ما هو مقياس التسارع؟ دليل لتحليل الاهتزازات
أن مقياس التسارع هو محول الطاقة (أو المستشعر) الذي يحوِّل الحركة الميكانيكية - وتحديدًا تسريع الناتجة عن الاهتزاز أو الصدمة - إلى إشارة كهربائية متناسبة. إنه إلى حد بعيد أكثر أجهزة الاستشعار استخدامًا في الصيانة التنبؤية and مراقبة الحالة. من خلال قياس مدى سرعة تغير سرعة نقطة ما على الآلة، يوفر مقياس التسارع البيانات الأولية التي تتيح للمحلل تشخيص مجموعة واسعة من الأعطال الميكانيكية والكهربائية - من عيوب المحمل ل عدم التوازن and عدم المحاذاة.
1. التعريف: جوهر قياس الاهتزازات
التسارع هو الكمية الطبيعية التي يجب قياسها على الماكينات الدوارة لأن القوى الديناميكية التي تلحق الضرر بالماكينة - قوة الطرد المركزي من بقعة ثقيلة، والصدمات من سباق المحامل المتشققة - تتدرج مع التسارع. يستجيب مقياس التسارع مباشرةً لتلك القوى، وهذا هو السبب في أنه يقع في قلب كل الماكينات الحديثة تقريبًا محلل الاهتزازات and جامع البيانات.
تتمثل إحدى نقاط القوة العملية لمقياس التسارع في أن إشارة التسارع الخاصة به يمكن أن تكون إلكترونيًا مدمج مرة واحدة لإعطاء سرعة (مم/ث)، ومرتين لإعطاء النزوح (ميكرومتر). وبالتالي فإن جهاز استشعار واحد مثبت جيدًا يغطي جميع وحدات الاهتزاز الكلاسيكية الثلاث، مما يتيح للمحلل اختيار أيهما أفضل ما يكشف عن خلل معين.
2. كيف تعمل مقاييس التسارع؟ المبدأ الكهروضغطي
على الرغم من وجود العديد من المبادئ الفيزيائية، إلا أن الغالبية العظمى من مقاييس التسارع المستخدمة في الآلات الصناعية تعتمد على التأثير الكهرضغطي. تسلسل العمل واضح ومباشر:
- بلورة كهرضغطية: يوجد داخل المستشعر كتلة زلزالية صغيرة متصلة بـ كهرضغطية عنصر - عادةً ما يكون من السيراميك مثل PZT، أو في الحساسات الممتازة بلورة كوارتز مقطوعة بدقة.
- تطبيق القوة: عندما تهتز الآلة، يتحرك الغلاف معها. وبسبب القصور الذاتي، تقاوم الكتلة الداخلية تلك الحركة وتؤثر بقوة على البلورة - تساوي، وفقًا لقانون نيوتن الثاني، الكتلة مضروبة في العجلة.
- توليد إشارة تنتج بلورة كهرضغطية مجهدة شحنة كهربائية صغيرة تتناسب طرديًا مع القوة المطبقة، وبالتالي مع التسارع.
- المخرجات: تعمل الإلكترونيات الداخلية على تكييف هذه الشحنة وتمريرها عبر كابل إلى جهاز تجميع البيانات أو نظام المراقبة كتمثيل تناظري للتسارع عند تلك النقطة.
تحدد كيفية اشتراط هذه التهمة عائلتين مشتركتين. A إخراج الشحنات يقوم المستشعر بتوصيل الشحنة الخام إلى مضخم الشحنة وتتحمل درجات حرارة عالية جداً. والأكثر شيوعًا في الصناعة هو معهد التعليم المهني والتقني (أو وضع الجهد)، الذي يبني مضخم الصوت في المستشعر ويخرج جهدًا منخفض المقاومة ينتقل بشكل جيد عبر كابل عادي ثنائي الأسلاك. تستخدم التصميمات الأكثر قوة القص هيكل يعزل البلورة عن الانحناء القاعدي والعابر الحراري.
3. أنواع مقاييس التسارع
تتطلب التطبيقات المختلفة أجهزة استشعار مختلفة، لكل منها نقاط قوته الخاصة به.
مقاييس التسارع للأغراض العامة
هذه هي أدوات المراقبة الصناعية. وهي توفر عادةً حساسية 100 مللي فولت/غ ونطاق تردد مناسب لمعظم الآلات الشائعة مثل المضخات والمحركات والمراوح - من 2 هرتز إلى 10 كيلو هرتز تقريبًا.
