Accelerometri

Gli accelerometri sono i sensori che misurano l’accelerazione, cioè quanto rapidamente cambia la velocità di un corpo, e sono lo strumento chiave per rilevare le vibrazioni. Una vibrazione è un movimento oscillatorio, un continuo accelerare e decelerare avanti e indietro, e proprio perché l’accelerometro misura l’accelerazione è il sensore ideale per catturarla. Il principio si basa su una massa sismica interna che, per inerzia, reagisce all’accelerazione del corpo a cui il sensore è fissato, e questa reazione viene convertita in un segnale elettrico proporzionale. Fissando un accelerometro su una macchina se ne misurano le vibrazioni, e dalle vibrazioni si ricavano informazioni preziose sul suo stato di salute. Capire come la massa sismica trasforma l’accelerazione in segnale, e perché questo permette di misurare le vibrazioni, aiuta a impiegare correttamente questi sensori.

Questa pagina spiega il principio della massa sismica, perché l’accelerometro è il sensore delle vibrazioni, e gli usi tipici nel monitoraggio delle macchine. È una guida per il tecnico di manutenzione e diagnostica.

Il principio della massa sismica

Il cuore di un accelerometro è una piccola massa, detta massa sismica, collegata al corpo del sensore tramite un elemento elastico e sensibile. Per il principio d’inerzia, quando il sensore viene accelerato la massa tende a restare ferma, e quindi si sposta rispetto al corpo del sensore di una quantità proporzionale all’accelerazione. Questo minuscolo spostamento, o la forza che ne deriva, viene convertito in un segnale elettrico. Nel tipo più diffuso, la massa preme su un elemento piezoelettrico, un materiale che genera una carica elettrica quando viene sollecitato: più forte è l’accelerazione, maggiore è la carica, quindi il segnale è direttamente proporzionale all’accelerazione. Esistono anche accelerometri che misurano lo spostamento della massa in modo capacitivo, molto usati nei sensori miniaturizzati. In tutti i casi il principio è lo stesso: sfruttare l’inerzia di una massa per trasformare l’accelerazione in un segnale misurabile. Poiché la vibrazione è un’accelerazione che cambia continuamente di segno, l’accelerometro ne segue fedelmente l’andamento, restituendo un segnale che riproduce la vibrazione nel tempo.

Perché misura le vibrazioni

Una vibrazione è un movimento oscillatorio ripetuto: un punto che vibra si sposta avanti e indietro molte volte al secondo, accelerando in un verso, fermandosi e accelerando nell’altro. Poiché questo è esattamente ciò che l’accelerometro misura, il sensore restituisce un segnale che riproduce l’ampiezza e la frequenza della vibrazione. L’ampiezza dice quanto è intensa la vibrazione, la frequenza quante oscillazioni al secondo avvengono. Questo è molto utile perché le vibrazioni di una macchina non sono casuali: ogni difetto meccanico produce vibrazioni con frequenze caratteristiche. Uno squilibrio, un disallineamento, un cuscinetto usurato o un ingranaggio danneggiato generano ciascuno una firma vibratoria riconoscibile. Misurando le vibrazioni con un accelerometro e analizzandone le frequenze si può quindi capire non solo che una macchina vibra troppo, ma spesso perché, individuando il difetto prima che porti a un guasto. È questo che rende l’accelerometro il sensore fondamentale della diagnostica delle macchine: non misura solo un movimento, ma fornisce la materia prima per capire lo stato di salute meccanico di ciò su cui è montato.

Grandezza	Cosa indica
Ampiezza	Intensità della vibrazione
Frequenza	Origine del difetto
Andamento nel tempo	Evoluzione dello stato macchina

Dove si usano

Gli accelerometri sono ovunque servano misurare vibrazioni o accelerazioni. Nella diagnostica delle macchine sono fissati su motori, pompe, ventilatori, cuscinetti e riduttori per misurarne le vibrazioni e sorvegliarne lo stato, alla base della manutenzione predittiva. Nelle prove sui prodotti misurano le sollecitazioni cui sono sottoposti durante l’uso o il trasporto. Nel monitoraggio delle strutture rilevano vibrazioni di ponti, edifici e impianti. Si trovano miniaturizzati in innumerevoli dispositivi per rilevare movimento e orientamento. La scelta dell’accelerometro dipende dal campo di frequenze e ampiezze da misurare, dalle condizioni ambientali e dal tipo di montaggio. Il fissaggio al punto di misura è decisivo, perché un montaggio non rigido falserebbe la misura delle vibrazioni ad alta frequenza. Insieme all’elettronica di acquisizione e analisi, l’accelerometro è il primo anello della catena di misura delle vibrazioni, e la sua corretta scelta e installazione determinano la qualità di tutta la diagnosi che ne segue. È un sensore piccolo ma centrale in tutta la manutenzione moderna.

• Misurano l’accelerazione tramite una massa sismica.
• La vibrazione è accelerazione che oscilla nel tempo.
• Ampiezza e frequenza rivelano intensità e origine.
• Ogni difetto meccanico ha una firma vibratoria.
• Il fissaggio rigido è decisivo per la misura.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili contano la scelta di un accelerometro adatto al campo di frequenze e ampiezze da misurare, un fissaggio rigido al punto di misura, e la corretta direzione di montaggio. Il fissaggio va curato perché un montaggio lasco o su superfici non rigide attenua e falsa le vibrazioni, specie ad alta frequenza. Il punto di misura va scelto vicino alla sorgente delle vibrazioni, ad esempio sui supporti dei cuscinetti. Il sensore va protetto da temperature e ambienti fuori dalle sue specifiche, e il cavo va tenuto stabile per non introdurre disturbi. Va rispettato il campo di misura per non saturare il segnale. Documentare tipo di sensore, punto e direzione di misura rende le misure confrontabili nel tempo. Grazie al principio della massa sismica, gli accelerometri convertono fedelmente l’accelerazione e le vibrazioni in un segnale, e sono i sensori fondamentali della misura delle vibrazioni e della diagnostica dello stato delle macchine.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Sensori di rotazione e vibrazione del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato all’analisi in frequenza e diagnosi FFT. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo gli strumenti per vibrazioni fanno capo agli strumenti per misura di vibrazioni e stato macchine, nella famiglia sensori di processo. Se devi misurare le vibrazioni di una macchina, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.