Guide complet d'analyse et d'application pour les systèmes d'accéléromètres piézoélectriques Vibro-Meter

Introduction : Le rôle central de la surveillance des vibrations et de la technologie de détection piézoélectrique dans l'industrie moderne

Dans les systèmes industriels modernes, la surveillance de l'état et la prévision des pannes des équipements mécaniques sont devenues essentielles pour garantir la sécurité de la production et améliorer l'efficacité opérationnelle. Les machines tournantes telles que les turbines, les compresseurs et les générateurs, en particulier, présentent des caractéristiques de vibration qui reflètent directement la santé opérationnelle de l'équipement. La technologie de surveillance des vibrations détecte et analyse les signaux de vibrations mécaniques pour identifier les premiers signes de déséquilibre, de désalignement, d'usure des roulements, de défauts d'engrenages et d'autres problèmes, évitant ainsi les pannes catastrophiques et permettant une maintenance prédictive.

Parmi les diverses technologies de capteurs de vibrations, les accéléromètres piézoélectriques sont devenus les dispositifs de détection les plus largement utilisés dans la surveillance des vibrations industrielles en raison de leurs avantages uniques en termes de performances. Vibro-Meter SA de Suisse, en tant que fournisseur technique spécialisé dans ce domaine, propose ses systèmes d'accéléromètres piézoélectriques des séries CA XXX et CE XXX. Connus pour leur grande fiabilité, leur adaptabilité sur une large plage de températures et leur aptitude à être utilisés dans des atmosphères potentiellement explosives, ces systèmes sont largement utilisés dans des industries mondiales critiques telles que l’énergie, les produits chimiques, l’aviation et la marine.

Basé sur le « Manuel d'instructions pour les accéléromètres piézoélectriques série CA XXX/CE XXX » (édition 4) publié par Vibro-Meter, cet article analyse systématiquement les principes techniques, les classifications de modèles, les spécifications d'installation, les exigences de sécurité et les pratiques d'application de cette série de produits. L’objectif est de fournir une référence technique complète et approfondie au personnel d’ingénierie et technique, soutenant la conception optimale et le fonctionnement fiable des systèmes de surveillance des vibrations des équipements industriels.

Chapitre 1 : Principes techniques des accéléromètres piézoélectriques et du système de produits vibro-mètres

1.1 Principe de mesure de l’effet piézoélectrique et de l’accélération

La base physique principale d'un accéléromètre piézoélectrique est l'effet piézoélectrique, un phénomène physique dans lequel certains matériaux cristallins (tels que le quartz ou la céramique) génèrent une charge électrique lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique. Les accéléromètres Vibro-Meter utilisent des conceptions structurelles de type compression ou cisaillement, assemblant avec précision des éléments cristallins piézoélectriques avec une masse inertielle. Lorsque le capteur vibre avec l'objet mesuré, la masse inertielle applique une contrainte périodique au cristal piézoélectrique, générant un signal de charge proportionnel à l'accélération.

Comme le montrent les figures 1 à 4 et 1 à 5 du manuel, dans la structure de type compression, les cellules cristallines sont soumises à une force de compression le long de l'axe sensible, tandis que dans la structure de type cisaillement, elles sont soumises à une force de cisaillement. Les deux structures ont leurs avantages : les types à compression offrent généralement une rigidité et une fréquence de résonance plus élevées, adaptées aux mesures à haute fréquence ; les types de cisaillement sont moins sensibles à la déformation de base et aux variations de température, offrant une meilleure adaptabilité à l'environnement.

La plage de réponse en fréquence des accéléromètres piézoélectriques va généralement de 3 Hz à plus de 20 kHz, couvrant les caractéristiques de fréquence de vibration de la plupart des machines tournantes industrielles. Leur plage de températures de fonctionnement peut aller de -196°C à +620°C, une caractéristique qui leur permet de fonctionner de manière fiable dans des environnements à températures extrêmes, comme à proximité de sources de chaleur dans des turbines à gaz ou sur des équipements de pompage cryogénique.

1.2 Système de classification des produits de l’accéléromètre vibro-mètre

Vibro-Meter classe ses systèmes d'accéléromètres piézoélectriques en trois classes principales, basées sur la méthode d'intégration de l'électronique de conditionnement du signal avec la tête de détection :

1.2.1 Accéléromètres avec conditionneur électronique séparé (série CA)
Ces accéléromètres (par exemple, CA 134, CA 135, CA 136, CA 201, CA 216, CA 902, CA 905) contiennent uniquement l'élément de détection piézoélectrique, émettant un signal de charge proportionnel à l'accélération (sensibilité généralement exprimée en pC/g). Le signal de charge est transmis via un câble dédié à faible bruit à un convertisseur de charge séparé (par exemple, série IPC XXX), où il est converti en un signal modulé en courant. Le principal avantage de cette conception est que la tête de détection peut résister à des environnements à très haute ou très basse température (de -54°C à +620°C, selon le modèle spécifique), ce qui la rend adaptée aux points de mesure proches de sources de chaleur ou de froid.

