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Vibromètres – découvrez les instruments de mesure des vibrations dans l’offre de TME

2020-10-01

Vibromètre

La prévention des pannes avant leur apparition est un facteur essentiel qui affecte le coût et le temps de remplacement et de maintenance des machines ou de leurs pièces. Il est beaucoup plus facile de planifier de telles actions que de réagir à des pannes soudaines. Le vibromètre est un appareil utile qui permet des mesures détaillées facilitant les diagnostics et l’analyse d’usure des composants. Dans le présent article nous allons parler sur son fonctionnement et nous allons présenter quelques modèles populaires.

Vibromètre – que devez-vous en savoir ?

Le diagnostic vibratoire, c’est-à-dire le test des vibrations et des oscillations, est l’une des bases du diagnostic mécanique des machines. Il est indispensable lors de l’évaluation de l’équilibre de la machine et de ses éléments individuels, y compris l’évaluation des roulements et de la coaxialité. De plus, il vous permet de capturer tout changement dans l’état de la fondation de la machine. Les vibrations mécaniques sont des mouvements oscillants très rapides d’un système mécanique spécifique autour de son axe d’équilibre qui résultent du mouvement inerte des éléments individuels (mouvement alternatif) ou du déséquilibre (mauvais alignement) des pièces rotatives. La mesure des vibrations et des vibrations est généralement effectuée sur le lieu d’installation de la machine et à l’aide de divers types d’instruments de mesure et de capteurs. Des études détaillées montrent les déplacements, la vitesse et l’accélération des vibrations tandis que l’analyse fréquentielle des vibrations permet la décomposition du signal en ses composantes. Ces données, associées aux paramètres de fonctionnement de la machine et à sa conception, permettent aux diagnostiqueurs d’assigner des composants particuliers du spectre à des éléments spécifiques de la machine ou de déterminer ses états à un moment précis.

Les informations de diagnostic décrites ci-dessus sont obtenues grâce à l’utilisation de la génération la plus moderne de vibromètres, qui constituent une part importante de l’offre de TME. La différenciation dans ce groupe de testeurs est importante et les appareils eux-mêmes sont si intéressants qu’ils méritent une discussion et une présentation plus détaillées.

Que sont les capteurs de vibrations (vibromètres) et quels types de vibromètres sont disponibles sur le marché

Les capteurs, les testeurs et les analyseurs de vibrations, le plus souvent appelés vibromètres, sont des appareils portables qui, grâce à diverses méthodes de détection des vibrations – basée sur des accéléromètres ou la technologie laser - mesurent le niveau de vibration d’une machine ou de ses composants. Celui-ci reflète l’état technique et une analyse détaillée permet de diagnostiquer les défauts ou l’usure des roulements, de déterminer un éventuel manque de coaxialité ou de symétrie, et de détecter le jeu et le battement. La surveillance constante ou répétée du niveau de vibrations permet également de prévoir les pannes avant qu’elles ne surviennent.

Les vibromètres mobiles qui sont actuellement fabriqués ressemblent souvent à des mesureurs de paramètres électriques typiques : ils ont une forme similaire et ils sont équipés d’écrans LCD similaires à plusieurs lignes. Les vibromètres les plus modernes combinent les fonctions vibromètre et analyseur de vibrations, d’un tachymètre et d’un équilibreur. Grâce à eux, le diagnostiqueur peut effectuer des mesures générales de vibrations, évaluer l’état de la machine en fonction de normes spécifiques, vérifier l’usure des paliers à roulement, déterminer la température et la vitesse de rotation de l’élément rotatif ou équilibrer le rotor. Au cours de ces processus, un vibromètre moderne enregistre toutes les données dans sa mémoire puis les envoie vers un PC ou vers un appareil mobile équipé d’un logiciel ciblé pour leur analyse et leur archivage.

