Teknik Bilgiler

Piezoelektrik İvme Sensörü Nedir?

Neden İvme Ölçerlere İhtiyaç Duyarız?

Titreşim ve şok günlük hayatımızın her alanında mevcuttur. Titreşim motorlar, türbinler, takım tezgahları, köprüler, kuleler ve hatta insan vücudu tarafından oluşturulabilir.

Bazı titreşimler arzu edilirken, diğerleri rahatsız edici ve hatta yıkıcı olabilir. Sonuç olarak, genellikle titreşimlerin nedenlerini anlamaya ve bunları ölçmek ve önlemek için yöntemler geliştirmeye çalışırız. Ürettiğimiz sensörler titreşimli yapılar ve elektronik ölçüm ekipmanları arasında bir bağlantı görevi görür.

Piezoelektrik Sensörlerin Avantajları

Metra’nın 60 yılı aşkın süredir Piezoelektrik metodu ile ivmeölçerler üretmektedir.

“Piezo” Yunanca πιέξειν (sıkmak) kelimesinden gelmektedir. Bir piezoelektrik malzeme gerildiğinde

elektrik yükü üretir. Sismik bir kütle ile birlikte titreşim ivmesiyle orantılı  bir elektrik şarj sinyali üretebilir .

Metra’nın ivmeölçerlerinin aktif elementi  özenle seçilmiş bir

Kurşun-Zirkonat adı verilen mükemmel piezoelektrik özelliklere sahip seramik malzeme olan

Titanat (PZT). Özel olarak formüle edilmiş PZT, istikrarlı performans sağlar ve uzun vadeli istikrarlı ölçümler alınabilir. Kuvars ivmeölçerlere benzer yüksek stabiliteye sahip Piezoseramik algılama yapay bir yaşlanma süreci vasıtasıyla elde edilir. Seramiklerin kuvars malzemelere göre duyarlılığı, yaklaşık 100 kat daha yüksek. Bu nedenle, piezoseramik ivmeölçerler düşük frekanslarda ve düşük hızlanmada daha iyi bir seçimdir.

Piezoelektrik ivmeölçerler, mutlak titreşim ölçümü için en iyi seçim olarak yaygın olarak kabul edilmektedir. Diğer sensör türleriyle karşılaştırıldığında, piezoelektrik ivmeölçerlerin önemli avantajları vardır:

  • Son derece geniş dinamik aralık, neredeyse gürültüsüz, şoka uygun neredeyse algılanamayan titreşimin yanı sıra dinamik ölçüm aralıklarında mükemmel doğrusallık
  • Geniş frekans aralığı, çok yüksek frekanslar ölçülebilir
  • Kompakt ancak son derece hassas
  • Hareketli parça yok, aşınma yok
  • Kendi kendine üreten, harici güç gerektirmez
  • Hemen hemen her amaç için çok çeşitli modeller mevcuttur
  • Çıkış sinyalinin entegrasyonu hız ve yer değiştirme sağlar

Aşağıdaki tablo, diğer yaygın türlerin avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.

 

Sensör Tipi Avanatajlar Dezavantajlar
Piezorezistif Statik ivme ölçer Limitli Çözünürlük (gürültü direnci kaynaklı)

Sadece düşük ve orta frekanslarda çalışma

Besleme gerilimi gerekli

Elektrodinamik (Geophone) Ucuz üretim Sadece düşük frekansta çalışma
Kapasitif Statik ivme ölçer Yarı iletken teknoloji ile ucuz üretim Düşük Çözünürlük

Kırılgan

Piezoelektrik prensibi harici enerji gerektirmez. Sadece alternatif ivme  ölçülebilir. Piezoelektrik ivmeölçer türü gerçek bir DC yanıtı veremez, örn. yerçekimi ivmesi. Yüksek empedanslı sensör çıkışı  önce düşük sinyal empedansa dönüştürülmesi gerekiyor. IEPE uyumlu dönüştürücüler söz konusu olduğunda Elektronik devre, bağlı olandan güç alır. Bu, örneğin Metra’nın M29’u gibi basit bir tedarik birimi olabilir veya M33, M72 ve M208 gibi sinyal koşullandırıcılar gibi.

Şarj çıkışlı sensörler için, bir şarj amplifikatörü gereklidir, örneğin Metra’nın M72 veya IEPE100

Sensör sinyali oluştururken çeşitli metodlar kullanılır. Bunlar;

  • Zaman bağlı hesaplamalar , pik noktası ve RMS gibi, tek ve çift integralli yüksek ve düşük geçiş filtresi.
  • Frekansa bağlı hesaplamalar tıpkı FFT ve çapraz korelasyon gibi

Bununla birlikte, bu tür araçların kabiliyeti, doğru bir şekilde yapılmadan sensör sinyalleri boşa harcanacaktır. Çoğu durumda ivmeölçer ölçüm zincirinde en kritik bağlantıdır. Kesin titreşim sinyalleri elde etmek için bazı temel Piezoelektrik ivmeölçerler hakkında bilgi sahibi olmak çok önemlidir.

Uygulama ve Dizayn

Piezoelektrik Prensip

Bir ivmeölçerin aktif elemanı bir piezoelektrik malzemedir. Şekil 1’de bir sıkıştırma diski yardımıyla piezoelektrik etkiyi gösterir.

Bir  sıkıştırma diski, sıkıştırılmış piezoseramik malzeme ile bir kapasitöre benziyor

iki elektrot arasında diske dik olarak uygulanan kuvvet elektrotlarda bir şarj üretimine ve bir voltaja neden olur.

Piezoelektrik ivme ölçerlerde algılamaya sebep olan 2 basit bileşen vardır.

  • Piezoelektrik materyal
  • Sismik Ağırlık

Piezoelektrik malzemenin bir tarafı sensördeki sert bir direğe bağlanır temel. Diğer tarafa sözde sismik bir kütle bağlanmıştır. İvmeölçer titreşime maruz kaldığında, hareket eden bir atalet kuvveti üretilir.

Piezoelektrik eleman üzerinde (Şekil 2’yi karşılaştırın).

Newton Yasasına göre bu kuvvet ivme ve sismik kütlenin çarpımına eşittir. Piezoelektrik etki Tarafından uygulanan kuvvetle orantılı bir yük çıkışı oluşturulur. Sismik kütle sabit olduğundan, şarj çıkış sinyali kütlenin ivmesine orantılıdır.

Geniş bir frekans aralığında hem sensör tabanı hem de sismik kütle aynı ivme büyüklüğünde açığa çıkar. Bu nedenle, sensör test numunesinin ivmesini ölçer. Piezoelektrik eleman, sensör soketine bir çift elektrod vasıtası ile bağlanır. Bazı ivmeölçerlerde entegre bir elektronik devre bulunur. Bu da yüksek empedanslı şarj çıkışını düşük empedanslı voltaj sinyaline dönüştürür.

Kullanılabilir çalışma frekansı aralığında hassasiyet, frekansdan bağımsız, daha sonra bahsedilen belirli sınırlamalar dışında.