1.2.2 Accéléromètres avec conditionneur électronique attaché (séries CE 134/136)
Ces accéléromètres comportent le conditionneur électronique sous la forme d'un module séparé fixé à l'extrémité du câble de la tête de détection (non intégré dans le même boîtier). Le signal de charge est converti en un signal modulé en courant dans le conditionneur connecté. Cette conception équilibre l'adaptabilité de la température et la simplification du système : la tête de détection peut fonctionner dans des environnements de -70°C à +350°C (CE 134) ou de -54°C à +260°C (CE 136), tandis que le conditionneur électronique fonctionne entre -30°C et +100°C.

1.2.3 Accéléromètres avec conditionneur électronique intégré (série CE 310)
Ces accéléromètres ont un circuit de conditionnement électronique entièrement intégré dans le boîtier de la tête de détection, produisant directement un signal modulé en courant et éliminant le besoin d'un convertisseur de charge externe. Ils offrent la structure la plus compacte et l'installation la plus simple, mais leur plage de température de fonctionnement est limitée par l'électronique interne : -30°C à +150°C pour la version standard et -30°C à +100°C pour la version antidéflagrante.

1.3 Guide de sélection du modèle : équilibrage de la température et de la fréquence

Les figures 1-1 à 1-3 du manuel fournissent des conseils de sélection détaillés, montrant les plages de température de fonctionnement et les caractéristiques de réponse en fréquence des différents modèles. La sélection nécessite un examen approfondi de :

1. Température du point de mesure : la résistance à la température varie considérablement d’un modèle à l’autre. Par exemple, le CA 905 peut résister jusqu'à 620°C, tandis que la norme CE 310 est limitée à 150°C.

2. Plage de fréquence de vibration : tous les accéléromètres piézoélectriques couvrent la plage de base de 3 Hz à 20 kHz, mais différents modèles présentent des variations de fréquence de résonance et d'intervalles de réponse linéaires.

3. Conditions environnementales : Présence d'atmosphères potentiellement explosives (nécessitant des versions Ex i), humidité, corrosivité, etc.

4. Contraintes d'espace d'installation : Le type incorporé est le plus compact ; le type séparé nécessite un espace supplémentaire pour le convertisseur de charge.

5. Distance de transmission du signal : les signaux modulés en courant (basés sur le principe 4-20 mA) peuvent être transmis sur 1 000 mètres sans distorsion significative, ce qui les rend idéaux pour les grands sites industriels.

Chapitre 2 : Architecture du système de chaîne de mesure et technologie de transmission du signal

2.1 Composition d'un système complet de surveillance des vibrations

Une chaîne de mesure de vibrations Vibro-Meter est un système complet pour l'acquisition, le conditionnement, la transmission et le traitement du signal, généralement composé des composants suivants :

1. Tête de détection d'accéléromètre : convertit les vibrations mécaniques en un signal de charge brut.

2. Câble de connexion : câble coaxial à faible bruit ; certains modèles sont livrés avec une gaine tressée en acier inoxydable (type BOA) pour la protection mécanique.

3. Conditionneur de signaux :

• Convertisseur de charge (IPC XXX) : convertit le signal de charge en un signal modulé en courant.

• Ou circuit de conditionnement incorporé/attaché : effectue directement la conversion du signal.

4. Câble de transmission : câble blindé à deux conducteurs (série K 2XX) pour transmettre le signal modulé en courant.

5. Unité de séparation galvanique (GSI XXX) : élimine les interférences de boucle de terre, fournit une alimentation sûre au frontal et convertit le signal de courant en signal de tension.

6. Système de traitement électronique : tel que les systèmes de surveillance MMS ou VM 600 de Vibro-Meter, pour l'analyse des signaux, les alarmes et l'enregistrement.

2.2 Avantages de la technologie de conversion et de transmission du signal

La sortie brute d'un accéléromètre piézoélectrique est un signal de charge à haute impédance, très sensible à la capacité du câble, aux interférences électromagnétiques et aux boucles de masse. Le système Vibro-Meter résout ces problèmes grâce à une conversion en deux étapes :

Première étape : conversion de la charge en courant

• Effectué dans le convertisseur de charge (IPC) ou le conditionneur incorporé.

• Utilise la technologie de modulation actuelle (similaire au principe de l'émetteur 4-20 mA).

• Le taux de conversion est généralement de 4 mA correspondant à 0 g et de 20 mA à une accélération à pleine échelle.

Deuxième étape : conversion courant-tension

• Réalisé dans l'unité de séparation galvanique (GSI).

• Fournit également une alimentation en boucle à deux fils (généralement 24 V CC).

• Émet un signal de tension qui peut être directement connecté aux automates, aux DCS ou aux systèmes de surveillance dédiés.

Avantages de cette architecture de conversion en deux étapes :

• Forte immunité au bruit : les signaux actuels sont insensibles aux interférences électromagnétiques.

• Longue distance de transmission : peut dépasser 1 000 mètres sans dégradation significative du signal.

• Câblage simplifié : seul un câble à deux conducteurs est nécessaire pour le signal et l'alimentation.

• Sécurité intrinsèque : Convient aux atmosphères potentiellement explosives (lorsqu'il est utilisé avec des barrières certifiées).

