
• Normalmente, o analista de vibração trabalhará abaixo da ressonância do acelerómetro
usando os dados dentro dos limites de +/- 3dB.
• Alguns coletores de dados usarão a ressonância do acelerómetro para amplificar ondas de
tensão de alta frequência, mas de pequena amplitude, em algoritmos proprietários de HFD
(High Frequency Detection).
A gama dinâmica de um acelerómetro
• A amplitude máxima e mínima que o
acelerómetro pode medir é indicada pela
gama dinâmica.
• Normalmente, a gama dinâmica é limitada a
+/- 5 VACPico, mas existem alguns
acelerómetros de 100 mV/g com uma faixa
dinâmica estendida para +/- 8 VACPico.
A alimentação do acelerómetro – o acelerómetro IEPE
• A conceção do acelerómetro IEPE (Integrated Electronics
Piezo Electric) é usado para acelerómetros industriais.
• Esta é uma tecnologia de dois fios que incorpora um
elemento piezo-cerâmico e um amplificador integrado
para converter a saída de carga do elemento cerâmico
em uma tensão e amplificá-lo para uso com analisadores
de vibração, coletores de dados ou sistemas de
monitoragem permanente.
• Como o elemento sensor e o amplificador estão contidos
dentro do acelerómetro, este sensor robusto vem num
conjunto muito compacto para medição de vibrações em
diversos ambientes industriais.
O sensor no acelerómetro
• A maioria dos acelerómetros é construída em de modo ao corte
para eliminar os efeitos da tensão de base ou transientes
térmicos.
• A conceção do modo de ao corte incorpora uma haste central,
piezo-cerâmica e massa reativa projetada de maneira a permitir
que a haste transmita a vibração da máquina para o interior do
elemento cerâmico e a massa oponha-se à vibração na parte
externa do elemento cerâmico.
• Essa oposição de forças entre a vibração e a massa causa um corte
do elemento cerâmico que produz uma saída de carga em pC / g
(pico-Coulombs/g).
• O amplificador integrado converte a carga numa tensão e
amplifica-a.
• As saídas típicas do acelerómetro são 10 mV/ , 50 mV/g, 100 mV/g
e 500 mV/g.
Ligação e tempo de estabilização de um acelerómetro
• Quando a energia é fornecida a um acelerómetro, exite um
tempo de ativação para o circuito do amplificador se energizar
e atingir uma tensão de polarização estável antes que a
medição de vibração possa começar.
• O tempo de ativação é identificado como o tempo necessário
para atingir ou normalizar a +/- 10% da tensão de polarização.
• Permitir que o acelerómetro estabilize ao redor da tensão de
polarização impedirá o “sky slope” no espetro FFT.
• O “sky slope” manifesta-se no espetro de frequência sobre a
forma de componentes espetrais de muito baixa frequência e
de muita elevada amplitude.
• O “sky slope” que consiste no resultado da análise em
frequência da componente DC do sinal não estabilizado, pode
causar sérios problemas, a quem mede vibrações.
A importância de evitar choques na montagem
• Na coleta de dados com equipamentos portáteis, o acelerómetro é alimentado
quando o coletor de dados for ligado e o acelerómetro permanecerá ligado até
que se desligue o coletor de dados.
• Se um acelerómetro portátil estiver a ser montado com um íman (ou montado
por outros meios temporários), leva algum tempo para o circuito do amplificador
estabilize após o choque da montagem. Isto é conhecido como tempo de
estabilização.
• O tempo que leva para o circuito do amplificador se estabilizar, após a montagem
temporária é muito dependente do processo de montagem.
• Se o acelerómetro for montado rigidamente na máquina, permitindo que o íman
choque na superfície de montagem, o choque da montagem saturará o
amplificador e será necessário um longo tempo de estabilização.
• Se o suporte magnético for montado suavemente na superfície de montagem,
com pouco ou nenhum choque no acelerómetro, o tempo de estabilização será
mínimo.
• Isso permite que o processo de medição comece mais rápido, economize tempo
entre as medições e evite o “sky slope” no espetro FFT.
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Acelerometros

  • 1. Como selecionar um acelerómetro para manutenção preditiva www.D4vib.com
  • 2. Utilização de acelerómetros • Os acelerómetros industriais são usados para detetar desequilíbrios, falhas nos rolamentos e desalinhamento, ao medir a vibração da máquina, fornecendo o diagnóstico antecipado de avarias, reduzindo assim o tempo de inatividade. • A nossa vasta linha de acelerómetros pode ser ligada diretamente aos equipamentos de aquisição de dados, incluindo: – PLCs, – Sistemas on-line – Coletores de dados portáteis.