Piezoelektrik ivmeölçer, rezonasn pik noktası ile beraber mekanik bir alçak geçişli olarak kabul edilebilir. Sismik kütle ve piezo malzeme (artı diğer “esnek”

bileşenleri) bir yay kütle sistemi oluşturur. Tipik rezonans davranışı gösterir

ve bir ivmeölçerin üst frekans sınırını tanımlar. Sırayla daha geniş bir çalışma frekansı aralığı elde etmek için rezonans frekansı artırılabilir. Bu genellikle sismik kütleyi azaltarak yapılır. Yine de,

sismik kütle ne kadar düşükse, hassasiyet o kadar düşük olur. Bu nedenle ivmeölçer yüksek rezonans frekansı ile, örneğin bir şok ivmeölçer, daha az duyarlı olurken, yüksek duyarlılığa sahip bir sismik ivmeölçer düşük rezonans frekansına sahiptir.

Şekil 3, aşağıdaki durumlarda bir ivmeölçerin tipik bir frekans yanıt eğrisini gösterir sabit bir ivme ile uyarılır.

Bu eğriden bazı pratik frekans aralıkları elde edilebilir:

  • Rezonans frekansının yaklaşık 1/5’inde sensörün yanıtı 1.05. Bu, ölçülen hatanın referans frekansla karşılaştırıldığında %5 olduğu anlamına gelir..
  • Yaklaşık 1/3’lük rezonans frekansında hata %10’dur. “doğrusal” frekans aralığının genellikle rezonans frekansının 1/3’ünde sona erdiği kabul edilir.
  • 3 dB sınırı, rezonans frekansının yaklaşık yarısında elde edilir.

Bunlar pratikte değişebilen tipik özelliklerdir. Tekli şok darbelerinin ölçümü için genel bir kural vardır: ivmeölçerin rezonans frekansı, titreşim süresinin tersinin en az 10 katı olmalıdır. Alt frekans limiti esas olarak seçilen sinyal koşullandırmaya bağlıdır. Çoğu zaman ayarlanabilir. Voltaj yükselticilerde düşük frekans limiti, ivmeölçer, kablo ve amplifikatör tarafından oluşturulan RC zaman sabitinin işlevi amplifikatör giriş direnci ile birlikte giriş kapasitansını oluşturur.

İvme Ölçer Dizaynı

Metra, üç mekanik yapı tasarımı kullanır:

  • Kesme sistemi (“KS” tipleri)
  • Sıkıştırma sistemi (“KD” türleri)
  • Bükme veya eğme sistemi (“KB” türleri)

Farklı piezoelektrik sistemlerin kullanılmasının nedeni, bireysel özellikleridir.

çeşitli ölçüm amaçları ve çevreye karşı farklı hassasiyetleri için

etkiler. Aşağıdaki tablo üç tasarımın avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.

Kesme Basma Eğme
Avantaj Düşük sıcaklık geçici hassasiyet                         Düşük taban strain hassasiyeti Yüksek hassasiyet ağırlık oranı Sağlamlık                               Teknolojik avantajlar Yüksek Hassasiyet Kütle Oranı
Dezavantaj Düşük hassasiyet                                   Kütle oranı Yüksek Sıcaklık Kırılgan                                                      Yüksek sıcaklık geçici hassasiyet

Modern ivmeölçerlerin çoğunda üstün performansı sebebi ile kesme tasarımı uygulanmaktadır.  Ancak sıkıştırma ve bükme tipi sensörler hala birçok uygulamada kullanılmaktadır.

3 ivmeölçer tasarımının ana bileşenleri aşağıda gösterilmiştir:

IEPE Uyumlu Sensör Elektroniği

Metra, yerleşik bir ön yükselticiye sahip birçok ivmeölçer üretmektedir. Piezo-seramiklerin yüksek empedans yük çıkışını bir daha uzun mesafelerde iletilebilen düşük empedanslı voltaj sinyali. Metra, elektronik ivmeölçerler diğer üreticilerin ekipmanlarıyla uyumlululuğu sağlmas için köklü IEPE standardını kullanır.

IEPE kısaltması “Entegre Elektronik Piezo Electric” anlamına gelir. Diğer aynı prensip için tescilli isimler ICP®, CCLD, Isotron®, Deltatron’dur.®, Piezotron® vb. Yerleşik devre, sabit bir akımla çalışır

kaynak (Şekil 4). Bu sabit akım kaynağı bir enstrümanın parçası veya ayrı bir birim olabilir. Titreşim sinyali, modüle edilmiş bir öngerilim voltajı olarak kaynağa geri iletilir. Hem besleme akımı hem de voltaj çıkışı, uzunluğu birkaç yüz metreye kadar çıkabilen aynı koaksiyel kablo üzerinden iletilir. CC kondansatörü, cihaz girişinden sensör ön gerilimini kaldırır sıfır tabanlı bir AC sinyali sağlar. Çıkış empedansından beri IEPE sinyali tipik olarak 100 ila 300 Ω arasındadır, özel düşük gürültülü sensör kablosu gereklidir. Standart düşük maliyetli koaksiyel kablolar yeterlidir.

Sabit akım 2 ila 20 mA arasında değişebilir (4 ila 20 mA standardı ile karıştırılmamalıdır). Sabit akım ne kadar düşük olursa, çıkış empedansı o kadar yüksek olur ve dolayısıyla EMI’ye karşı duyarlılık o kadar yüksek olur.

4 mA’lık sabit bir akım değeri çoğu durumda iyi bir seçimdir.

Ön gerilim gerilimi, yani uyarma olmadan sensörün DC çıkış gerilimi 8 ile 12 V arasındadır. Besleme akımı ve sıcaklık ile biraz değişir. Sensörün çıkış sinyali bu öngerilim gerilimi etrafında salınım yapar. Asla negatif olamaz. Üst sınır, sabit akım kaynağının besleme gerilimi (US) tarafından belirlenir. Bu besleme voltajı 24 ile 30 V arasında olmalıdır. Alt sınır, yerleşik amplifikatörün doyma voltajıdır. Metra, sensörleri için > ± 5 ila 6 V’luk bir çıkış aralığı garanti eder.

Şekil 5, IEPE uyumlu bir sensörün dinamik aralığını göstermektedir. Standart IEPE dönüştürücülere ek olarak Metra, düşük güçlü bir versiyon sunar. Bu türler “ ile işaretlenmiştir. El sayaçları veya telemetri sistemleri gibi pille çalışan uygulamalar için özellikle uygundurlar. Öngerilim voltajları, 0,1 ila 6 mA sabit besleme akımında yalnızca 5 ila 7 V’dir. Daha düşük ön gerilim voltajı nedeniyle maksimum çıkış ± 2 V ile sınırlıdır.

Metra’nın entegre elektronikli transdüserlerinin alt frekans limiti, çoğu kesme ve bükme ivmeölçeri için 0,1 ila 0,3 Hz ve sıkıştırma sensörleri için 3 Hz’dir. Üst frekans limiti esas olarak sensörün mekanik özelliklerine bağlıdır. Daha uzun kablolar olması durumunda kapasitansları dikkate alınmalıdır. Metra tarafından sağlanan tipik koaksiyel kabloların kapasitansı yaklaşık 100 pF/m’dir. Şekil 6’daki nomogram, kablo kapasitansı ve besleme akımının bir fonksiyonu olarak frekans aralığı üzerinden IEPE uyumlu bir dönüştürücünün maksimum çıkış aralığını gösterir. Artan kablo kapasitansı ile çıkış açıklığı azalır. Bunun nedeni, daha yüksek yük kapasitansında amplifikatörün dönüş hızının azalmasıdır. Çok uzun kablolarda ±6 V’luk tam çıkış aralığına yalnızca birkaç yüz Hertz’e kadar olan frekanslarda ulaşılabilir. Daha yüksek sabit akım, kablo etkisini telafi edebilir. 10 nF’ye (100 m standart koaksiyel kablo) ve 4 mA besleme akımına kadar bir kablo kapasitansı için çıkış açıklığının azaltılması ihmal edilebilir.

