Fragen zum Design eines Beschleunigungsmessers

Fünf Fragen, die Sie sich bei Messungen über 50 g stellen sollten.

TRENDBERICHT

Wenn Sie Produkte in rauen und anspruchsvollen Umgebungen erforschen, entwickeln und testen müssen, können Beschleunigungsmesser wertvolle Daten liefern. In einigen Branchen allerdings kann das Erfassen solcher Daten mit Herausforderungen verbunden sein – insbesondere, wenn bei einer hohen g-Kraft gemessen werden muss. Und weil der Nutzen eines Beschleunigungsmessers von der Genauigkeit seiner Messungen abhängt, sollten Sie sich überlegen, was seine Anwendung erschwert bzw. begünstigt, bevor Sie sich für einen bestimmten Beschleunigungsmesser entscheiden.

Was ist der voraussichtliche dynamische Bereich, in dem Sie messen oder testen?

FRAGE 1

Die Testergebnisse bei hoher g-Kraft sind mitunter schwer vorherzusagen – und auch bei der Bestimmung des notwendigen vollständigen Messbereichs des Sensors müssen oft viele Faktoren berücksichtigt werden.

Beim Einsatz eines Beschleunigungsmessers sollte genug Spielraum eingeplant werden, um sicherzustellen, dass die Testergebnisse brauchbar sind und der Messbereich nicht die FS-Ausgabe des Beschleunigungsmessers überschreitet. Wenn Sie dies versäumen und die g-Kraft über den oberen Grenzwerten des Beschleunigungsmessers liegt, kann es passieren, dass das Signal gekappt wird und damit die Testergebnisse wertlos sind.

Gemäß Best-Practice-Standards sollten Sie anstreben, dass die Ergebnisse in einem Bereich von 30 bis 40 % innerhalb des vollständigen Messbereichs des Sensors liegen und niemals weniger als 10 %.

Sind die Ergebnisse zu niedrig, kann dies die Messauflösung beeinträchtigen.

Was ist die Messbandbreite?

FRAGE 2

Die Messbandbreite, die Sie wählen, hängt von vielen Faktoren ab, insbesondere der Art des Tests und der Aufprallfläche.

Wenn Sie einen Fall auf eine weiche Unterlage messen möchten, ist eine enge Bandbreite möglicherweise vollkommen ausreichend. Bei Messungen von g-Spitzenkräften in Tests mit einer starken Aufprallwucht, z. B. bei Munition und Verkehrsunfällen, benötigen Sie eine größere Bandbreite.

Hier beginnt nun die Aufprallfläche eine Rolle zu spielen: die Resonanz bei einem stärkeren Aufprall von Metall auf Metall kann Beschleunigungsmesser mit höherer Bandbreite beschädigen.

Dies lässt sich durch den Einsatz gedämpfter Beschleunigungsmesser verhindern, die auch in derartigen Fällen genaue Messungen liefern.

Wie wird der Sensor während des Tests montiert?

FRAGE 3

Wie oben erwähnt, ist die Kenntnis der Anwendung hilfreich bei der Auswahl des benötigten Beschleunigungsmessers. Sie sollten aber auch wissen, wie der Beschleunigungsmesser montiert wird und wo er am besten platziert werden sollte.

Die Antworten auf diese Fragen tragen zur Auswahl von Bauweise und Testbedingungen bei.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte der Beschleunigungsmesser starr an der Apparatur montiert werden. Zwar ist es mit einigen Materialien, z. B. Cyanacrylat, möglich, einen Beschleunigungsmesser per Klebemontage an einer Vorrichtung anzubringen, aber die meisten Epoxyde und Klebstoffe sollten vermieden werden, weil sie wie eine zusätzliche Dämpfung wirken und Energie absorbieren, bevor der Beschleunigungsmesser diese erfassen kann.

Diese Art von „Polsterung“ kann die Testergebnisse verfälschen.

Unter welchen Bedingungen wird Ihr Test durchgeführt?

FRAGE 4

Alle Beschleunigungsmesser werden über einen bestimmten Temperaturbereich kompensiert. Deshalb müssen Sie Ihre Testbedingungen kennen, um genaue Messwerte zu erhalten.

Aber nicht nur die Umgebungstemperatur ist wichtig. Nicht nur die Temperatur der Vorrichtung, an der der Beschleunigungsmesser montiert ist, sondern alle anderen Umgebungsbedingungen sind auch von Bedeutung.

Bedingungen wie Feuchtigkeit, Schnee, Höhe und Wassertiefe spielen eine Rolle bei der Auswahl eines geeigneten Beschleunigungsmessers für die vorherrschenden Umgebungsbedingungen.

Ein weiterer, in diesem Fall nicht wetterbedingter Aspekt ist elektromagnetische Interferenz (EMI). Dies ist insbesondere dann relevant, wenn das Messgerät z. B. an großen Motoren in Industrieanlagen und in Formel 1-Rennanwendungen montiert wird.

Beschleunigungsmesser können durch einen Überspannungsschutz und eine interne Abschirmung vor EMI geschützt werden.

Egal welche Bedingungen tatsächlich herrschen, Sie sollten sich auf jeden Fall über deren Auswirkungen im Klaren sein und den dafür passenden Beschleunigungsmesser wählen. Denn in diesem Falle liegt das Risiko nicht darin, ungenaue Messergebnisse zu erhalten, sondern in einem Ausfall des Sensors.

Welche Messparameter benötigen Sie?

FRAGE 5

Auch wenn die Funktion eines Beschleunigungsmessers darin besteht, die Beschleunigung in g zu messen, können mit ihm auch Geschwindigkeit und Weg gemessen werden.

Wenn Sie einen dieser beiden Datenpunkte messen wollen, benötigen Sie ein DC-Gerät.

Auch wenn noch oftmals angenommen wird, dass sich mit einem piezoelektrischen Beschleunigungsmesser Geschwindigkeit und Weg messen lassen, wurde dies längst in mehreren Untersuchungen widerlegt. Dies liegt an den Eigenschaften des piezoelektrischen Kristalls sowie an der Zeit, die notwendig ist, um zu einem echten „0“-Messwert zurückzukehren.

Piezoelektrische Beschleunigungsmesser können verwendet werden, um den Spitzenwert der Beschleunigung zu ermitteln. Allerdings führt die inhärente Nullpunktverschiebung, die durch den piezoelektrischen Kristall verursacht wird, zu ungenauen Ergebnissen bei Geschwindigkeit und Weg, wenn die Ausgabedaten auf irgendeine Weise integriert werden.

Schlussfolgerung

Bei hohen g-Kräften ergeben sich für die Erfassung von Daten für Forschungs-, Entwicklungs- und Testzwecke ganz eigene Herausforderungen.

Ganz gleich, ob Sie vorhaben, Beschleunigungsmesser im Labor einzusetzen (für Messungen bei Stoß-, Aufprall- oder Falltests) oder im Feld (für Messungen bei Baumaschinen, Forstmaschinen, Fahrzeugcrashtests oder anderen Anwendungen), können Sie anhand dieser Fragen sicherstellen, dass Sie genaue, wiederholbare und lineare Ergebnisse erhalten.