2.3 Quatre configurations typiques de chaîne de mesure

Le chapitre 2 du manuel détaille quatre configurations typiques :

2.3.1 Accéléromètre avec connecteur + conditionneur électronique séparé
Convient aux modèles comme CA 902, CA 905, CA 135 et certaines versions CA 134/136. L'accéléromètre dispose d'un connecteur 7/16'-27 UNS-2A et nécessite un câble de connexion dédié. Le convertisseur de charge est logé dans un boîtier en polyester étanche, avec des presse-étoupes assurant l'indice de protection.

2.3.2 Accéléromètre avec câble intégré + conditionneur électronique séparé
Convient aux modèles comme CA 201, CA 216 et certaines versions CA 134/136. L'accéléromètre est connecté en usine avec un câble à faible bruit doté d'une gaine BOA, qui se connecte directement au convertisseur de charge. Cela simplifie l'installation sur le terrain et réduit le risque de défaillance des points de connexion.

2.3.3 Accéléromètre avec conditionneur électronique attaché.
Convient pour CE 134 et CE 136. Le conditionneur est fixé à l'extrémité du câble et n'est pas détachable de la tête de détection. Le câble est soudé aux deux boîtiers, assurant résistance mécanique et étanchéité.

2.3.4 Accéléromètre avec conditionneur électronique intégré
Convient pour CE 310. Le circuit de conditionnement est entièrement intégré dans la tête de détection et une boîte de jonction (JB XXX) est utilisée pour connecter le câble de transmission. Cela offre la structure la plus compacte et l’installation la plus simple.

Chapitre 3 : Techniques d'installation et considérations mécaniques

3.1 Principes de sélection de l'emplacement d'installation

Le choix du bon emplacement d’installation est fondamental pour obtenir des données de vibration précises. Manuel La figure 4-1 illustre les points de montage recommandés :

1. Aussi près que possible des roulements : les roulements constituent le point de connexion entre le rotor et le stator, reflétant au mieux l'état vibratoire de la machine.

2. Sur des pièces structurelles rigides : éviter le montage sur des carters de machines ou des structures dont la rigidité est insuffisante, car celles-ci peuvent présenter des résonances locales qui amplifient ou atténuent les vibrations réelles.

3. Accessibilité et sécurité : équilibrez les besoins de mesure avec la commodité de maintenance et assurez une installation et un retrait en toute sécurité.

4. Facteurs environnementaux : Tenez compte de la température, de la corrosion, des interférences électromagnétiques, etc.

3.2 Exigences de préparation de la surface de montage

Une bonne préparation de la surface est cruciale pour la précision des mesures :

1. Planéité de la surface : à moins de 0,01 mm (Figures manuelles 5-2, 6-2, 7-2).

2. Rugosité de surface : grade N7 ou supérieur.

3. Perpendiculaire à l'axe sensible : la surface de montage doit être perpendiculaire à l'axe sensible de l'accéléromètre.

4. Propreté : Exempt d’huile, de rouille, de revêtements, etc.

Étapes d'usinage spécifiques (en prenant comme exemple le CA 201) :

• Marquez les positions des quatre trous filetés à l'emplacement choisi.

• Percez quatre trous : 4,8 mm de diamètre et 20 mm de profondeur.

• Taraudez les filetages M6 jusqu'à une profondeur de 14 mm.

• Préparez les vis à tête creuse hexagonale M6 x 35 et les rondelles de blocage à ressort.

• Appliquez de l'adhésif de verrouillage LOCTITE 241 sur les vis.

• Serrez à l'aide d'une clé dynamométrique ne dépassant pas 15 Nm.

3.3 Influence de la méthode de montage sur la précision des mesures

Le chapitre 3 du manuel analyse systématiquement l'influence des différentes méthodes de montage sur la réponse en fréquence, en faisant référence à la norme ISO 5348 :

3.3.1 Montage fileté (optimal)

• Utilisez les valeurs de couple recommandées par le fabricant (généralement 2 à 15 Nm, selon le modèle).

• Fournit la plage de fréquences effective la plus large (jusqu'à 30 kHz).

• Distorsion de phase minimale.

3.3.2 Montage adhésif

• Ciment cyanoacrylate de méthyle : Maximum 80°C, réponse en fréquence acceptable.

• Ruban adhésif double face : Maximum 95°C, réponse en fréquence limitée, surtout avec du ruban épais.

• Film de cire d'abeille : Maximum 40°C, adapté uniquement aux mesures temporaires basse fréquence.

3.3.3 Autres méthodes de montage temporaire

• Base magnétique : Maximum 150°C, réponse en fréquence très limitée.

• Sonde portative : convient uniquement aux contrôles grossiers, la réponse en fréquence descend en dessous de 2 kHz.

La figure 3-1 montre quantitativement l'erreur d'amplitude et le déphasage provoqués par différentes méthodes de montage. Pour des mesures précises et une comparaison des données provenant de plusieurs points, des méthodes de montage cohérentes sont essentielles.

3.4 Spécifications d'acheminement des câbles

Un acheminement incorrect des câbles peut introduire du bruit et une distorsion du signal :

1. Rayon de courbure minimum : pas moins de 50 mm.

2. Espacement de fixation : utilisez des clips tous les 100 à 200 mm.

3. Évitez les contraintes : le câble doit sortir du plan de vibration et non directement du capteur (Figure 3-8).