Şekil 7’de Kablo kapasitansı ve besleme akımının fonksiyonu olarak sensör elektroniğinin frekans tepkisini gösterir. Daha yüksek kapasitansta, çıkış direnci ve kablo kapasitansı tarafından oluşturulan düşük geçiş filtresi nedeniyle üst frekans limiti düşer. 4 mA’da kablo kapasitansı, üst frekans limitinde ilgili bir azalma olmaksızın 50 nF’ye (500 m standart koaksiyel kablo) kadar olabilir.

Günümüzde çoğu uygulamada IEPE uyumlu ivmeölçerler tercih edilmektedir. Ancak, şarj modu ivmeölçerler bazı durumlarda üstün olabilir. Aşağıdaki tablo, her iki sensör tipinin avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.

IEPE Uyumlu Sensörler Şarj Modlu Sensörler
Avantaj Kablo uzunluğu ve kablo kalitesinden bağımsız olarak sabit hassasiyet.

Düşük empedanslı çıkış, zorlu ortamlarda uzun kablolar üzerinden iletilebilir.

Ucuz sinyal koşullayıcılar ve kablolar.İçsel kendi kendini test etme işlevi.

Kir ve nem gibi zorlu koşullara daha iyi dayanır.

Güç kaynağı gerektirmez, pille çalışan ekipman için idealdir.

Gürültüsüz, en yüksek çözünürlük.

Geniş dinamik alan.

Daha yüksek çalışma sıcaklıkları.

Daha küçük sensörler mümkün

Dezavantaj Sabit akım uyarımı gerekli (pil çalışma saatlerini azaltır).

Doğal gürültü kaynağı.Maks. <120 °C ile sınırlı çalışma sıcaklığı

Sınırlı kablo uzunluğu (< 10 m).

Özel düşük gürültülü kablo gerekli.

Şarj amplifikatörü gerekli.

Karakteristik

Kalibrasyon Listesi

Metra, fabrika kalibrasyonu için modern bir PC tabanlı kalibrasyon sistemini kullanır. ISO 17025’e göre akredite kalibrasyonlar ve fabrika kalibrasyonları sunulmaktadır. Metra sensörleri, birkaç istisna dışında, ayrı bir kalibrasyon tablosuyla birlikte verilir (Şekil 8). Hassasiyet, enine hassasiyet, IEPE öngerilim voltajı ve frekans yanıt eğrisi gibi tek tek ölçülen tüm verileri gösterir. Ek olarak, dönüştürücü için tipik özellikler listelenmiştir.

Aşağıdaki bölümler, ayrı kalibrasyon sayfalarında kullanılan parametreleri açıklamaktadır.

Hassasiyet

Yük çıkışlı bir piezoelektrik ivmeölçer, ya şarj kaynağı ya da çok yüksek empedansa sahip bir voltaj kaynağı olarak kabul edilebilir. Sonuç olarak, hızlanma ve elektrik çıktısı arasındaki ilişkiyi tanımlamak için şarj duyarlılığı veya voltaj duyarlılığı kullanılır. Bireysel özellikler sayfasında Metra, duyarlılığı 80 Hz’de (bazı yüksek hassasiyet türleri için 16 Hz) ve IEPE sensörleri için m/s² başına milivolt veya şarj sensörleri için m/s² başına pikokoulomb cinsinden oda sıcaklığını belirtir. Hassasiyetler ayrıca 1 g = 9.80665 m/s² ile g başına belirtilmiştir. Şarj modu sensörleri için ayrıca çıkışın iç kapasitansı ve yalıtım direnci ölçülür. Bu kalibrasyonun toplam doğruluğu, referans koşullarında %0,7’dir. Kalibrasyon isteğe bağlı olarak diğer koşullarla da yapılabilir. Belirtilen doğruluk, bazı ivmeölçerler için belirtilen nominal hassasiyet toleransı ile karıştırılmamalıdır. Örneğin KS80D modeli, ± %5 nominal hassasiyet toleransına sahiptir. Duyarlılık için standart tolerans penceresi, aksi belirtilmedikçe ± %20’dir. Bu nedenle, üretim ivmeölçerlerinin kesin hassasiyeti, belirtilen tolerans aralığında nominal hassasiyetten farklı olabilir. Şarj hassasiyeti artan frekansla biraz azalır. Her on yılda yaklaşık %2 düşer. 80 Hz’den çok farklı frekanslarda hassas ölçümler için, istenen frekans aralığında yeniden kalibrasyon düşünülmelidir. Fabrikadan çıkmadan önce her ivmeölçer kapsamlı bir yapay yaşlandırma sürecinden geçer. Bununla birlikte, daha fazla doğal yaşlanma tamamen önlenemez. Yüksek derecede doğruluk için belirli aralıklarla yeniden kalibrasyon yapılmalıdır.

Frekans Tepkisi

Frekans yanıtının ölçümü, dönüştürücünün mekanik olarak uyarılmasını gerektirir. Metra, sinüs dalgası üreteci tarafından tahrik edilen yüksek frekanslı bir kalibrasyon shaker’ı kullanır. Hızlanma, bir referans ivmeölçerden gelen bir geri besleme sinyali aracılığıyla tüm frekans aralığı boyunca neredeyse sabit tutulur. Çoğu ivmeölçer, ayrı bir frekans yanıt eğrisi ile sağlanır. Referans frekansına göre desibel cinsinden hassasiyet sapmasını gösterir. Örneğin üst 3 dB limiti bu eğriden türetilebilir. 3 dB sınırı genellikle bilimsel özelliklerde kullanılır. Ölçüm hatasının %30 olduğu frekansı işaretler. Genellikle rezonans frekansının yaklaşık %50’sindedir (Şekil 3’ü karşılaştırın). 1dB sınırı, yaklaşık %10’luk bir hatayı işaret eder. Rezonans frekansının 1/3 aralığında bulunabilir. En büyük mekanik rezonans olan monte edilmiş rezonans frekansı da bu eğriden tanımlanabilir. Genellikle daha düşük frekanslarda alt rezonanslar vardır. Metra, ivmeölçer ve titreşim kaynağı arasında mümkün olan en iyi temas ile optimum çalışma koşulları altında frekans tepkisi ölçümleri gerçekleştirir. Pratikte, çoğu durumda montaj koşulları idealden daha az olacaktır ve genellikle daha düşük bir rezonans frekansı elde edilecektir. Kalibrasyon tablosunda belirtilen rezonans frekansı, kuplaj durumu içindir.

Aynı sensörün serbest rezonansı daha yüksek olacaktır. IEPE uyumlu transdüserlerin frekans yanıtı, uzun kablolarla değiştirilebilir (bkz. bölüm 2.3, sayfa 8). IEPE ivmeölçerlerin alt frekans limiti kalibrasyon tablosu bulunabilir. Şarj çıkışlı ivmeölçerler için, esas olarak harici elektronikler tarafından belirlendiğinden, daha düşük bir frekans sınırı belirtilmemiştir.

