ÖLÇÜMLER İÇİN DOĞRU İVMEÖLÇER SEÇİMİ
Herhangi bir sensör türünü seçerken aşağıdaki soruları cevaplamak önemlidir:
- Neyi, hangi koşullar altında ölçüyoruz?
- Ölçümlerimizle ilgili önemli faktörler nelerdir?
- Ölçümlerimizden nitelik, nicelik ve fiyat açısından ne elde etmek istiyoruz?
Aşağıda doğru sensör seçim kriterlerinin kısa bir özeti yer almaktadır.
Zemin İzolasyonu
Toprak izolasyonlu ivmeölçerler genellikle izole bir montaj tabanına ve izole bir montaj vidasına sahiptir veya bazı durumlarda ivmeölçerin tüm kasası toprak izolasyonludur.
Test maddelerinin yüzeyi iletken ve toprak potansiyelinde olduğunda toprak izolasyonu önemli hale gelir. Elektronik enstrümantasyon ile ivmeölçer arasındaki toprak voltaj seviyelerindeki fark, hatalı verilerle sonuçlanan toprak döngüsüne neden olabilir.
Hassasiyet
Hassasiyet normalde dikkate alınan ilk özelliktir. İdeal olarak, yüksek bir çıkış seviyesi istenir, ancak bu noktada bir karar verilmesi gerekmektedir çünkü yüksek duyarlılık normalde nispeten büyük bir piezoelektrik tertibat ve dolayısıyla nispeten büyük, ağır bir ünite gerektirir. Normal koşullarda, hassasiyet kritik bir sorun değildir çünkü modern ön amfiler bu düşük seviyeli sinyalleri kabul edecek şekilde tasarlanmıştır.
Düşük Frekans Aralığı
Titreşim ölçümleri için gereklilik genellikle sensörün, şu anda test edilen cihazların ilgi duyduğu frekanslardan daha düşük bir yüksek geçiş kesme değerine sahip olmasıdır. Normalde 50 Hz ile çalışan dönen bir makinede, 5 Hz kesme değerine sahip bir sensör seçebiliriz. Bina veya gemi titreşimini ölçerken, bu seviye çok düşük olmalıdır. Dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli şey ise bant genişliğidir, çünkü bant genişliği ne kadar düşük olursa, şoklardan veya aşırı yüklenmelerden kurtulma süreleri o kadar uzun olur. Ayrıca, amplifikatör sensörün bant genişliğini takip etmelidir. Ölçümlerde daha esnek olmak için amplifikatörün en az iki aralığı olması güzeldir. Düşük frekanslı ölçümler için tipik bir uygulama kağıt fabrikası rulolarıdır. 1-5 Hz frekansına sahiptirler ve kullanıcının 0,3 Hz veya daha az bant genişliğine sahip bir sensöre ihtiyacı olur. Bu uygulamalar için Charge veya IEPE en uygunudur. Statik ivmeyi ölçmemiz gerekirse, MEMS sensörleri gibi farklı bir sensör teknolojisine ihtiyaç vardır.
İvmeölçerin gerçek bir çıkış verdiği düşük frekans aralığı, pratikte düşük frekans ucunda iki faktörle sınırlıdır. Birincisi, onu izleyen amplifikatörün düşük frekans kesmesidir. Bu normalde bir sorun değildir çünkü sınır genellikle 1 Hz’nin çok altındadır. İkincisi, ivmeölçerin hassas olduğu ortam sıcaklığı dalgalanmalarının etkisidir. Modern kayma tipi ivmeölçerlerde bu etki minimumdur ve normal ortamlarda 1 Hz’nin altındaki ölçümlere izin verir.
Bant Genişliği (Frekans Aralığı)
Mekanik sistemler titreşim enerjilerinin çoğunu 10 Hz ile 1000 Hz arasındaki nispeten dar frekans aralığında tutma eğilimindedir ancak ölçümler genellikle 10 kHz’e kadar yapılır çünkü bu yüksek frekanslarda farklı titreşim bileşenleri sıklıkla bulunur. Bu nedenle, bir ivmeölçer seçerken frekans aralığının ilgi duyulan aralığı kapsadığından emin olunmalıdır. Üst sınır, ivmeölçerin kütle-yay sisteminin rezonans frekansı tarafından belirlenir. Genel bir kural olarak, üst frekans sınırını ivmeölçerin rezonans frekansının üçte birine ayarlarsak, üst frekans sınırında ölçülen titreşim bileşeninin +%12’den fazla hata içermeyeceğini biliriz.
Kütlenin küçük olduğu küçük ivmeölçerlerde rezonans frekansı 180 kHz kadar yüksek olabilir, ancak biraz daha büyük, daha yüksek çıkışlı, genel amaçlı ivmeölçerlerde 20 ila 30 kHz’lik rezonans frekansları tipiktir.
Rezonansı nedeniyle sensörün yüksek frekans ucundaki artan hassasiyete dikkat etmemiz gerekir. Bu alandaki okuma çok yüksek olacaktır ancak sensör transfer özellikleri biliniyorsa ( Dewesoft’taki transfer eğrileri kullanılarak) frekans alanında kaldırılabilir.
Genlik Aralığı
Charge tipi sensörleri en büyük genlik aralıklarına sahiptir (özel olarak tasarlanmış şok sensörleri 100.000 g’dan fazla genlik aralığına sahip olabilir), ancak IEPE de oldukça yüksektir (1000 g’a kadar). MEMS sensörleri genellikle çok sınırlı bir aralığa sahiptir (birkaç yüz g’a kadar). Genel amaçlar için IEPE kullanmak en iyisidir, yüksek seviyeler için ise piezoelektrik sensörler daha iyidir. Bazen (örneğin sismik uygulamalar için) yüksek hassasiyete sahip bir ivmeölçer gerekir (2 g veya daha düşük aralık).