  • 3. Características importantes de um acelerómetro • Sensibilidade do acelerómetro • Tolerância de sensibilidade do acelerómetro • Máxima aceleração medida pelo acelerómetro • Nível de ruído espectral do acelerómetro • Resposta em frequência do acelerómetro • Frequência de ressonância do acelerómetro • Gama dinâmica de um acelerómetro • A alimentação do acelerómetro – o acelerómetro IEPE • O sensor do acelerómetro • Ligação e tempo de estabilização de um acelerómetro • A importância de evitar choques na montagem
  • 4. Sensibilidade do acelerómetro • A sensibilidade do acelerómetro determina a máxima e mínima aceleração que o acelerómetro consegue medir com precisão; • A sensibilidade de um acelerómetro é a tensão de saída medida em uma determinada frequência; • A sensibilidade é o valor de saída nominal do sensor, geralmente especificado em mV/g (milivolts / g). • Dependendo da construção e aplicação do acelerómetro, as sensibilidades nominais seriam 10, 50, 100 e 500 mV/g. • As medições de vibração de uso geral normalmente dependem de um acelerómetro com uma saída de 100 mV/g. • Vibrações de alta amplitude (tipicamente altas em frequência) utilizam 10m V/g, e vibrações de baixa amplitude (tipicamente baixas em frequência) utilizam 500 mV/g para melhor a relação sinal/ruído.
  • 5. Tolerância de sensibilidade do acelerómetro • Cada acelerómetro é calibrado para determinar a sensibilidade e o valor real da saída medida deve estar dentro da tolerância de sensibilidade. • Valores típicos são 10% e 15% para medições de vibração de uso geral. • Caso se tenha que escolher um acelerómetro de 100 mV/g com uma tolerância de sensibilidade de +/- 10%, a saída calibrada do sensor poderia variar de 90 mV/g (-10%) a 110 mV/g (+ 10%). • Deve-se ter presente que a tolerância de sensibilidade só se aplica à amplitude medida na frequência que determina a sensibilidade ou calibração do acelerómetro.
  • 6. Máxima aceleração medida pelo acelerómetro • A máxima aceleração medida é a vibração máxima que o acelerómetro pode medir com precisão. • Quando o sensor fica saturado pela vibração excessiva, a placa amplificadora desliga-se automaticamente e reinicia-se quando a vibração cair abaixo do nível da saturação. • Deve-se garantir que se conhece a máxima aceleração a medir antes de selecionar os acelerómetros adequados.
  • 7. Nível de ruído espectral do acelerómetro • Esta característica é importante quando se pretendem medir pequenos níveis de vibrações; • Cada acelerómetro tem um nível de ruído (“noise floor”) e a amplitude deste ruído é tipicamente medida em 10, 100 e 1000 Hz em unidades de µV divididas pela raiz quadrada da frequência, que é equivalente à raiz quadrada do PSD (Densidade espectral de potência). Dividir o valor medido de µV/√Hz pela sensibilidade do acelerómetro produz um valor µg / √Hz. • Por exemplo: – Ruído espectral medido a 10 Hz = 1,4 µV/√Hz – Com a sensibilidade de 100mV/g, – Ruído espectral a 10Hz = 14 µg/√Hz – Agora podemos calcular a amplitude do ruído a 10Hz como 14 µg/√10 = 4,43 µg – 4,43 µg seria a amplitude do ruído em 10 Hz. • Para fazer uma medição acima do nível de ruído, com tolerância a ruído aceitável, o SNR (Relação Sinal / Ruído) deve ser de pelo menos 10 para 1, ou seja, a amplitude de vibração deve ser de pelo menos 44,3 µg no exemplo acima.
  • 8. Resposta em frequência do acelerómetro • A resposta em frequência do acelerómetro determina a faixa de frequências que o acelerómetro consegue medir. • Com uma tolerância de sensibilidade de +/- 5%, a resposta de frequência é expressa em três etapas: 5 por cento, 10 por cento e 3 dB. • Como a análise de vibração industrial depende da tendência de valores para determinar, quando uma condição da máquina está a piorar, normalmente não são necessárias medições muito exatas.
