3.1- titreşim ile ilgili temel bilgiler - yildiz.edu.trcdemir/titresim bilgileri_1.pdf · •...
TRANSCRIPT
Titreşim ile ilgili temel bilgiler:
TİTREŞİM İLE İLGİLİ TEMEL BİLGİLER
Titreşim ile ilgili temel bilgiler
Titreşim Nedir
Titreşimlerin Nedenleri
Titreşim kaynakları
Titreşimlerin Etkileri
Temel Kavramlar
Serbest Titreşim
Periyodik Titreşim
Harmonik Titreşim
Zorlanmış Titreşim
Titreşimin (yer değiştirme, hız, ivme cinsinden) rms değeri
Titreşimden Etkilenme Sınırı
Çevresel Titreşim Sınır Değerleri
Titreşim Ölçümü
Titreşim ölçüm cihazlarından istenen özellikler
Titreşim Ölçüm Cihazları:
İvme ölçerler
DAVULUN TİTREŞİMİ
• TitreĢim nedir?
Bir sistemin denge konumu civarında yapmıĢ olduğu salınım
hareketine titreşim denir.
Eğer yapılan salınım hareketi T saniyede kendini tekrar ediyorsa
böyle hareketlere peryodik hareket denir. En basit peryodik
hareket harmonik hareket adını alır.
x(t)=x(t+nT)
x=Yer değiĢtirme m, rad
t=Zaman s
T=Peryod s
n=Peryod sayısı adet
Çevresel titreşim: Maden ve taĢ ocakları, ulaĢım
araçları, sanayi ve inĢaat makineleri ve benzeri
iĢlemlerden doğan ve yapılarda kullanım alanı
dıĢında baĢka maksatlarla kullanılan hacimlerdeki
faaliyetler sırasında oluĢan genellikle katı, sıvı ve gaz
ortamlarda yayılan ve insan vücudunca hissedilen
mekanik salınım hareketleri
Titreşimlerin Nedenleri:• Sistemlerdeki titreĢimler, dıĢ kuvvetler ve
sistemin bu dıĢ kuvvetlere cevap verme
özelliğinden kaynaklanır.
• Dış Kuvvetler:
• Sistemin bağlı olduğu temelden gelen kuvvet
• Dönen sistemlerde dengelenmemiĢ kütleler,
• Motorlarda gidip-gelen kütleler,
• Darbe, deprem, vb. nedenlerle oluĢan herhangi
bir kuvvet olabilir.
Titreşim kaynakları:
• Her türlü endüstriyel makine
• Karayolu ve raylı ulaĢım araçları,
• Binalarda kullanılan makine ve teçhizat, vb. hareketli sistemler
titreĢim kaynakları olarak görülmelidir.
Titreşimlerin Etkileri:
• Gürültü
• Yüksek gerilmeler
• AĢınma
• Malzeme yorulması gibi istenmeyen sonuçlara
neden olurlar.
Titreşime maruz kalan insanlarda:
• Fiziksel ve psikolojik
rahatsızlıklar (yorgunluk,
dikkat azalması, ortopedik
rahatsızlıklar, sakatlıklar, iĢ
kazaları, vb. )
• YaĢam kalitesinde olumsuz
etkiler
• ÇalıĢma performansının
azalması
Temel Kavramlar
Serbestlik Derecesi
• Hareket halindeki bir sistemin elemanlarının durum ve konumlarını
belirleyen parametrelere koordinat denir.
• Bir sistemin bütün parçalarının her hangi bir zamanda
konumlarının tamamen belirli olması için gerekli birbirinden
bağımsız minimum koordinat sayısına serbestlik derecesi denir.
Ayrık ve Sürekli Sistemler
• Sonlu sayıda serbestlik dereceli sistemlere ayrık sistem denir.
• Serbestlik derecesi sonsuz olan sistemlere sürekli sistem denir.