Vibromètres basés sur les accéléromètres

Les vibromètres disponibles le plus souvent sur le marché appartiennent à l’un des deux types suivants : les vibromètres basés sur des accéléromètres ou les vibromètres laser. Les premiers mesurent à la fois le déplacement et l’accélération, ce qui permet de monter le capteur directement sur la machine et d’indiquer l’ampleur des vibrations avec une grande précision. Le capteur peut en faire partie intégrante – ou bien il peut être un petit accessoire connecté à l’appareil avec un connecteur spécial, puis fixé avec un aimant sur la machine, ce qui constitue une solution parfaite dans les espaces restreints. Leur élément clé – l’accéléromètre, ou plutôt le transducteur y utilisé – peut appartenir à l’un des trois types différents : piézoélectrique, piézo-résistif ou capacitif. Dans les transducteurs piézoélectriques les cristaux génèrent une charge électrique sous l’influence de la charge mécanique, dans les transducteurs piézoélectriques, la résistance électrique changeant avec la charge mécanique est mesurée et dans les transducteurs capacitifs, les changements de capacité en fonction de la position des électrodes mobiles sont mesurés.

Vibromètres laser

Les vibromètres laser utilisent une technologie complètement différente. Leur fonctionnement consiste à détecter et à analyser le rayonnement laser qui est dispersé sur un élément vibrant de la machine. Un phénomène bien connu appelé effet Doppler est utilisé ici : lorsqu’un objet vibre, la fréquence de la lumière change, et la mesure de la différence de fréquences constitue la base au calcul de la vitesse de déplacement de l’objet testé, de l’amplitude de ses vibrations ou de l’accélération.

Application et sélection de vibromètres

Les vibrations peuvent être mesurées par des vibromètres sur toutes les parties des machines soumises au diagnostic, cependant, les recommandations des normes pertinentes indiquent, tout d’abord, les endroits les plus sensibles comme les boîtiers de roulements, car le niveau de vibration et l’amplitude des forces apparaissant y sont généralement les plus élevés. Cependant, il ne faut pas oublier les principes essentiels d’une mesure fiable des vibrations : il est toujours nécessaire effectuer le test dans les mêmes conditions, au même endroit (point) et appliquer le vibromètre de la même manière. Sans cela, il est difficile de comparer les résultats entre les mesures consécutives, d’évaluer une éventuelle détérioration de l’état de la machine par rapport aux résultats précédents, sans oublier l’évolution du niveau de vibration dans le temps.

Le plus souvent les vibromètres sont utilisés pour évaluer le degré d’usure des roulements. Une telle usure est en constante croissance à cause du jeu radial ou du jeu axial, ou à cause des défauts de la cage supportant les éléments roulants. À mesure que l’état du roulement continue de se détériorer, la résistance au mouvement et au frottement ainsi que la température augmentent, en accélérant en outre le processus de dégradation des composants. Le diagnostic des engrenages qui, en générant des vibrations excessives, signalent leur usure sous l’effet de l’écaillage (pitting) est une autre application typique des vibromètres. L’écaillage consiste en la formation de microfissures au contact de deux surfaces métalliques, leur désengagement et enfin l’arrachement des particules de matière de la surface de l’engrenage. La détection du déséquilibre du rotor d’une machine ou d’un composant est la troisième utilisation la plus courante des vibromètres. Un rotor qui n’est pas correctement équilibré essaie de tourner autour d’un axe de masse centré, mais il est limité par des roulements. Cet écart dû à l’action des forces centrifuges se manifeste par des vibrations caractéristiques qui peuvent éventuellement endommager les roulements ou le rotor lui-même.

La question du capteur de vibrations revient en premier lieu à prendre la décision si un vibromètre tactile est suffisant pour un diagnostic correct, ou si les conditions vont obliger à utiliser des vibromètres laser sans contact. Dans le premier cas il se peut qu’un vibromètre portable typique ne puisse pas toujours atteindre tous les points de mesure en raison des dimensions compactes de la structure de la machine – alors il est nécessaire de rechercher un modèle équipé de capteurs et de sondes connectables, faciles à fixer même dans des espaces très restreints. D’autres problèmes liés à la sélection dépendent des capacités de l’équipement lui-même et des attentes des diagnostiqueurs : les modèles les plus simples fournissent des informations de mesure, mais si une analyse plus approfondie (3D) est nécessaire, des modèles plus avancés de fabricants réputés doivent être utilisés.

