Разбиране на преобразувателите на скорост
A преобразувател на скорост - наричан още велометър, сеизмичен сензор или сензор с подвижна бобина — е самозахранващ се вибрация сензор, който произвежда изходно напрежение, пряко пропорционално на вибрациите скорост, без външно захранване и без обработка на сигнала. Той работи на принципа на електромагнитната индукция: магнит, окачен на меки пружини, се движи спрямо намотка, когато корпусът вибрира, и това относително движение генерира напрежение, пропорционално на скоростта. Като член на сейсмичен преобразувател семейство — сензори, които използват вътрешна маса на пружина като инерционна референция — той измерва абсолютното движение на повърхността, към която е закрепен.
Преобразувателите на скорост бяха най-разпространените датчици за вибрации приблизително от 50-те до 80-те години на миналия век и все още се използват в постоянни системи за мониторинг и в някои преносими уреди. В новите конструкции обаче те до голяма степен са отстъпили място на акселерометри, които са по-малки, обхващат по-широк честотен диапазон и достигат високите честоти, необходими за откриване на дефекти в лагерите.
1. Принцип на действие
Електромагнитна индукция
Механизмът представлява пряко приложение на закона на Фарадей:
- Постоянен магнит е окачен на пружини вътре в намотка.
- Вибрацията привежда в движение корпуса, а с него и намотката.
- Над резонансната честота на сензора инерцията на магнита го задържа почти неподвижен в пространството.
- Това води до относително движение между бобината и магнита.
- Движението предизвиква напрежение в намотката (V ∝ скорост).
- Следователно изходното напрежение е пряко пропорционално на скоростта на вибрациите.
Работа с автономно захранване
Тъй като сензорът генерира собствен сигнал, той не се нуждае от външно захранване — това е пасивна двупроводна преобразувателна система, която по своята същност е надеждна и не е изложена на риск от отказ на захранването. Именно тази характеристика прави преобразувателите на скорост актуални и до днес в определени ниши.
2. Characteristics
Честотна характеристика
- Долна граница на честотния диапазон: определено от сензора собствена честота, обикновено 8–15 Hz.
- Usable range: над около 2 пъти естествената честота, т.е. минимум 16–30 Hz.
- Горна честотна граница: обикновено 1–2 kHz.
- Flat response: широк, равен диапазон в рамките на работния обхват.
- Най-добър за: 10–1000 Hz — честотният диапазон, в който се проявяват повечето типични неизправности на машините.
Чувствителност
- Обикновено 10–500 mV на инч/сек (около 400–20 000 mV на mm/s).
- Обичайната стойност е 100 mV/инч/сек (≈ 4000 mV/мм/сек).
- По-високата чувствителност е подходяща за приложения с ниски вибрации; по-ниската чувствителност е подходяща за измервания при високи вибрации.
Size and weight
- Сравнително голям — с дължина около 50–100 мм и диаметър 25–40 мм.
- Тежки, често с тегло 100–500 г.
- Много по-обемист от акселерометър.
- That mass can mass-load и да нарушат поведението на леките конструкции.
3. Предимства
Изход за пряко измерване на скоростта
Преобразувателят измерва скоростта директно, без интеграция стъпка. Това съответства на начина, по който стандартите за машинни вибрации определят границите — ISO 20816 (наследникът на ISO 10816) е написан на RMS скорост — опростява обработката на сигнала и го прави идеален за приложения, основани на скоростта интензивност на вибрациите assessment.
Самозахранващ се и отказоустойчив
- Не се изисква захранване.
- Обикновено двужично свързване.
- Не може да се повреди при спиране на електрозахранването.
- По-ниски разходи за системата, без необходимост от избор на захранващ блок.
Добро възпроизвеждане на ниските честоти
- Може да се използва при честоти до 10–15 Hz, което е по-добро от много други акселерометри.
- Подходящ за машини с ниска скорост до около 600 об./мин.
- Идеално решение за приложения, работещи в рамките на неговата честотна лента.
4. Disadvantages
Ограничена честотна характеристика във високите честоти
- Ограничено до около 1–2 kHz.
- Не може да се достигне високата честота дефект на лагера енергия (5–20 kHz).