Sürekli sistem
TitreĢim Sistemlerinin
Elemanları
• Kütle
• Yay
• Sönüm
• Kuvvet
x
x
Serbest Titreşim:
• Bir sistemin üzerinde hiç bir kuvvet yokken,
sadece baĢlangıçta uygulanan bir kuvvet
veya hareket nedeniyle yaptığı
titreĢimlerdir
Periyodik Titreşim:
• Kendisini belirli bir zaman sonra tekrar eden
titreĢim Ģekli.
a)Periyot :
• Hareketin kendisini tekrar ettiği zaman
aralığı ( T )
b)Salınım:
• Periyodik titreĢimin bir periyotluk bölümü.
c)Frekans:
• Birim zamandaki salınım sayısıdır
• Frekans ve periyot arasında Ģeklinde bir iliĢki
vardır. Salınım/saniye Ģeklinde ifade edilen
frekans birimi Hertz (Hz) olarak bilinir
Harmonik Titreşim:
• Bir sinüs dalgası Ģeklinde değiĢen titreĢim
hareketidir
tx=A sin 2π
T
x=Yerdeğiştirme (m,rad)A=Genlik (m,rad)t=Zaman (s)T=Peryot (s)
a)Genlik:
• Harmonik titreĢimde, hareketin ortalama
değerden en fazla ayrıldığı miktardır.
b)Dairesel Frekans:
• radyan/saniye birimi ile ifade edilen frekansdır.
• Frekans, dairesel frekans ve periyot arasında
Ģeklinde bir iliĢki vardır.
Tf
22
c)Faz Farkı:
Birbiriyle aynı dalga Ģekli ve periyoda sahip
iki dalga arasındaki zaman farkına gecikme
zamanı ( ) denilirse bu iki dalga arasındaki
faz farkı ( ),
Harmonik Harekette
YerdeğiĢtirme Hız ve Ġvme
Vektörlerinin Gösterimi
A
Aw
2Aw
t
x
x
x
x
t
90
180
TitreĢim genliği üç farklı biçimde ifade edilir.
peak to peak (P-P)(Ġki tepe arasındaki uzaklık): Kütlenin titreĢim esnasında
ulaĢtığı iki uç nokta arasındaki uzaklıktır. Değeri 2a'dır.
Zero to peak (0-P): Denge konumu ile tepe noktası arasındaki uzaklıktır.
Değeri a'dır.
RMS (Root mean square)(Kareler toplamının karekökü): TitreĢimin efektif
değeridir. Elinizi titreĢim yapan makina üzerine koyduğunuzda
hissettiğiniz titreĢim seviyesidir. Basit harmonik harekette 0-P değerinin
0.7071 katıdır.
Titreşimin (yer değiştirme, hız, ivme
cinsinden) rms Değeri:
Belirli bir zaman aralığında ölçülen
titreĢim değerlerinin karelerinin
ortalamasının kare kökü.
Ancak bu değer yalnızca belli bir
frekanstaki düzgün harmonik bir titreĢim
için geçerlidir. Yani 1500 CPM frekansında
ve 0-P genliği 0.1 μm olan sinüzoidal bir
titreĢimin RMS değeri 0.07071 μm 'dir.
Ancak frekans düzleminde (spektrum
grafiği) birçok farklı frekansta titreĢimler
mevcuttur. Bu durumda ise RMS değeri
yandaki formül kullanılarak bulunur.
• Tepeden tepeye mesafe titreĢimin genliğinin alacağıbüyük ve en , küçük değerleri gösterdiğindenözellikle titreĢim yer değiĢtirmesinin önemli olduğuveya en büyük gerilmelerin dikkate alınmasıgerektiği yada mekanik boĢlukların önem taĢıdığıyerlerde kullanıĢlıdır. Tepe değeri özellikle kısazaman aralığında olan Ģok titreĢimleri göstermesiaçısından önemlidir.
