In che modo i sensori di vibrazione misurano l’accelerazione per monitorare lo stato della macchina?

Il monitoraggio delle condizioni delle macchine è strettamente collegato al più ampio programma di manutenzione predittiva. L’obiettivo della manutenzione predittiva è quello di ridurre o eliminare completamente improvvisi e catastrofici guasti della macchina monitorando attivamente quei componenti che sono fondamentali per il funzionamento della macchina. Monitorando componenti come motori, ventilatori, pompe e altri componenti costitutivi come i cuscinetti e tenendo traccia di parametri come temperatura e vibrazioni e utilizzando algoritmi per analizzare i dati raccolti in questo modo, i guasti possono essere evitati prima che si verifichino.

Una delle tecniche più comuni utilizzate nel monitoraggio delle condizioni è l’analisi delle vibrazioni. Fondamentalmente, questo metodo utilizza sensori per monitorare le vibrazioni in una macchina e componenti della macchina. Questi dati vengono poi ulteriormente analizzati a valle per determinare se c’è una devianza dal normale funzionamento e se e che tipo di intervento è necessario.

Sensori di vibrazione sono ampiamente utilizzati per misurare le vibrazioni. I sensori di vibrazione tipici misureranno la vibrazione dei componenti della macchina come alberi e cuscinetti di apparecchiature rotanti come motori e pompe. I sensori di vibrazione si basano su diversi tipi di tecniche operative, tra cui le più comuni basate sull’accelerometro. Altri sensori di vibrazione funzionano utilizzando estensimetri, microfoni o sensori basati sulla pressione o altri tipi di tecniche di misurazione.

Quindi, come funzionano i sensori di vibrazione? Il cuore del tipo più comune di sensore di vibrazione è un accelerometro. Tutti gli accelerometri misurano l’accelerazione, che è una forza. In sostanza misura il grado di movimento di un oggetto. Quindi in un certo senso non è la vibrazione che viene misurata direttamente, ma piuttosto una forza che viene rilevata che viene identificata come vibrazione.

Uno dei tipi più comuni di sensore di vibrazione utilizza un sensore piezoelettrico in ceramica o accelerometro. L’accelerometro misura l’accelerazione dinamica di un oggetto fisico utilizzando la tensione generata dall’effetto piezoelettrico. Fondamentalmente, alcuni materiali mostrano la capacità di produrre una tensione in risposta a uno stress meccanico. Questi materiali, o cristalli, formano la parte centrale degli accelerometri utilizzati nei sensori di vibrazione. Quindi un’accelerazione viene trasmessa a una massa all’interno dell’accelerometro che genera una forza proporzionale sul cristallo piezoelettrico. Questa forza sul cristallo genera una carica elettrica proporzionale alla forza, che è l’accelerazione.

Gli accelerometri a base piezoelettrica offrono una serie di vantaggi. Per uno, la loro risposta ad alta frequenza, la linearità su un’ampia gamma di frequenze e l’ampia larghezza di banda aiutano a misurare le vibrazioni ad alta frequenza. Soprattutto nelle applicazioni industriali, i sensori di vibrazione di solito hanno alcune caratteristiche che garantiscono un funzionamento affidabile a lungo termine. Questi includono un ampio intervallo di temperatura operativa, una serie di diverse opzioni di imballaggio e stabilità a lungo termine.

La selezione del giusto sensore di vibrazione inizia con la comprensione delle caratteristiche del segnale previste da misurare e di tutti i fattori ambientali che devono essere presi in considerazione, come l’intervallo di temperatura o gli ambienti pericolosi. Da questo si può conoscere la gamma di sensibilità e la gamma di frequenza necessaria da un sensore. L’intervallo di sensibilità dipende dalla conoscenza dell’ampiezza di vibrazione prevista che il sensore potrebbe incontrare. Allo stesso modo, l’intervallo di frequenza può anche essere stimato o conosciuto dai dati di frequenza passati dalla macchina o dal componente da monitorare.