فهم مجسات الإزاحة
A مسبار الإزاحة — يُعرف أيضًا بمجس الاقتراب، أو حساس الإزاحة، أو حساس الموضع غير التلامسي — يقيس الفجوة بين طرفه وسطح الهدف دون ملامسته، مُنتجًا إشارة تتناسب مع الإزاحة، عادةً بالميكرومتر أو الميل. في اهتزاز المراقبة، تُثبَّت مجسّات الإزاحة بصفة دائمة في غلاف الآلة وتُوجَّه نحو عمود الدوران لقياس موضعه الشعاعي, الوضع المحوري، والاهتزاز الديناميكي، باستجابة مستوية من التيار المستمر (الوضع الثابت) حتى عدة كيلوهرتز. وأكثر الأنواع شيوعًا على الإطلاق هو مسبار التيار الدوامي، الحساس القياسي لحماية الآلات التوربينية الحرجة.
1. التعريف: ما هو مجس الإزاحة؟
تستحق مجسّات الإزاحة مكانها على الآلات عالية القيمة لأنها تقيس الحركة الفعلية لعمود الدوران، وليس حركة مبيت المحمل. فهي توفّر موضع العمود بالنسبة إلى تثبيت المسبار (مبيت المحمل)، وهو ما — عند ربطه بخلوص المحمل المعروف أثناء الإعداد — يدعم مراقبة الخلوص، كما أنها تعمل بموثوقية عند درجات الحرارة العالية وفي البيئات الزيتية والملوثة حيث تفشل المستشعرات التلامسية. وهذا الجمع — القياس المباشر للعمود، وإمكانات التيار المستمر، والمتانة — هو سبب هيمنتها على أنظمة المراقبة الدائمة المبنية وفق معايير مثل API 670.
2. الأنواع حسب تقنية الاستشعار
يمكن لعدة مبادئ فيزيائية قياس الفجوة دون تلامس. يظهر في الصناعة أربعة أنواع:
- مسابر التيار الدوامي (الأكثر شيوعاً): تُحدث تيارات دوامية في هدف موصل وتستشعر التغيير الناتج في ممانعة الملف. وهي المعيار الصناعي لآلات التوربينات، مع نطاق خطي نموذجي يتراوح بين 0.5–5 ملم، واستجابة ترددية من التيار المستمر حتى أكثر من 10 كيلوهرتز، والتشغيل حتى نحو 350 °C.
- مسابر السعة: تقيس السعة بين المجس والهدف. وتتميز بدقة فائقة (تصل إلى النانومتر) وتعمل على أهداف غير موصلة، غير أنها تُستخدم أساسًا في تطبيقات الدقة والبحث.
- مستشعرات الإزاحة بالليزر: تستخدم التثليث الضوئي أو التداخل الضوئي للقياس غير التلامسي على مسافات طويلة محتملة بدقة عالية. وهي مكلفة وأقل متانة، لذا تظهر أساسًا في تطبيقات استكشاف الأعطال والبحث.
- أجهزة استشعار الإزاحة فوق الصوتية: تستخدم قياس وقت الرحلة على مسافات تصل إلى عدة أمتار، بدقة أقل من الأنواع الأخرى، لتطبيقات الأبعاد الطويلة المتخصصة.
3. المزايا الرئيسية
القياس المباشر للعمود
ولأن المسبار يوجَّه مباشرة نحو العمود، فإنه يبلّغ عن حركة الدوار بالنسبة إلى مبيت المحمل بدلًا من اهتزاز المبيت المُرشَّح والمخفَّف (ويتطلب قياس الحركة المطلقة للعمود أيضًا مستشعرًا زلزاليًا على المبيت). وهذا ما يجعل مسبار الإزاحة ضروريًا لأعمال ديناميكيات الدوار الجادة، حيث تكون الكمية محل الاهتمام هي كيفية تحرك العمود ذاته داخل خلوصاته.
استجابة التيار المستمر (التردد الصفري)
يقيس المجس الموضع الساكن عند 0 هرتز، مما يتيح له تتبع الانجرافات البطيئة والتمدد الحراري ومتوسط موضع العمود مع مرور الوقت. وهذا ما لا يستطيع جهاز مقياس التسارع القيام به من حيث المبدأ، إذ لا تستجيب مقاييس التسارع إلا للحركة المتغيرة.
الموضع النسبي للعمود والخلوص
ولأن المسبار مثبت في مبيت المحمل، فإنه يبلّغ عن موضع العمود بالنسبة إلى ذلك المبيت؛ وبمجرد ربط الفجوة بخلوص المحمل المعروف أثناء الإعداد، فإنه يدعم مراقبة الخلوص، ويكشف عن تحولات الدوّار الناجمة عن تآكل المحمل، ويمكن أن يُشغّل نظام حماية فصل وقائي عندما تصبح الإزاحة مفرطة.
4. التثبيت القياسي
تكوين مسبار XY
يضع الترتيب الكلاسيكي مجسَّين على بُعد 90° من بعضهما — عادةً أحدهما أفقي والآخر عمودي. يلتقطان معاً موضع العمود في اتجاهين متعامدين، مما يتيح تحليل المدار وصورة ثنائية الأبعاد حقيقية لحركة العمود. يُعدّ الزوج XY المعيار الأساسي لمراقبة توربينات التحريك وفق API 670.
مسبار محوري (الدفع الجانبي)
يواجه المجس المحوري نهاية العمود أو طوق الدفع لقياس الموضع المحوري وأداء محمل الدفع، للحماية من الحركة المحورية المفرطة. يُركَّب مجس واحد أو اثنان، ويوفر الثاني التكرار الاحتياطي.
5. التطبيقات وأوجه المقارنة
البيئة الرئيسية للمجس هي المراقبة المستمرة لتوربينات البخار والغاز والضواغط الكبيرة والمولدات والمضخات الحرجة (API 610)، حيث يوفر مراقبة مستمرة مع وظائف الإنذار وقطع التشغيل لحماية الآلات. وفي اختبار ديناميكا الدوار يُستخدم لتحديد السرعات الحرجة، وتحليل بدء التشغيل والتوقف، وتحديد أشكال الأنماط الاهتزازية، وقياس معامل التخميد. وفي مراقبة الفسحة يتتبع موضع العمود بالنسبة إلى الحشوات والمتاهات، ويكتشف تآكل المحامل الذي يسبب إزاحة الدوار، ويرصد التمدد الحراري، ويساعد على منع التلامس بين الدوار والجزء الثابت.
لهذه الأسباب مجتمعة، يُعدّ مجس الإزاحة الخيار الأمثل في المعدات الدوارة الحرجة. فهو أكثر تكلفةً وأعقد في التركيب مقارنةً بمقياس التسارع، كما أنه تثبيت ثابت وليس أداة محمولة — إذ يلجأ المهندسون الذين يحتاجون إلى موازنة آلة أو تشخيصها خلال جولة الصيانة في الغالب إلى محلل محمول ذي قناتين مثل Balanset-1A باستخدام المستشعرات الزلزالية. ولكن عندما تكون استجابة التيار المستمر، والموضع النسبي للعمود، والقياس المباشر للعمود مطلوبة، فلا يوجد ما يوفّر المستوى نفسه من الرؤية والحماية.