• Ortalama değer zaman içindeki değiĢimi de gözönüne almakla beraber uygulamadan fiziki birdeğere doğrudan doğruya bağlaĢtırılmadığındanfazlaca bir önem taĢımaz. RMS değeri isetitreĢim ölçümlerinde en uygun değeridir. Bunumsebebi titreĢimin zamana bağlı olarak değiĢmesinide dikkate almakla beraber, titreĢimin ihtiva ettiğienerji miktarı, yani titreĢimin tahrip gücüyledoğrudan bağlandırılabilir.
a)Tepe Değer:
• Verilen bir zaman aralığındaki en yüksek titreĢim
değeri
Desibel ÖlçeğiIt is often useful to use a logarithmic scale to plot vibration
levels (or noise levels). One such scale is called the decibel or
dB scale. The dB scale is always relative to some reference
value x0. It is define as:
0
10
2
0
102010
x
x
x
xdB loglog
For example: if an acceleration value was 19.6m/s2 then relative
to 1g (or 9.8m/s2) the level would be 6dB,
dB622089
61910
10
2
10
log
.
.log
TEPE DEĞERLERĠ
max
max
2
max
m ax veya tepe değeri :
deplasman:
h ız:
ivm e:
n
n
x A
x A
x A
PERĠYODĠK HAREKET
2
n
x(0)
Time sec
Dis
pla
cem
ent
amplitude
Faz açısı
Maximum
Velocity
Tabii (doğal) Frekans:
Sistemin serbest titreĢiminin
frekansına denir. Sistemin tabii
frekansını tamamen sistemin
kendi parametreleri belirler.
0 5 10 15 20 25 30-5
0
5
Time (sec)
Dis
pla
ce
me
nt (x
)
Rezonans frekansı serbestlik derecesi sayısına göre
artabilir. Yani titreşim Frekansı katları olduğu sürece
ip rezonansa geçebilir.
Serbest Sönümlü TitreĢim
m x c x k x 0+ + =
kr n
kc 2m 2 k m 2m
mw= = =
Sönüm oranı ise,
kr
c
cx = olarak tanımlanır.
0 1 2 3 4 5-1
-0.5
0
0.5
1
zaman(saniye)D
ep
lasm
an
Zorlanmış Titreşim:
• DıĢ kuvvetlerin etkisi altında olan sistemin
titreĢimidir
• Kararlı TitreĢim (Deterministik)
• Random TitreĢim
a)Rezonans Durumu:
Zorlama frekansı ile
sistemin doğal
frekansının eĢit olduğu
durumdur. Bu
gerçekleĢtiğinde, sistemin
titreĢim genliği
matematiksel olarak
sonsuza gider. Fiziksel
olarak ise sistemde
büyük hasarlara neden
olabilir.
i 2π t
1
i 2.2π t
2
x (t)=100 e
x (t)=50 e
x(t)=?
t
x
X1+
X2
X1+
X2
|X1-X
2|
|X1-X
2|
Tm
T )t(X~
)t(x
Vuru Olayı
Random(Gelişigüzel) Titreşimler
ÇalıĢan bir elektrik motorunda veya otomobilinizi çalıĢtırdığınızda
hissettiğiniz titreĢimler geliĢigüzel titreĢimlerdir. Gerçek hayatta, eğer
özel olarak yaratılmıyorsa, düzgün salınındı titreĢimlere rastlamak
mümkün değildir.
GeliĢigüzel titreĢimlerin harmonik
salınımlar gibi belirli bir frekansı ve
genliği yoktur. Dolayısıyla bu
titreĢimlere bakarak titreĢime sebep
olan kuvvet hakkında fikir yürütmek
imkansızdır. Halbuki bizim titreĢim
analizi ile arızalan teĢhis
edebilmemiz için, bu titreĢimlerin
frekanslarını bilmemiz gerekir. ĠĢte bu
iĢlem için Fourier Dönüşümü'nü
kullanıyoruz.
