Linee guida per il montaggio degli accelerometri di prova

L'accuratezza della risposta in frequenza è uno dei fattori più importanti per decidere quale tecnica di montaggio utilizzare. L'intervallo di frequenza operativa dell'accelerometro è determinato da un metodo di calibrazione back-to-back in cui l'accelerometro in prova è montato in modo sicuro su un accelerometro standard di riferimento. Per ottenere la massima precisione, il sensore in esame deve essere montato su perno, se possibile. Il montaggio diretto dell'accelerometro su una superficie molto liscia consente di ottenere la frequenza di risonanza più elevata e la più ampia gamma di frequenze utilizzabili. L'aggiunta di una massa all'accelerometro (ad esempio una base di montaggio adesiva o magnetica) abbassa la frequenza di risonanza del sistema di rilevamento e può influire sulla precisione e sui limiti della gamma di frequenze utilizzabili dell'accelerometro. Anche i cuscinetti di montaggio in gomma influiscono sulla risposta in frequenza del sensore. Qualsiasi materiale morbido crea un effetto di filtraggio che smorza la trasmissibilità ad alta frequenza.

Figura 1: Campi di frequenza approssimativi delle tecniche di montaggio

Per ottenere i migliori risultati di misura (soprattutto per le misure ad alta frequenza), preparare una superficie lavorata liscia e piatta per il montaggio dell'accelerometro. Ispezionare l'area per assicurarsi che bave metalliche e altre particelle estranee non interferiscano con le superfici di contatto. Per ottenere un maggior grado di contatto con la superficie, applicare un sottile strato di grasso al silicone tra la base dell'accelerometro e la superficie di montaggio. In questo modo si ottiene la migliore trasmissibilità ad alta frequenza.

Il montaggio su perno è consigliato se l'accelerometro ha un perno integrato o se ha un foro filettato e viene fornito con un perno rimovibile. Questo metodo di montaggio offre un fissaggio molto sicuro dell'accelerometro alla struttura di prova e corrisponde alla configurazione di montaggio durante la calibrazione in fabbrica. Preparare la superficie rettificando o lavorando un'area liscia e piana sull'oggetto in prova di dimensioni almeno pari a quelle della base del sensore, oppure secondo le specifiche del produttore. Preparare quindi un foro filettato secondo il disegno di installazione fornito. Assicurarsi che il foro sia perpendicolare alla superficie di montaggio. Installare l'accelerometro assicurandosi che la vite prigioniera non si trovi in basso nella superficie di montaggio o nella base dell'accelerometro. La maggior parte dei perni di montaggio PCB® sono dotati di spalle che limitano la profondità per garantire che il perno non possa sprofondare nella base dell'accelerometro. Ciascuna base incorpora uno sbocco in modo che l'accelerometro non poggi sulla spalla. L'accelerazione viene trasmessa dalla superficie della struttura alla base dell'accelerometro. Qualsiasi perno che si sprofondi o interferisca tra la base dell'accelerometro e la struttura impedisce la trasmissione dell'accelerazione e influisce sull'accuratezza della misura. Durante il serraggio, non applicare all'accelerometro una coppia superiore a quella consigliata. Per evitare l'allentamento, è possibile applicare un composto frenafiletti alla filettatura del perno di montaggio. La Figura 2 mostra un esempio di accelerometro montato su perno.

Figura 1: Campi di frequenza approssimativi delle tecniche di montaggio

Per montare in modo sicuro un accelerometro ad anello, utilizzare una vite a testa cilindrica isolata. Inserire la vite a testa cilindrica in un foro passante nell'alloggiamento dell'accelerometro e avvitarla in un foro filettato sulla superficie di montaggio (vedere Figura 3A). Il foro filettato deve essere sufficientemente profondo in modo che la vite non si schiacci nella struttura di montaggio. PCB® fornisce una vite a testa cilindrica con tutti gli accelerometri ad anello.

Una vite a testa cilindrica può essere utilizzata anche per montare un accelerometro con foro filettato su una struttura sottile (vedere Figura 3B). Praticare un foro di diametro sufficiente attraverso la struttura, in modo che la vite a testa cilindrica possa passare attraverso il foro filettato. La lunghezza dell'innesto della vite deve essere sempre verificata per assicurare che la vite non si infili nella base dell'accelerometro.

Un sottile strato di grasso al silicone sull'interfaccia di montaggio di entrambe le configurazioni garantisce la migliore trasmissibilità ad alta frequenza.

Figure: 3A e 3B. Accelerometri montati a vite

Le basi adesive rappresentano un metodo di montaggio alternativo e possono essere utilizzate quando il montaggio con perno o vite non è pratico. Si consiglia di utilizzare basi di montaggio adesive separate per evitare che l'adesivo danneggi la base dell'accelerometro o intasi le filettature di montaggio. La maggior parte delle basi di montaggio adesive disponibili presso PCB® garantiscono anche l'isolamento elettrico, eliminando i potenziali problemi di captazione del rumore e di loop di massa. Il tipo di adesivo consigliato dipende dall'applicazione. Gli adesivi disponibili presso PCB® includono la cera Petro per l'uso a temperatura ambiente e il gel di incollaggio rapido Loctite® 454 per applicazioni a temperature più elevate, fino a 120 °C (248 °F). Gli epossidici bicomponenti offrono una rigidità che mantiene la risposta ad alta frequenza e un montaggio permanente. A seconda dell'applicazione, adesivi come il cemento dentale, le colle a caldo, le colle istantanee e il mastice per condotti possono essere opzioni valide.