- Inadequate for анализ на обвивката.
- Това е основното ограничение при акселерометрите.
Размер, тегло и чупливост
- Големи и тежки, трудни за монтиране на малки машини и склонни да натоварват прекомерно леките конструкции.
- По-малко преносим от акселерометър.
- Вътрешните пружини и подвижният магнит могат да бъдат повредени при удар или падане, поради което сензорът е чувствителен към грубо боравене и изисква повече грижи в сравнение с полупроводниковото устройство.
Ограничения по отношение на температурата
- Силата на магнита намалява с повишаването на температурата.
- Обикновено се ограничава до около 120 °C.
- По-ниска устойчивост на високи температури в сравнение с charge-mode accelerometer.
5. Къде все още се използват преобразуватели на скорост
- Стари постоянни инсталации: по-стари турбомашини monitoring системи, при които подмяната с идентични компоненти осигурява съвместимост със съществуващата кабелна инсталация и стелажите.
- Приложения с ниска честота: оборудване с много ниска скорост (под 300 об./мин.) и всяка задача, при която честотният диапазон 10–1000 Hz е достатъчен и високите честоти не са необходими.
- Конкретни изисквания: ситуации, в които наистина е необходим самозахранващ се сензор, задачи в искробезопасни зони, където не се допуска използването на електроника с външно захранване, или когато се предпочита пряк изход на скоростта.
6. Mounting
Тъй като сензорът е тежък, надеждността на монтажа е от решаващо значение — неправилно закрепен преобразувател на скоростта добавя към данните свой собствен резонанс.
- Методи: монтаж на болт в отвор с резба (най-надежден), монтаж на скоба с преходни плочи или магнитен монтаж, при който повърхността е магнитна, а сензорът не е прекалено тежък.
- Considerations: Твърдото закрепване е от съществено значение; сензорът трябва да бъде здраво затегнат, за да не вибрира самостоятелно; повърхността за монтаж трябва да е равна и чиста, а кабелът се нуждае от устройство за облекчаване на напрежението, за да се предотврати издърпването му.
7. Съвременни алтернативи и практика на място
В повечето нови разработки акселерометърът се е наложил: той е значително по-малък и по-лек, обхваща много по-широк честотен диапазон (от около 0,5 Hz до 50 kHz), е по-подходящ за откриване на дефекти в лагерите, е по-издръжлив и струва по-малко. Затова стандартният съвременен подход е да се измерва ускорението и integrate към скоростта, като се постига показанието за скорост, изисквано от стандартите, и същевременно се запазват всички предимства на акселерометъра — а съвременните уреди правят тази интеграция напълно незабележима за потребителя.
Именно по този начин работи преносимият анализатор за балансиране. Балансет-1а използва акселерометри, монтирани върху лагерните корпуси, и изчислява скоростта вътрешно, така че инженерът получава пряката стойност на скоростта, каквато би предоставил датчик за скорост при проверка на степента на сериозност съгласно ISO 20816 — заедно с обхвата на високите честоти и 1× амплитуда и фаза needed for балансиране на полето, нито едно от които не може да бъде постигнато с датчик за скорост с честота 1–2 kHz.
8. Калибриране и поддръжка
- Калибриране: проверка на чувствителността (mV/in/s или mV/mm/s) и честотната характеристика на вибрационна маса, с годишна калибриране типично за критични приложения.
- Поддръжка: Боравете се с него внимателно, за да избегнете падане и удари, проверявайте състоянието на кабела, уверявайте се, че монтажът е стабилен, периодично тествайте изходния сигнал и сменете сензора, ако се наблюдава отклонение в чувствителността или реакцията му.
Преобразувателите на скорост, въпреки че все по-рядко се използват при нови инсталации, продължават да играят важна роля в съществуващите системи за постоянен мониторинг, както и при определени задачи, свързани с ниски честоти, автономно захранване или искробезопасни условия. Разбирането на принципа им на действие, на това в какво са добри и къде имат недостатъци е необходимо както за поддържането на старите системи в работно състояние, така и за вземането на информирано избор на сензор когато датчикът за скорост все пак е подходящият избор.