Fourier dönüĢümü vasıtası ile titreĢimin sinüzoidal bileĢenlerini bulabiliriz. ġekil-
11'de geliĢigüzel bir titreĢimin farklı frekans ve genliklere sahip sinüzoidal
bileĢenleri gösterilmiĢtir.
ġekil-9'da gösterilen iki kütlenin yay
sabitleri ve kütleleri farklıdır. Bu
nedenle eğer her iki kütleyi de eĢit
miktarda çekip serbest olarak salınım
yapmaya bırakırsak, her ikisi de farklı
frekans ve genlikte titreĢim
yapacaktır. Bu iki farklı titreĢimi
topladığımız taktirde ġekil-10'da
gösterilen grafiği elde ederiz. Olaya
matematik yönünden bakacak
olursak frekansları ve genlikleri farklı
iki sinüzoidal eğriyi topladığımızda,
sinüzoidal olmayan üçüncü bir eğri
elde ederiz. Eğer bu iĢlemi iki değil
de daha fazla sinüzoidal için yapacak
olursak elde edeceğimiz grafik ġekil-
8'de gösterilen gibi bir eğri olacaktır.
O halde eğer elimizde bu Ģekilde bir
eğri varsa bu toplama iĢleminin
tersini uygulayarak, bu düzensiz
eğriyi düzgün sinüzoidaller halinde
yazabiliriz. ĠĢte bu ĠĢleme Fourier
Dönüşümü adı verilir.
Fourier Dönüşümü
Fourier series are expansions of periodic functions f(x) interns of an
infinite sum of sines and cosines of hte form. A simple statement of the
Fourier Theorem is as follows:
Any physical function that varies periodically with time with a
frequency f can be expressed as a superposition of sinusoidal
components of frequencies: f, 2f, 3f, 4f, ... etc
A quantitative statement of the same theorem is usually given in
reverse form:
If a periodic function of t, with period , can be expressed as the
following summation
Where,
Fast Fourier Dönüşümü
Titreşimden Etkilenme Sınırı:
• TitreĢimin; insan sağlığı, performansı ve
konforu üzerinde oluĢturduğu fizyolojik ve
psikolojik etkiler
• Yapılarda, köprülerde ve diğerlerinde
oluĢturduğu hasarların baĢlama sınırlarındaki,
titreĢim ivmesi, hızı, genliği, frekansları ve
etkilenme süresi gibi parametrelerle ortaya
konulmuĢ kriterleri ifade eder.
Frekans Aralığı
Ġnsan yapısı kaynaklar nedeni ile oluĢan titreĢim: 1 - 150 Hz
Deprem gibi doğal kaynaklar nedeniyle oluĢan titreĢim: 0,1 – 30 Hz
Rüzgar uyarması nedeniyle oluĢan titreĢim: 0,1 – 2 Hz
Çevresel Titreşim Sınır Değerleri:
TitreĢim Frekansı (Hz) Ġzin Verilen En Yüksek TitreĢim Hızı
(Tepe Değeri-mm/s)
1 5
4-10 19
30-100 50
Tablo –6: Maden ve TaĢ Ocakları ile Benzeri Alanlarda Patlama Nedeniyle
OluĢacak TitreĢimlerin En Yakın Çok Hassas Kullanım Alanının DıĢında
Yaratacağı Zemin TitreĢimlerinin Ġzin Verilen En Yüksek Değerleri
(1 Hz- 4 Hz arasında 5 mm/s’den 19 mm/s’ye; 10 Hz- 30 Hz arasında 19 mm/s’den 50 mm/s’ye, logaritmik
çizilen grafikte doğrusal olarak yükselmektedir)
• Ölçümler üç yönde yapılır ve bunlardan en
yüksek olanı alınır. BileĢke Ģeklinde
ağırlıklandırılmıĢ fonksiyon değerlendirilmesi
yapılır.
• TitreĢimler 1/3 oktav bantlarında tepe değeri
olarak ölçülür.
Oktav dB mantığının frekans düzlemine uygulanmıĢ halidir.
dB; amplitude oranı
Oktav; frekans oranı
Frekans oranları iki olan iki frekans aralığıdır.