Maksimum Şok Seviyesi
Charge tipi sensörler şoka karşı en az duyarlı olanlardır. 100.000 g’a kadar şoka dayanabilirler, IEPE ise genellikle 5.000 ila 10.000 g’dan fazlasını kaldıramaz. MEMS sensörleri şoka karşı daha da duyarlıdır.
Gürültü Seviyesi
Kalıntı gürültüsü seviyesi, sensörün ölçeceği en düşük genlik seviyesini tanımlar. Bu aynı zamanda optimum ölçüm aralığına sahip bir sensör almamızın nedenidir çünkü daha yüksek aralığa sahip sensörler daha yüksek bir gürültü seviyesine de sahip olacaktır.
IEPE sensörler çok yüksek bir dinamik aralığa sahiptir (maksimum aralığın 160 dB altında sinyaller daha iyi görülebilir). Charge sensörleri de benzerdir, ancak gürültünün kabloda kolayca üretilebileceği hesaba katılmalıdır. MEMS tipi sensör, dahili elektroniklerle sınırlı bir dinamik aralıkta daha kötü sonuç verebilir.
Sıcaklık Aralığı
Elektronik aksamları da içeren tüm sensörlerin 130°C’ye kadar sınırlı bir yüksek sıcaklık aralığı vardır. Charge tipi sensörlerin sıcaklık aralığı çok daha yüksektir – hatta 500°C’ye kadar. Ancak bunun da yüksek sıcaklık kablosu gerektirdiğini unutmamak gerekir.
Tüm piezoelektrik malzemeler sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle ortam sıcaklığındaki herhangi bir değişiklik ivmeölçerin hassasiyetinde bir değişikliğe neden olur. Piezoelektrik ivmeölçerler ayrıca ölçüm ortamında sıcaklık geçişleri adı verilen küçük sıcaklık dalgalanmalarına maruz kaldıklarında değişken bir çıktı sergiler. Bu normalde yalnızca çok düşük seviyeli veya düşük frekanslı titreşimler ölçüldüğünde bir sorundur. Modern shear tipi ivmeölçerler sıcaklık geçişlerine karşı çok düşük bir hassasiyete sahiptir. İvmeölçerler 250°C’den daha yüksek sıcaklıklardaki yüzeylere sabitlenecekse, taban ile ölçüm yüzeyi arasına bir ısı emici ve mika rondela yerleştirilebilir. 350 ila 400°C yüzey sıcaklıklarında, ivmeölçer tabanı bu yöntemle 250°C’nin altında tutulabilir. Havayı soğutan bir akım ek destek sağlayabilir.
MEMS sensör sıcaklık aralığı dahili elektronikler tarafından sınırlandırılmıştır (-40°C ile 125°C arası).
Ağırlık
Modal test gibi bazı uygulamalarda, kütle yükleme etkisi nedeniyle ağırlık büyük bir faktör olabilir. Yapıya eklenen kütle dinamik davranışı değiştirir, bu nedenle ideal olarak bir sensörün hiç kütlesi olmamalıdır.
Bunu normal tasarımla başarmak biraz zordur, ancak bu gibi durumlarda lazer temassız sensörler kullanabiliriz. Genel bir kural olarak, ivmeölçer kütlesi, üzerine monte edildiği titreşen parçanın dinamik kütlesinin onda birinden fazla olmamalıdır.
Topraklama Döngüleri
İvmeölçer ve ölçüm ekipmanı ayrı ayrı topraklandığı için toprak döngüsü akımları ivmeölçerin shield kablolarınında akabilir. Toprak döngüsü, izole edilmiş bir sensör, izole edilmiş bir amplifikatör kullanılarak veya ivmeölçer tabanının bir izolasyon pimi vasıtasıyla montaj yüzeyinden elektriksel olarak izole edilmesiyle kesilir.
Kablo Gürültüsü
Kablo gürültüsü esas olarak yüksek çıkış empedansına sahip piezoelektrik ivmeölçerlerin sorunudur. Bu bozulmalar triboelektrik gürültüden veya elektromanyetik gürültüden kaynaklanabilir.
Triboelektrik gürültü genellikle kablonun mekanik hareketi tarafından ivmeölçer kablosuna indüklenir. Kabloyu oluşturan katmanların dinamik bükülmesi, sıkıştırılması ve gerilmesi nedeniyle oluşan yerel kapasite ve yük değişimlerinden kaynaklanır. Bu sorun, uygun bir grafitli ivmeölçer kablosu kullanılarak ve ivmeölçere mümkün olduğunca yakın bir yere bantlanarak veya yapıştırılarak önlenir.
İvmeölçer kablosu çalışan makinelerin yakınına yerleştirildiğinde genellikle elektromanyetik gürültü oluşur.
Enine Titreşimler
Piezoelektrik ivmeölçerler, ana eksenleriyle çakışmayan yönlerde hareket eden titreşimlere karşı hassastır. Ana eksene dik enine düzlemde, hassasiyet ana eksen hassasiyetinin %3 ila %4’ünden azdır (genellikle < %1). Enine rezonans frekansı normalde ana eksen rezonans frekansının yaklaşık 1/3’ünde yer aldığından, yüksek seviyelerde enine titreşim mevcut olduğunda bu dikkate alınmalıdır.