 

Enine Hassasiyet

Bir ivmeölçer, yalnızca ana hassasiyet ekseni olan bir yönde ölçmek için tasarlanmıştır. Ancak pratik ivmeölçerlerin diğer yönlerde de belirli bir hassasiyeti olacaktır. Enine hassasiyet, ana hassas eksene dik olarak uygulanan hızlanma nedeniyle çıktının, ana hassas eksendeki temel hassasiyete bölümüdür. Enine hassasiyet açıya bağlıdır ve sekiz rakamı özelliğine sahiptir. Enine hassasiyet, örneğin üç eksenli ivmeölçerler gibi bazı sensör türleri için ayrı ayrı ölçülür. 40 Hz sinüs uyarma dönüşünde belirlenir sensör dikey ekseni etrafında Enine hassasiyet bir şekil sekiz eğrisini takip eder. Enine hassasiyet hesaplaması için maksimum genlik kullanılır. Tipik olarak, kesme ivmeölçerleri için ±%5 ve sıkıştırma ve bükme modelleri için ±%10’dur. Maksimum limitler veri sayfalarında bulunabilir.

Maksimum İvme

Genellikle aşağıdaki sınırlarla belirtilir:

  • a+ Pozitif çıkış yönü için maksimum hızlanma, test nesnesi sensör tabanına doğru hareket eder
  • a- Negatif çıkış yönü için maksimum hızlanma, test nesnesi sensör tabanından uzaklaşır
  • aq Enine yön için maksimum hızlanma

Şarj modu ivmeölçerler için bu limitler, sensörün mekanik tasarımı tarafından verilmektedir. Örneğin düşme gibi kısa bir aşırı yüklenmeden sonra sensör genellikle çalışmaya devam eder. Ancak, yeniden kalibrasyon şiddetle tavsiye edilir. Aşınmayı önlemek için sürekli hızlanma limitlerin %25’ini geçmemelidir. En yüksek doğruluk gerektiğinde, hızlanma limitlerin %10’unu geçmemelidir. IEPE ivmeölçerler için, a+ ve a- limitleri genellikle amplifikatörün çıkış voltajı aralığı tarafından belirlenir.Çok yüksek maksimum ivmeye sahip sensörlere şok ivmeölçer denir. Özellikle sağlam bir tasarıma ve düşük hassasiyete sahiptirler.

Veri sayfaları ayrıca, örneğin algılama elemanının ayrılması veya piezo malzemesinin kırılması nedeniyle sensörün geri döndürülemez şekilde hasar görebileceği bir imha sınırını gösterir.

Lineerlik

Piezoelektrik ivmeölçerlerin mekanik algılama elemanları çok düşük doğrusallık hatalarına sahiptir. Belirtilen ölçüm aralığı içinde doğrusallık hatası genellikle %1’den az olacaktır. Diğer bir konu da IEPE dönüştürücülerinin doğrusallığıdır. Sensör elektroniği, özellikle daha yüksek çıkış voltajlarında ek hatalara neden olacaktır. Tipik olarak doğrusallık hatası, maksimum çıkış voltajının %70’i dahilinde %1 ‘den az olacaktır.

Titreşimsiz Özellikler

Sıcaklık

Çalışma Sıcaklık Aralığı

Bir yük dönüştürücünün maksimum çalışma sıcaklığı, piezoelektrik malzeme ile sınırlıdır. Curie noktası olarak adlandırılan belirli bir sıcaklığın üzerinde, piezoelektrik eleman depolarize olmaya başlayacak ve hassasiyette kalıcı bir kayba neden olacaktır. Metra tarafından uygulanan Lead Circonium Titanate piezo malzemesi için Curie noktası yaklaşık. 350 °C Curie sıcaklığının altında zaten kalıcı değişiklikler meydana gelir. Belirtilen maksimum çalışma sıcaklığı, kalıcı hassasiyet değişikliğinin %3’ü aştığı sınırdır. Yapıştırıcılar, reçineler veya yerleşik elektronikler gibi diğer bileşenler de çalışma sıcaklığını sınırlayabilir. Tipik sıcaklık aralıkları, şarj modu sensörleri için -40 ila 250 °C ve IEPE sensörleri için -40 ila 120 °C arasındadır. 120 °C’nin üzerindeki uygulamalar için Metra, uzaktan şarj dönüştürücü sunar IEPE100.

Sıcaklık Katsayıları

Kalıcı değişiklikler dışında, bazı özellikler çalışma sıcaklığı aralığında değişiklik gösterir. Sıcaklık katsayıları, şarj duyarlılığı (TK(B)) ve iç kapasitans (TK()) için veri sayfalarında belirtilmiştir. Bu sıcaklık katsayıları, 150 pF iç kapasitansa sahip 1,5 m sensör kablosu ile geçerlidir. Dahili elektroniğe sahip sensörler için yalnızca voltaj duyarlılığı TK(Bua) sıcaklık katsayısı verilir. Şekil 9, hassasiyetin sıcaklık aralığında nasıl değiştiğine dair bir örnek gösterir. Bazı durumlarda veri sayfaları, birkaç sıcaklık aralığı için sıcaklık katsayılarını gösterir.

Şarj modu ivmeölçerlerinin sıcaklık katsayısını düşürmenin basit bir yolu vardır. ,  ve ‘nin sıcaklık katsayıları farklı olduğundan, sıcaklık davranışı, yük amplifikasyonunda bir seri kapasitör veya yüksek empedans voltaj amplifikasyonu durumunda paralel bir kapasitör ile dengelenebilir. Bu kapasitör şu şekilde hesaplanır:    

Çok değişken sıcaklıklarda kullanışlıdır. Bu yöntem aynı zamanda Metra’nın IEPE ivmeölçerlerinde de uygulanmaktadır. Bu önlemle birlikte toplam duyarlılığın daha da düşeceği unutulmamalıdır.

Sıcaklık Geçişleri

Yukarıda bahsedilen sıcaklık özelliklerine ek olarak, ivmeölçerler, sözde piroelektrik etkinin neden olduğu sıcaklık geçişlerine maruz kaldıklarında yavaş yavaş değişen bir çıktı sergilerler. Kesme tipi sensörler için bu etki, sıkıştırma tipi sensörlerden yaklaşık 100 kat daha düşüktür. Kesme tipi sensörlerde termal genleşmenin etkileri baskındır.

Veri sayfaları, sıcaklık geçici duyarlılığı ‘yi gösterir. Sensör, 200 g ağırlığındaki bir alüminyum kübe takılır ve 20 ila 50 °C arasında bir sıcaklık adımına maruz bırakılır ve elektrik çıkışı 1 Hz yüksek geçişle ölçülür.

Sıcaklık geçişleri, 10 Hz’nin altında frekanslar üretir. Düşük frekansların ölçüldüğü yerlerde bu etki dikkate alınmalıdır. Problemleri en aza indirmek için düşük frekanslı ölçümlerde kayma tipi ivmeölçerler tercih edilmelidir. Bender sistemleri, sıcaklık geçişlerine duyarlılık açısından kesme ve sıkıştırma tipi arasında ortadadır. Çok hassas ölçümler için hafif hava çekişi bile hatalara neden olabilir. Bu gibi durumlarda, örneğin bir polistiren köpük kaplama kullanarak sensörün termal olarak yalıtılması önerilir.

Temel Gerilme

Gerinim değişimlerine maruz kalan bir yapı üzerine bir ivmeölçer monte edildiğinde, piezoelektrik malzemeye iletilen gerilimin bir sonucu olarak istenmeyen bir çıktı üretilebilir. Bu etki baz olarak tanımlanabilir.

gerinim duyarlılığı bas. Belirtilen değerler, 8 veya 15 Hz’de salınan bir bükme kirişi aracılığıyla ölçülür.