100 Hz in 1 oktav üstü 200 Hz.
100 Hz in 1 oktav altı 50 Hz denk gelmektedir.
Bir yarım oktav: Oranları 2 ½ veya 1,414 olan iki frekans aralığıdır.
Üçte bir oktav: Oranları 2 1/3 veya 1,2599 olan iki frekans aralığıdır.
(%23 bant geniĢliği)
İnsanın tanımlanamayan eksenlerde titreşime mâruz kalma durumları için bileşik
standard temel eğriler ve değerler(x ve y , z yönleri)
Sürekli durumlar haricinde anlık durumlar için
çarpanlar kullanılır.
Tablo – 7: ĠnĢaatlarda Kazık Çakma ve Benzeri TitreĢim
Yaratan Operasyonların ve ĠnĢaat Makinelerinin En Yakın
Yapının DıĢında Yaratacağı Zemin TitreĢimlerinin Ġzin
Verilen En Yüksek Değerleri (1 Hz- 80 Hz arasındaki
frekans bantlarında
İzin Verilen En Yüksek Titreşim Hızı
(Tepe Değeri-mm/s)
Sürekli
Titreşim
Kesikli Titreşim
Yerleşim Bölgelerinde 5 10
Sanayi ve Ticari
Bölgelerde
15 30
Binalarda, Bina Ġçindeki Makine ve
Teçhizatın Yaratacağı TitreĢimlerin Sınır
Değerleri
Titreşim
Frekansı (Hz)
İzin Verilen En
Yüksek Titreşim
Hızı
(rms değer-mm/s)
Konutlarda 1*
8-100
1.5
0.3
Ofislerde 1**
8-100
3.5
0.6
* 1Hz-8 Hz arasında, 1.5 mm/s’den 0.3 mm/s’ye logaritmik çizilen grafikte doğrusal olarak azalmaktadır
** 1Hz-8 Hz arasında 3.5 mm/s’den 0.6 mm/ s’ye logaritmik çizilen grafikte doğrusal olarak azalmaktadır
• Bu değerlerin üzerinde titreĢim yaratan makine ve
teçhizat için, baĢta titreĢim yalıtımı olmak üzere gerekli
teknik önlemler alınarak, binada ölçülen titreĢimlerin
sınır değerlerin altına indirilir
• TitreĢim ölçümü titreĢimin en fazla olduğu odada ve
noktada üç yönde yapılır ve en yüksek değer esas alınır.
(Binaların yakınından geçen demir yolu ve kara yolu
ulaĢım araçları ile, yerleĢim bölgesi yakınındaki sanayi
tesislerinin binalarda yaratacağı titreĢimler için de bu
sınır değerleri kullanılır.)
Titreşim Ölçümü:
• Yönetmeliğe göre titreĢim ölçüm parametresi
mm/s cinsinden titreĢim hızı tepe değeridir.
Titreşim ölçüm cihazlarından istenen
özellikler:
– TitreĢimlerin ölçülmesi
– TitreĢimlerin kayıt ve analiz edilmesi
– TitreĢimlerin değerlendirilmesi
Titreşim Ölçüm Cihazları:
– Deplasman ölçerler
– Hız ölçerler
– Ġvme ölçerler
– Sinyal kuvvetlendiriciler
– Frekans çözümleyiciler
– TitreĢim ölçüm ve analizörleri
Titreşim Ekipmanları
Tek Eksenli İvmeölçer
Sensörler
İvme Ölçer Gerçekte Neyi ölçer ?
