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 Bestandteil in der Maschinenwartung 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 denselben piezoelektrischen Effekt wie ein Flammenzünder, jedoch wird das elektrische Signal stattdessen von einem Datenerfassungssystem verarbeitet. Zum Beispiel Azima Accel 310™ drahtlose Vibrationssensoren Die Daten werden in das LIVE-Asset-Portal eingespeist, 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.
Die drahtlosen Vibrationssensoren Azima Accel 310™ kombinieren einen Hochfrequenz-Piezosensor mit aussagekräftiger Softwareanalyse, um Wartungsteams die Nutzung zu ermöglichen Schwingungsüberwachung an produktionskritischen Anlagen und analysieren kontinuierlich Schwingungsmessungen.
Die drahtlosen Vibrationssensoren Azima Accel 310™ kombinieren einen Hochfrequenz-Piezosensor und ermöglichen die separate Messung und Analyse der Vibrationen. Alle Maschinen vibrieren und weisen ein spezifisches Vibrationsmuster auf, das bis zum Auftreten eines Problems konstant bleibt. Schwingungsanalyse wird verwendet, um den Vibrationsgrad von Maschinen zu überwachen und die Muster in den Signalen zu untersuchen, um Probleme frühzeitig zu erkennen.
Die Azima Accel 310™ drahtlose Vibrationssensoren Das System sammelt Daten und unterstützt Wartungsteams bei der Erkennung von Maschinenfehlern mittels Schwingungsanalyse. Dazu gehören die vier häufigsten Maschinenfehler: Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerung und Lagerschäden. Diese Frühwarnung ermöglicht es den Wartungsteams, Fehler zu identifizieren, deren Schweregrad zu bewerten und schnell zu handeln, um Maschinenausfälle und Stillstandszeiten zu vermeiden.
Kurz gesagt, die Azima Accel 310™ drahtlose Vibrationssensoren:
- Überwacht den Maschinenzustand kontinuierlich in festgelegten Intervallen
- Erkennt spezifische Fehlerquellen und identifiziert das betroffene Bauteil
- Bewertet den Schweregrad von Maschinenfehlern zuverlässig
- Ermöglicht fundierte Datenanalysen und empfiehlt gezielte nächste Schritte
Welche Branchen verwenden Piezo-Vibrationssensoren?
Es gibt verschiedene Arten von Vibrationssensoren. Piezoelektrische Vibrationssensoren werden jedoch besonders häufig eingesetzt, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie sowie in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für den Einsatz piezoelektrischer Sensoren in unterschiedlichen 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 Unwuchten oder Lagerschäden verursacht werden. Bleiben diese Probleme bestehen, können sie letztendlich zu einem Ausfall führen. Durch die frühzeitige Fehlererkennung mittels eines Sensorsystems zur kontinuierlichen Schwingungsüberwachung lassen sich solche ungeplanten Ausfälle und Produktionsstillstände vermeiden.
Vibrationssensoren für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Einige Unternehmen entwickeln Piezosensoren, die direkt in die Tragflächen von Flugzeugen integriert werden können. Diese Sensoren erkennen frühzeitig Veränderungen im Schwingungsverhalten und mögliche Materialschäden, und dies bereits unmittelbar bei Auftreten des Fehlers. Wird eine signifikante Schwingungsabweichung festgestellt, generiert das System automatisch eine E-Mail-Benachrichtigung an das Wartungsteam. So können Techniker fundierte, datenbasierte Entscheidungen treffen und potenzielle Sicherheitsrisiken sowie strukturelle Probleme an der Tragfläche schnell beheben.
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.
Sie zeichnen sich durch hohe Widerstandsfähigkeit und Vielseitigkeit aus und sind auch in rauen Umgebungen zuverlässig einsetzbar.
Durch die frühzeitige Erkennung von Maschinenproblemen lassen sich ungeplante Ausfallzeiten vermeiden und die Betriebszeit deutlich erhöhen. Mithilfe von Zustandsüberwachungssensoren können Wartungsmanager Instandhaltungsmaßnahmen gezielter planen, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sicherstellen, die Produktivität steigern und die Lebensdauer der Maschinen verlängern.
Wie erhöht ein Piezosensor die Sicherheit?
Der piezoelektrische Schwingungssensor Azima Accel 310™ ist kompakt und lässt sich daher auch an schwer zugänglichen Stellen von Industriemaschinen anbringen. Techniker können die Daten per WLAN-Verbindung vom Sensor empfangen, wodurch sich die Anzahl der Kontrollfahrten reduziert und sie von Gefahrenbereichen ferngehalten werden. So bleibt ihnen mehr Zeit für andere wichtige Wartungsarbeiten.
Piezosensor zur Schwingungsüberwachung
Die drahtlosen Schwingungssensoren Azima Accel 310™ gehören zu den zahlreichen drahtlosen Schwingungsüberwachungswerkzeugen von Fluke Reliability. Die Einrichtung der Sensoren ist schnell. In nur wenigen Minuten können Sie die Geräteinformationen eingeben und Schwingungsdaten in Echtzeit empfangen.
Die drahtlosen Vibrationssensoren Azima Accel 310™ übertragen Daten an das LIVE-Asset™ Portal. Die Anlagenmanagement-Software bietet Trenddiagramme und aussagekräftige Ansichten all Ihrer Maschinen auf einem einzigen Dashboard. Dank detaillierter Vibrationsmessungen kann Ihr Team datenbasierte Entscheidungen treffen.
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