Calibração dos acelerômetros: por que os acelerômetros MEMS não necessitam de calibragem?

Hoje vamos falar sobre as principais diferenças entre os acelerômetros do tipo “MEMS” (micro electro mechanical system) e do tipo “Piezoeletricos” com objetivo de mostrar que os acelerômetros MEMs não necessitam de calibração.

Com a introdução dos conceitos da Indústria 4.0, é crescente a busca pela maximização da eficiência operacional através do monitoramento on-line de processos e de máquinas e equipamentos. Assim cada vez mais os processos são digitalizados reduzindo custos, automatizando tarefas e gerando mais eficiência na produção – uma das especialidades da WEG Digital Solutions.

Neste contexto, os sensores MEMS tem sido cada vez mais empregados nas mais modernas soluções de Monitoramento da Condição de equipamentos rotativos como forma de automatizar o trabalho de medição e análise da temperatura e vibração de máquinas e equipamentos.

Saiba mais sobre isso agora, entendendo o que é um acelerômetro, os tipos, a tecnologia MEMS e, finalmente, a vantagem dos acelerômetros MEMS que não precisam calibração adicional pelo usuário.

O que é um acelerômetro e quais os tipos?

Um acelerômetro é um dispositivo que mede a aceleração de um corpo em relação a um referencial inercial. Existem diferentes tipos de acelerômetros, que se baseiam em diferentes princípios físicos, como o de efeito piezoelétrico, o de efeito piezoresistivo, o de variação de capacitância e a tecnologia MEMS.

Explicaremos as diferenças entre estes tipos de acelerômetros, utilizando uma linguagem mais didática.

Acelerômetro com efeito piezoelétrico

O efeito piezoelétrico é a propriedade de certos materiais de gerar uma tensão elétrica quando submetidos a uma deformação mecânica.

Um acelerômetro piezoelétrico consiste em uma massa ligada a um material piezoelétrico, que está conectado a um circuito elétrico.

Quando o acelerômetro sofre uma aceleração, a massa exerce uma força sobre o material piezoelétrico, que produz uma tensão proporcional à aceleração.

Esse tipo de acelerômetro é adequado para medir acelerações de alta frequência e alta amplitude, mas tem baixa sensibilidade para acelerações estáticas ou de baixa frequência.

Acelerômetro com efeito piezoresistivo

O efeito piezoresistivo é a propriedade de certos materiais de alterar sua resistência elétrica quando submetidos a uma deformação mecânica.

Um acelerômetro piezoresistivo consiste em uma massa ligada a um material piezoresistivo, que está conectado a um circuito elétrico.

Quando o acelerômetro sofre uma aceleração, a massa exerce uma força sobre o material piezoresistivo, que altera sua resistência proporcionalmente à aceleração.

Esse tipo de acelerômetro é adequado para medir acelerações estáticas ou de baixa frequência e baixa amplitude, mas tem alta sensibilidade à temperatura e ao ruído.

Acelerômetro com variação de capacitância

A variação de capacitância é a propriedade de certos dispositivos elétricos de alterar sua capacitância quando submetidos a uma variação de distância entre suas placas.

Um acelerômetro capacitivo consiste em duas placas paralelas ligadas a um circuito elétrico. Quando o acelerômetro sofre uma aceleração, uma das placas se move em relação à outra, alterando a distância entre elas e, consequentemente, a capacitância do dispositivo.

Esse tipo de acelerômetro é adequado para medir acelerações estáticas ou de baixa frequência e baixa amplitude, mas tem baixa linearidade e alta susceptibilidade à interferência eletromagnética.

Acelerômetro com tecnologia MEMS

A tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) é a integração de componentes mecânicos e elétricos em escala microscópica.

Um acelerômetro MEMS consiste em uma estrutura mecânica com uma massa suspensa por molas ou vigas, que está conectada a um circuito elétrico. Quando o acelerômetro sofre uma aceleração, a massa se desloca em relação à estrutura, alterando as propriedades elétricas do circuito.