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Vibromètre UNI-T dans l’offre de TME

La gamme de produits de TME dans le cadre de vibromètres est ouverte par le vibromètre UNI-T marqué du symbole UT312. Ce testeur de vibrations pratique, léger – seulement 0,25 kg – et portable est un appareil de base qui mesure de manière mécanique le décalage, l’accélération et la vitesse linéaire et qui présente les résultats sur l’écran LCD. La plage de mesure de ce vibromètre est respectivement : 199.9 m/s2, 199.9 m/s et 1999 µm avec une précision de +/- 5% et avec une fréquence de 0.01 à 1.5 kHz. Parmi les fonctionnalités supplémentaires il y a l’arrêt de la dernière mesure (Auto-Hold), l’indication de batterie faible (type 9V 6F22) et l’arrêt automatique de l’appareil.

Vibromètre Fluke dans l’offre de TME

La marque Fluke – représentée dans l’offre de TME par trois modèles – n’a pas besoin d’être présentée. Le catalogue TME comprend deux modèles jumeaux compacts et portables – Fluke 805 i 805 FC – et un modèle plus grand – Fluke 810 qui effectue des analyses plus avancées basées sur les mesures déjà effectuées. Nous allons vous présenter brièvement les vibromètres Fluke proposés par TME.

Fluke 805 est un vibromètre destiné aux techniciens de maintenance qui exigent des mesures de vibrations répétables et des vérifications de l’état des roulements selon une échelle de gravité. Il ne pèse que 400 g, il nécessite de 2 piles AA et il appartient aux appareils assez compacts en raison de ses dimensions : 58 x 241 x 71 mm. L’appareil est utilisé pour mesurer les vibrations mécaniques et d’autres paramètres tels que l’état et la température du roulement (sans contact) et en plus, grâce à la connexion du capteur de vibrations et de la pointe de mesure, il assure des résultats répétables avec différents angles ou différentes pressions. Les quatre niveaux de l’échelle de signification présentent clairement les résultats au moyen de messages textuels (niveaux : bon, satisfaisant, insatisfaisant et inacceptable). Le capteur de vibrations lit une large plage de fréquences (10 à 1000 Hz et 4000 à 20 000 Hz) couvrant la plupart des types de machines, et sa mesure est prise en charge par une interface utilisateur intuitive.

Une procédure de mesure elle-même est en outre facilitée par une diode LED colorée (verte, rouge) et des indications affichées sur l’écran qui indiquent la pression correcte requise pour une mesure correcte. Le modèle Fluke 805 permet de prendre également en charge un capteur externe qui est utile dans les endroits difficiles à atteindre.

Le modèle jumeau 805 FC est le même vibromètre, mais il est équipé d’une option de connexion avec une application Fluke Connect® qui permet au technicien de partager ses résultats de test et de valider les actions suivantes sur le terrain. Cette fonction permet également au spécialiste de gérer les mesures en fonction des ressources dans n’importe quel endroit à l’aide du avec l’historique EquipmentLogTM, et de se connecter sans fil à d’autres techniciens (équipés d’appareils avec les mêmes fonctionnalités) pour leur montrer ce qu’ils voient devant eux lors d’un appel vidéo en temps réel.

Parmi d’autres paramètres clés de ce modèle il y a : la plage de mesure d’accélération de 0,01 à 50 G, la mesure de température (infrarouge) dans la plage de -20 à + 200°C et la température de fonctionnement de -20 à + 50°C.

La possibilité d’exporter des données (mémoire jusqu’à 3500 mesures) via USB et la visualisation des tendances dans Microsoft® Excel à l’aide de modèles intégrés est une autre fonctionnalité de ce modèle. La fonction « Crest Factor + » permet une évaluation assez précise de l’état du roulement sur la base des mesures directes avec la pointe du capteur dans la plage de 4 000 à 20 000 Hz. Il vaut également la peine d’apprécier la sortie audio pour une écoute directe du bruit de roulement et la fonction de lampe torche pour éclairer les points de mesure dans des conditions de faible éclairage.

Fluke 810 est un instrument de diagnostic plus avancé qui fournit des résultats de mesure immédiats. Grâce à la technologie Fluke unique, cet appareil identifie rapidement les problèmes mécaniques et propose des priorités pour les résoudre. En réalité, Fluke 810 signale les défauts de la machine testée déjà lors de la première mesure, sans profiter de l’historique des mesures précédentes, puis il évalue la gravité des défauts et indique des recommandations correctives. Ce modèle est assez compact pour son poids (18,6 x 7 x 26,7 cm pour un poids de 1,9 kg), mais il est aussi beaucoup plus grand que le vibromètre pratique Fluke 805.