Temel gerinim hataları esas olarak 500 Hz’nin altındaki frekanslarda meydana gelir. Bu tür etkileri titreşimden ayırt etmek zordur.

Kayma tipi ivmeölçerler, son derece düşük taban gerinim hassasiyetlerine sahiptir ve gerinim açısından kritik uygulamalar için tercih edilmelidir.

 

Manyetik alanlar

Güçlü manyetik alanlar genellikle elektrikli makineler ve frekans dönüştürücüler çevresinde oluşur. Manyetik alan duyarlılığı  bazı ivmeölçerler için B=0.01 T ve 50 Hz’de ölçülmüştür. Genel olarak paslanmaz çelik kasalı ivmeölçerler, alüminyum kasalı ivmeölçerlere göre manyetik alanlara karşı daha iyi koruma sağlar. Manyetik alan hassasiyeti çok düşüktür ve çoğu koşulda göz ardı edilebilir. Uygun kablo koruması ile kaçak sinyal alımı önlenebilir. Bu, şarj çıkışlı sensörler için özellikle önemlidir. Toprak döngülerine karşı yeterli izolasyon sağlanmalıdır. Özellikle bu topraklama noktaları arasındaki mesafe uzun olduğunda, bir ölçüm sistemi birkaç noktada topraklandığında ortaya çıkabilirler. Yalıtılmış tabanlı ivmeölçerler kullanılarak toprak döngülerinden kaçınılabilir (örneğin Modeller

KS74C, KS78B ve KS80D) veya yalıtkan montaj saplamaları.

 

Akustik Gürültü

Bir ivmeölçer çok yüksek bir gürültü seviyesine maruz kalırsa, sensör kasasında çıkış olarak ölçülebilecek bir deformasyon meydana gelebilir. Bazı modellerde belirtildiği gibi akustik gürültü duyarlılığı bap, insan kulağının ağrı bariyerinin ötesinde olan 154 dB’lik bir SPL’de ölçülür. Akustik gürültü duyarlılığı çoğu durumda ihmal edilebilir. Genellikle baskın etki, sensörün monte edildiği yapının ses basıncı kaynaklı hareketi yoluyla olur.

İç Kapasite

İç kapasitans, yalnızca şarj çıkışlı ivmeölçerler için ayrı kalibrasyon sayfasında belirtilmiştir. Dönüştürücünün yüksek empedanslı bir voltaj yükselticisi ile kullanılması uygun olabilir.

İçsel Gürültü ve Çözünürlük

Piezoelektrik algılama elemanı tamamen kapasitif kaynak olarak kabul edilebilir. Sensörün kendisi pratik olarak içsel gürültüden muaftır. Tek gürültü, yerleşik IEPE uyumlu şarj dönüştürücüdeki elektronların sıcaklık hareketinden kaynaklanır. Sonuç olarak, bir gürültü spesifikasyonu yalnızca IEPE sensörleri için yararlıdır. Yaklaşık 100 Hz’nin altında içsel gürültü tipik 1/f özelliklerine sahiptir.

100 Hz’nin üzerinde gürültü seviyesi neredeyse frekanstan bağımsızdır. 10

bir IEPE ivmeölçerinin tipik bir gürültü spektrumunu gösterir:

Bir ivmeölçerin gürültüsünü eşdeğer hızlanma seviyesi olarak belirtmek yararlıdır. Bu amaçla, gürültü voltajı (Un), eşdeğer gürültü ivmesini (an) veren dönüştürücü duyarlılığına (Bua) bölünür: 

Tüm sensör tipleri için benzer olan sadece elektronik devreye bağlı olmakla birlikte, piezoelektrik algılama elemanının hassasiyeti, eşdeğer gürültü ivmesini doğrudan etkileyecektir. Görüldüğü gibi bir dönüştürücünün çok hassas piezo sistemi daha iyi çözünürlük sağlar. Çoğu ivmeölçerin özellikleri, çeşitli frekans aralıkları için geniş bant gürültü (RMS) ve gürültü yoğunluğu değerleri gösterir.

Gürültü bildirimi örneği (KS48C):

Geniş bant gürültüsü: wb < 14 μg (0,5 ila 1000 Hz; ±3 dB)

f1 = 0,1 Hz’de gürültü yoğunluğu: an1 = 3 μg/√Hz

f2 = 1 Hz’de gürültü yoğunluğu: an2 = 1 μg/√Hz

f3 = 10 Hz’de gürültü yoğunluğu: an3 = 0,3 μg/√Hz

f4 = 100 Hz’de gürültü yoğunluğu: an4 = 0.1 μg/√Hz

Geniş bantlı gürültü, kullanılabilir frekans üzerinden ölçülen gürültü ivmesinin RMS’sidir.

sensörün frekans aralığı.

Gürültü yoğunlukları, belirli frekanslardaki gürültü performansını gösterir.

düşük frekanslarda özellikle ilgi çekicidir. Gerçek gürültü ivmesini elde etmek için belirli bir frekans aralığında aşağıdaki formül kullanılabilir:

istenilen frekans aralığına dahil olan gürültü yoğunlukları ani ile. j ve k endeksleri şu koşulları karşılamaktadır:

Örnek: 0.1 Hz ila 100 Hz frekans aralığı için yukarıda gösterilen gürültü verileriyle Model KS48C’nin içsel gürültüsünün hesaplanması:

Tüm bir ölçüm zincirinin içsel gürültüsünün değerlendirilmesi için, sinyal koşullandırıcılar ve diğer aletler dahil olmak üzere tüm bileşenlerin gürültüsü dikkate alınmalıdır. Bir sensörün veya bir ölçüm zincirinin içsel gürültüsü çözünürlüğü belirler. Gürültü seviyesinin altındaki sinyaller tespit edilemez. DIN 45661’e göre alt algılama limiti, RMS değerinin RMS gürültü değerinin iki katı kadar yüksek olmasıdır. Sinyal-gürültü oranı, gürültünün neden olduğu hatanın bir ölçüsüdür. tanımlı

bir sinyalin gücünün arka plan gürültüsünün gücüne oranı olarak. Genellikle desibel cinsinden ifade edilir:

 

Başvuru bilgisi

4.1 Enstrümantasyon

4.1.1 Şarj Çıkışlı İvmeölçerler

4.1.1.1 Yük Yükselticiler

Yük çıkışlı ivmeölçerler, çok yüksek empedanslı bazı pikokoulomb aralığında bir çıkış sinyali üretir. Bu sinyali standart AC ölçüm ekipmanı ile işlemek için düşük empedanslı voltaj sinyaline dönüştürülmesi gerekir. Tercihen, bu amaç için yük yükselticiler kullanılır. Giriş aşamaları genellikle kapasitif geri beslemeli bir diferansiyel yükselticiden oluşur. Girişteki şarj giriş sinyali, geri besleme şarjı ile dengelenir. Çıkıştaki voltaj, giriş yüküyle orantılıdır. Şekil 11, tipik bir şarj giriş aşamasını göstermektedir.

Giriş yükü , diferansiyel yükselticinin evirici girişindeki toplama noktasına akar. Kablo kapasitansına Cc, amplifikatör giriş kapasitansına ve geri besleme kondansatörüne  dağıtılır. Bu nedenle girdinin düğüm denklemi:

Elektrostatik denklemi kullanarak:

q=u.C

ve qe ,  qnp ve qf ‘nin değiştirilmesi:

).

