Преобразуватели: Сензорите за вибрационен анализ
В анализ на вибрациите, a преобразувател е устройство, което преобразува физическо механично движение — вибрация — в пропорционален електрически сигнал, който колектор на данни или система за мониторинг може да обработва, измерва и анализира. Преобразувателите са основните сензори и първото звено в измервателната верига; без надежден преобразувател не е възможен никакъв смислен анализ. Изборът на правилния е критично решение, което зависи от вида на машината, нейната работна скорост и конкретните дефекти, които се наблюдават — тъй като всеки тип преобразувател е по природа чувствителен към различна част от вибрационната картина.
1. Измервателната верига и трите параметъра
Вибрацията може да бъде описана чрез три свързани величини, като измерваната от преобразувателя определя областта, в която той е най-ефективен. Изместване доминира при ниски честоти и отразява грубото движение; скорост е най-балансираната мярка в средния честотен диапазон, където се проявяват повечето типични дефекти; и ускорение подчертава високочестотните събития, сигнализиращи за ранни повреди на лагери и зъбни предавки. Трите величини са математически свързани — интеграция преобразува сигнал на ускорение в скорост и отново в отместване — именно затова един единствен сензор може, при наличие на електроника, да изпълнява няколко роли. Независимо от параметъра, преобразувателят захранва останалата част от веригата: кондициониране на сигнала, дигитализация и накрая анализатора.
2. Трите основни вида вибрационни преобразуватели
В мониторинга на промишлени машини се използват три основни типа преобразуватели, всеки от които измерва различен физически параметър на вибрациите.
Акселерометърът (измерва ускорение)
Сайтът акселерометър е най-разпространеният и универсален вибрационен преобразувател. Той измерва ускорението на конструкцията, върху която е монтиран.
- Принцип: повечето индустриални установки са piezoelectric, използвайки кристал, който генерира заряд под въздействие на вътрешна сеизмична маса.
- Силни страни: изключително широк честотен диапазон, висока надеждност, множество налични конструкции и приложимост за почти всяка машина. Те са особено подходящи за откриване на високочестотни събития.
- Основно приложение: мониторинг на машини с общо предназначение — от нискоскоростни машини до високоскоростни турбомашини, и предпочитан сензор за високочестотни дефекти като лагер и дефекти на зъбните колела.
Скоростният преобразувател (измерва скорост)
A преобразувател на скорост е електродинамичен сензор, който директно измерва скоростта на вибрация.
- Принцип: работи като микрофон — намотка от проводник е окачена в магнитно поле и при вибрации на корпуса относителното движение между намотката и магнита генерира напрежение, пропорционално на скоростта.
- Силни страни: силен, нискошумен сигнал в средния честотен диапазон (приблизително от 10 Hz до 1 000 Hz), точно там, където се проявяват типични дефекти като дисбаланс и несъответствие и не изисква външно захранване.
- Слабости: по-крехък от акселерометъра, с ограничен честотен диапазон и чувствителност към магнитни полета и ориентация при монтаж. Класическата самогенерираща конструкция с намотка и магнит — велометър — до голяма степен е изместен от акселерометри с електронно интегриране.
- Основно приложение: исторически основният инструмент за общо наблюдение, преди здравите акселерометри да станат разпространени, и понякога все още се избира за стационарни инсталации в средния честотен диапазон.
Датчик за близост (измерва разместване)
Сайтът сонда за близостили сонда за вихрови токове, е безконтактен преобразувател, който измерва разместването на въртящ се вал.
- Принцип: използва електромагнитно поле за индуциране и измерване на вихрови токове в повърхността на вала, като улавя разстоянието между върха на сондата и вала.
- Силни страни: измерва действителното движение на самия вал, а не на корпуса; безконтактен е и реакцията му достига до 0 Hz (DC), така че улавя средното положение на вала, заедно с неговите вибрации.
- Основно приложение: от съществено значение за защита и наблюдение на критични, високоскоростни турбомашини с хидродинамични лагери на плъзгащи се лагери — турбини и компресори — и за анализ на орбита на вала и централна позиция.
3. Избор на подходящ преобразувател
Изборът на преобразувател е критична стъпка при изграждането на всяка програма за наблюдение. Общото правило е да се избере датчикът, който е най-чувствителен в честотния диапазон на очакваните неизправности:
- Използвайте сонди за близост за движение на вала при машини с хидродинамични лагери, при които валът може да се премества значително вътре в относително неподвижен корпус.
- Използвайте акселерометри за всичко останало, тъй като са най-универсални. Сигналът може да бъде интегриран по скорост за анализ на средночестотни разломи или използван директно като ускорение за високочестотни разломи.
Два практически фактора допълват избора. Параметърът чувствителност трябва да съответства на очакваната амплитуда на вибрациите — прекалено малък и малките дефекти се губят в шума, прекалено голям и силните сигнали се изрязват — а използваемият честота диапазон трябва да обхваща честотите на дефектите от интерес. Пиезоелектричните датчици с изход на заряд допълнително изискват съответстващ усилвател на заряда in the chain.
4. Преобразуватели при теренно балансиране и диагностика
При преносим уред преобразувателят е компонентът, от който зависи всичко останало. Двуканален теренен анализатор като Балансет-1а обикновено се сдвоява с два IEPE акселерометра и оптичен тахометър за фазово опорен сигнал, улавяйки синхронизирани амплитуда и фаза при всеки лагер, докато машината работи в собствените си опори при работна скорост. Именно тази верига на базата на акселерометър позволява на уреда да изчислява корекционни тежести за балансиране в една и две равнини и да извършва рутинна мониторинг на вибрациите — ясна илюстрация на общия принцип, че акселерометърът е стандартният преобразувател за огромното мнозинство от задачите с въртящи се машини, а датчикът за близост и сейсмичен преобразувател са запазени за случаите, за които физиката им е най-подходяща.