La fiabilité des diagnostics effectués par ce modèle est encore augmentée par un tachymètre laser pour des mesures précises de la vitesse du fonctionnement des machines et par un accéléromètre triaxial. Grâce à une mémoire interne de 2 Go, qui peut être étendue il est possible de sauvegarder les résultats et de transférer les résultats vers un ordinateur via un connecteur Mini USB 2.0. La possibilité d’effectuer un auto-test du matériel constitue une autre fonctionnalité appréciée qui permet un temps de fonctionnement plus long et les performances élevées du testeur. Le Fluke 810 analyse des appareils tels que les moteurs, les ventilateurs, les courroies et les chaînes d’entraînement, les boîtes de vitesse, les couplages, les pompes et les compresseurs de divers types, ainsi que les bielles et les machines à couplage fermé. Parmi ses paramètres techniques les plus importants il y a : la commutation automatique de gamme, la bande passante exploitable de 2 Hz à 20 kHz (échantillonnage à 51 kHz), les fonctions complexes de traitement du signal numérique (filtre anti-repliement, filtre passe-haut, décimation, chevauchement, fenêtrage, transformée de Fourier rapide (FFT)) et moyennes. Il convient d’ajouter que l’équipement est alimenté par une batterie Li-Ion de 2,55 Ah, ce qui garantit un fonctionnement à long terme sur une seule charge. Évidemment le modèle Fluke 810 - comme tous les vibromètres de cette classe - fournit des données numériques spécifiques décrivant l’état réel d’un composant, et il permet de reconnaître et de localiser les défauts mécaniques les plus courants (type de défaillance - roulements, mauvais alignement, asymétrie, jeu), il offre une échelle de gravité de défaut avec ses 4 niveaux (telle que modèles 805/805 FC) et présente des mesures correctives spécifiques ou des conseils en temps réel (utiles pour les nouveaux utilisateurs).

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Vibromètre Extech dans l’offre de TME

Les vibromètres d’Extech, appartenant à la société américaine FLIR, représentent six modèles de vibromètres portables, dont deux - SDL 800 et SDL 800-NIST - sont des produits jumeaux dont le dernier est une version enrichie du certificat d’étalonnage NIST du fabricant. Parmi d’autres modèles il y a : le modèle classique EX 407860, l’un des plus petits modèles VB 300 disponibles sur le marché, le modèle VB 400 légèrement plus grand et le modèle VB 450 de taille moyenne.

Il est nécessaire de faire une attention particulière aux modèles EX 407860 et VB 300, dont le premier est un vibromètre classique avec écran LCD et fonction HOLD, qui peut être utilisé d’une seule main. Ce modèle fonctionne en trois gammes en mesurant l’accélération (200 m/s2), la vitesse (200 m/s) et le déplacement (2 mm) grâce à un capteur de vibration magnétique monté sur un câble de 1 mètre. La gamme de fréquences couvre la gamme de 10 Hz à 1 kHz, et la précision de base des mesures est de +/- 5%. L’équipement offre la possibilité d’enregistrer les valeurs Max et Min, qui peuvent être rappelées ultérieurement à partir de la mémoire interne. Il convient également de noter le mode de mesure efficace ou de la valeur de pic et l’interface de communication intégrée RS-232 avec logiciel pour la distribution de données en option. Le modèle EX 407860 est livré dans un étui avec batterie, un étui de ceinture et avec une sonde de test.

Contrairement au modèle EX 407860, le modèle VB 300 miniature n’est pas un vibromètre mais plutôt un accéléromètre triaxial avec un enregistreur de données, équipé d’une interface USB pour le transfert de données. Un utilisateur sans expérience peut le confondre avec un lecteur flash, mais bien sûr, c’est un appareil complètement différent.

Cet enregistreur de vibrations, probablement le plus petit sur le marché, analyse les vibrations dans le domaine fréquentiel FTT, enregistre plus de 100 mille échantillons par axe (à sélectionner parmi les axes X, Y, Z ou toute combinaison de ceux-ci) ou plus de 150 mille échantillons normaux, il offre un temps d’échantillonnage réglable (50 ms -24 h) et le mode de démarrage manuel ou programmable. L’ensemble proposé par TME comprend un accéléromètre, une petite batterie Li-Ion et un logiciel pour une analyse de données compatible avec Windows®.

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