مقاييس تسارع MEMS
إن مقاييس التسارع للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) هي أجهزة قياس تسارع تعتمد على السيليكون، وهي صغيرة جداً ومنخفضة الطاقة وفعالة من حيث التكلفة. تاريخياً هي أقل حساسية من الأنواع الكهرضغطية الكهروضغطية، إلا أن أجهزة MEMS الحديثة تتحسن بسرعة وهي شائعة في الإلكترونيات المحمولة وأنظمة السيارات, المراقبة اللاسلكية العقد وتركيبات مراقبة الحالة منخفضة التكلفة.
مقاييس التسارع المقاومة للضغط
تُستخدم هذه الحساسات لاختبار الصدمات والحركة منخفضة التردد، وتستجيب هذه الحساسات حتى 0 هرتز (تسارع التيار المستمر)، مما يجعلها مفيدة لقياس التسارع الثابت في جهاز طرد مركزي أو حركة الركوب البطيئة للمركبة.
مقاييس التسارع عالية التردد
صُممت هذه المستشعرات لالتقاط الأحداث عالية التردد مثل تلف التروس في المراحل المبكرة وتلف المحامل، وتستخدم هذه المستشعرات كتلة زلزالية أصغر وتردد رنين أعلى، مما يسمح بقياس دقيق يصل إلى 20 كيلو هرتز أو أكثر - وهو النطاق الذي تستخدم فيه تقنيات مثل تحليل الغلاف و طريقة نبض الصدمة على الهواء مباشرة.
4. المواصفات الرئيسية والاختيار
عند اختيار مقياس التسارع، يوازن المهندسون بين عدة معايير:
- الحساسية (ملي فولت/جم): تؤدي الحساسية الأعلى إلى ناتج أقوى وأفضل لحل الاهتزازات منخفضة المستوى؛ 100 مللي فولت/غرام هو المعيار الصناعي الشائع.
- استجابة التردد: النطاق الذي يقرأ عليه المستشعر بدقة. يجب أن يمتد على النطاق المتوقع ترددات الأعطال من الجهاز، بهامش مريح أقل من مستشعر التردد الطبيعي (الرنيني).
- نطاق درجات الحرارة: يجب أن يتحمل المستشعر درجة حرارة السطح حيث يتم تركيبه؛ أ مستشعر درجة الحرارة غالبًا ما تكون في موقع مشترك للمراقبة المشتركة.
- طريقة التركيب: تؤثر كيفية توصيل المستشعر - مسمار أو لاصق أو مغناطيس - بشدة على دقة التردد العالي. التثبيت بمسمار لكل ايزو 5348 يعطي أفضل اقتران وأوسع نطاق ترددي قابل للاستخدام؛ حيث إن المغناطيس مناسب لعمل المسار ولكنه يقلل من الحد الأعلى للتردد. ضعيف التركيب يمكن أن يُقدِّم تركيب الرنين المتصاعد الذي يتنكر على أنه خطأ في الماكينة.
يمكنك تقدير عقوبة عرض النطاق الترددي لمرفق معين باستخدام حاسبة رنين تركيب مقياس التسارع قبل الالتزام بمخطط التركيب.
5. تطبيقات في مراقبة الحالة
تدعم أجهزة قياس التسارع كل تحليل الاهتزازات المهمة، بما في ذلك:
- برامج الصيانة التنبؤية: جمع البيانات الروتينية على الطريق لتحديد اتجاهات سلامة الماكينة والتنبؤ بالأعطال.
- تشخيص الأعطال: تحديد عدم الاتزان، وعدم الاتساق, ارتخاء and تآكل المحمل من طيف الاهتزاز.
- اختبار القبول: التحقق من استيفاء الماكينات الجديدة أو التي تم إصلاحها لمواصفات الاهتزاز مثل ايزو 20816 (الخلف الحديث للمعيار ISO 10816).
- التحليل النمطي: دراسة الترددات الطبيعية and أشكال الوضع الهيكل.
تعد الموازنة الميدانية واحدة من أكثر هذه الوظائف تطلبًا، لأنها تحتاج إلى كل من السعة and فإن مرحلة للاهتزاز مرة واحدة في كل دورة. جهاز محمول ثنائي القناة مثل بالانست-1أ يأخذ مقياسي التسارع الخاصين به، ويثبتهما على عداد سرعة الدوران نبضة، ويقيس السعة والطور 1× السعة والطور مباشرةً في محامل الماكينة نفسها عند سرعة التشغيل - محولاً إشارة مقياس التسارع الخام إلى معاملات التأثير وأوزان التصحيح اللازمة لموازنة الدوار في الموقع.
