Messverstärker für Vibrationssensoren

Messverstärker für Vibrationssensoren und Schwingungsüberwachung

Messverstärker für Vibrationssensoren übernehmen die Versorgung und Signalaufbereitung von piezoelektrischen Schwingungsaufnehmern und IEPE-Sensoren. Sie stellen die gemessenen Vibrationssignale für die weitere Auswertung, Maschinenüberwachung oder Übertragung an Steuerungs- und Datenerfassungssysteme bereit.

IEPE-Vibrationssensoren benötigen eine Konstantstromversorgung. Das eigentliche Wechselspannungssignal des Sensors wird dabei auf eine Gleichspannung aufmoduliert. Ein geeigneter Messverstärker stellt die notwendige Sensorversorgung bereit, trennt das dynamische Messsignal von der Versorgungsspannung und bereitet es für die weitere Verarbeitung auf.

Die Messverstärker von Althen bieten je nach Ausführung zusätzliche Funktionen wie einstellbare Verstärkung, Hoch- und Tiefpassfilter, Effektiv- und Spitzenwertberechnung sowie die Integration von Beschleunigung zu Schwinggeschwindigkeit oder Schwingweg. Für die kontinuierliche Maschinenüberwachung stehen außerdem Geräte mit Grenzwertüberwachung, Relaisausgängen und Frequenzanalyse zur Verfügung.

Neben klassischen Analogausgängen wie 0–10 V, 4–20 mA und AC-Signalausgängen umfasst das Portfolio auch digitale Lösungen mit RS-485, USB sowie industriellen Kommunikationsprotokollen wie Modbus, OPC UA und MQTT. Damit lassen sich bestehende IEPE-Sensoren auch in moderne SPS-, Condition-Monitoring-, Edge- und IoT-Systeme integrieren.

Flexible Signalaufbereitung für Schwingungsmessung und Condition Monitoring

Die Messverstärker für Vibrationssensoren von Althen ermöglichen sowohl klassische dynamische Messungen als auch die kontinuierliche Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen.

Worauf Sie bei der Auswahl eines Messverstärkers für Vibrationssensoren achten sollten

1. Sensortyp und Ausgangssignal bestimmen
Zunächst muss der Messverstärker zum verwendeten Vibrationssensor passen. Die Geräte dieser Kategorie sind insbesondere für piezoelektrische Sensoren mit IEPE-Ausgang ausgelegt.

Neben Beschleunigungsaufnehmern können bestimmte Verstärker auch mit anderen IEPE-kompatiblen Sensoren verwendet werden, beispielsweise dynamischen Kraft- oder Drucksensoren sowie IEPE-Mikrofonen.

2. IEPE-Sensorversorgung berücksichtigen
IEPE-Sensoren benötigen eine Konstantstromversorgung. Bei der Auswahl muss deshalb geprüft werden, ob Strom und Versorgungsspannung des Messverstärkers zum angeschlossenen Sensor passen.

Die Althen-Verstärker übernehmen diese Sensorversorgung direkt und vereinfachen damit den Aufbau der Messkette.

3. Gewünschte Schwinggröße festlegen
Ein Beschleunigungssensor misst zunächst die Schwingbeschleunigung. Durch Integration des Messsignals können daraus weitere Schwinggrößen ermittelt werden:

• Schwingbeschleunigung
• Schwinggeschwindigkeit
• Schwingweg

Welche Größe relevant ist, hängt von der Maschine und der jeweiligen Überwachungsaufgabe ab.

4. Frequenzbereich der Anwendung berücksichtigen
Der erforderliche Frequenzbereich hängt davon ab, welche Schwingungsphänomene untersucht werden sollen.

Für die allgemeine Zustandsüberwachung rotierender Maschinen sind häufig niedrigere Frequenzbereiche relevant. Lagerdiagnosen und andere dynamische Untersuchungen können dagegen deutlich höhere Frequenzen erfordern.

Messverstärker mit einstellbaren Hoch- und Tiefpassfiltern ermöglichen eine gezielte Anpassung an den gewünschten Frequenzbereich.

5. Zeit- oder Frequenzanalyse auswählen
Für eine einfache Überwachung des gesamten Schwingungspegels sind Kennwerte wie Effektivwert, Spitzenwert oder Spitze-Spitze-Wert häufig ausreichend.

Soll dagegen erkannt werden, bei welchen Frequenzen bestimmte Schwingungen auftreten, ist eine Frequenzanalyse erforderlich. Der VIB-M14 bietet beispielsweise eine FFT-Analyse mit frei definierbaren Alarmbereichen und ermöglicht damit eine frequenzselektive Maschinenüberwachung.

