ÍNDICE DE CONTEÚDO
Altas taxas de investimento, que são geralmente desencadeadas por custos sensoriais, são um dos obstáculos para aplicações de monitoramento de condições. Para reduzir esse obstáculo, é necessário o uso de sensores econômicos para tais aplicações. Um acelerômetro Micro-Electro Mechanical Systems (MEMS) é uma das opções disponíveis.
Os acelerômetros MEMS são divididos em duas categorias principais: acelerômetros piezoelétricos e capacitivos. Os acelerômetros piezoresistivos consistem em um sistema de um grau de liberdade de uma massa suspensa por uma mola. O acelerômetro MEMS também possui uma viga cantilever com massa de prova na extremidade da viga e um remendo piezoresistivo no núcleo da viga. A inércia da massa faz com que a diferença de tamanho e a massa do material da pastilha de silício mudem quando o dispositivo está em movimento. O sinal elétrico gerado pelo patch piezoresistivo por vibração é proporcional à aceleração do objeto vibratório.
O acelerômetro de capacitância MEMS mede a variação da capacitância entre a massa de prova e um eletrodo condutor fixo separado por uma pequena folga.
Seleção do acelerômetro MEMS
A escolha dos acelerômetros depende de vários fatores, como:
- Sensibilidade: É a relação entre a entrada mecânica e a saída elétrica. A saída é normalmente expressa em tensão por unidade de aceleração.
- Faixa de Amplitude: Especifica a faixa de aceleração máxima que pode ser medida por um acelerômetro.
- Limite de Amplitude: Define a ordem de aceleração mais alta que pode ser medida por um acelerômetro.
- Limite de Choque: É a aceleração máxima que o acelerômetro pode resistir sem causar danos à unidade.
- Frequência Natural: É a frequência na qual um sistema independente irá oscilar com um deslocamento temporal de sua posição de repouso em um grau de liberdade. Isso determina a faixa de medição de vibração utilizável.
- Resolução: É a menor mudança na aceleração para a qual uma mudança na saída elétrica é perceptível.
- Linearidade da Amplitude: É o grau onde o acelerômetro resultante irá sinalizar a tensão à medida que transita da excitação com o menor para o maior nível de aceleração que pode ser detectado. Essa precisão é qualificada por sua linearidade com um desvio desejável de 1%.
- Faixa de Frequência: A faixa de frequência é a faixa de frequências de operação. A faixa pode ser limitada pelas propriedades elétricas ou mecânicas do transdutor, ou do dispositivo auxiliar associado.
- Deslocamento de Fase: É o tempo de atraso entre a entrada mecânica e o sinal de saída elétrica correspondente para o hardware.
Monitoramento de Condição de Motores Elétricos
O diagrama de blocos de um sistema de medição é mostrado abaixo. Os principais componentes da cabeça do sensor são o regulador, o acelerômetro capacitivo MEMS de 3 eixos (IIS2DH) e o condicionador de sinal. A estação é equipada com bateria, regulador, filtro e condicionador de sinal, conforme mostrado na Figura 1. Os dados filtrados são enviados para a unidade de coleta de dados que se conecta ao computador via interface USB. A cabeça do sensor é montada no motor de forma que o eixo de medição fique paralelo ao eixo radial do motor.
A distância física entre os motores e as estações de monitoramento pode ser de vários metros, portanto as ondas de ruído devem ser minimizadas. A queda de tensão devido à resistência do cabo pode ser resolvida usando a técnica de loop de corrente. Portanto, a tensão de medição pode ser transferida por uma longa distância. Conforme mostrado na Fig.2, o condicionador de sinal consiste em uma unidade amplificadora e um conversor tensão-corrente aterrado. Um amplificador diferencial é adaptado para converter a tensão de saída do amplificador não inversor (Va) em corrente. Assim, um resistor span (Rs) pode ser determinado pela equação (1). A tensão de compensação (Vos) necessária neste circuito pode ser adicionada no pino inversor do segundo amplificador operacional e é calculada pela equação (2).
O valor de um resistor carregado, RL, pode afetar a corrente de saída. Um RL muito alto pode reduzir a corrente de saída do circuito devido à limitação da fonte de alimentação do amplificador operacional. Portanto, o resistor de carga máxima (RLmax) deve ser estimado. RLmax é calculado pela equação (3).
Vs2 é uma tensão de alimentação de amp-op, estimada em 90% da tensão de alimentação em escala real. RL é usado para converter a corrente de volta em tensão.
O aumento no valor da tensão ao longo do tempo da cabeça do sensor representa uma maior vibração, indicando uma degradação do rolamento ao longo do tempo.
Sensores MEMS capacitivos podem ser usados com um microcontrolador adequado para processamento avançado de sinal para análise de tempo de vibração e temporização de frequência para manutenção preditiva. Seu formato pequeno e baixo consumo de energia podem permitir um nó inteligente independente para aplicações remotas.
Kit de monitoramento condicional
O STEVAL-BFA001V1B é um kit de projeto de referência industrial para monitoramento de condições e manutenção preditiva, em um layout projetado para atender aos requisitos IEC61000-4-2/4 e EN60947 para aplicações industriais. O firmware STSW-BFA001V2 inclui algoritmos dedicados para processamento avançado de sinal de domínio de tempo e frequência e análise do acelerômetro digital 3D de alta largura de banda para monitoramento de vibração. O pacote inclui amostras de monitoramento de sensores de pressão, umidade relativa e temperatura, bem como algoritmos de áudio para emissão acústica.
Contato da Newark no Brasil
Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: [email protected]
* Texto originalmente publicado em: link
Pessoal, parabéns pelo artigo. Só uma sugestão. O silício, base de qualquer acelerômetro Mems, não tem efeito piezoelétrico. São outros efeitos piezo, com bem indicado: piezoresistivo. Os mais novos, usam efeito piezoMOS. Mas isso já é um detalhe além do interesse do leitor. Abraço.