Převodníky: Senzory vibrační analýzy
Na adrese analýza vibrací, a převodník je zařízení, které převádí fyzický, mechanický pohyb — vibrace — na proporcionální elektrický signál, který sběrač dat nebo monitorovací systém dokáže zpracovávat, měřit a analyzovat. Snímače jsou primárními senzory a představují první článek v měřicím řetězci; bez spolehlivého snímače není možná žádná smysluplná analýza. Výběr toho správného snímače je zásadní rozhodnutí, které závisí na typu stroje, jeho provozní rychlosti a konkrétních sledovaných poruchách – protože každý typ snímače je přirozeně citlivý na jinou složku vibračního spektra.
1. Měřicí řetězec a tři parametry
Vibrace lze popsat pomocí kterékoli ze tří souvisejících veličin, přičemž to, kterou z nich snímač měří, určuje, v čem vyniká. Přemístění převládá v nízkých frekvencích a odráží hrubý pohyb; rychlost je nejvyváženějším měřítkem v celém středním pásmu, kde se vyskytuje většina běžných chyb; a akcelerace zdůrazňuje vysokofrekvenční jevy, které signalizují počáteční poškození ložisek a převodovky. Tyto tři jevy jsou matematicky provázané — integrace převádí signál zrychlení na rychlost a dále na posun – proto může jeden snímač ve spojení s elektronikou plnit několik funkcí. Ať už se jedná o jakýkoli parametr, snímač dodává signál do dalších článků řetězce: ke zpracování signálu, digitalizaci a nakonec k analyzátoru.
2. Tři hlavní typy snímačů vibrací
V monitorování průmyslových strojů se používají tři hlavní typy snímačů, z nichž každý měří jiný fyzikální parametr vibrací.
Akcelerometr (měří zrychlení)
Na stránkách akcelerometr je zdaleka nejběžnějším a nejvšestrannějším vibračním převodníkem. Měří zrychlení konstrukce, na které je namontován.
- Princip: většina průmyslových jednotek je piezoelektrické, a to pomocí krystalu, který při namáhání vnitřní seismickou hmotou generuje elektrický náboj.
- Silné stránky: mimořádně široký frekvenční rozsah, vysoká odolnost, široká škála provedení a vhodnost pro téměř jakýkoli stroj. Vynikají zejména při detekci vysokofrekvenčních jevů.
- Primární použití: monitorování strojů všeobecného použití, od strojů s nízkými otáčkami až po turbostroje s velmi vysokými otáčkami, a nejčastěji používaný snímač pro detekci vysokofrekvenčních poruch, jako jsou ložisko a vady ozubených kol.
Snímač rychlosti (měří rychlost)
A snímač rychlosti je elektrodynamický snímač, který přímo měří rychlost vibrací.
- Princip: funguje to jako mikrofon – v magnetickém poli je zavěšena drátová cívka a při vibracích krytu vzniká v důsledku relativního pohybu mezi cívkou a magnetem napětí úměrné rychlosti.
- Silné stránky: silný signál s nízkým šumem v pásmu středních frekvencí (přibližně 10 Hz až 1 000 Hz), tedy přesně tam, kde se vyskytují běžné poruchy, jako jsou nevyváženost a nesouosost se objeví a není potřeba externí napájení.
- Slabé stránky: je citlivější než akcelerometr, má omezený frekvenční rozsah a je citlivý na magnetická pole a orientaci při montáži. Klasická konstrukce s vlastním generátorem založená na cívce a magnetu — velometr — byl z velké části nahrazen akcelerometry s elektronickým vyhodnocením.
- Primární použití: v minulosti se jednalo o základní nástroj pro všeobecné monitorování, než se začaly běžně používat odolné akcelerometry, a dodnes se někdy volí pro trvalé instalace v oblasti středních frekvencí.
Proximální snímač (měří posun)
Na stránkách sonda přiblíženínebo sonda s vířivými proudy, je bezkontaktní snímač, který měří posun rotujícího hřídele.
- Princip: využívá elektromagnetické pole k vyvolání a měření vířivých proudů na povrchu hřídele, čímž snímá vzdálenost mezi hrotem sondy a hřídelí.
- Silné stránky: měří skutečný pohyb samotné hřídele, nikoli skříň, je bezkontaktní a jeho frekvenční rozsah sahá až k 0 Hz (DC), takže zaznamenává jak průměrnou polohu hřídele, tak i jeho vibrace.
- Primární použití: nezbytné pro ochranu a monitorování kritických vysokorychlostních turbostrojů v režimu tekutého filmu kluzná ložiska — turbíny a kompresory — a pro analýzu oběžná dráha hřídele a poloha na ose.
3. Výběr správného snímače
Výběr snímače je klíčovým krokem při zavádění jakéhokoli monitorovacího programu. Obecně platí, že je třeba zvolit snímač, který je nejcitlivější v frekvenčním rozsahu očekávaných poruch:
- Použijte induktivní sondy pro pohyb hřídele u strojů s kapalinovým ložiskem, kde se hřídel může výrazně pohybovat uvnitř relativně nehybného pouzdra.
- Použijte akcelerometry pro všechno ostatní, protože jsou nejuniverzálnější. Signál lze integrovat do rychlosti pro analýzu středně frekvenčních poruch nebo použít přímo jako zrychlení pro vysokofrekvenční poruchy.
Výběr doplňují dva praktické aspekty. Snímač citlivost musí odpovídat předpokládané amplitudě vibrací – při příliš nízké hodnotě se drobné poruchy ztratí v šumu, při příliš vysoké hodnotě dojde k oříznutí silných signálů – a jeho použitelná frekvence Rozsah musí pokrývat frekvence poruch, které nás zajímají. Piezoelektrické snímače s výstupem v podobě náboje navíc vyžadují přizpůsobení zesilovač náboje in the chain.
4. Snímače v oblasti vyvažování a diagnostiky
U přenosného přístroje je snímač tou součástí, na které závisí vše ostatní. Dvoukánálový terénní analyzátor, jako je například Balanset-1A Obvykle se zde kombinují dva akcelerometry typu IEPE s optickým otáčkoměrem sloužícím jako fázová reference, čímž se při provozu stroje na vlastních podpěrách při provozní rychlosti zaznamenávají synchronizované hodnoty amplitudy a fáze u každého ložiska. Právě tato řetězová konfigurace založená na akcelerometrech umožňuje přístroji vypočítat korekční závaží pro vyvažování v jedné i dvou rovinách a provádět rutinní monitorování vibrací — jasný příklad obecného pravidla, že akcelerometr je standardním snímačem pro drtivou většinu aplikací v oblasti rotujících strojů, přičemž snímač přiblížení a seismický snímač vyhrazeny pro případy, pro které se jejich fyzikální vlastnosti nejlépe hodí.
