Piezosensor: Definition, Vorteile, Funktionsweise

Tausende moderne Elektronikhersteller setzen täglich auf Piezotechnologie in ihren Produkten, von Mobiltelefonen über musikalische Grußkarten bis hin zu Vibrationssensoren. Piezoelektrische Geräte sind zwar schon seit vielen Jahren weit verbreitet, doch die Einführung des Industrial Internet of Things (IIoT) hat den Piezosensor auch zu einem leistungsstarken Werkzeug für Wartungsteams gemacht. Zustandsüberwachung.

Ein Piezosensor sitzt an einer Maschine und misst beispielsweise Vibrationen, Druck, Beschleunigung oder Temperatur. Mit einem dieser Zustandsüberwachungssensoren können Wartungsteams Maschinenfehler erkennen und Datenanalysen durchführen.

Was ist Piezoelektrizität?

Piezosensoren basieren auf dem physikalischen Prinzip des piezoelektrischen Effekts. Der Begriff „piezoelektrisch“ leitet sich vom griechischen Wort „piezein“ ab, was „drücken“ oder „pressen“ bedeutet, und „piezo“, griechisch für „schieben“. Piezoelektrizität, auch Piezoeffekt genannt, lässt sich am besten anhand eines Flammenanzünders verstehen, der zum Entzünden eines Feuers in einem Gas- oder Holzkohlegrill verwendet wird.

Wenn Sie den Abzug betätigen und das harte Knacken hören, entsteht dieses Geräusch durch einen federbelasteten Hammer, der auf einen Quarzkristall oder ein künstliches piezoelektrisches Material trifft. Der Druck auf den Kristall erzeugt eine elektrische Ladung, die einen Funken auslöst, der das Gas entzündet und die Flamme erzeugt.

So funktioniert ein Piezosensor

Ein Piezosensor erzeugt den gleichen Piezoeffekt wie der Flammenzünder, das elektrische Signal wird jedoch von einem Datenerfassungssystem verarbeitet. Beispielsweise der Fluke 3563 Analyse Schwingungssensor speist Daten in das LIVE-Asset Portal ein, eine Art Kommandozentrale für die Zustandsüberwachung.

Im Allgemeinen nutzt ein Piezosensor den piezoelektrischen Effekt, um Dinge wie Vibration, Druck, Beschleunigung, Temperatur, Dehnung oder Kraftänderungen zu messen, indem er sie in eine elektrische Ladung umwandelt.

Der Schwingungssensor Fluke 3563 kombiniert einen Hochfrequenz-Piezosensor und aufschlussreiche Softwareanalysen, um Wartungsteams die Nutzung zu ermöglichen Schwingungsüberwachung an produktionskritischen Anlagen und analysieren kontinuierlich Schwingungsmessungen.  

Der Hammer/Erreger des Piezosensors Fluke 3563 wird durch Vibrationswellenformen ersetzt, die getrennt, gemessen und analysiert werden können. Alle Maschinen vibrieren und weisen eine bestimmte Vibrationssignatur auf, die konstant bleibt, bis ein Problem auftritt. Schwingungsanalyse wird verwendet, um den Vibrationsgrad von Maschinen zu überwachen und die Muster in den Signalen zu untersuchen, um Probleme frühzeitig zu erkennen.

Das Fluke 3563 Vibrationssensor Erfasst Daten und unterstützt Wartungsteams bei der Erkennung von Maschinenfehlern anhand von Schwingungsanalysen, darunter die vier häufigsten Fehlerursachen: Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerheit und Lagerschäden. Dank dieser Frühwarnung können Wartungsteams den Schweregrad von Fehlern erkennen und einschätzen sowie schnell handeln, um Maschinenausfälle und Ausfallzeiten zu vermeiden.

Kurz gesagt: Der Fluke 3563 Analyse-Vibrationssensor:

• Zustandsüberwachung von Maschinen ständig in festgelegten Intervallen
• Identifiziert einen bestimmten Fehler und das Element, das den Fehler verursacht
• Bestimmt das Ausmaß von Maschinenfehlern
• Ermöglicht Datenanalyse und schlägt nächste Schritte vor

Welche Branchen verwenden Piezo-Vibrationssensoren?

Es gibt verschiedene Arten von VibrationssensorenPiezoelektrische Vibrationssensoren kommen jedoch in vielen Branchen zum Einsatz, darunter in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie sowie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Hier sind einige Beispiele für den Einsatz piezoelektrischer Sensoren in verschiedenen Branchen.

Vibrationssensoren für die Fertigung

Hersteller sind auf den reibungslosen Betrieb ihrer Maschinen angewiesen, um Qualitätsprodukte herzustellen. Piezosensoren messen Vibrationen, die durch häufige Maschinenprobleme wie Unwucht oder Lagerschäden verursacht werden. Bleiben diese Probleme bestehen, können sie letztendlich zu einem Produktdefekt führen. Durch frühzeitige Fehlererkennung mithilfe eines Sensorsystems zur kontinuierlichen Schwingungsüberwachung können Produktdefekte vermieden werden. 

