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Acelerômetros

Introdução aos Acelerômetros

Acelerômetro é um dispositivo que mede a vibração ou a aceleração do movimento de uma estrutura. A força causada por uma vibração ou alteração do movimento (aceleração) faz com que a massa "esprema" o material piezoelétrico, produzindo uma carga elétrica proporcional à força exercida sobre ele. Como a carga é proporcional à força e a massa é uma constante, a carga também é proporcional à aceleração.



Accelerometers

Saiba Mais Sobre Acelerômetros

Sensor de Força Piezoelétrico

Um sensor de força piezoelétrico é quase tão rígido quanto um pedaço comparativamente proporcional de aço sólido. Esta rigidez e força permite que estes sensores sejam diretamente inseridos numa máquina como parte de sua estrutura.

Tipos de Acelerômetros

Existem dois tipos de acelerômetros piezoelétricos (sensores de vibração). O primeiro é o acelerômetro com saída de carga de "alta impedância". Nesse tipo de acelerômetro, o cristal piezoelétrico produz uma carga elétrica que é ligada diretamente aos instrumentos de medição. Para a saída da carga, são necessárias acomodações e instrumentação especiais, que costumam ser encontradas em centros de pesquisa. Esse tipo de acelerômetro também é utilizado em aplicações com altas temperaturas (> 120 °C), nas quais não é possível utilizar os modelos de baixa impedância.

O segundo tipo de acelerômetro é o acelerômetro com saída de baixa impedância. A parte dianteira dos acelerômetros de baixa impedância é formada por um acelerômetro de carga, porém com um pequeno microcircuito incorporado e um transistor FET que converte essa carga em uma tensão de baixa impedância, a qual pode interagir facilmente com instrumentação padrão. Esse tipo de acelerômetro é usado com frequência na indústria. Uma fonte de alimentação para acelerômetros com a ACC-PS1 é fornece alimentação adequada ao microcircuito de 18 até 24 V a 2 mA de corrente constante, além de remover o nível de polarização da CC e, normalmente, produzir um sinal de saída base zero de até +/- 5 V, dependendo da classificação mV/g do acelerômetro. Todos os acelerômetros da OMEGA(R) são deste tipo de baixa impedância.

Especificações dos Acelerômetros


Intervalo dinâmico é a amplitude máxima (+/-) que o acelerômetro consegue medir antes de distorcer ou atenuar o sinal de saída. É geralmente representada em g's.

A resposta de frequência é determinada pela massa, pelas propriedades piezoelétricas do cristal e pela frequência de ressonância da carcaça. É o intervalo de frequência em que a saída do acelerômetro não ultrapassa um desvio específico, normalmente por volta de +/- 5%. g 1g é a aceleração da gravidade terrestre, que é de 32,2 pés/s2, 386 pol/s2 ou 9,8 m/s2.

Aterramento - Existem dois tipos de aterramento de sinal nos acelerômetros. No caso de acelerômetros aterrados pela carcaça, a faixa inferior do sinal é ligada à carcaça. Como a carcaça faz parte do caminho do sinal e talvez esteja ligada a um material condutor, é preciso proceder com cuidado ao utilizar este tipo de acelerômetro, de modo a evitar ruído proveniente do plano terra. Já os com aterramento isolado tem seus componentes elétricos isolados da carcaça são muito menos suscetíveis a ruídos induzidos pelo terra.

Limite superior de frequência é a frequência em que a saída ultrapassa o desvio de saída especificada. Em geral, esse limite é regulado pela ressonância mecânica do acelerômetro.

Corte inferior de frequência é a frequência em que a saída começa a cair abaixo da exatidão especificada. A saída não "corta", mas a sensibilidade diminui rapidamente com frequências mais baixas.

Ruído - O ruído eletrônico é gerado pelo circuito amplificador. O ruído é definido como sendo de banda larga (no espectro da frequência a) ou de espectro, indicado em frequências específicas. Níveis de ruído são representados em g's, ou seja, entre 0,0025 g 2 e 25.000 Hz. O ruído normalmente diminui a medida que a frequência aumenta. Isso significa que o ruído em baixas frequências é mais problemático do que em altas frequências.

Como escolher um Acelerômetro?


1. Qual será a amplitude da vibração a ser monitorada?

2. Qual será o intervalo de frequência a ser monitorado?

3. Qual é a faixa de temperatura da instalação?

4. Quais são o tamanho e o formato da amostra monitorada?

5. Existem campos eletromagnéticos?

6. Existe um ruído elétrico elevado na área?

7. A superfície em que o acelerômetro será instalado está aterrada?

8. O ambiente é corrosivo?

9. São necessários instrumentos à prova de explosão ou intrinsecamente seguros na área?

10. A área é úmida ou de lavagem?

Frequência de ressonância é a frequência em que o sensor ressoa ou vibra. As medições de frequência devem estar bem abaixo da frequência de ressonância do acelerômetro.

Sensibilidade é a tensão de saída produzida por determinada força medida em g's. Os acelerômetros se enquadram em duas categorias: os que produzem 10 mV/g e os que produzem 100 mV/g. A frequência da tensão CA de saída corresponde à frequência das vibrações. O nível de saída será proporcional à amplitude das vibrações. Enquanto os acelerômetros de saída baixa são utilizados na medição de altos níveis de vibração, os de saída alta são utilizados para medir as vibrações de baixo nível.

