MISURAZIONE DELLE VIBRAZIONI
Materiali piezoelettrici e temperatura
Tutti i materiali piezoelettrici dipendono dalla temperatura e quindi ogni variazione della temperatura dell’ambiente causa una variazione della sensibilità dell'accelerometro.
la ceramica piezoelettrica inizia a depolarizzare, di conseguenza la sensibilità rimarrà alterata in modo permanente. Se la depolarizzazione non è troppo forte, un accelerometro di questo tipo potrà essere nuovamente usato dopo la taratura. Per temperature comprese tra -196°C e 482°C, sono disponibili accelerometri con materiali piezoelettrici speciali.
Per questo motivo, tutti gli accelerometri di B&K vengono forniti con una curva tipica di sensibilità vs. temperatura in modo tale che i livelli misurati possano essere corretti rispetto alla variazione di sensibilità dell’accelerometro a temperature molto più alte o molto più basse di 20°C.
Gli accelerometri piezoelettrici mostrano anche valori in uscita variabili quando sono soggetti a piccole fluttuazioni di temperatura, chiamati transitori termici, nell’ambiente di misurazione. Ciò costituisce un problema solamente nei casi in cui vengono misurate vibrazioni di basso livello o a bassa frequenza. Gli accelerometri a taglio moderni hanno una sensibilità molto bassa ai transitori termici, mentre quelli a compressione possono avere valori in uscita di 100 o più volte superiori.
Quando gli accelerometri devono essere fissati a superfici con temperature superiori a 250°C, è possibile inserire un radiatore e una rondella in mica tra la base e la superficie di misurazione. In presenza di temperature di superficie comprese tra 350 e 400°C, con questo metodo è possibile mantenere la base dell’accelerometro al di sotto dei 250°C. Un ulteriore aiuto può essere dato utilizzando un flusso di aria di raffreddamento.
Rumore dei cavi dell’accelerometro
Poiché gli accelerometri piezoelettrici hanno un’impedenza di uscita elevata, a volte si verificano dei problemi con i segnali di rumore indotti nel cavo di connessione. Questi disturbi possono essere causati da loop di massa, rumore triboelettrico o rumore elettromagnetico.
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Loop di massa
Le correnti a volte fluiscono nello schermo dei cavi dell’accelerometro perché l'accelerometro e le attrezzature di misura hanno una messa a terra separata. Il loop di massa può essere interrotto isolando elettricamente la base dell’accelerometro dalla superficie di montaggio per mezzo di un perno isolante e una rondella in mica o di adattatori di isolamento. Negli strumenti moderni, è possibile utilizzare i cosiddetti input fluttuanti in presenza di tensioni non troppo alte.
Rumore triboelettrico
Il rumore triboelettrico viene spesso trasmesso al cavo dell’accelerometro dal movimento meccanico del cavo stesso. Questo rumore deriva dalla capacità locale e dalle variazioni di carica dovute alla flessione, alla compressione e alla tensione degli strati che compongono il cavo. Questo problema può essere evitato usando un cavo in grafite e fissandolo tramite nastro adesivo o colla il più vicino possibile all’accelerometro. Per gli accelerometri CCLD non si tratta in genere di un problema degno di nota.
Rumorosità elettromagnetica
Il rumore delle interferenze elettromagnetiche viene trasmesso al cavo dell’accelerometro quando questo si trova vicino a macchinari in funzione. Per ovviare a questo problema, può essere utile utilizzare un cavo con doppia schermatura; nei casi più gravi, si consiglia di utilizzare un accelerometro bilanciato e un preamplificatore differenziale.
Fattori ambientali che influenzano gli accelerometri
Deformazioni della base
Quando un accelerometro è montato su una superficie sottoposta a deformazioni, l’output generato sarà il risultato della deformazione trasmessa al sensore. Gli accelerometri sono progettati con basi spesse e rigide per ridurre al minimo questo effetto: I tipi DeltaShear® hanno una base con sensibilità estremamente ridotta poiché il sensore è montato su un palo centrale invece che direttamente sulla base dell’accelerometro.
Radiazioni nucleari
La maggior parte degli accelerometri B&K (NON CCLD) possono essere usati in presenza di dosi di radiazioni gamma pari a 100 Gy/h (10kRad/h) e fino a dosi accumulate di 20 kGy (2 MRad) senza che questo provochi variazioni significative delle loro caratteristiche. Alcuni accelerometri possono essere usati in presenza di radiazioni pesanti con dosi accumulate superiori a 1 MGy (100 MRad).
Campi magnetici
La sensibilità magnetica degli accelerometri piezoelettrici è molto bassa, normalmente inferiore a 0,1 - 2,5 m/s2 per T (0,01 - 0,25 m/s2 per kGauss) nella condizione di orientamento meno favorevole dell'accelerometro nel campo magnetico.
Umidità
Gli accelerometri B&K sono sigillati, tramite colla epossidica o saldatura per garantire un funzionamento affidabile in ambienti umidi. Per usi di breve durata nei liquidi, o in situazioni in cui è probabile che si verifichi una condensazione elevata, si raccomanda di utilizzare cavi sigillati in Teflon. Anche il connettore dell’accelerometro deve essere sigillato con una gomma siliconica o un mastice vulcanizzati, a temperatura ambiente e privi di acido. Per l’uso permanente in aree soggette a umidità, si consiglia di utilizzare accelerometri industriali con cavi integrati.
Sostanze corrosive
I materiali usati per la costruzione di tutti gli accelerometri Brüel & Kjær hanno una resistenza elevata alla maggior parte degli agenti corrosivi presenti nel settore. I componenti principali sono il titanio e l’acciaio inossidabile.
Rumorosità acustica
I livelli di rumorosità presenti nei macchinari di solito non sono così alti da provocare errori significativi nella misurazione delle vibrazioni. Normalmente, le vibrazioni indotte dalla rumorosità acustica nella struttura su cui è montato l’accelerometro sono molto più alte del rumore trasmesso per via aerea.
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Vibrazioni trasversali
Gli accelerometri piezoelettrici sono sensibili alle vibrazioni che agiscono in direzioni diverse da quella del loro asse principale. Sul piano trasversale, perpendicolare all’asse principale, la sensibilità è inferiore del 3 - 5% rispetto a quella dell’asse principale (solitamente < 2%). Poiché la frequenza risonante trasversale normalmente si trova a 1/3 della frequenza risonante dell’asse principale, è necessario tenerla in considerazione nei casi in cui sono presenti livelli elevati di vibrazioni trasversali.
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