A causa della varietà delle strutture di montaggio, un solo adesivo non è ottimale per tutte le applicazioni. Nella scelta dell'adesivo si deve tenere conto anche dell'ambiente di applicazione. La Figura 4 mostra un esempio di accelerometro montato su una struttura di prova con una base di montaggio adesiva.

Figura 4: Accelerometro montato con adesivo

Per evitare di danneggiare il sensore durante il processo di rimozione, è necessario applicare un agente distaccante all'adesivo. Non esiste un agente debondante universale a causa della varietà di adesivi (super colle, cemento dentale, epossidici, ecc.). Il debondante per l'adesivo Loctite® 454 consigliato da PCB® è l'acetone. Lasciare che il debonding abbia il tempo (qualche minuto) di penetrare nella superficie per reagire correttamente con l'adesivo. Attendere qualche minuto prima di tentare di rimuovere il sensore. Se si utilizza un adesivo diverso da Loctite® 454, verificare con il produttore del sensore le raccomandazioni per il debonding.

Dopo l'indurimento dell'agente distaccante, è possibile utilizzare una normale chiave aperta per la rimozione (per accelerometri con base esagonale o quadrata). Per gli accelerometri a goccia si deve usare l'attrezzo di rimozione fornito in dotazione (Figura 5). Dopo aver applicato la chiave o l'utensile, utilizzare un leggero movimento di taglio (o torsione) (solo a mano) per rimuovere il sensore dalla struttura di prova.

Figura 5: Accelerometro a goccia modello 352C22 e strumento di rimozione in dotazione modello 039A27

Le basi di montaggio magnetiche offrono un metodo comodo e temporaneo per il fissaggio a superfici magnetiche. I magneti con elevata forza di attrazione forniscono la migliore risposta alle alte frequenze. Le basi magnetiche a doppio binario sono tipicamente utilizzate per le installazioni su superfici curve, come gli alloggiamenti di motori e compressori e i tubi. Tuttavia, i magneti a doppia rotaia possono ridurre significativamente la gamma di frequenza operativa di un accelerometro. Per ottenere risultati ottimali, la base magnetica deve essere fissata su una superficie liscia e piana. Applicare un sottile strato di grasso al silicone tra il sensore e la base magnetica, nonché tra la base magnetica e la struttura. In caso di superfici irregolari o non magnetiche, è possibile saldare o epossidare dei rilievi in acciaio per accogliere la base magnetica. Le figure da 6 a 8 illustrano le basi magnetiche e un accelerometro montato magneticamente.

Attenzione: Il montaggio magnetico di un accelerometro può generare livelli di accelerazione molto elevati e dannosi. Per evitare tali danni, non lasciare che il magnete si agganci alla struttura di prova. Fate oscillare o scorrere delicatamente il gruppo in posizione. È consigliabile fissare prima la base magnetica alla struttura di prova e poi avvitare l'accelerometro sulla base magnetica.

Figura 6: Base magnetica a doppia guida Modello 080A132 Figura 7: Base magnetica piatta Modello 080A27

Figura 8: Accelerometro montato su magnete

Le clip per accelerometri Easy-mount di PCB offrono tecniche di installazione pratiche ed economiche per gli accelerometri nelle applicazioni di misurazione delle vibrazioni multicanale.

Le clip possono essere fissate a una struttura di prova tramite nastro biadesivo o adesivo.

Una volta installate le clip, gli accelerometri vengono semplicemente inseriti nelle clip e sono pronti per effettuare le misure di vibrazione. Ogni volta che un sensore viene montato con una connessione meccanica meno rigida di un perno, una vite o un bullone, l'effetto della connessione più morbida riduce la risposta in frequenza superiore dell'installazione. In genere, l'ingegnere addetto ai test avrà una riduzione della risposta in frequenza fino a 1kHz - 3,5kHz, a seconda della clip e dell'uso di grasso. Il collaudatore deve verificare che la risposta in frequenza ottenuta rientri nell'intervallo accettabile dei dati richiesti. Dopo aver stabilito che la risposta in frequenza risultante rientra nei limiti, il tecnico di prova è pronto a procedere.

È possibile ottenere un maggior numero di punti di misura e di orientamenti con un minor numero di sensori installando le clip in tutti i punti desiderati e riempiendole con il numero di sensori necessario. I sensori vengono poi spostati nelle posizioni rimanenti delle clip fino al completamento di tutte le misurazioni. Le misure triassiali possono essere effettuate con accelerometri monoassiali a forma di cubo, cambiando l'orientamento degli assi per le misure successive.

I test tecnici tipici possono definire tre assi di misura rispetto alla superficie terrestre. Tuttavia, in molti casi, le posizioni del sensore definite sull'articolo in prova potrebbero non essere orientate correttamente. Per questo motivo, PCB® ha progettato un dispositivo a clip per sensori che aiuta a orientare il sensore in base ai requisiti del test. Le clip di tipo girevole consentono ai sensori installati su superfici curve o inclinate di essere allineati lungo il piano e l'asse desiderati. Queste clip ruotano e ruotano per garantire la massima flessibilità nell'allineamento.