Der technische Support von IMI Sensors ist unübertroffen. Jahrelange Erfahrung in der Anwendungstechnik hat zu technischen Tipps geführt, die Wartungsteams dabei helfen, ihre kritischen Maschinen vor ungeplanten Ausfallzeiten zu schützen. Probieren Sie sie aus!

IMI Sensors Verschiebungssensor für Ultra-Niederfrequenz-Anwendungen

Eine revolutionäre Ergänzung im Bereich der 4-20 mA-Schwingungsüberwachung

Der Unterschied zwischen langsam laufenden und schnell laufenden Industriemaschinen liegt nicht darin, ob sie auf Schwingungen überwacht werden sollten, sondern wie sie auf Schwingungen überwacht werden sollten, denn alle Industrieanlagen können katastrophalen Ausfällen zum Opfer fallen.
Schwingungen werden in der Regel mit einer von drei Maßeinheiten quantifiziert:

  • Verschiebung - Die Verschiebung misst die Länge des kürzesten Weges zwischen dem Endpunkt und dem Anfangspunkt eines Objekts und wird in der Regel in mils (0,001 Zoll) oder Millimetern gemessen.
  • Geschwindigkeit - Die Geschwindigkeit ist die Änderung der Verschiebung innerhalb eines bestimmten Zeitraums und wird meist in Zoll pro Sekunde (ips) oder Millimeter pro Sekunde (mm/s) gemessen.
  • Beschleunigung - Die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit in einer bestimmten Zeitspanne und wird meist in g oder Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s2) gemessen.


Welche Maßeinheit am besten geeignet ist, hängt im Allgemeinen von der Frequenz der Schwingung ab. Niederfrequente Schwingungen, die von langsam laufenden Industriemaschinen erzeugt werden, erzeugen nur eine geringe Schwingung in Bezug auf die Beschleunigung, eine mäßige Schwingung in Bezug auf die Geschwindigkeit, aber eine beträchtliche Schwingung in Bezug auf die Verschiebung aufgrund der niedrigen Schwingungsgeschwindigkeit. Umgekehrt erzeugen hochfrequente Schwingungen nur eine geringe Schwingungsmenge in Bezug auf die Verschiebung, mäßige Schwingungen in Bezug auf die Geschwindigkeit, aber erhebliche Schwingungen in Bezug auf die Beschleunigung, da sie mit hoher Geschwindigkeit auftreten. In Abbildung 1 finden Sie Hinweise, wann Schwingungen in Form von Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg gemessen werden sollten.

Wenn es um die Schwingungsüberwachung in Form von Wegmessung bei langsam laufenden Maschinen geht, ist der Wegsensor Modell 653A01 von IMI Sensors mit einem integrierten Beschleunigungssensor eine ideale Lösung. (Siehe Abbildung 2.) Der Sensor hat einen Messbereich von 2 bis 40 mil Spitze-Spitze und einen Frequenzbereich von 1,5 bis 300 Hz. Er bietet einen größeren Frequenz- und Amplitudenbereich, eine größere Robustheit und eine einfachere Installation im Vergleich zu anderen Alternativen, wie z. B. einer Näherungssonde.Da der einbettbare Beschleunigungssensor die Vibration in Form von Beschleunigung misst und dann durch die interne Elektronik doppelt in die Verschiebung integriert wird, ist Rauschen ein wichtiges Thema, das bewältigt werden muss. Da langsam laufende Maschinen nur sehr geringe Vibrationen in Form von Beschleunigung erzeugen, kann die Situation mit dem Fallenlassen einer Stecknadel verglichen werden, deren Geräusch in einem ruhigen Raum wahrnehmbar ist, in einem lauten Raum aber wahrscheinlich nicht gehört werden kann. Wie gering ist die wahrnehmbare Beschleunigung? Bei der minimalen Frequenz und der minimalen Auslenkungsmessung des Modells 653A01 (1,5 Hz und 2 mils) beträgt die Beschleunigung nur 0,0002 g. Selbst wenn die Frequenz auf 10 Hz erhöht wird (maximale Frequenz, bei der Messungen in der Auslenkung vorgeschlagen werden) und der Auslenkungswert auf 40 mils (maximaler Auslenkungswert des Modells 653A01) erhöht wird, beträgt die Beschleunigung immer noch nur 0,2 g.

Bei so geringen Beschleunigungswerten kann das Signal leicht im Grundrauschen untergehen, wenn der Sensor nicht in der Lage ist, ein starkes mV/g-Ausgangssignal ohne Verstärkung zu erzeugen. Wenn eine Verstärkung erforderlich ist, um das Signal zu verstärken, erhöht die Verstärkung ungewollt auch die Rauschpegel. Im Falle des Modells 653A01 wird ein starkes Ausgangssignal durch die Verwendung eines Biegeelements gewährleistet. (Siehe Abbildung 3.) Bei der Biegebauweise wird das piezoelektrische Element in Form eines doppelten Auslegers an der seismischen Masse befestigt. Aufgrund ihrer sehr hohen Ausgangsleistung (bis zu 100 V/g) eignen sich Biegebauelemente hervorragend für Anwendungen mit niedrigen Pegeln und niedrigen Frequenzen.
Das stärkere Ausgangssignal der Biegebalkenkonstruktion verringert nicht nur den Bedarf an einer Gesamtsignalverstärkung, sondern trägt auch dazu bei, das Rauschen auszugleichen, das während der doppelten Integration des Signals von der Beschleunigung zur Verschiebung in das Signal eingebracht wird. Während des doppelten Integrationsprozesses verstärkt die Sensorelektronik den niederfrequenten Teil des Signals und filtert den hochfrequenten Teil des Signals heraus. Die Niederfrequenzverstärkung verstärkt auch das niederfrequente Rauschen des Beschleunigungssensors und des Geräts und hebt es hervor. Wie bei der Gesamtsignalverstärkung verstärkt die Verstärkung des niederfrequenten Teils des Signals unbeabsichtigt auch das mit diesem niederfrequenten Signal verbundene Rauschen.
Nach der Doppelintegration des Signals von der Beschleunigung in den Weg wird das Signal von der hohen Impedanz in eine niedrige Impedanz umgewandelt und dann als 4-20-mA-Signal ausgegeben, was eine kontinuierliche Überwachung und die Möglichkeit zur Erstellung von Schwingungstrends sowie eine einfache Integration in SPS, DCS und/oder SCADA-Systeme ermöglicht.

Der Wegsensor ist für anspruchsvolle 24/7-Schwingungsüberwachungsanwendungen mit einem hermetisch abgedichteten Edelstahlgehäuse und einem 2-poligen MIL-C-5015-Stecker konstruiert. Bei Stromversorgung über eine Standardstromschleife wird der Sensor einfach in einen offenen Kanal des Anlagensteuerungssystems eingesteckt. Der Sensor kann auch über ein Gleichstromnetzteil betrieben werden. Der Verpolungsschutz ermöglicht die einfachste elektrische Installation.