Razumevanje senzora brzine vibracija
A pretvarač brzine — poznat i kao velometar, seizmički senzor, ili senzor sa pomičnom zavojnicom — je samogenerirajući vibracija senzor koji proizvodi izlazni napon direktno proporcionalan vibraciji brzina, bez vanjske moći i bez kondicioniranja signala. Radi elektromagnetnom indukcijom: magnet suspendovan na mekim oprugama kreće se relativno u odnosu na zavojnicu kada kućište vibrira, a ta relativna kretanja generiraju napon proporcionalan brzini. Kao član seizmički senzor porodice — senzori koji koriste opruganu unutrašnju masu kao inercijsku referencu — mjeri apsolutno kretanje površine na koju je pričvršćen.
Senzori brzine vibracija bili su dominantni senzor vibracija otprilike od 1950-ih do 1980-ih i još uvek služe u permanentnim instalacijama za praćenje i nekim prenosivim instrumentima. U novim dizajnima, međutim, uglavnom su zamenjeni sa akcelerometri, koji su manji, obuhvataju širi frekventni opseg, i dostižu visoke frekvencije potrebne za detektovanje kvarova ležajeva.
1. Princip rada
Elektromagnetna indukcija
Mehanizam je direktna primena Faradejevog zakona:
- Permanentni magnet suspendovan je oprugama unutar zavojnice.
- Vibracija pomera kućište i zavojnicu sa njom.
- Iznad rezonancije senzora, inercija magneta ga drži gotovo nepomičnim u prostoru.
- To proizvodi relativno kretanje između zavojnice i magneta.
- Kretanje indukuje napon u zavojnici (V ∝ brzina).
- Izlazni napon je zato direktno proporcionalan brzini vibracije.
Samogenerirajuća operacija
Pošto senzor kreira sopstveni signal, ne treba mu vanjska moć — pasivna, dvožična transdukcija koja je inherentno bezbedna, bez napajanja koje bi moglo biti izgubljeno. Ovo je svojstvo koje čuva senzore brzine vibracija relevantnim u specifičnim nišama čak i danas.
2. Karakteristike
Frekventni odgovor
- Donja granica frekvencije: određena osobinama senzora prirodna frekvencija, obično 8–15 Hz.
- Korisni opseg: iznad ongeveer 2× prirodne frekvencije, pa najmanje 16–30 Hz.
- Gornja granica frekvencije: obično 1–2 kHz.
- Ravan odziv: široko, ravno područje kroz upotrebljivi raspon.
- Najbolje za: 10–1000 Hz — opseg gdje se javljaju većina grešaka mahinskog opreme.
Osjetljivost
- Obično 10–500 mV po inch/s (oko 0,4–20 mV po mm/s).
- Uobičajena vrijednost je 100 mV/in/s (≈ 3,94 mV/mm/s, odnosno oko 4 V/(m/s)).
- Viša osjetljivost odgovara primjenama niske vibracijske; niža osjetljivost odgovara mjerenjima visoke vibracije.
Veličina i težina
- Relativno velika — otprilike 50–100 mm dužine i 25–40 mm u promjeru.
- Teška, često 100–500 g.
- Mnogo masivnija od akcelerometra.
- Ta masa može opterećenje masom i iskriviti odgovor laganih struktura.
3. Prednosti
Direktan izlaz brzine
Transduktor mjeri brzinu direktno, bez integracija korak. To se podudara s način na koji standardi vibracija mašinskog izražavaju granice — ISO 20816 (nasljednica ISO 10816) napisana je na RMS brzina — čini obradu signala jednostavnom i čini je prirodnim odabirom za analizu temeljenu na brzini severiteta vibracija procjena.
Samogeneriranje i otpornost na greške
- Nije potrebna vanjska energija.
- Jednostavna dvožična veza.
- Ne može otkazati uslijed gubitka napajanja.
- Niži trošak sustava bez potrebe specificiranja napajanja.
Dobar odziv na niskim frekvencijama
- Upotrebljivo do 10–15 Hz, bolje od mnogih akcelerometara.
- Pogodno za sporu mehanizaciju do oko 600 RPM.
- Prirodan odabir za aplikacije u rasponima frekvencija u koju spada.