Bir diferansiyel yükselticinin evirici ve evirici olmayan girişi arasındaki voltaj farkı normal çalışma koşullarında sıfır olduğundan, yük yükselticisinin giriş voltajının uinp toprak potansiyeline (GND) eşit olacağını varsayabiliriz. uinp = 0 ile denklem basitleştirilebilir:

ve çıkış voltajı  için çözüldü:

Sonuç, bir yük yükselticisinin çıkış voltajının yalnızca yük girişine ve geri besleme kapasitansına bağlı olduğunu açıkça göstermektedir. Giriş ve kablo kapasitansının çıkış sinyali üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu, farklı uzunluk ve tipteki kablolarla ölçüm yaparken önemli bir avantajdır. Şekil 11’e bakıldığında, geri besleme direnci Rf, devreye DC kararlılığı sağlama ve amplifikatörün alt frekans sınırını tanımlama işlevine sahiptir. Şekil 11’deki devre, bir yük yükselticisinin yalnızca giriş aşamasını temsil etmektedir. Voltaj yükselticiler, filtreler ve entegratörler gibi diğer parçalar gösterilmemiştir. Yük yükselticilere örnek olarak, Metra tarafından üretilen M72 serisi Sinyal Koşullandırıcılar ve IEPE100 serisi Uzaktan Şarj Dönüştürücüleri verilebilir.

Yüksek Empedanslı Voltaj Amplifikatörleri

Şarj yükselteçleri yerine, şarj modu transdüserleri ile yüksek empedanslı voltaj yükselteçleri kullanılabilir. Ancak bu durumda sensör, kablo ve amplifikatör girişinin kapasitansı dikkate alınmalıdır

Bilinen şarj duyarlılığına sahip bir ivmeölçerin voltaj duyarlılığı  ve iç kapasitans  şu şekilde hesaplanır:

ve , sensör veri sayfasında bulunabilir.

Sensör kablosunun  kapasitansını ve giriş kapasitansını hesaba katarak Voltaj yükselticisinin ‘i, ortaya çıkan voltaj duyarlılığı ‘dan daha düşük olacak:

Tipik bir 1,5 m düşük gürültülü kablo Model 009, 135 pF kapasitansa sahiptir. Alt frekans limiti  ayrıca , ve ‘ten de etkilenecektir:

Giriş direnci azaldıkça alt frekans limiti artar. Örnek:  = 400 pF iç kapasitansına sahip bir şarj modu ivmeölçer Model KS93,  = 10 MΩ ve Cinp = 20 pF olan tipik bir skop girişine bağlanır. 009-SUB-BNC-1,5 tipi sensör kablosu 135 pF kapasitansa sahiptir. Sonuç: Alt frekans limiti yaklaşık 30 Hz olacaktır.

IEPE İvmeölçerler

IEPE sensör devresinin bir özelliği, güç kaynağı ve ölçüm sinyalinin aynı kablo üzerinden iletilmesidir. Bu nedenle, bir IEPE dönüştürücünün, şarj çıkışlı bir dönüştürücü gibi yalnızca bir tek uçlu blendajlı kabloya ihtiyacı vardır. Şekil 13, IEPE ilkesini açıklar

Entegre sensör elektroniği, 2 ila 20 mA aralığında sabit akımla çalıştırılır. Tipik bir değer 4 mA’dır. Sabit akım Iconst, sensörün sinyal kablosuna beslenir. Besleme akımı ve kablonun uzunluğu üst frekans sınırını etkileyebilir. Dekuplaj kapasitörü Cc, DC bileşenlerini sinyal koşullandırıcı girişinden uzak tutar. Cc ve Rinp kombinasyonu, yüksek geçiş filtresi görevi görür. Sensör sinyalinin ilgili tüm düşük frekans bileşenlerinin geçmesine izin vermek için zaman sabiti yeterince yüksek olmalıdır. Pille çalışan uygulamalar için Metra, KS72L, KS94L ivmeölçerlerde uygulanan IEPE standardının düşük güçlü bir versiyonunu geliştirmiştir.

KS943L ve VM2x ve VM31 titreşim ölçerlerde. Düşük Güç IEPE ivmeölçerler genellikle 4 ila V’lik bir ön gerilime sahiptir. Bu nedenle, 9 ila 12 V’luk bir besleme voltajı (Us) yeterlidir. Dönüştürücü modeline bağlı olarak sabit akım beslemesi 0,1 mA kadar düşük olabilir. Bu, dönüştürücünün güç tüketimini %99’a kadar azaltabilir.

Sabit akım regülasyonu olmayan bir voltaj kaynağı asla IEPE uyumlu bir dönüştürücüye bağlanmamalıdır.

Sensör kablosunun yanlış polarizasyonu, yerleşik elektronik aksamı da bozabilir. 14’te, IEPE uyumlu dönüştürücülerin içsel bir kendi kendine test özelliği sağladığı görülebilir.

Enstrümanın girişindeki ön gerilim sayesinde aşağıdaki çalışma koşulları tespit edilebilir:

  • Ubias< 1 V: kısa devre veya negatif aşırı yük
  • 1 V < Ubias < 18 V: Tamam, çıkış uygun aralıkta
  • Ubias> 18 V: pozitif aşırı yük veya giriş açık

(kablo kopmuş veya bağlı değil)

IEPE dönüştürücüler, birinci dereceden bir RC filtresine benzeyen dahili bir zaman sabitine sahiptir. Girişe bir adım sinyali uygulandığında, çıkış katlanarak azalan bir voltaj olacaktır

Adım giriş sinyalleri, sensörü IEPE akım kaynağına bağlarken veya şok hızlandırma ile oluşur. Bozulma süresi, sensörün alt frekans sınırına bağlı olarak bir dakikaya kadar çıkabilir. Bu, özellikle düşük frekanslar ölçüleceği zaman dikkate alınmalıdır. Çeşitli enstrümanlar bir sabit akım sensörü beslemesi ile donatılmıştır. Metra’dan örnekler, M72 serisi, M208 ve M33’ün Sinyal Koşullandırıcıları, M12 ve M14 Titreşim Monitörleri, VM2x VM31 Titreşim Ölçerleri veya Titreşim Kalibrasyon Sistemi VC120’dir. Sabit akım kaynağı ayrıca ayrı bir birim olabilir, örneğin Model M29.

Ölçümün Hazırlanması

Montaj Yeri

Optimum ölçüm koşullarını elde etmek için aşağıdaki soruların cevaplanması gerekir:

  • Seçilen lokasyonda katkısız titreşim ölçümleri yapıp gerekli bilgileri elde edebiliyor musunuz?
  • Seçilen konum, titreşim kaynağına kısa ve sabit bir yol sağlıyor mu?
  • İvmeölçer için düz, pürüzsüz ve temiz bir montaj dişlisi olan bir yüzey hazırlamak (garanti kısıtlamaları dikkate alınarak) ve teknik açıdan mümkün müdür?
  • İvmeölçer, test nesnesinin titreşim özelliklerini değiştirmeden monte edilebilir mi?
  • Ölçüm noktası ile cihaz arasında veya topraklama sistemi boyunca bir elektrik potansiyeli olabilir mi?
  • Hangi çevresel etkiler (ısı, nem, yağ, toz, EMI, bükülme vb.) oluşabilir?