Gerçek YatakHareketi:Elliptical
Düşey yönde montaj edilmiş transducer
“Sadece Düşey hareketleri Ölçebilir”
Yatay yönde montaj edilmiş transducer
“Sadece Yatay hareketleri Ölçebilir”
Ġvmeölçer Tipleri
• 1D yada Doğrusal
- Tek eksen boyunca ivme ölçmek
• 3D (üç - eksenli) ivmeölçerler
Tüm üç eksen boyunca ivme ölçmek
Üç çıkıĢ sinyalini ayrı ayrı verir
1E 1E
3E
İvme ölçer (Accelerometer), bazı
teknik özellikler:
Acceelerometer
Sensitivity ( 10 %)100 mV/g
10.2 mV/(m/s²)
1000 mV/g
102 mV/(m/s²)
100 mV/g
10.2 mV/(m/s²)
Measurement Range 490 m/s² pk 49 m/s² pk 490 m/s²
Frequency
Range ( 5 %)0.5 to 10,000 0.5 to 3000
0.27 to 10,000 Hz
( 3 dB)
Frequency
Range ( 10 %)0.3 to 15,000 0.3 to 5000
Resonant Frequency
(kHz)≥ 50kHz ≥ 20 16
Broadband
Resolution (1 to
10,000 Hz)
0.0015 m/s² rms 0.0005 m/s² rms 491 µm/s²
Ġvmeölçer Parametreleri
• Ölçülebilir Sınır
Maksimum ölçülebilir ivmeler
- “ + g “ olarak verilir
• Hassasiyet
- ÇıkıĢ voltajı ile ivmenin “ g “ oranı
- “ mV/g “ olarak verilir
• Rezonans Frekansı
- Ġvmeölçerin ikaz verdiği Frekans
- “ kHz “ olarak verilir
• Piezo-electric kristaller herhangi bir kuvvet etkisi altında akım
üretirler. Bir piezo-electric ivme ölçerde; bir kütle piezo
malzemeye bağlı olup, titreĢim sonucu oluĢan atalet kuvvetleri
(F=ma ) piezo da titreĢime hareketine orantılı akım
üretilmesine sebep olur. Ön bir devre kullanılarak Akım
(Charge, Pico-coulombs /g) çıkıĢ düĢük empedanslı Voltaj
çıkıĢa(IEPE accelerometer, mV/g) çevrilebilir. 2 ila 20
miliamperlik çalıĢma Akımına ihtiyacı vardır
What is an IEPE accelerometer?
• IEPE stands for Integrated Electronics Piezo Electric and defines a class of accelerometer that has built in electronics. Specifically it defines a class of accelerometer that has low impedance output electronics that works on a two wire constant current supply with an voltage output on a DC voltage bias. IEPE two wire accelerometers are easy to install, have a wide frequency response, can run over long cable lengths and are relatively cheap to purchase. The IEPE technology has generally replaced most 3 wire accelerometers and are broadly used for most applications except for specialist applications such as zero Hz accelerometers, high temperature applications or 4-20mA accelerometers used in the process industries.
What is an ICP accelerometer?
• ICP is the trademarked PCB name for IEPE accelerometers. It stands for ‘Integrated circuit-piezo electric'.
What is a charge output accelerometer?
• All piezo-electric accelerometers work by measuring the charge generated by a crystal that is being compressed or shear loaded by a mass influenced by acceleration. In most applications this high impedance charge output is converted to a low impedance voltage output by the use of integral electronics. However in some applications integral electronics are not appropriate such as high temperature or high radiation applications. Charge output accelerometers are self-generating and would typically have amplifying electronics mounted several feet away from the local heat or local radiation source.
Çok geniĢ bir frekans aralığında kullanılabilir.
Çok geniĢ bir dinamik ölçüm bölgesinde mükemmel lineer
özelliğe sahiptir.
ivme sinyali elektronik olarak kolayca integre edilerek hız
ve deplasman bilgisine dönüĢtürülebilir.
Çok farklı koĢullarda mükemmel doğrulukta titreĢim
ölçümleri yapmak mümkündür.
Kendi kendilerine sinyal ürettikleri için dıĢ güç kaynağına
gereksinim yoktur.
Hareketli kısımları olmadığı için son derece dayanıldıdır.
