Senzori: Senzori vibracijske analize
U analizu vibracija, a pretvarač je uređaj koji pretvara fizičko, mehaničko kretanje — vibracija — u proporcionalni električni signal koji prikupljač podataka ili sistem praćenja mogu obraditi, mjeriti i analizirati. Senzori su primarni detektori i sama prva karika u lancu mjerenja; bez pouzdanog senzora, nije moguća nikakva smislena analiza. Odabir odgovarajućeg je kritična odluka koja ovisi o tipu mašine, njenom brzinom vrtnje i specifičnim kvarovima koji se prate — jer je svaki tip senzora prirodno osjetljiv na različitom dijelu vibracijske slike.
1. Lanac mjerenja i tri parametra
Vibracija se može opisati bilo kojom od tri povezane veličine, a koja od njih senzor mjeri oblikuje gdje se ističe. Radna zapremina dominira na niskoj frekvenciji i odražava bruto kretanje; brzina je najuravnoteženija mjera u srednjem opsegu gdje žive najčešće greške; i ubrzanje naglašava visokofrekventne događaje koji signaliziraju ranu štetu ležajeva i zupčanika. Tri su povezane matematički — integracija pretvara signal ubrzanja u brzinu, i opet u pomjeranje — zbog čega jedan senzor može, uz elektroniku, služiti nekoliko uloga. Bez obzira na parametar, senzor napaja ostatak lanca: kondicioniranje signala, digitalizacija, i na kraju analizator.
2. Tri glavna tipa vibracijskih senzora
Tri glavna tipa senzora koriste se u industrijskom praćenju mašina, a svaki mjeri drugačiji fizički parametar vibracije.
Aksiometar (mjeri ubrzanje)
akcelerometar je daleko najčešće korišten i najsvestranije vibracijski senzor, koji mjeri ubrzanje strukture na koju je montiran.
- Princip: većina industrijskih jedinica koristi piezoelektrični, koristeći kristal koji generiše naboj kada je izložen stresu od integrne sejzmičke mase.
- Prednosti: izuzetno širok spektar frekvencija, odličnu robusnost, mnogo dostupnih dizajna i prikladnost za gotovo bilo koju mašinu. Posebno se ističu u detektovanju događaja visokih frekvencija.
- Primarna upotreba: praćenje opšte namene od sporih mašina do veoma brzih turbomašina, i standardni senzor za greške visokih frekvencija kao što su ležaj i kvarovi zupčanika.
Senzor brzine vibraciona (meri brzinu)
A pretvarač brzine je elektrodinamički senzor koji direktno meri brzinu vibracija.
- Princip: radi kao mikrofon — zavojnica žice je suspendovana u magnetnom polju, i dok se kućište vibrira, relativno kretanje između zavojnice i magneta generiše napon proporcionalan brzini.
- Prednosti: jak signal niskog šuma u opsegu srednjih frekvencija (približno 10 Hz do 1.000 Hz), tačno tu gde se pojavljuju uobičajene greške kao što su neuravnoteženost i neporavnanje i bez potrebe za spoljnom energijom.
- Nedostaci: krhkiji od akcelerometra, sa ograničenim spektrom frekvencija i osjetljivošću na magnetna polja i orijentaciju montaže. Klasičan samogeneratorski dizajn zavojnica-i-magnet — velometar — je uglavnom zamijenjen akcelerometrima sa elektronskom integracijom.
- Primarna upotreba: istorijski je bio radni konj za opšte praćenje prije nego što su robusni akcelerometri postali česti, i ponekad se i dalje bira za trajne instalacije u opsegu srednjih frekvencija.
Senzor blizine (meri pomeranje)
sondu blizine, ili sonda vrtložnih struja, je beskontaktni transduktor koji meri pomeranje rotirajućeg vratila.
- Princip: koristi elektromagnetno polje za indukciju i mjerenje virnih struja na površini vratila, detektujući razmak između vrha senzora i vratila.
- Prednosti: meri stvarno kretanje samog vratila umjesto kućišta, je beskontaktan, i njegov odziv dostiže od 0 Hz (DC), tako da hvata prosječnu poziciju vratila kao i njegovu vibraciju.
- Primarna upotreba: bitan za zaštitu i praćenje kritične, brzohodne turbomašine na ležajevima sa filmom kliznih ležaja — turbine i kompresore — i za analizu orbita vratila i položaja srednje linije.
3. Odabiranje pravog transduktora
Odabiranje transduktora je kritičan korak u postavljanju bilo kojeg programa praćenja. Opšte pravilo je odabrati senzor koji je najosjetljiviji u spektru frekvencija očekivanih grešaka:
- Koristite senzora blizine za kretanje vratila na mašinama sa ležajevima sa filmom, gde vratilo može značajno da se pomjera unutar relativno mirnog kućišta.
- Koristite akcelerometri za gotovo sve ostalo, jer su najsvestranije; signal se može integrirati u brzinu za greške na srednjim frekvencijama ili koristiti direktno kao ubrzanje za greške na visokim frekvencijama.
Dva praktična faktora dopunjuju odabir. Davalac signala’s osjetljivost mora biti prikladan za očekivanu amplitudu vibracija — premalo i male greške se gube u šumu, previše i jaki signali se zanose — a njegov upotrebljivi frekvencija opseg mora pokrivati frekvencije greške od interesa. Piezoelektrični senzori sa izlazom naboja dodatno trebaju odgovarajući pojačivačem naboja u lancu.
4. Davalci u Terenskoj Balansuiranju i Dijagnostici
Na prenosivom instrumentu, davalac je komponenta od koje sve ostalo zavisi. Dvokanalnih terenski analizator kao što je Balanset-1A kombinuje dva analogna MEMS akcelerometra s optičkim tahometrom za fazni referentni signal, bilježeći sinhroniziranu amplitudu i fazu na svakom ležaju dok mašina radi u vlastitim ležištima pri radnoj brzini. Upravo taj lanac zasnovan na akcelerometrima omogućava instrumentu da izračuna korekcione mase za balansiranje u jednoj i dvije ravni te da obavlja rutinsko monitoringa vibracija — jasna ilustracija općeg principa da je akcelerometar podrazumijevani davalac za veliku većinu rada sa rotirajućim mašinama, sa senzorom blizine i seizmički senzor rezervisani za slučajeve kada im njihova fizika najbolje odgovara.