 

İvmeölçer Seçimi

Aşağıdaki çizelge, ivmeölçer seçimi için en önemli kriterlerin bir özetini göstermektedir.

Kriter İvmeölçer Özellikleri
Genlik ve Frekans aralığı Uygun hassasiyeti seçin, maks. İvme ve rezonans frekansı, aşırı büyüklükler için şok ivmeölçerler, en düşük titreşim için sismik ivmeölçerler
Test nesnesinin ağırlığı İvmeölçerin ağırlığı <1/10 test nesnesinin ağırlığı, minyatür ivmeölçerleri seçin
Sıcaklık geçişleri, gerinim, manyetik alanlar, aşırı akustik gürültü Etkiyi değerlendirin, karakteristiklere göre sensör seçin, sıcaklık geçişleri veya taban gerilmesi meydana geldiğinde kesme tipi ivmeölçerler seçin, güçlü manyetik alanlar için paslanmaz çelik versiyonlar
Nem, yağ ve toz IP67/68 koruma sınıfına sahip endüstriyel ivmeölçer kullanın
Titreşim hızı ve yer değiştirme ölçümü Tek ve çift entegrasyon (M33, M72,M208, M12, M14)
Montaj 1000 Hz’nin altında hızlı nokta ölçümü Test nesnesini değiştirmeden geçici ölçümUzun vadeli ölçüm İvmeölçer probu kullanın                                      Sıkıştırma mıknatısı, mum veya yapıştırıcı kullanın                                                                    saplama veya montaj vidası kullanın
topraklama sorunları Yalıtılmış ivmeölçer kullanın veya yalıtım flanşı
Sensör ve cihaz arasındaki uzun mesafe Dahili elektronik ile ivmeölçer kullanın (IEPE uyumlu)

MMF, sensör kasasından mekanik olarak izole edilmiş hareketli bir uca sahip Model KST94 prob ivmeölçerini sunar.

Montaj Yöntemleri

Optimum montaj düzenini seçmek, doğruluğu önemli ölçüde artıracaktır.

Özellikle yüksek frekanslarda en iyi performans için, İvmeölçer tabanı ve test nesnesi temiz, düz, pürüzsüz, çiziksiz ve çapaksız yüzeylere sahip olmalıdır.

Düzlüğün restorasyonu için bir alıştırma plakasına çizilmiş bir ivmeölçer tabanı uygulanabilir. Lepleme mümkün değilse, taşlama, yüzey işleme, frezeleme, tornalama vb. gibi diğer işleme süreçleri kabul edilebilir düz montaj yüzeyleri üretebilir.

Daha yüksek frekansların iletimi, kaplin yüzeyinde ince bir silikon gres tabakası ile iyileştirilebilir.

Sensör ve titreşim kaynağı arasında sağlam bir mekanik bağlantı sağlamak da önemlidir. Sac veya plastik parçalar ve diğer ince ve esnek bileşenler, ivmeölçer montajı için uygun değildir.

İstenmeyen sensör titreşimlerinden kaynaklanan hatalar simetrik montaj ile azaltılabilir. Tüm montaj bileşenleri dahil sensörün ağırlığı, test nesnesinin ağırlığına göre düşük olmalıdır. Kural olarak sensör, test nesnesinin %10’undan daha ağır olmamalıdır. Sensör ekseninin yanlış hizalanması ve ölçüm yönleri, özellikle yüksek büyüklükte enine titreşim meydana gelirse, mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır. Vidalı montaj kullanırken, vidanın dişli delikten daha uzun olmadığından emin olun. Sensörün altında boşluk olmamalıdır.

İvmeölçerler için aşağıdaki montaj yöntemleri kullanılır:

  • Saplama cıvatası, yalıtım flanşı veya yapışkan pedlerle saplama montajı
  • Manyetik taban
  • Balmumu, siyanoakrilat, epoksi yapıştırıcı veya ince çift taraflı yapıştırıcı ile yapıştırıcı bant
  • El basıncıyla sonda
  • Yaylı uç ile otomatik bağlantı

20 farklı kriterlere göre piezoelektrik ivmeölçerler için bazı tipik montaj tekniklerini karşılaştırır.

İdealleştirilmiş frekans tepkisi eğrileri, 25 gram ağırlığındaki bir ivmeölçer ile ölçülmüştür. Saplama cıvata montajı ve siyanoakrilatın en iyi bağlantı koşullarını sağladığı açıktır.

1: El tipi sonda

2: Flanşlı ince çift taraflı yapışkan bant

3: Flanşlı balmumu

4: Flanşlı siyanoakrilat yapıştırıcı

5: Arılar balmumu, doğrudan

6: İnce çift taraflı yapışkan bant, direkt

7: Siyanoakrilat yapıştırıcı, direkt

8: Saplama cıvatası

Ölçülecek frekanslar ne kadar yüksekse, kuplaj kalitesi o kadar önemlidir. Aşağıdaki tablo, farklı kriterler açısından ortak birleştirme yöntemlerini karşılaştırmaktadır.

Rezonans Frekansı Sıcaklık Sensör Ağırlığı ve Bağlantı Sertliği Rezonans Noktası Yüzey Kalitesi
Saplama Montajı
Siyanoakrilat Yapıştırıcı
Epoksi Yapıştırıcı
Bal Mumu
Çift Taraflı Yapışkan Bant
Manyetik Taban Sondası
Prob

Yüksek: ● Orta: ◐ Düşük: ○

MMF ivmeölçerler M3, M5 ve M8 montaj diş boyutlarına sahiptir. Bazı Modellerde entegre M4, M6 veya M10 montaj saplamaları veya vidaları bulunur. Yapıştırıcı tutturma için, sertleştirilmiş durumda yüksek sertliğe sahip yapıştırıcıların seçilmesi çok önemlidir. Siyanoakrilat Epoksi veya sıcakta eriyen yapıştırıcı çok uygundur. Pürüzlü yüzeylere tutturmak için örneğin dökme demir, yarı akışkan Siyanoakrilat türleri veya dolgulu Epoksi kullanılabilir. Siyanoakrilat, aseton kullanılarak çıkarılabilir. İçi yumuşak kalmaya eğilimli solventler içeren yapıştırıcılar uygun değildir. Sadece ince bir tabaka yapıştırıcı uygulanmalıdır. İnce çift taraflı bant, geçici ölçümler için faydalı olabilir. Birçok dönüştürücü, tüm uygun montaj parçalarını içeren bir aksesuar kitiyle (“/01” sipariş seçeneği) mevcuttur.

