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Los 10 principios más importantes para la medición efectiva de la aceleración y la vigilancia de las vibraciones

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En la vigilancia de las vibraciones y la medición de la aceleración, hay muchas variables a considerar, y muchas oportunidades para cometer errores

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A veces es bueno tener una lista de control que te mantenga en el camino correcto. Aquí están los 10 esenciales para un monitoreo efectivo de la vibración y la medición de la aceleración:

1. Conozca su aplicación

Si te enfrentas al reto de configurar un sistema de medición de vibraciones para una máquina rotativa, necesitas conocer el diseño mecánico y el rodamiento del eje. Hay una diferencia significativa entre la medición de la vibración de los rodamientos de bolas y los cojinetes planos. Los rodamientos de bolas utilizan acelerómetros, mientras que los cojinetes planos utilizan sondas de proximidad o ambos.

2. La temperatura ambiental y de la superficie

Tenga en cuenta que no todos los tipos de acelerómetros pueden utilizarse en temperaturas superficiales o ambientales muy altas o muy bajas. Hay acelerómetros con componentes electrónicos incorporados en sus carcasas de sensores y sensores sin componentes electrónicos. Los sensores con electrónica integrada, como los acelerómetros MEMS e IEPE, pueden utilizarse hasta una temperatura de superficie o ambiente de 120°C / 248°F (MEMS) y de 150°C a 200°C (302°F a 392°F) (IEPE). Para aplicaciones de alta temperatura, como las mediciones en turbinas de gas, tuberías y recipientes, deben utilizarse sensores piezoeléctricos (PE).

3. ¿Vibración o choque?

Los acelerómetros estándar son adecuados para medir la vibración aleatoria en máquinas, estructuras y otros componentes. Sin embargo, para las mediciones de choque, por ejemplo en pruebas de choque, se producen aceleraciones muy altas, por lo que se requieren acelerómetros especiales. Para este tipo de pruebas, utilice acelerómetros de PE para un amplio rango de medición de hasta 50.000 g o sensores MEMS basados en elementos sensores piezoresistivos.

4. Midiendo en rangos de alta frecuencia hasta DC

Dependiendo de la aplicación, la respuesta en frecuencia del sensor es esencial para medir cada frecuencia de interés. Cuando se miden estructuras como puentes o torres (por ejemplo, turbinas eólicas y análisis modal) la frecuencia de la vibración medida puede ser muy baja, a veces por debajo de 0,5Hz o hasta DC. Para estas aplicaciones, se deben utilizar sensores con una respuesta de frecuencia hasta DC. Los acelerómetros basados en MEMS son adecuados para este trabajo.

5. Montaje del sensor y respuesta de frecuencia

En aplicaciones como la monitorización de máquinas, la vibración debe ser medida en un amplio rango de frecuencias. Las máquinas rotativas con 3000 rotaciones por minuto o más y los rodamientos de rodillos tienen frecuencias de interés superiores a 3-5kHz. Para ver los armónicos de estas señales, la respuesta en frecuencia del sensor o sensores utilizados debe ser superior a 3-5kHz.

La máxima respuesta en frecuencia del sensor depende de su fijación en la superficie del objeto medido. Para frecuencias de señal superiores a 3kHz, se pueden utilizar imanes. Sin embargo, para obtener los mejores resultados de medición, especialmente para frecuencias superiores a 10kHz, los sensores deben fijarse con adhesivos o pernos de montaje.

6. Enrutar y fijar el cable del sensor

Para medir la vibración de un objeto, se quiere montar el sensor en él, pero no tener vibraciones inducidas de otras partes. Por lo tanto, el cable del sensor también debe ser colocado con mucho cuidado con fijación en varios puntos. Con los cables de vuelo libre, se pueden introducir vibraciones adicionales por componentes distintos al objeto medido. Esta vibración introducida afecta al sensor y distorsiona la señal que se desea medir.

Especialmente cuando se utilizan sensores piezoeléctricos, el movimiento del cable desde el sensor hasta el amplificador de carga puede hacer que los cambios de carga se transfieran con este cable.

7. Evitar el ruido en la señal medida

Si ves ruido en tu señal de medición, especialmente a 50/60Hz, lo más probable es que tengas un bucle de tierra. Los bucles de tierra pueden transmitir interferencias a la señal de medición en forma de ruido, lo que es más común a una frecuencia de línea de 50/60Hz. Los bucles de tierra se desarrollan cuando una línea común (por ejemplo, el retorno de la señal/escudo de una instalación de acelerómetro IEPE) se pone a tierra en dos puntos de diferente potencial eléctrico. Para evitar tales bucles de tierra, conecte la pantalla del cable sólo en un lugar al potencial de tierra y utilice elementos de detección aislados eléctricamente cuando sea posible.

8. ¿Cómo afecta la constante de tiempo de un amplificador de carga a las mediciones?

Hay una diferencia fundamental entre los dos modos de funcionamiento de los amplificadores de carga para las mediciones cuasiestáticas y dinámicas. La mayoría de los amplificadores de carga admiten ambos tipos de mediciones. Pero antes de establecer una cadena de medición de vibraciones, es esencial comprender claramente la medición deseada para seleccionar el modo de funcionamiento correcto del amplificador de carga.

Por ejemplo, las mediciones en rangos de frecuencia excepcionalmente bajos <0,5Hz deberían realizarse con el modo cuasiestático. Este es a veces el caso cuando se miden las fluctuaciones de presión de baja frecuencia en aplicaciones de alta temperatura. Las mediciones típicas de vibraciones tienen un contenido de frecuencia más alto en la señal; por lo tanto, se utiliza el modo dinámico.

La constante de tiempo del amplificador de carga define el modo de funcionamiento para las mediciones estáticas o dinámicas.

9. ¿Cuál es la longitud máxima del cable para un sensor de IEPE?

Los sensores de IEPE se alimentan de una corriente constante y un voltaje de corriente continua. La señal de CA de la aceleración medida se superpone a la tensión de alimentación. Como regla general, cuanto mayor sea la corriente constante, mayor puede ser la longitud del cable. Pero tenga en cuenta: la longitud máxima del cable depende también de la calidad del mismo. La mayoría de los acondicionadores de señal y los módulos de E/S para los sensores IEPE proporcionan una corriente constante de 4mA que forma un óptimo muy bueno entre la inmunidad al ruido, la longitud del cable, la frecuencia de la señal y el consumo de corriente. Es posible realizar mediciones con cables de más de 80 m o incluso 100 m de longitud.

10. ¿Importa el voltaje de suministro de un acelerómetro basado en MEMS?

La respuesta corta es sí, el voltaje de suministro importa. La mayoría de los sensores MEMS tienen un regulador de voltaje incorporado, pero son muy sensibles a la calidad del voltaje de entrada suministrado. La calidad de la fuente de voltaje debe ser alta, debe ser regulada dentro de +/-0,1%, y el ruido y el rizado no deben exceder 1,5mV RMS. Los módulos de E/S diseñados específicamente para los sensores basados en MEMS proporcionan una fuente de alimentación estable, y cuando se utilizan estos dispositivos, la tensión de alimentación no causa dolores de cabeza.