4. Tenir à l'écart des sources d'interférences : évitez de courir en parallèle avec des câbles haute tension ou des lignes de transmission haute fréquence.

5. Protection mécanique : Utiliser un conduit flexible en acier inoxydable KS 106 dans les zones sujettes aux dommages.

3.5 Points clés pour l'installation des unités électroniques

Convertisseur de charges (IPC) :

• Doit être installé dans un endroit avec peu ou pas de vibrations.

• Plage de température ambiante : -25°C à +70°C.

• Généralement installé dans un boîtier industriel ABA 160 avec indice de protection IP65.

Unité de séparation galvanique (GSI) :

• Plage de température ambiante : 0°C à +55°C.

• Généralement installé sur un rail DIN à l'intérieur d'une armoire.

• Un kit de montage dédié est disponible (équerre, patte de positionnement, vis de fixation M4).

Boîte de jonction (JB) :

• Plage de température ambiante : -20°C à +90°C.

• Indice de protection IP65.

• Utilisé pour la transition de câble pour les accéléromètres intégrés comme le CE 310.

Chapitre 4 : Connexions électriques et techniques de mise à la terre

4.1 Techniques de connexion des câbles

Des connexions électriques correctes sont essentielles pour garantir la qualité du signal et la fiabilité du système :

4.1.1 Étapes générales de connexion

1. Dénudez l’isolant du câble si nécessaire (généralement 4 à 6 mm).

2. Acheminez le câble à travers le presse-étoupe jusqu'au boîtier.

3. Connectez-vous au bornier correspondant.

4. Installer le circlip Ø8 pour éviter le glissement du câble.

5. Serrez le presse-étoupe pour assurer l'étanchéité.

4.1.2 Détails d'installation du presse-étoupe (Figures 5-12, 7-11)

• Dévissez l'élément 1 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (ne retirez pas l'élément 5 du boîtier).

• Extraire les éléments 2 et 3 (ceux-ci s'adaptent aux différents diamètres de câbles).

• Faites passer le câble à travers les éléments.

• Remontez et serrez les composants du presse-étoupe.

• Vérifiez que le câble est bien maintenu pour garantir l’étanchéité.

4.2 Stratégies de blindage et de mise à la terre

Un blindage et une mise à la terre appropriés sont essentiels pour prévenir les interférences électromagnétiques :

1. Connexion du blindage à l'extrémité du capteur :

• Le blindage du câble doit être connecté au boîtier du capteur à l'extrémité du capteur.

• Pour les capteurs montés isolés, un fil court doit être connecté entre la borne négative (-) et la borne blindée à l'intérieur de la boîte de jonction ou du connecteur (Figures 6-10, 7-10).

2. Traitement du blindage du câble de transmission :

• Le blindage n'est pas connecté à l'extrémité de l'unité de séparation galvanique (GSI).

• Cela évite de créer des boucles de masse.

3. Architecture de mise à la terre du système :

• Suivez le principe de mise à la terre en un seul point.

• L'unité de séparation galvanique assure l'isolation entre la masse du signal et la masse de l'armoire.

• Les boîtiers industriels doivent être mis à la terre de manière fiable via leurs boulons de montage.

4.3 Spécifications de l'ensemble de connecteur

Pour les modèles avec connecteurs (ex : CG 134), le montage nécessite une attention particulière :

1. Démontez l’ensemble connecteur.

2. Soudez les fils du câble aux broches correspondantes (A, B, C) conformément à la figure 6-9.

3. Soudez un fil de liaison entre les broches B et C (pour éliminer le courant de fuite et les interférences de boucle de masse lorsque le capteur est correctement mis à la terre).

4. Appliquez de l'adhésif de verrouillage LOCTITE 241 sur les filetages.

5. Remontez le connecteur en vous assurant que le câble n'est pas tordu.

6. Insérez-le dans le connecteur correspondant, en serrant à un couple de 7 à 11 Nm.

4.4 Connexions de l'unité de séparation galvanique

1. Dénudez les fils du câble de transmission et sertissez les bornes AMP Faston 6.3.

2. Insérez-le dans les bornes correspondantes du GSI (Figures 5-13, 6-11, 7-12).

3. Connectez le câble côté système avec des bornes serties de la même manière.

4. Observez les marquages ​​de polarité : généralement '+' pour une puissance positive, '-' pour un signal/puissance négatif.

Chapitre 5 : Spécifications d'application pour les atmosphères potentiellement explosives

5.1 Directive ATEX et certification antidéflagrante

Les produits Vibro-Meter ont fait l'objet d'une certification stricte pour une utilisation dans des atmosphères potentiellement explosives, conformément aux exigences de la directive européenne ATEX 94/9/CE. L'annexe B du manuel fournit les certificats d'examen de type CE complets :

5.1.1 Types de protection de sécurité intrinsèque

• Niveau « ia » : convient à la zone 0 (où une atmosphère explosive est présente en permanence ou pendant de longues périodes).