Esse tipo de acelerômetro é adequado para medir acelerações estáticas ou dinâmicas de baixa amplitude, e é utilizado em uma ampla gama de soluções para o monitoramento de vibrações em máquinas industriais.

Vantagens dos acelerômetros com tecnologia MEMS

Existem várias vantagens dos acelerômetros que possuem a tecnologia MEMS em relação aos outros tipos. Confira:

• Tamanho: são pequenos, leves e de baixo custo;
• Confiáveis: são robustos, resistentes a choques e interferências eletromagnéticas;
• Integração e aplicação: são de fácil integração com sistemas eletrônicos e microprocessadores;
• Aplicações diversas: são capazes de medir acelerações estáticas e dinâmicas em diferentes faixas e eixos;
• Referência e calibração: não necessitam de calibragem frequente por terem uma boa estabilidade a longo prazo.

Calibração dos acelerômetros: por que os acelerômetros MEMS não necessitam de calibragem?

Os acelerômetros são dispositivos que medem a aceleração linear e angular de um objeto e entre os tipos já explicados, cada um tem suas vantagens e desvantagens em termos de sensibilidade, linearidade, estabilidade, faixa de frequência e custo.

Comparando os acelerômetros piezoelétricos e os MEMS, que são os mais comuns e acessíveis, os acelerômetros piezoelétricos geram uma carga elétrica proporcional à força aplicada sobre um material que possui o efeito piezoelétrico, como uma cerâmica ferroelétrica. Já os acelerômetros MEMS utilizam a tecnologia de microssistemas eletromecânicos para medir a variação de capacitância entre duas placas paralelas que se movem de acordo com a aceleração.

A principal diferença entre esses dois tipos de acelerômetros é a forma como eles são afetados por fatores ambientais como temperatura, umidade e envelhecimento.

Como os acelerômetros piezoelétricos podem sofrer alterações na sensibilidade e no ponto zero, este tipo de sensor exige calibrações periódicas para garantir a precisão das medições.

Já os acelerômetros MEMS têm uma resposta mais estável e linear e assim não precisam de calibrações posteriores a fabricação do sensor pois já possuem valores de compensação armazenados na memória interna do sensor.

Portanto, os acelerômetros capacitivos MEMS são mais adequados para aplicações que exigem uma medição confiável e contínua da aceleração, sem necessidade de ajustes frequentes.

Já os acelerômetros piezoelétricos podem ser usados em aplicações que requerem uma alta relação sinal-ruído e uma ampla faixa dinâmica e de frequência, desde que sejam calibrados regularmente.

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A WEG Digital & Sistemas é uma empresa que oferece soluções inteligentes para a digitalização de processos industriais, utilizando, dentre as suas soluções, o sistema WEG Motion Fleet Management para o monitoramento da condição operacional de máquinas e equipamentos e que inclui sensores fabricados com acelerômetros MEMS.

Com os acelerômetros MEMS da WEG, você pode:

• Detectar e diagnosticar falhas em máquinas rotativas, como motores, bombas, ventiladores e compressores;
• Avaliar o desempenho e a eficiência energética dos equipamentos;
• Prevenir paradas não programadas e reduzir custos de manutenção;
• Aumentar a segurança e a qualidade dos produtos e serviços.

Como os acelerômetros não atuam sozinhos, dentro das inovações para a Indústria 4.0, a WEG desenvolveu o WEGscan® 100 para o monitoramento on-line da frota de equipamentos e ativos garantindo alto nível de excelência de análise preditiva.

Para elevar o nível de gestão da manutenção industrial, o WEGscan® 100 conta com uma solução na nuvem, o WEG Motion Fleet Management, para o armazenamento dos dados e processamento dos dados além de um módulo avançado de análise de vibração potencializado com Inteligência Artificial.

Devido a essas características, os sistema WEG Motion Fleet Management possibilita um diagnóstico autônomo. Ou seja, a solução viabiliza a redução do custo operacional da frota de equipamentos por meio do monitoramento da condição de operação com tecnologia IoT (Internet das Coisas).

• Leia também: Internet das Coisas na Indústria: conheça as suas vantagens e as suas aplicações.

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