Vibrationssensoren für Lebensmittel und Getränke

Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung müssen regelmäßig desinfiziert werden, um mikrobielle Kontamination zu vermeiden und die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten. Piezosensoren sind robust und resistent gegen Korrosion, die durch den wiederholten Einsatz chemischer Reinigungsprodukte entsteht.

Vibrationssensoren für Luft- und Raumfahrt

Einige Unternehmen stellen Piezosensoren her, die in Flugzeugflügel integriert werden können, um Schwingungsänderungen und mögliche Materialschäden an den Flügeln frühzeitig zu erkennen, selbst wenn der Fehler bereits auftritt. Die durch die Flügeländerung verursachte Schwingungsänderung löst eine E-Mail-Benachrichtigung an einen Wartungstechniker aus. Dieser kann so datenbasierte Entscheidungen treffen und Sicherheitsbedenken sowie Flügelprobleme umgehend beheben.

Vibrationssensoren in medizinischen Geräten

Die Empfindlichkeit und der geringe Stromverbrauch von Piezosensoren erwiesen sich für verschiedene Unternehmen, die sie in medizinischen Anwendungen einsetzen, als nützlich. Beispielsweise verwenden einige Unternehmen einen Piezo-Vibrationssensor in einem Herzschrittmacher, um das körperliche Aktivitätsniveau einer Person zu überwachen und zu erfassen. Dadurch kann sich der Herzschrittmacher an eine Zunahme oder Abnahme der Bewegung anpassen.

Vibrationssensoren im Auto

Fahrzeuge sind mit Sensoren ausgestattet, darunter eine Vielzahl piezoelektrischer Sensoren. Ein Beispiel für ihre Anwendung ist die Erkennung von Hindernissen bei elektrischen Fenstern und Türen, beispielsweise einer Hand im Weg eines schließenden Fensters. Der Sensor erkennt die durch die Hand verursachte Belastung des automatischen Motors und kehrt die Fensterbewegung um, um Verletzungen zu vermeiden.

DIY Piezo-Vibrationssensor

Piezosensoren sind heutzutage nicht nur etwas für Profis. Mithilfe von Open-Source-Elektronikplattformen lassen sich Piezosensorprojekte im Eigenbau erstellen. Viele Studierende und Bastler bauen beispielsweise Arduino-Vibrationssensoren. Eine weitere interessante Quelle für Vibrationssensorprojekte ist Raspberry Pi, eine Stiftung, die junge Menschen mit günstigen Computern und kostenloser Software versorgt. Mit den Geräten können sie Dinge bauen, die den piezoelektrischen Effekt nutzen, wie zum Beispiel ein Erdbebenwarn-Seismometer, einen Eichhörnchendetektor oder ein LEGO-Klavier. 

Die Vorteile von Piezosensoren in der Instandhaltung

In der Wartungswelt piezoelektrische Zustandsüberwachung Sensoren gehören zu den am häufigsten verwendeten Gerätetypen, da sie über eine hohe Widerstandsfähigkeit und Vielseitigkeit verfügen und auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden können.

Durch die kontinuierliche Zustandsüberwachung einer Anlage können Wartungsteams manuelle Messungen mit tragbaren Schwingungsmessgeräten reduzieren. Außerdem können Techniker auf Vibrationsmessung Daten von überall aus mit einem mobilen Gerät abrufen.

Durch die frühzeitige Erkennung von Maschinenproblemen können Wartungsteams ungeplante Ausfallzeiten vermeiden und die Betriebszeit erhöhen. Dank Zustandsüberwachungssensoren können Wartungsmanager Wartungsaktivitäten präziser planen, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sicherstellen, die Produktivität steigern und die Maschinenlebensdauer verlängern. 

Wie erhöht ein Piezosensor die Sicherheit?

Der Piezo-Vibrationssensor Fluke 3563 ist klein und kann daher an schwer zugänglichen Stellen an Industriemaschinen angebracht werden. Techniker können Daten vom WLAN-Vibrationssensor fernempfangen, wodurch sich die Anzahl der Kontrollfahrten zur Anlage verringert und gefährliche Umgebungen vermieden werden. So bleibt ihnen mehr Zeit für andere wichtige Wartungsarbeiten.

Piezosensor zur Schwingungsüberwachung

Der Fluke 3563 Analyse-Schwingungssensor ist eines von vielen drahtlosen Schwingungsüberwachungsgeräten von Fluke Reliability. Die Einrichtung des Sensors ist schnell erledigt. Die Geräteinformationen werden in wenigen Minuten eingegeben, und Sie erhalten sofort Schwingungsdaten in Echtzeit.

Der Fluke 3563 Sensor überträgt Daten in das LIVE-Asset™ Portal. Die Anlagenverwaltungssoftware bietet Trenddiagramme und aussagekräftige Ansichten aller Ihrer Maschinen auf einem zentralen Dashboard. Dank umfassender Schwingungsmessungen kann Ihr Team datenbasierte Entscheidungen treffen.

Sind Sie bereit, ein Zustandsüberwachungsprogramm zu starten? Sprechen Sie mit einem Spezialisten.