• Niveau « ib » : convient à la zone 1 (où une atmosphère explosive est susceptible de se produire occasionnellement en fonctionnement normal).

5.1.2 Classification des groupes de gaz

• Groupe IIC : représente les gaz les plus facilement inflammables (par exemple, l'hydrogène, l'acétylène).

• Groupe IIB : Gaz à risque d'inflammation moyen.

• Groupe IIA : Gaz à risque général d'inflammation.

5.1.3 Classe de température

• T1 à T6 : Indique la température maximale de surface de l'équipement, T6 étant la plus stricte (≤85°C).

• Différents composants peuvent avoir différentes classes de température en fonction de leur emplacement et de leur température de fonctionnement.

5.2 Identification et marquage des produits antidéflagrants

Les produits adaptés à une utilisation en atmosphères explosibles portent des marquages ​​particuliers qui doivent correspondre à l'attestation d'examen CE de type :

Exemple de marquage typique :

• VIBRO-METER SA

• Type : CA134

• N° de série : ...

• Année de construction :...

•  II 1G (Groupe d'équipements : II=Non minier, 1=Catégorie 1)

• EEx ia IIC T6 à T1 (type de protection : ia sécurité intrinsèque, groupe de gaz IIC, classe de température T6 à T1)

• LCIE 02 ATEX 6110 X (numéro de certificat)

Le marquage « X » indique que le matériel est soumis à des conditions particulières de sécurité d'utilisation, détaillées dans la section « Calendrier » du certificat.

5.3 Exigences relatives à la composition du système antidéflagrant

Un système intrinsèquement sûr se compose de trois parties, et l’ensemble de la combinaison doit être certifié comme compatible :

1. Appareil de terrain : capteurs, convertisseurs, etc., installés dans la zone dangereuse.

2. Appareillage associé : Unités de séparation galvanique, etc., installées dans la zone sûre.

3. Câble de connexion : ses paramètres (capacité, inductance) doivent être dans les limites autorisées du système.

Vérification de la compatibilité du système :

• Paramètres des appareils de terrain : Ui, Ii, Ci, Li.

• Paramètres d'appareil associés : Uo, Io, Co, Lo.

• Paramètres distribués du câble (capacité, inductance par unité de longueur).

• Doit satisfaire : Ui ≥ Uo, Ii ≥ Io, Ci + Ccable ≤ Co, Li + Lcable ≤ Lo.

5.4 Exigences d'installation particulières pour les atmosphères explosives

1. Correspondance des équipements : ne peut être connecté qu'à des appareils certifiés à sécurité intrinsèque.

2. Contrôle des paramètres du câble : la capacité et l'inductance distribuées par câble doivent être incluses dans les calculs du système.

3. Mise à la terre et liaison équipotentielle : les boîtiers doivent être connectés à un système de liaison équipotentielle.

4. Aucune modification non autorisée : toute modification sans l'autorisation écrite du fabricant invalide la certification et la garantie.

5. Restrictions d'entretien : Les équipements antidéflagrants ne doivent pas être réparés sur place ; il doit être retourné à un centre de service agréé.

Chapitre 6 : Accessoires et composants de montage auxiliaires

6.1 Goujons de montage

Lorsqu'un montage direct sur une surface usinée n'est pas possible, des goujons de montage dédiés sont utilisés :

Goujon TA 102 (Figure 8-1) :

• Pour CA 201 et CE 310.

• Fournit un réglage d’angle de 30°.

• Matériau en acier inoxydable, résistant aux environnements corrosifs.

Goujon TA 104 (Figure 8-2) :

• Pour CA 134, CA 135, CA 136, CE 134 et CE 136.

• Angle de montage de 90°.

• Améliore la qualité de montage sur des surfaces inégales.

Goujon TA 106 (Figure 8-3) :

• Conçu spécifiquement pour le CA 216.

• Angle de montage de 92°.

• Conception compacte pour les emplacements restreints.

6.2 Supports isolants

6.2.1 Support électriquement isolant (TA 101) (Figure 8-4)

• Pour CA 201 et CE 310.

• Comprend des bagues isolantes et une plaque isolante.

• Empêche les boucles de terre et les interférences électriques.

• Nécessite des boulons et des rondelles isolants pour l'installation.

6.2.2 Support thermiquement isolant (TA 105) (Figure 8-5)

• Pour CA 135, CA 136 et CE 136.

• Résistance maximale à la température : 300°C.

• Plaque isolante de 5 mm d'épaisseur avec trois trous équidistants.

• Réduit la conduction thermique de l'équipement chaud vers le capteur.

6.3 Accessoires de protection des câbles

Gaine tressée en acier inoxydable (BOA) :

• Fournit une protection mécanique et une flexibilité limitée.

• Résistant à la chaleur et à la corrosion.

• Préinstallé sur les modèles avec câbles intégrés.

Conduit flexible KS 106 :

• Matériau en acier galvanisé ou en acier inoxydable.

• Fournit une protection mécanique supplémentaire pour les câbles de transmission.

• Particulièrement utile dans les zones sujettes aux chocs ou à l'abrasion.

Clips de montage :

• Pour câbles/conduits d'un diamètre d'environ 8 mm.