6. Benötigtes Ausgangssignal auswählen
Für die Weiterverarbeitung stehen je nach Verstärker unterschiedliche Ausgangssignale zur Verfügung.

Typische Varianten sind:

• 0–10 V
• 4–20 mA
• AC-Signalausgang
• RS-485
• USB
• digitale Netzwerkprotokolle

Für die klassische SPS-Anbindung eignet sich beispielsweise ein 4–20-mA-Signal. Für Schwingungsanalysatoren oder Oszilloskope kann das dynamische AC-Signal erforderlich sein.

7. Anbindung an SPS, SCADA oder IoT berücksichtigen
Soll die Schwingungsmessung in ein übergeordnetes Überwachungssystem integriert werden, muss die gewünschte Kommunikationsschnittstelle berücksichtigt werden.

Digitale Schnittstellenadapter ermöglichen beispielsweise die Weitergabe von Vibrationsdaten über Modbus, OPC UA oder MQTT. Damit können bestehende analoge IEPE-Sensoren ohne Sensorwechsel in moderne Automatisierungs-, Cloud- und Condition-Monitoring-Systeme eingebunden werden.

8. Grenzwert- und Alarmfunktionen festlegen
Für eine kontinuierliche Maschinenüberwachung sind Warn- und Alarmfunktionen besonders wichtig.

Je nach Gerät können Grenzwerte definiert und bei deren Überschreitung Relais geschaltet werden. Damit lassen sich Warnmeldungen auslösen oder Maschinen bei kritischen Schwingungszuständen automatisch abschalten.

9. Diagnosefunktionen berücksichtigen
Eine Überwachung der Sensorverbindung erhöht die Betriebssicherheit. Verschiedene Messverstärker erkennen beispielsweise Kabelbruch oder Kurzschluss am Sensor.

Bei komplexeren Überwachungssystemen können zusätzlich Kennwerte wie Crest-Faktor, Frequenzspektren oder weitere Vibrationsmetriken ausgewertet werden.

10. Einzel- oder Mehrkanalsystem planen
Für einzelne Messstellen stehen kompakte Einkanalgeräte zur Verfügung. Sollen mehrere Sensoren gleichzeitig erfasst werden, können modulare Verstärker miteinander kombiniert werden.

Dadurch lassen sich auch größere Vielkanal-Messsysteme für Prüfstände, Laboranwendungen oder die Maschinenüberwachung aufbauen.

11. Montage und Einbauort berücksichtigen
Für industrielle Anwendungen stehen kompakte Verstärkermodule zur Montage auf 35-mm-DIN-Schienen zur Verfügung. Modulare Systeme ermöglichen eine platzsparende Installation mehrerer Messkanäle nebeneinander.

Bei der Auswahl sollten neben dem verfügbaren Bauraum auch Versorgungsspannung, Verkabelung und die Nähe zum Sensor berücksichtigt werden.

Unser technisches Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Auswahl von Vibrationssensor, IEPE-Versorgung, Frequenzbereich, Signalaufbereitung und Schnittstelle für Ihre Anwendung. Kontakt zum Vertriebsteam

Typische Anwendungen für Messverstärker und Schwingungsüberwachung

Messverstärker für Vibrationssensoren werden überall dort eingesetzt, wo dynamische Sensorsignale zuverlässig aufbereitet, analysiert oder kontinuierlich überwacht werden sollen.

Typische Anwendungen sind:

• Condition Monitoring
• Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen
• Predictive Maintenance
• Überwachung rotierender Maschinen
• Wälzlager- und Lagerüberwachung
• Pumpenüberwachung
• Kompressorüberwachung
• Ventilatoren und Gebläse
• Zentrifugen
• Rührwerke und Mühlen
• Motoren und Antriebe
• Prozessüberwachung
• Maschinen- und Anlagenbau
• Prüfstände und Testsysteme
• Qualitätskontrolle in der Produktion
• Schwingungsanalyse im Labor
• dynamische Kraft- und Druckmessungen mit IEPE-Sensoren
• Schallmessungen mit IEPE-Mikrofonen
• SPS- und DCS-basierte Maschinenüberwachung
• SCADA- und Cloud-Monitoring
• IoT-basierte Zustandsüberwachung

Durch unterschiedliche Verstärker-, Filter-, Analyse- und Schnittstellenfunktionen können die Geräte sowohl für klassische Messaufgaben als auch für die dauerhafte automatisierte Zustandsüberwachung eingesetzt werden.