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Bild: Thomas Shanahan, iStock
Messtechnik

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Sharp Vibrations

Text: Joachim Ditthardt, Althen
Vibrationen können gewollt oder störend sein. In beiden Fällen wird jedoch ihre Intensität mit Beschleunigungssensoren gemessen. Allerdings ist das herkömmliche Messverfahren dafür nicht ideal. Ein Hersteller setzt auf die gravitationsreferenzierte Methode.

Zum Messen von Vibrationen werden Beschleunigungssensoren eingesetzt, welche die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmen. Die entsprechende Messgröße sind Meter pro Sekunde im Quadrat. Alternativ wird auch eine Referenz zum Mittelwert der Erdbeschleunigung g angegeben, wobei 1 g mit 9,81 m/s2 definiert ist. Da sich ein vibrierendes Objekt aber nicht großartig in der Horizontalen bewegt, ist eine gravitationsreferenzierte Messung besser geeignet. Als Einheit der Messdaten werden Hz angegeben.

Moderne Vibrationssensoren bestehen aus Piezokeramik, die durch eine seismische Masse vorgespannt ist. Vibriert diese Masse, schlägt sie auf die Keramik, die dadurch eine Ladung abgibt. Mit Hilfe eines Verstärkers kann die Ladung in ein Spannungssignal umgewandelt werden, dass wiederum die Stärke der Vibration anzeigt. Je nach Empfindlichkeit unterscheiden sich die Baugrößen der Sensoren. Anwendungen mit hohen Frequenzen oder Messbereichen können mit Miniatursensoren erfasst werden. Niedrige Beschleunigungen erfordern größere Bauformen. Industrielle Sensoren haben eine durchschnittliche Empfindlichkeit von 100 mV/g und ein Frequenzband bis zirka 8 kHz.

Für Messungen am unteren Ende der Vibrationsskala finden sich seismische Sensoren mit einer Empfindlichkeit von 10 V/g bei einem Frequenzgang von 0,05 bis 500 Hz. Am anderen Ende der Skala stehen Vibrationssensoren für Schockanwendungen. Deren Messbereich reicht bis 70 000 g und ihr Frequenzgang weit über 15 kHz. Für den Einsatz in der Industrie bietet Althen Sensoren mit Edelstahlgehäuse. Die Standard-Steckverbinder verfügen über einen Schutzgrad von mindestens IP67. Es befinden sich aber auch tauchfähige Sensoren für den Einsatz in mehreren hundert Meter Wassertiefe im Sortiment.

Die Gravitation als Referenz

Bisher hatten Kunden keine große Auswahlmöglichkeit hinsichtlich der Bauform. Der Messbereich bestimmte die Größe. Althen bietet mit dem 4807 A nun einen gravitationsreferenzierten Sensor an, der bislang nicht-kombinierbare Eigenschaften vereint. Mit einer Bauform von 23,4 x 23,4 x 10,2 mm hat der Sensor einen niedrigen Rauschpegel von unter 25 µV bei einem Messbereich von ± 2 g. Bezogen auf ein Ausgangs­signal von maximal 2 V ergibt dies einen Auflösungsfaktor von 1:80 000. Die Frequenzbandbreite reicht je nach Mess­bereich bis zu 1,5 kHz. Der Sensor ist für die hohen Belastungen der Industrie ausgelegt und besonders betriebssicher. Eingebaute Überlastanschläge erlauben eine Überlastung von bis zu 5000 g, ohne dass eine Beschädigung oder Spezifikationsänderung eintritt. Die patentierte Funktion Auto-Zero erlaubt das Nullsetzen des Ausgangssignales mittels Zuschalten einer Brücke. Dies wird bei in Schieflage montierten Geräten notwendig. Das Gesamtfehlerband inklusive aller thermischen Fehler beträgt weniger als zwei Prozent. Der Sensor bietet ein verstärktes Ausgangssignal von ± 2 g bis ± 200 g bei einem Dynamikumfang von 98 dB.

Das Gerät wurde für die Überwachung von niedrigen Vibrationen entwickelt. Es kann beim Test von Fahrzeugkomponenten, Flugerprobung, zur Anlagensteuerung oder allgemeinen Überwachung eingesetzt werden. Das Edelstahlgehäuse verfügt über IP67 und ist somit für den Betrieb in rauen Produktionsbedingungen geeignet. Der kompensierte Temperaturbereich reicht von –54 bis +121° C, die Speisespannung von 8 bis 18 VDC. Der Sensor reagiert in weniger als zwei Sekunden nach Inbetriebnahme. Damit liefert er auch bei Geräten, die nicht ständig eingeschaltet sind, schnell die korrekten Messergebnisse.

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