• Fixé à intervalles de 100-200 mm.

• Empêche les vibrations et les frottements du câble.

Chapitre 7 : Maintenance, dépannage et assistance technique

7.1 Principes de maintenance de base

Les systèmes d'accéléromètres piézoélectriques Vibro-Meter sont conçus comme des dispositifs ne nécessitant aucun entretien, mais des inspections appropriées peuvent prolonger la durée de vie :

7.1.1 Liste de contrôle d'inspection périodique

• Inspection visuelle : Vérifiez les dommages physiques et la corrosion.

• Inspection des câbles : vérifiez l’intégrité de la gaine et la sécurité des connexions.

• Inspection du montage : Vérifiez le serrage des boulons pour déceler tout desserrage.

• Inspection du signal : vérifiez le bruit de base et les changements de sensibilité.

7.1.2 Recommandations de nettoyage

• Essuyez les boîtiers avec un chiffon doux.

• Évitez les produits de nettoyage corrosifs.

• Utilisez un nettoyant pour contacts électroniques dédié aux connecteurs.

7.1.3 Exigences particulières pour les équipements antidéflagrants

• Toute maintenance doit être conforme aux exigences de l’Attestation d’Examen CE de Type.

• Les équipements antidéflagrants ne doivent pas être modifiés ou réparés sur place.

• Seules des pièces de rechange d'origine doivent être utilisées.

7.2 Guide de dépannage

7.2.1 Symptômes de panne courants et causes possibles

7.2.2 Méthodes d'essai de base

1. Vérification de la résistance : Déconnectez et mesurez la résistance entre les bornes du capteur (généralement > 1 MΩ).

2. Contrôle d'isolation : mesurez la résistance d'isolement entre le capteur et la terre (doit être >100 MΩ).

3. Test fonctionnel : appuyez légèrement sur le capteur et observez la réponse du signal.

4. Test de substitution : remplacez-le par un capteur en bon état pour le test.

7.3 Étalonnage et recertification

7.3.1 Intervalles d'étalonnage recommandés

• Applications générales : Tous les 24 mois.

• Applications critiques : tous les 12 mois.

• Environnements extrêmes : tous les 6 mois ou moins.

7.3.2 Éléments d'étalonnage

• Sensibilité (pC/g ou mV/g).

• Réponse en fréquence (amplitude et phase).

• Linéarité.

• Sensibilité transversale.

• Réponse en température (facultatif).

7.3.3 Recertification pour les équipements antidéflagrants

• Obligatoire après toute réparation.

• Doit être effectué uniquement par des centres de service agréés.

• Met à jour le certificat et les marquages ​​antidéflagrants.

Chapitre 8 : Champs d'application et exemples de sélection

8.1 Domaines d'application industrielle typiques

La section 1.2 du manuel répertorie les larges domaines d'application des accéléromètres piézoélectriques :

8.1.1 Machines tournantes/éléments d'entraînement

• Moteurs électriques : moteurs à induction, synchrones, à courant continu.

• Moteurs à combustion : moteurs diesel, à gaz.

• Turbines à gaz : industrielles lourdes dérivées des avions.

• Turbines à vapeur : pour la production d'électricité, les entraînements.

• Turbines hydrauliques : types Francis, Kaplan, Pelton.

• Réducteurs : Arbre parallèle, planétaire, à vis sans fin.

8.1.2 Machines tournantes/éléments entraînés

• Ventilateurs : centrifuges, axiaux.

• Pompes : centrifuges, volumétriques, alternatives.

• Compresseurs : centrifuges, axiaux, à vis, alternatifs.

• Générateurs : turbogénérateurs, hydrogénérateurs, générateurs diesel.

8.1.3 Autres applications

• Surveillance des vibrations structurelles : ponts, bâtiments, tours.

• Surveillance des pièces détachées dans les machines tournantes : détection des lames, boulons, etc.

• Surveillance des machines de traitement : extrudeuses, concasseurs, cribles.

8.2 Analyse d'un exemple de sélection

Exemple 1 : Surveillance des vibrations dans la zone à haute température d'une turbine à gaz

• Caractéristiques environnementales : Haute température (jusqu'à 600°C), potentiellement explosive (risque de fuite de carburant).

• Recommandation de choix : version CA 905 (résiste à 620°C) ou CA 134 Ex i (résiste à 450°C).

• Configuration : Convertisseur de charge séparé installé dans une zone plus froide, à l'aide de câbles à isolation minérale.

• Exigences de certification : EEx ia IIC T1-T6, conforme aux normes ATEX et IECEx.

Exemple 2 : Surveillance des vibrations sur un compresseur frigorifique

• Caractéristiques environnementales : Basse température (jusqu'à -50°C), présence d'un réfrigérant potentiellement inflammable.

• Recommandation de choix : CA 134 version cryogénique (résiste de -200°C à +450°C).

• Configuration : Câble intégré pour minimiser les points de connexion en zone froide.

• Considérations : Evitez la condensation des câbles et le givrage.

Exemple 3 : Surveillance d'un groupe motopompe sur une plate-forme offshore

• Caractéristiques environnementales : Corrosion élevée, humidité élevée, contraintes d’espace, exigences antidéflagrantes.