  • 9. Frequência de ressonância do acelerómetro • Como se pode ver na figura, a frequência de ressonância para o acelerómetro é 22.000 Hz com uma amplitude de 24.6 dB. • Isto seria o equivalente à frequência natural do acelerómetro e na ressonância produz um grande ganho de amplitude. • Normalmente, o analista de vibração trabalhará abaixo da ressonância do acelerómetro usando os dados dentro dos limites de +/- 3dB. • Alguns coletores de dados usarão a ressonância do acelerómetro para amplificar ondas de tensão de alta frequência, mas de pequena amplitude, em algoritmos proprietários de HFD (High Frequency Detection).
  • 10. A gama dinâmica de um acelerómetro • A amplitude máxima e mínima que o acelerómetro pode medir é indicada pela gama dinâmica. • Normalmente, a gama dinâmica é limitada a +/- 5 VACPico, mas existem alguns acelerómetros de 100 mV/g com uma faixa dinâmica estendida para +/- 8 VACPico.
  • 11. A alimentação do acelerómetro – o acelerómetro IEPE • A conceção do acelerómetro IEPE (Integrated Electronics Piezo Electric) é usado para acelerómetros industriais. • Esta é uma tecnologia de dois fios que incorpora um elemento piezo-cerâmico e um amplificador integrado para converter a saída de carga do elemento cerâmico em uma tensão e amplificá-lo para uso com analisadores de vibração, coletores de dados ou sistemas de monitoragem permanente. • Como o elemento sensor e o amplificador estão contidos dentro do acelerómetro, este sensor robusto vem num conjunto muito compacto para medição de vibrações em diversos ambientes industriais.
  • 12. O sensor no acelerómetro • A maioria dos acelerómetros é construída em de modo ao corte para eliminar os efeitos da tensão de base ou transientes térmicos. • A conceção do modo de ao corte incorpora uma haste central, piezo-cerâmica e massa reativa projetada de maneira a permitir que a haste transmita a vibração da máquina para o interior do elemento cerâmico e a massa oponha-se à vibração na parte externa do elemento cerâmico. • Essa oposição de forças entre a vibração e a massa causa um corte do elemento cerâmico que produz uma saída de carga em pC / g (pico-Coulombs/g). • O amplificador integrado converte a carga numa tensão e amplifica-a. • As saídas típicas do acelerómetro são 10 mV/ , 50 mV/g, 100 mV/g e 500 mV/g.
  • 13. Ligação e tempo de estabilização de um acelerómetro • Quando a energia é fornecida a um acelerómetro, exite um tempo de ativação para o circuito do amplificador se energizar e atingir uma tensão de polarização estável antes que a medição de vibração possa começar. • O tempo de ativação é identificado como o tempo necessário para atingir ou normalizar a +/- 10% da tensão de polarização. • Permitir que o acelerómetro estabilize ao redor da tensão de polarização impedirá o “sky slope” no espetro FFT. • O “sky slope” manifesta-se no espetro de frequência sobre a forma de componentes espetrais de muito baixa frequência e de muita elevada amplitude. • O “sky slope” que consiste no resultado da análise em frequência da componente DC do sinal não estabilizado, pode causar sérios problemas, a quem mede vibrações.
  • 14. A importância de evitar choques na montagem • Na coleta de dados com equipamentos portáteis, o acelerómetro é alimentado quando o coletor de dados for ligado e o acelerómetro permanecerá ligado até que se desligue o coletor de dados. • Se um acelerómetro portátil estiver a ser montado com um íman (ou montado por outros meios temporários), leva algum tempo para o circuito do amplificador estabilize após o choque da montagem. Isto é conhecido como tempo de estabilização. • O tempo que leva para o circuito do amplificador se estabilizar, após a montagem temporária é muito dependente do processo de montagem. • Se o acelerómetro for montado rigidamente na máquina, permitindo que o íman choque na superfície de montagem, o choque da montagem saturará o amplificador e será necessário um longo tempo de estabilização. • Se o suporte magnético for montado suavemente na superfície de montagem, com pouco ou nenhum choque no acelerómetro, o tempo de estabilização será mínimo. • Isso permite que o processo de medição comece mais rápido, economize tempo entre as medições e evite o “sky slope” no espetro FFT.
  • 15. Pode ver um artigo sobre este tema neste link www.D4vib.com https://www.d4vib.com/acelerometros/
  • 16. OBRIGADO Esperamos que esta apresentação tenha sido interessante www.D4vib.com