TitreĢimlere karĢı son derece duyarlıdır ve (duyarlılık /
kütle) oranı yüksektir.
Delta shear Tip Tasarım: Yay görevi gören üç adet piezoelektrik
eleman ve üç kütle ortasındaki üçgen prizma üzerine
yerleĢtirilmiĢtir. KütIeIer bulundukları yerlere yuksek öngerilimli
bir tutucu kavrama halkası ile bastırılmıĢtır. Parçaları bir arada
tutmak için yapıĢtırıcı veya cıvata kullanılmamıĢtır. Bu tasarım
optimum perfamans ve ölçümde güvenilirlik
sağlamaktadır. Tutucu kavrama halkasının öngerilmeli yapılmıĢ
olması piezoetektrik eiemanlara yüksek düzeyde lineeriik
özelliği kazandırmaktadır. üretilen elektrik akımı kavrama
halkası ile dıĢ gövde arasında biriktirilir. DeIta kaymalı (shear)
tasarımın hassasiyet i kütle oranı diğer transduserlere göre
büyüktür ve oldukça yüksek rezonans frekansına sahiptir.
Ayrıca bu tip transduserler, ölçüm yapılan yüzeydeki
uzamalardan ve sıcaklıktan en az ölçüde etkilenir. -Delta
Shear" genel amaçlı ve diğer özel ölçümler için ideal yapıdadır.
2. Düzlemsel Kaymalı Tasarım : Piezoelektrik eleman
Delta tipinde oIduğu gibi kayma defamasyonuna uğrar.
Transduserin merkezinde bulunan dikdörtgen kesitli
gövdenin yüzüne yine dikdörtgen kesitli iki piezoelektrik
eleman ġekildeki gibi yerleĢtirilmiĢtir. Bu tipte de
öngerilmeli tutucu kavrama halkası piezoelektrik parçaları
bağlı tutmaktadır. Transduserleri tabanı ve piezoelektrik
elemanlar birbirlerinden izole edilmiĢtir, böylece transduser
monte edildigi yüzeyin ezilmesi ve sıcaklık değiĢimi
piezoelektrik elemanı etkilemez
3. Baskıda Çalısan Tip Tasarım :Bu geleneksel ve basit yapılı tasarım iyi
sayılacak duyarlık kütle oranına sahiptir. Piezoelektrik. elemanın kütle-yay
sistemi transdüserin tabanına ve tam ortada bulunan silindirik bir pim üzerine
yerleĢtirilmiĢtir. Ancak transduserin tabanı ve ortadaki pim seri çalıĢan iki yay
gibi davranır. Bu nedenle montaj yüzeyindeki dinamik değiĢimler eğilmeler ve
sıcaklık etkileri piezoelektrik elemanda gerilmeler oluĢturarak sonuçların hatalı
olmasına yolaçabilir. Çok kalın tabanların kullanılmasına rağmen eğilme ve
gerilme kuvvetleri piezoeelektrik elemana iletilebilir. Bu durumda titreĢim
frekansında titreĢim dıĢı hatalı sinyaller üretilecektir. Ġlaveten sıcaklık değiĢimleri
de piezoelektrik elemanlarda elektrik Ģarjı üretebilir ve bu sinyaller titreĢim
değerlerinde hata oluĢturabilir. Baskıda çalıĢan transduserler B&K tarafindan
sadece ġOK ölçümlerinde veya transduser kalibrasyon sistemlerinde kullanılır.
ġok ölçümlerinde hata oranı, ölçülen titreĢim sinyaline göre oldukça küçüktür.
Bu transdüserler laboratuar gibi kontrol edilebilen ortamlarda. standart referans
transduser olarak kalibrasyon sistemlerinde kullanılır.
What is the useable frequency range?
• For an accelerometer to be useful the output needs to be directly
proportional to the acceleration that it is measuring. This fixed ratio
of output to input is only true for a range of frequencies as described
by the frequency response curve.