• Recommandation de choix : version CE 310 Ex i (conditionnement intégré, structure compacte).

• Configuration : Boîtier en acier inoxydable, protection IP65, raccordement via boîte de jonction.

• Montage : Utilisez le goujon TA 102 pour un montage plus facile sur des surfaces inégales.

Exemple 4 : Surveillance en ligne d'une boîte de vitesses critique

• Exigences : Réponse haute fréquence (pour surveiller les fréquences d’engrenage), haute fiabilité.

• Recommandation de sélection : CA 201 (calcul en cisaillement, insensible à la déformation de base).

• Montage : Montage fileté pour une réponse en fréquence optimale.

• Traitement du signal : convertisseur de charge avec filtre passe-bas pour supprimer le bruit haute fréquence.

8.3 Conversion des paramètres de vibration et utilisation du nomogramme

L'annexe A du manuel fournit des nomogrammes d'accélération-vitesse-déplacement pour la conversion des paramètres de vibration :

Nomogramme L 1347 (unités métriques) :

• Axe X : Fréquence de vibration (Hz).

• Axe Y gauche : amplitude de déplacement (crête à crête, μm).

• Axe Y du milieu : amplitude de vitesse (pic, mm/s).

• Axe Y droit : amplitude d'accélération (pic, g).

Exemple d'utilisation :
Donné : Accélération 1 g en crête, Fréquence 157 Hz.
Extrait du graphique : Vitesse 10 mm/s crête, Déplacement 20 μm crête à crête.

Importance technique :

• Déplacement : reflète les vibrations basse fréquence et de grande masse, concerne les écarts et les déformations.

• Vitesse : indicateur de gravité des vibrations internationalement accepté, reflète l’énergie des vibrations.

• Accélération : reflète les chocs et les vibrations à haute fréquence, concerne la fatigue et les charges d'impact.

Chapitre 9 : Conformité aux normes et systèmes de certification

9.1 Conformité aux normes internationales

Les produits Vibro-Meter sont conformes à de nombreuses normes internationales :

9.1.1 Normes relatives aux capteurs de vibrations

• ISO 5348 : Lignes directrices pour le montage des capteurs de vibrations.

• ISO 10816 : Lignes directrices générales pour l'évaluation des vibrations des machines.

• API 670 : Systèmes de protection des machines (pour les industries pétrolières et chimiques).

9.1.2 Normes de sécurité électrique

• EN 61010-1 : Exigences de sécurité pour les équipements électriques destinés à la mesure, au contrôle et à l'utilisation en laboratoire.

• EN 50014 : Matériel électrique pour atmosphères potentiellement explosives – Exigences générales.

• EN 50020 : Matériel électrique pour atmosphères explosibles - Sécurité intrinsèque 'i'.

9.2 Aperçu des systèmes de certification

9.2.1 Certification ATEX (Europe)

• Directives : 94/9/CE (Directive Équipements), 1999/92/CE (Directive Lieu de Travail).

• Organismes notifiés : LCIE (France), KEMA (Pays-Bas).

• Exemple de certificat : LCIE 02 ATEX 6110 X (pour CA 134/136/160/201).

9.2.2 Certification IECEx (internationale)

• Basé sur les normes de la série CEI 60079.

• Reconnaissance mutuelle internationale, réduisant les certifications en double.

9.2.3 Certification cCSAus (Amérique du Nord)

• Combine les exigences CSA (Canada) et UL (États-Unis).

• Exemple de certificat : 1636188 (pour CA 134).

• Normes conformes : CSA C22.2 n° 157, UL 913, UL 61010C-1.

9.2.4 Autres certifications régionales

• INMETRO (Brésil).

• NEPSI (certification antidéflagrante de Chine).

• TIIS (Japon).

• KOSHA (Corée).

9.3 Interprétation des paramètres du certificat

En prenant comme exemple le certificat LCIE 02 ATEX 6110 X :

Paramètres de l'appareil :

• Modèles : CA 134/CA 136/CA 160/CA 201.

• Type de protection : sécurité intrinsèque « ia ».

• Groupe gazier : IIC (niveau le plus élevé).

• Classe de température : T6 à T1 (CA 134), T6 à T2 (autres).

Paramètres électriques (capteur uniquement) :

• Ci : Capacité interne (0,3 nF pour CA 134, 8 nF pour CA 136).

• Li : Inductance interne (0, négligeable).

Limites des appareils associés :

• Uo ≤ 28 V.

• Io ≤ 100 mA (alimentation linéaire) ou 25 mA (alimentation non linéaire).

• Po ≤ 0,7 W.

Chapitre 10 : Tendances technologiques et perspectives d’avenir

10.1 Évolution de la technologie de détection piézoélectrique

10.1.1 Progrès de la science des matériaux

• Nouvelles céramiques piézoélectriques : sensibilité plus élevée, plages de température plus larges.

• Matériaux piézoélectriques monocristallins : linéarité et stabilité améliorées.

• Matériaux composites : capteurs piézoélectriques flexibles pour montage sur surface incurvée.

10.1.2 Intégration avec la technologie MEMS

• Accéléromètres MEMS : coût réduit, taille réduite.

