Czujnik piezoelektryczny: definicja, zalety, sposób działania

Tysiące producentów nowoczesnej elektroniki codziennie sięga po technologię piezoelektryczną w swoich produktach, od telefonów komórkowych po muzyczne kartki z pozdrowieniami i czujniki wibracji. I chociaż urządzenia piezoelektryczne są szeroko stosowane od wielu lat, infuzja możliwości Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) sprawiła, że ​​czujnik piezoelektryczny stał się potężnym narzędziem, którego zespoły konserwacyjne mogą używać do monitorowanie stanu.

Czujnik piezoelektryczny znajduje się na maszynie i mierzy takie rzeczy jak wibracje, ciśnienie, przyspieszenie lub temperaturę. Po zainstalowaniu jednego z tych czujników monitorujących stan zespoły konserwacyjne mogą wychwytywać usterki maszyny i przeprowadzać analizę danych.

Czym jest piezoelektryczność?

Czujniki piezoelektryczne działają na zasadzie fizyki zwanej efektem piezoelektrycznym. Termin piezoelektryczny pochodzi od greckiego słowa „piezein”, które oznacza ściskać lub naciskać, i piezo, greckiego słowa oznaczającego „pchać”. Piezoelektryczność, zwaną również efektem piezo, można po prostu zrozumieć za pomocą zapalarki płomieniowej używanej do rozpalania ognia w grillu gazowym lub węglowym.

Kiedy naciskasz spust i słyszysz mocne trzaśnięcie, dźwięk ten powstaje, gdy sprężynowy młotek uderza w kryształ kwarcu lub sztuczny materiał piezoelektryczny. Nacisk na kryształ generuje ładunek elektryczny, powodując iskrę, która zapala gaz, tworząc płomień.

Jak działa czujnik piezoelektryczny

Czujnik piezoelektryczny wytwarza ten sam efekt piezoelektryczny co zapalnik płomienia, ale zamiast tego sygnał elektryczny jest przetwarzany przez system akwizycji danych. Na przykład Fluke 3563 Analysis Czujnik wibracji przesyła dane do portalu LIVE-Asset, który stanowi swoiste centrum dowodzenia służące do monitorowania stanu.

Ogólnie rzecz biorąc, czujnik piezoelektryczny wykorzystuje zjawisko piezoelektryczne do pomiaru takich wielkości jak drgania, ciśnienie, przyspieszenie, temperatura, odkształcenie lub zmiany siły, zamieniając je na ładunek elektryczny.

Czujnik drgań Fluke 3563 łączy w sobie czujnik piezoelektryczny o wysokiej częstotliwości i wnikliwą analizę oprogramowania, co pozwala zespołom konserwacyjnym na korzystanie z monitorowanie wibracji na zasobach o znaczeniu krytycznym dla produkcji i stale analizujemy pomiary drgań.  

Młotek/wzbudnik czujnika piezoelektrycznego Fluke 3563 jest zastąpiony przez przebiegi drgań, które można oddzielić, zmierzyć i przeanalizować. Wszystkie maszyny wibrują i mają określoną sygnaturę drgań, która pozostaje stała, dopóki nie pojawi się problem. Analiza drgań służy do monitorowania poziomu drgań maszyn i badania wzorców sygnałów w celu wczesnego wykrywania problemów.

Fluke 3563 czujnik drgań zbiera dane i pomaga zespołom konserwacyjnym wykrywać usterki maszyn na podstawie analizy drgań, w tym cztery główne usterki maszyn, którymi są niewyważenie, rozbieżność, luzy i uszkodzenia łożysk. To wczesne ostrzeżenie pozwala zespołom konserwacyjnym identyfikować i oceniać powagę usterek oraz działać szybko, aby uniknąć awarii maszyn i przestojów.

Krótko mówiąc, Fluke 3563 Analysis Vibration Sensor:

• Monitorowanie stanu maszyn odbywa się na bieżąco w ustalonych odstępach czasu
• Identyfikuje konkretną usterkę i element powodujący usterkę
• Określa zakres usterek maszyn
• Umożliwia analizę danych i sugeruje kolejne kroki

W jakich branżach wykorzystuje się czujniki wibracji piezoelektrycznych?

Istnieje wiele różnych rodzaje czujników drgań. Jednak wiele branż wykorzystuje piezoelektryczne czujniki drgań, w tym lotnictwo, urządzenia medyczne, motoryzacja oraz działalność związana z żywnością i napojami. Oto kilka przykładów, w jaki sposób różne sektory stosują czujniki piezoelektryczne.

Czujniki drgań do produkcji

Producenci produktów polegają na tym, że ich maszyny są sprawne i działają, aby wytwarzać produkty wysokiej jakości. Czujniki piezoelektryczne mierzą drgania spowodowane przez typowe problemy z maszynami, takie jak niewyważenie lub awaria łożysk. Jeśli te problemy będą się powtarzać, mogą ostatecznie doprowadzić do wady produktu. Dzięki wczesnemu wykrywaniu usterek za pomocą ciągłego systemu czujników monitorujących drgania możliwe jest uniknięcie wad produktu. 

