Vibration Measurement - Measuring Vibration

Schwingungsmessung

In den letzten 15 bis 20 Jahren wurde eine völlig neue Technologie zur Schwingungsmessung entwickelt, die zur Untersuchung moderner, hochbelasteter Hochgeschwindigkeitsmaschinen geeignet ist. Mit piezoelektrischen Beschleunigungssensoren zur Umwandlung von Schwingungsbewegungen in ein elektrisches Signal wird der Mess- und Analyseprozess durch die vielseitigen Fähigkeiten der Elektronik hervorragend unterstützt.

Schwingungsmessung

„SCHWINGUNGSMESSUNG“
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WAS SIND SCHWINGUNGEN?


Ein Körper wird als schwingend bezeichnet, wenn er eine oszillierende bzw. schwingende Bewegung um eine definierte Position herum ausführt. Die Anzahl der kompletten Bewegungszyklen, die während des Zeitraums von einer Sekunde stattfinden, wird als Frequenz bezeichnet und in Hertz (Hz) gemessen.

Dabei kann die Bewegung aus einer einzelnen Komponente bestehen, die bei einer einzigen Frequenz auftritt, wie z. B. bei einer Stimmgabel, oder aber aus mehreren Komponenten, die bei verschiedenen Frequenzen gleichzeitig auftreten, wie z. B. bei der Kolbenbewegung eines Verbrennungsmotors.

Schwingungssignale bestehen in der Praxis normalerweise aus sehr vielen gleichzeitig auftretenden Frequenzen, so dass wir allein anhand des Amplituden-Zeitmusters nicht sofort erkennen können, um wie viele Komponenten es sich handelt und bei welchen Frequenzen sie auftreten.

Diese Komponenten können durch Auftragen der Amplitude gegen die Frequenz aufgezeigt werden. Die Zerlegung von Schwingungssignalen in einzelne Frequenzkomponenten wird als Frequenzanalyse bezeichnet – eine Technik, die als Eckpfeiler der diagnostischen Schwingungsmessung angesehen werden kann. Das Diagramm, das den Schwingungspegel als Funktion der Frequenz darstellt, wird als Frequenzspektrogramm bezeichnet.

Bei der Frequenzanalyse von Maschinenschwingungen sind normalerweise eine Reihe auffälliger periodischer Frequenzkomponenten festzustellen, die in direktem Zusammenhang mit den grundlegenden Bewegungen verschiedener Maschinenteile stehen. Die Frequenzanalyse ermöglicht es uns daher, die Quelle unerwünschter Schwingungen aufzuspüren.


EINHEITEN DER SCHWINGUNGSMESSUNG:
BESCHLEUNIGUNG, GESCHWINDIGKEIT UND WEG


Im Falle der schwingenden Stimmgabel wurde die Amplitude der Welle als der physikalische Weg der Gabelenden zu beiden Seiten der Ruhelage betrachtet. Zusätzlich zum Weg kann auch die Bewegung des Stimmgabelschenkels in Bezug auf seine Geschwindigkeit und seine Beschleunigung dargestellt werden.

Form und Dauer der Schwingung bleiben gleich, unabhängig davon, ob der Weg, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung betrachtet wird. Der Hauptunterschied besteht darin, dass es eine Phasendifferenz zwischen den Amplituden/Zeit-Kurven der drei Parameter gibt, wie in der Zeichnung dargestellt. 
Schwingungsmessung
Bei sinusförmigen Signalen sind Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsamplituden mathematisch durch eine Funktion von Frequenz und Zeit verknüpft, wie im Diagramm grafisch dargestellt. Wird die Phase vernachlässigt, wie es bei zeitlich gemittelten Messungen immer der Fall ist, kann der Geschwindigkeitspegel durch Dividieren des Beschleunigungssignals durch einen zur Frequenz proportionalen Faktor und der Weg durch Dividieren des Beschleunigungssignals durch einen zum Frequenzquadrat proportionalen Faktor errechnet werden. Diese Division wird durch elektronische Integratoren in der Messtechnik vorgenommen.

Die Schwingungsparameter werden fast durchweg in metrischen Einheiten gemäß den ISO-Anforderungen gemessen (siehe Tabelle). Die Gravitationskonstante "g" wird immer noch häufig für Beschleunigungspegel verwendet, auch wenn sie außerhalb des ISO-Systems kohärenter Einheiten liegt. Glücklicherweise stehen die beiden Einheiten durch einen Faktor von nahezu 10 (9,81) in Zusammenhang, so dass innerhalb von 2 % ganz einfach im Kopf umgerechnet werden kann.


ARTEN VON BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN


Die meisten Hersteller bieten eine große Auswahl an Beschleunigungssensoren – was die Wahl eines geeigneten Sensors auf den ersten Blick nicht gerade einfach macht. Es gibt jedoch einige „Universal“-Sensortypen, die den Großteil der Anforderungen erfüllen. Diese sind entweder mit oben oder seitlich montierten Anschlüssen erhältlich und weisen eine Empfindlichkeit im Bereich von 1 bis 10 mV oder pC pro m/s2 auf.

Die Empfindlichkeit der Uni-Gain®-Gerätetypen von Brüel & Kjær wurde auf eine praktische „runde Zahl“ wie 1 oder 10 pC/ms-2 normalisiert, um das Kalibrieren des Messsystems zu vereinfachen. 


Datenerfassungssystem
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BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN
Arten von Schwingbeschleunigungssensoren

Andere Arten spezieller Beschleunigungssensoren sind für simultanes Messen in drei zueinander senkrechten Ebenen, hohe Temperaturen, sehr niedrige Schwingungspegel, starke Schocks, das Kalibrieren anderer Beschleunigungssensoren durch Vergleich und für die permanente Überwachung an Industriemaschinen optimiert.




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