4. Nedostaci
Ograničeni odziv na visokim frekvencijama
- Ograničeno na otprilike 1–2 kHz.
- Nije moguće dosegnuti energiju visokih frekvencija kvar ležaja energija (5–20 kHz).
- Neadekvatno za analiza omotača.
- Ovo je odlučujući nedostatak u odnosu na akcelerometre.
Veličina, težina i krtost
- Veliki i teški, teško se montiraju na male mašine i skloni su dodavanju mase laganim strukturama.
- Manje prenosiv od akcelerometra.
- Unutrašnje opruge i pokretni magnet mogu biti oštećeni šokom ili padom, tako da je senzor osjetljiv na grub tretman i trebate mu više pažnje nego čvrstoj-stanju uređaju.
Ograničenja temperature
- Jačina magneta pada kako temperatura raste.
- Obično ograničena na oko 120 °C.
- Manja mogućnost rada na visokim temperaturama od charge-mode (izlaz naboja) akcelerometar.
5. Gdje se brzinski transduceri još uvijek koriste
- Starija trajna instalacija: starija turbomašinerija nadzor sistemi, gdje zamjena s istom vrstom održava kompatibilnost s postojećom instalacijom i regali.
- Aplikacije na niskim frekvencijama: vrlo sporohodna oprema (ispod 300 okr/min) i bilo koja primjena gdje je dovoljan 10–1000 Hz opseg i visoke frekvencije nisu potrebne.
- Specifični zahtjevi: situacije koje doista trebaju senzor koji generiše sam, intrinsically-safe zadatke gdje elektroni na struji nisu dozvoljeni, ili preferencu za direktni izlaz brzine.
6. Montaža
Budući da je senzor teški, integritet montaže je kritičan — loše pričvršćeni transducer brzine dodaje njegovu vlastitu rezonansu u podatke.
- Metode: montaža vijkom u navojnu rupu (najpouzdanije), montaža okvirom sa adapterskim pločama, ili magnetna montaža gdje je površina magnetna a senzor nije previše teški.
- Napomene: kruta montaža je neophodna, senzor mora biti čvrsto pričvršćen kako ne bi vibrirao nezavisno, površina montaže mora biti ravna i čista, a kabl trebate štitu od zatezanja kako bi se izbjegla isklapanja.
7. Moderne alternative i praksa na terenu
U većini novog rada akcelerometar je pobijedio: daleko je manji i lakši, pokriva mnogo širi opseg (oko 0,5 Hz do 50 kHz), bolji je za detekciju grešaka ležaja, otporniji je i jeftiniji. Standardni moderni pristup je dakle mjerenje ubrzanja i integrirati do brzine, dostižući čitanje brzine koje standardi trebaju zadržavajući sve prednosti akcelerometra — i moderni instrumenti čine tu integraciju potpuno transparentnom za korisnika.
Upravo na ovaj način radi prenosivi analizator balansiranja. Balanset-1A koristi akcelerometre na kućištima ležajeva i interno integrira u brzinu, tako da inženjer dobija direktnu vrijednost brzine koju bi dao pretvarač brzine za ISO 20816 provjeru težine — zajedno sa visokim frekvencijskim dosegom i 1× amplitudu i fazu potrebno za terensko balansiranje, što nijedan pretvarač brzine od 1–2 kHz nije mogao pružiti.
8. Kalibracija i održavanje
- Kalibracija: provjeri osjetljivost (mV/in/s ili mV/mm/s) i frekvencijski odgovor na shakerskom stolu, sa godišnjim kalibracija uobičajenim za kritične aplikacije.
- Održavanje: rukuj pažljivo kako bi se izbjegla padanja i udari, provjeri stanje kabela, provjeri sigurnost montaže, testiraj izlaz povremeno, i zamijeni senzor ako se njegova osjetljivost ili odgovor promijeni.
Pretvarači brzine, iako u padu u novim instalacijama, ostaju važni u postojećim stalno instaliranim sustavima monitoriranja i u određenim primjenama niske frekvencije, samopogonskih ili intrinzički sigurnih. Razumijevanje kako funkcioniraju, što čine dobro, i gdje zaostaju je neophodno kako za održavanje starijih sustava tako i za donošenje informiranog izbora senzora kada je pretvarač brzine još uvijek pravi izbor.