• Systèmes hybrides : combinant piézoélectrique et MEMS pour des performances et un coût équilibrés.

• Intégration multi-axes : accéléromètres à trois axes dans un seul package.

10.2 Tendances vers l'intelligence et les réseaux

10.2.1 Caractéristiques des capteurs intelligents

• Diagnostics intégrés : auto-test, auto-étalonnage, prédiction des défauts.

• Sortie numérique : Interfaces numériques directes (IEPE, bus numériques).

• Stockage des paramètres : numéro de série, données d'étalonnage, paramètres de configuration stockés dans le capteur.

10.2.2 Intégration avec l'IoT industriel

• Transmission sans fil : réseaux de capteurs sans fil alimentés par batterie.

• Edge Computing : traitement préliminaire du signal au niveau du nœud du capteur.

• Intégration de la plateforme cloud : données de vibration téléchargées sur le cloud pour l'analyse du Big Data et l'apprentissage automatique.

10.3 Évolution des stratégies de maintenance

10.3.1 De la maintenance préventive à la maintenance prédictive

• Maintenance basée sur l'état (CBM) : planification de la maintenance en fonction de l'état réel.

• Maintenance prédictive (PdM) : basée sur l'analyse des tendances et la prévision des pannes.

• Maintenance pronostique (PM) : Détection des indications précoces de défaillance.

10.3.2 Application de la technologie des jumeaux numériques

• Maquette Virtuelle : Création d'un jumeau numérique de l'équipement.

• Synchronisation en temps réel : les données du capteur mettent à jour le modèle numérique en temps réel.

• Simulation et prédiction : simulation de pannes et prédiction de durée de vie sur le modèle numérique.

10.4 Durabilité et considérations environnementales

10.4.1 Conception à longue durée de vie

• Intervalles d'étalonnage étendus : conceptions de capteurs plus stables.

• Réparabilité : conception modulaire pour une réparation et des mises à niveau plus faciles.

• Sélection des matériaux : matériaux respectueux de l'environnement et recyclables.

10.4.2 Efficacité énergétique

• Conception à faible consommation : prolonge la durée de vie de la batterie pour les capteurs sans fil.

• Récupération d'énergie : Récupérer l'énergie de l'environnement vibratoire pour s'auto-alimenter.

10.4.3 Adaptabilité aux environnements extrêmes

• Applications sous-marines plus profondes : pressions nominales plus élevées.

• Applications spatiales : résistant aux radiations, compatible avec l'ultra-vide.

• Applications géothermiques : températures plus élevées, environnements corrosifs.

Conclusion : Construire un système fiable de surveillance des vibrations industrielles

Les systèmes d'accéléromètres piézoélectriques de Vibro-Meter représentent une solution de haut niveau dans le domaine de la surveillance des vibrations industrielles. En comprenant profondément leurs principes techniques, en sélectionnant correctement les modèles, en suivant des procédures d'installation et de maintenance standardisées et en les combinant avec un traitement du signal et une analyse de données appropriés, un système de surveillance de l'état des équipements fiable et efficace peut être construit.

Les éléments clés pour la mise en œuvre réussie d’un projet de surveillance des vibrations sont résumés comme suit :

1. Planification systématique : partez des objectifs de mesure, en tenant compte de manière globale des facteurs environnementaux, techniques, de sécurité et économiques.

2. Sélection correcte : choisissez le type de capteur approprié en fonction de la température, de la fréquence, des conditions environnementales et des exigences de certification.

3. Installation standardisée : suivez strictement les exigences manuelles pour la préparation de la surface, le montage et le routage des câbles.

4. Conformité stricte à la certification : garantissez la conformité globale de la certification du système dans les atmosphères potentiellement explosives.

5. Maintenance continue : établissez des procédures régulières d'inspection, d'étalonnage et de mise à jour de la documentation.

6. Analyse des données : transformez les données brutes sur les vibrations en informations exploitables sur l'état des équipements.

7. Formation du personnel : assurez-vous que les opérateurs et le personnel de maintenance possèdent les connaissances techniques et de sécurité nécessaires.

Avec le développement de l'Industrie 4.0 et de la fabrication intelligente, la technologie de surveillance des vibrations évolue de systèmes de protection isolés vers des nœuds de détection intelligents intégrés. Les fabricants professionnels comme Vibro-Meter, grâce à une innovation technologique continue, font évoluer ce domaine vers une plus grande fiabilité, une plus grande intelligence et une applicabilité plus large, fournissant ainsi une base solide pour le fonctionnement sûr, efficace et durable des équipements industriels dans le monde entier.

Cet article, basé sur une analyse systématique du manuel technique du Vibro-Meter, vise à fournir une référence technique complète aux ingénieurs et techniciens. Dans les applications pratiques, reportez-vous toujours à la dernière version du manuel, des fiches techniques et des bulletins techniques, et consultez le support technique du fabricant pour garantir l'optimisation et la sécurité de la conception, de l'installation et du fonctionnement du système.

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Manuel de référence :  Manuel d'instructions de l'accéléromètre piézoélectrique Vibro-Meter CAxxx/CExxx