The usable frequency response is the flat area of the frequency response curve
and extends to approximately 1/3 to 1/2 of the natural frequency. The definition
of flat also needs to be qualified and is done so by quoting the roll off of the
curve in either percentage terms (typically 5% or 10%) or in dB terms (typically
+/- 3db).
What is dynamic range?
• The dynamic range of an accelerometer is the range between the smallest
acceleration detectable by the accelerometer to the largest. A piezo-electric
accelerometer produces a charge proportional the force applied to the
crystal, which due to the seismic mass on the crystal is proportional to
acceleration applied. The piezo electric effect can be detected for very small
forces or accelerations all the way through to very large accelerations. In
most cases the smallest acceleration is dictated by the amplifying
electronics noise floor and for high g levels to the voltage rail used by the
power supply.
• How do I choose the sensitivity of an accelerometer?
• Accelerometers with integral electronics have a maximum output voltage
determined by the circuit design and the input voltage. The maximum output
for an IEPE accelerometer is typically 4-8 volts. An accelerometer with a
sensitivity of 100mV/g with electronics that has a maximum output of 5V will
obviously have a dynamic range of +/- 50g while an accelerometer of
sensitivity of 10mV/g will have a dynamic range of +/- 500g If the maximum
g levels likely to be experienced is known then dividing this number by 5
volts will give the maximum sensitivity that should be used to get this
dynamic range
• Example: Vibration expected to be seen is 300g. Sensitivity will be 5
divided by 300 which equals 16.6 mV/g. The nearest sensitivity would be a
10mV/g accelerometer.
What is the natural frequency of an accelerometer?
• The natural frequency of an accelerometer is the frequency where the ratio of output is at it highest. The natural frequency of an accelerometer is defined by the equation:
• From a frequency roughly 1/3 to 1/2 of the natural frequency the ratio of output to input becomes non-linear and therefore makes measurements from this region difficult to interpret. Therefore the higher the natural frequency of an accelerometer the higher frequencies where the output to input is linear and the higher the frequencies that can be measured.
It can be seen from the formula for natural
frequency that to increase the natural
frequency the mass needs to be as small
as possible and the stiffness needs to be
as high as possible. A small mass usually
means a lower sensitivity and this is true
of most high frequency accelerometers.
• The mounting of an accelerometer effects its frequency response. The mounted natural frequency is dependent directly on the stiffness of the mounting. The higher the stiffness the more the mounted natural frequency approaches its maximum. The least stiff mounting of an accelerometer is magnetic mounting and the highest stiffness is using a high tensile setscrew tightened to the correct torque mounted on a hard flat surface. Other mounting methods come in between these two extremes.
• Ensuring different parts of a plant have the same ground may not be so easy particularly when long distances are involved or structures carry noise generating machinery. In these cases it may be better not to eliminate ground loops but to prevent their effects influencing the sensor output. This can be achieved by mounting the accelerometer on an electrically isolated mounting stud. In this way the accelerometer sits on a locally constructed instrument ground and ensures that now ground loop exists between this and the measuring instrument.
• The same effect as mounting the accelerometer on an electrically isolated mounting base can be achieved by isolating the accelerometer internals from the outer case of the accelerometer. This is done by the manufacturer. Mounting the accelerometer on an isolating base or internally isolating the accelerometer does reduce the stiffness of the accelerometer and therefore reduces the mounted natural frequency. It is for this reason that not all accelerometers come automatically with internal isolation.
What is an isolated stud?
• An accelerometer isolated stud is used in application where the possibility for ground loops exists which can corrupt the output of the sensor. Isolated studs do reduce the frequency response of the accelerometer somewhat so caution should be taken if high frequency data needs to be measured.
What is the tribo-electric effect?
• Tribo-electric effect is when a spurious signal is generated by a charge output accelerometer by the movement of the co-axial cable. To prevent the tribo-electric effect the low noise cable needs to be clamped down as close to the accelerometer as possible.
TEġEKKÜRLER