Czujniki drgań dla Artykuły spożywcze i napoje

Maszyny używane do przetwarzania żywności muszą być często dezynfekowane, aby uniknąć skażenia mikrobiologicznego i zapewnić bezpieczeństwo żywności. Czujniki piezoelektryczne są wytrzymałe i odporne na korozję spowodowaną wielokrotnym użyciem środków chemicznych niezbędnych do czyszczenia maszyn.

Czujniki drgań dla Lotnictwo

Niektóre firmy produkują czujniki piezoelektryczne, które można osadzić w skrzydłach samolotów, aby wykryć zmiany wibracji i możliwe uszkodzenia materiału skrzydła na wczesnym etapie, nawet gdy usterka już występuje. Różnica w wibracjach spowodowana zmianą w skrzydle uruchamia powiadomienie e-mail wysyłane do specjalisty ds. konserwacji, umożliwiając mu podejmowanie decyzji opartych na danych i natychmiastowe rozwiązywanie problemów związanych z bezpieczeństwem i skrzydłami.

Czujniki drgań w urządzeniach medycznych

Czułość i niskie zużycie energii czujników piezoelektrycznych okazały się przydatne dla różnych firm, które wykorzystują je w zastosowaniach medycznych. Na przykład niektóre firmy wykorzystują czujnik wibracji piezoelektrycznych w rozruszniku serca, aby monitorować i wykrywać poziom aktywności fizycznej danej osoby, umożliwiając rozrusznikowi dostosowanie się do wzrostu lub spadku ruchu.

Czujniki drgań w samochodach

Pojazdy są wyposażone w czujniki, w tym różnorodne czujniki piezoelektryczne. Jednym z przykładów ich zastosowania jest wykrywanie przeszkód w elektrycznych oknach i drzwiach, takich jak ręka na drodze zamykania okna. Czujnik może rozpoznać obciążenie silnika automatycznego, które ręka powoduje, i odwróci działanie okna, unikając obrażeń ciała.

DIY Piezoelektryczny czujnik wibracji

Obecnie czujniki piezoelektryczne nie są już tylko dla profesjonalistów. Możliwe jest tworzenie projektów czujników piezoelektrycznych typu „zrób to sam” (DIY) przy użyciu platform elektronicznych typu open-source. Na przykład wielu studentów i majsterkowiczów tworzy czujniki wibracji Arduino. Innym ciekawym źródłem projektów czujników wibracji jest Raspberry Pi, fundacja dostarczająca młodym ludziom niedrogie komputery i darmowe oprogramowanie. Sprzęt pomaga im budować rzeczy wykorzystujące efekt piezoelektryczny, takie jak sejsmometr ostrzegający przed trzęsieniami ziemi, detektor wiewiórek lub pianino LEGO. 

Korzyści z czujników piezoelektrycznych w konserwacji

W świecie konserwacji piezoelektryczne monitorowanie stanu Czujniki stanowią jeden z najpowszechniej stosowanych typów urządzeń ze względu na ich wrodzoną odporność i wszechstronność, w tym możliwość działania w trudnych warunkach.

Ciągły monitoring stanu technicznego aktywów pozwala zespołom konserwacyjnym ograniczyć ręczne odczyty za pomocą przenośnych przyrządów do pomiaru drgań. Ponadto technicy mogą uzyskać dostęp pomiar drgań danych zdalnie, bez względu na to, gdzie się znajdują, przy użyciu urządzenia mobilnego.

Wczesne wykrywanie problemów z maszyną pomaga zespołom konserwacyjnym zapobiegać nieplanowanym przestojom i zwiększać czas sprawności. Czujniki monitorujące stan umożliwiają również kierownikom ds. konserwacji dokładniejsze planowanie i harmonogramowanie działań konserwacyjnych, zapewnianie dostępności części zamiennych, zwiększanie produktywności i wydłużanie żywotności maszyny. 

W jaki sposób czujnik piezoelektryczny zwiększa bezpieczeństwo?

Rozmiar piezoelektrycznego czujnika drgań Fluke 3563 jest niewielki, więc można go umieścić na maszynach przemysłowych w trudno dostępnych miejscach. Technicy mogą odbierać dane zdalnie z czujnika drgań Wi-Fi, co zmniejsza liczbę wizyt w celu sprawdzenia sprzętu i pozwala im unikać niebezpiecznych środowisk. Daje im to więcej czasu na skupienie się na innych ważnych pracach konserwacyjnych.

Czujnik piezoelektryczny do monitorowania drgań

Fluke 3563 Analysis Vibration Sensor jest jednym z wielu bezprzewodowych narzędzi do monitorowania drgań Fluke Reliability. Konfiguracja czujnika jest szybka. Wprowadzanie informacji o sprzęcie i rozpoczęcie odbierania danych o drganiach w czasie rzeczywistym zajmuje tylko kilka minut.

Czujnik Fluke 3563 przesyła strumieniowo dane do portalu LIVE-Asset™. Oprogramowanie do zarządzania zasobami zapewnia wykresy trendów i szczegółowe widoki wszystkich maszyn na jednym pulpicie. Dzięki bogatym pomiarom drgań Twój zespół może podejmować decyzje oparte na danych.

Jesteś gotowy uruchomić program monitorowania stanu? Porozmawiaj ze specjalistą.