Sensibilidade da temperatura é a saída de tensão por grau de temperatura medida. Os sensores são compensados com relação à temperatura para manter a variação da saída dentro dos limites especificados para variação com a temperatura.

O intervalo de temperatura é limitado pelo microcircuito eletrônico que faz a conversão para uma carga de saída de baixa impedância. Geralmente, o intervalo varia entre -50 ºC e 120 ºC.

Outras considerações:

A massa dos acelerômetros deve ser consideravelmente menor do que a massa do sistema monitorado. O intervalo dinâmico do acelerômetro deve ser mais amplo do que o intervalo de amplitude da vibração previsto para a amostra. O intervalo de frequência do acelerômetro deve se enquadrar dentro do intervalo previsto. A saída elétrica produzida pela sensibilidade do acelerômetro deve ser compatível com a instrumentação existente. Para medir vibrações de alta amplitude, use um acelerômetro de baixa sensibilidade. Em contrapartida, use um acelerômetro de alta sensibilidade para medir vibrações de baixa amplitude.

Escolha o Acelerômetro Correto

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Premium Grade Accelerometer Acelerômetros de Classe Premium
Estes acelerômetros são fabricados com cristais cuidadosamente selecionados e usam circuitos de baixo ruído, o que resulta em um produto superior, come baixo ruído. Sua carcaça em aço inox 316 L é isolada hermeticamente para resistir aos mais severos ambientes industriais. Também possuem opções intrinsecamente seguras FM e CSA. O ACC793 possui uma configuração padrão com conexão superior do cabo, e o ACC797 uma configuração de baixo perfil com conexão lateral do cabo.
Classe Industrial Acelerômetros de Classe Industrial
Os acelerômetros de classe industrial são o carro-chefe da indústria. Eles são utilizados em tudo, de máquinas-ferramenta a agitadores de tintas. A OMEGA oferece quatro modelos diferentes. O ACC101 (ilustração) é um acelerômetro de alta qualidade e baixo custo para aplicações gerais. O ACC102A é hermeticamente selado para resistir a ambientes severos, tem cabo fixo e pesa apenas 50 gramas. O ACC786A, com conexão superior do cabo, e o ACC787A, com conexão lateral do cabo, são hermeticamente selados e possuem cabos destacáveis vedados contra o ambiente.
Alta Vibração Acelerômetros de Alta Vibração
Acelerômetros usados para monitorar altos níveis de vibração tem uma saída mais baixa (10 mV/g) e uma massa menor quando comparados a acelerômetros industriais. O ACC103 pesa 15 gramas e monitora níveis de vibração de até 500 g’s. Foi projetado para ser montado com um parafuso prisioneiro e para ser utilizado em mesas agitadoras, laboratórios de vibração e máquinas-ferramenta industriais pesadas. O ACC104 pesa apenas 1,5 grama e foi projetado para ser montado com adesivos. O intervalo de frequência dos dois modelos varia entre 3 e 10 kHz, com +/- 500 g’s de faixa dinâmica.
Triaxial Acelerômetros Triaxiais
Acelerômetros triaxiais medem a vibração em três eixos: X, Y e Z. Eles possuem três cristais, posicionados de modo que cada um reaja à vibração em um eixo diferente. A saída possui três sinais. Cada sinal representa a vibração de um dos três eixos. A construção do ACC301 é em titânio leve e sua saída de 10 mV/g tem faixa dinâmica de +/- 500 g’s, em um intervalo que varia entre 3 e 10 kHz.

Perguntas Frequentes

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Montando um Acelerômetro

O sensor deve ser montado diretamente na superfície da máquina, para que as vibrações sejam medidas corretamente. É possível usar diversos tipos de montagens:

- Montagem Magnética em Superfície Plana
- Montagens Magnética de Dois Polos
- Adesivos (Epóxi/Cianoacrilato)
- Pinos de Montagem
- Pinos de Isolamento

Em geral, as montagens magnéticas são temporárias.
Utilizam-se as montagens magnéticas para que os acelerômetros sejam montados em materiais ferromagnéticos, normalmente encontrados em máquinas-ferramenta, estruturas e motores. Elas permitem que o sensor seja deslocado com facilidade, possibilitando leituras em vários locais diferentes. As montagens magnéticas de dois suportes são utilizadas para que um acelerômetro seja montado numa superfície ferromagnética curvada.

Adesivos e parafusos prisioneiros rosqueados são considerados montagens permanentes.
Está comprovada a aderência satisfatória de adesivos do tipo epóxi ou cianoacrilato na maioria das aplicações. A espessura da película deve ser a menor possível, a fim de evitar o amortecimento indesejado das vibrações por conta da sua flexibilidade. Para remover um acelerômetro montado com adesivo, utilize uma das chaves planas do estojo e gire-a para romper a aderência do adesivo. NÃO UTILIZE UM MARTELO. Bater no acelerômetro irá danificá-lo.

A melhor técnica de montagem é a que envolve parafusos prisioneiros.
Apesar de exigir perfuração e leves golpes na estrutura, esse tipo de montagem é mais confiável. Procure sempre seguir as configurações de torque especificadas para não danificar o sensor ou espanar as roscas.