Aşağıdaki liste MMF tarafından sunulan montaj aksesuarlarını göstermektedir:

Kablolama

Kablolar ve konektörler genellikle bir ölçüm sisteminin en zayıf parçalarıdır. Sensör veri sayfalarımızda ve kataloglarımızda, her ivmeölçer için uygun kablo önerileri bulabilirsiniz. Şarj çıkışlı ivmeölçerler için doğru sensör kablosunun seçilmesi özellikle önemlidir. Bir koaksiyel kablo bükülme veya gerilime maruz kaldığında, bu, kapasitansta yerel değişikliklere neden olabilir. Ölçüm sinyalinde görülebilen bir yük aktarımına neden olurlar. Bu sorun olabilir – bazıları şarj dönüştürücüleriyle düşük titreşimi ölçerken. Bu nedenle Metra, tüm şarj dönüştürücülerini özel bir düşük gürültülü kablo ile sağlar. Bu kablo tipi, gürültü azaltma işlemine sahip özel bir yalıtkana sahiptir. Ancak, kablonun test nesnesine kelepçelenmesi tavsiye edilir. Yük dönüştürücüler için düşük gürültülü kabloların konektörleri kesinlikle temiz tutulmalıdır. Fişin içindeki kir veya nem, yalıtım direncini azaltabilir ve dolayısıyla sensörün alt frekans sınırını yükseltebilir. Kural olarak, şarj çıkışlı sensörlerin kablo uzunluğu 10 m’yi geçmemelidir. IEPE uyumlu dönüştürücüler, özel düşük gürültülü kablolar gerektirmez. Herhangi bir standart koaksiyel kablo ile bağlanabilirler. Güçlü elektromanyetik alanlar, özellikle şarj dönüştürücüler kullanıldığında hata sinyallerine neden olabilir. Bu nedenle sensör kablosunu jeneratörler, AC dönüştürücüler veya motorlar gibi elektromanyetik kaynaklardan mümkün olduğunca uzağa yönlendirmeniz önerilir. Kabloyu güç hatları boyunca yönlendirmeyin ve bunları dik açılı olarak çaprazlamayın. Sensör gövdesindeki bağıl kablo hareketi (kablo kırbacı) hatalı sensör çıkışlarına neden olabilir. Minyatür ivmeölçerler ve sıkıştırma tasarımları (yani Metra “KD” modelleri) buna özellikle duyarlıdır. Sorun, uygun kablo bağlama ile önlenebilir. Metra, bu amaç için 004 ve 020 kablo kelepçelerini sunar.

Kabloyu sabitlerken sensörün serbestçe hareket etmesine izin verecek kadar boşluk bırakın. Ölçüme başlamadan önce tüm konektörlerin dikkatlice sıkıldığından emin olun. Gevşek konektör somunları, tipik bir ölçüm hatası kaynağıdır. Araçları kullanmayın. Elle sıkma yeterlidir. Erkek dişe az miktarda diş kilitleme bileşiği uygulanabilir. İzolatörün kirlenmesini önleyin. Metra’nın standart ivme ölçer kabloları aşağıdaki konektörlere sahip olabilir:

  • Microdot: UNF 10-32 dişli koaksiyel konektör
  • Minyatür: M3 dişli koaksiyel konektör
  • TNC: UNF7/16-28 dişli ve IP44 ile koaksiyel konektör
  • BNC: bayonet kapamalı koaksiyel konektör
  • Binder 707: M5 dişli ve IP67’li dairesel 4 pinli konnektör
  • Binder 711: M8 dişli dairesel 4 pinli konnektör
  • Binder 713: M12 dişli ve IP67’li dairesel 4 pinli konnektör
  • Binder 718: M8 dişli ve IP67’li dairesel 4 pinli konnektör
  • 1/4-28 UNF: dairesel 4 pinli konnektör

Topraklama Döngülerinden Kaçınmak

Sensörler ve AC ölçüm cihazlarıyla bağlantılı en tipik hata kaynağı toprak döngüleridir. Sensör ve cihaz arasındaki elektrik devresindeki istenmeyen potansiyel farkların bir sonucudur. Bu tür sorunlar genellikle topraklama veya topraklama kablolarında meydana gelir. Olası nedenler şunlardır:

  • Sensör ve cihaz arasında uzun mesafe
  • Topraklama şebekesinde yetersiz kablo kesitleri üzerinden gerilim düşümü
  • Topraklama sisteminde önemli akım geçişlerine neden olabilecek güçlü elektrik motorlarına yakın ölçüm.

Bu potansiyel farklılıklar, sensör kablosunun blendajı üzerinden dengeleme akımlarına neden olabilir. Sonuç, cihazın girişindeki sensör sinyaline bir hata bileşeni olarak eklenecek olan voltaj düşüşleridir. Tipik olarak bu hata sinyalleri, 50 veya 100 Hz’de veya darbeli sürücülerin varlığında daha yüksek frekanslarda da güçlü frekans bileşenlerine sahiptir. Bu nedenle sensör montaj yeri ile cihaz arasındaki akım yolu kesilmelidir. Aşağıdaki pratik yöntem genellikle topraklama döngülerinden kaçınmaya yardımcı olur: Topraklama tamamen önlenemiyorsa, tüm ölçüm zinciri yalnızca bir noktada topraklanır. Dönüştürücü, bir ön yükseltici (gerekirse) ve kablo blendajı toprak / toprak potansiyelinden yalıtılmıştır. Toprak / toprak potansiyeline tek bağlantı, gerekirse cihazın girişinde yapılır. Çok kanallı ölçüm sistemlerinde merkezi bir topraklama noktası özellikle önemlidir. Topraklama problemlerini önlemek için yalıtımlı tabanlı ivmeölçerlerin kullanılmasını öneririz, örneğin KS74C, KS78B, KS80D, KS81B ve KS813B Modelleri. 006, 106, 206, 029, 129 ve 329 yalıtım flanşları da uygundur.

Ölçüm Hatalarının Değerlendirilmesi

 

Ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi için ölçüm hatalarının değerlendirilmesi çok önemlidir. Piezoelektrik ivmeölçerlerde aşağıdaki üç hata grubu oluşur:

  • Hassasiyet Hataları: kalibrasyon hataları, doğrusallık hataları, frekans ve faz tepki hataları, yaşlanma hataları, sıcaklık katsayıları
  • Kuplaj Hataları: dönüştürücü ağırlığının etkisi, kuplaj yüzeylerinin kalitesi, enine hassasiyet
  • Gürültü ve Çevresel Etkiler: gürültü, taban gerilimi, manyetik alanlar, sıcaklık geçişleri, yoğun ses basıncı, kablo hareketi, kablolarda elektromanyetik girişim, kablolarda triboelektrik etki

 

Sistematik hatalar, oluşum süreçleri biliniyorsa aritmetik olarak düzeltilebilir. Bu hataların etkisi azaltılmış ve üretici tarafından iyi tanımlanmıştır. Ölçüm sonuçları benzer çevresel koşullar altında başka bir ölçümle karşılaştırıldığında, sistematik hataların çoğu ihmal edilebilir. Bu, bilinmeyen ve tanımlanmamış sistematik hatalar için özellikle önemlidir. Bununla birlikte, çoğu hata, önceden tahmin edilemeyen bir şekilde kazara meydana gelir. Miktarları ve oluşum süreçleri bilinmediği için basit bir matematiksel modelle telafi edilemezler. Pratik ölçümler için, sistematik hatalar ve tesadüfi hatalar, ölçüm belirsizliği adı verilen tek bir nicelikte birleştirilir.

Aşağıdaki örnek, birkaç hata bileşeninin katkısını ve bunların tipik miktarlarını göstermektedir:

  • İvmeölçer:

Temel hata %1

Frekans hatası (%5 sapmada bant limitleri) %5

Doğrusallık hatası %2

Dış etkiler %5

  • RMS hesaplamalı cihaz:

Temel hata %1

Frekans hatası (%5 sapmada bant limitleri) %5

Doğrusallık hatası %1

Dalga formu hatası %1

Karesi alınmış hata bileşenlerinin eklenmesi, bu örnek için u = %9’luk bir belirsizlik verir. Lütfen %10’un altındaki bir belirsizliğe, ancak tüm ilgili hatalar göz önüne alındığında ve kullanılan ölçüm ekipmanının iyi kalitede olması durumunda ulaşılacağını unutmayın.