Pochopení velometru (snímače rychlosti)
A velometr, formálněji označovaný jako rychlostní snímač nebo snímač rychlosti, je typem převodník používá se k měření vibrace. Jeho charakteristickým rysem je, že generuje elektrický výstup přímo úměrný rychlost vibrujícího povrchu, na který je připevněn. Tím se liší od akcelerometr, jehož výstup je úměrný akcelerace, a od sonda přiblížení, jehož výstup je úměrný přemístění.
1. Definice: Co je velometr?
Protože rychlost je parametr, který většina mezinárodních norem používá k posouzení plynulosti chodu stroje, je snímač přímo udávající rychlost konceptuálně přitažlivý. Klasický velometr je samostatný, samočinný přístroj — nevyžaduje napájení ani úpravu signálu, aby poskytl použitelný výstup. Ačkoli je dnes méně rozšířený než akcelerometr v moderních přenosných systémech sběru dat, velometr má stále opodstatněné využití, zejména při trvalém monitorování strojů se středními otáčkami a jako součást širší rodiny seismické snímače které měří pohyb relativně vůči volnému prostoru, nikoli vůči pevné konstrukci.
2. Jak funguje velometr
Tradiční velometry jsou elektrodynamické snímače. Pracují na stejném principu jako dynamický mikrofon nebo snímač kytary, řízeném Faradayovým zákonem elektromagnetické indukce:
- Uvnitř pouzdra je cívka z drátu zavěšená na měkkých pružinách.
- Permanentní magnet je pevně uchycen k pouzdru.
- Při namontování snímače na vibrující stroj se pouzdro i magnet pohybují spolu s povrchem stroje.
- Díky své setrvačnosti má pružinou zavěšená cívka tendenci zůstat v prostoru v klidu (to je seismický princip).
- Relativní pohyb mezi pohybujícím se magnetem a téměř nehybnou cívkou indukuje v cívce napětí.
- Podle Faradayova’s zákona je toto indukované napětí přímo úměrné rychlosti relativního pohybu — přesně veličině, kterou chceme měřit.
Soustava pružina–hmota se takto chová pouze nad svou vlastní vlastní frekvence (často okolo 8–10 Hz), což určuje dolní frekvenční limit snímače. Existují také moderní “piezoelektrické velometry”: jedná se v podstatě o akcelerometry s vestavěnou elektronickou integrace obvod, který převádí zrychlení na signál rychlosti přímo uvnitř samotného snímače, čímž obchází křehké pohyblivé části elektrodynamického provedení.
3. Výhody a nevýhody velometrů
Výhody
- Přímý výstup rychlosti: měří rychlost přímo — parametr nejčastěji používaný k hodnocení intenzita vibrací na strojích pro všeobecné použití přibližně v pásmu 10 Hz až 1 000 Hz (podle ISO 20816, moderního nástupce normy ISO 10816). V analyzátoru není vyžadována žádná integrace, což zachovává jednoduchost signálového řetězce.
- Pasivní napájení (bez externího zdroje): tradiční elektrodynamické velometry generují vlastní signál a nepotřebují externí napájení, což je výhodné v některých průmyslových instalacích a instalacích v prostředí s nebezpečím výbuchu.
- Dobrá odezva při nízkých frekvencích: nad jejich vlastní frekvencí jsou obecně citlivější při nižších frekvencích než mnohé akcelerometry pro všeobecné použití, čímž poskytují silný, čistý signál tam, kde se projevuje nevývaha a nesouosost.
Nevýhody
- Omezený frekvenční rozsah: jejich použitelné pásmo je užší než u akcelerometru. Nejsou vhodné pro vysokofrekvenční rázy způsobené vady ložisek nebo vady ozubených kol, které leží výrazně nad jejich mezní frekvencí.
- Moving parts: vnitřní sestava pružiny a cívky může být namáhána, degradovat nebo zcela selhat, zejména při provozu s vysokou úrovní vibrací.
- Citlivost na orientaci: musí být namontovány v orientaci, pro kterou byly navrženy (svislá nebo vodorovná), protože gravitace předepíná pružné uložení.
- Větší a těžší: jsou obvykle mnohem větší a těžší než moderní akcelerometr, což může přitěžovat lehké konstrukce.
- Citlivost na magnetická pole: silná vnější pole, například v blízkosti velkých motorů, se mohou indukovat do cívky a znehodnotit měření.
4. Velometr vs. akcelerometr
Pro moderní přenosný sběr dat a vibrační diagnostika, ten akcelerometr je snímač první volby. Jeho frekvenční odezva je výrazně širší a plošší, takže jeden akcelerometr zachytí jak nízkofrekvenční vibrace způsobené nevývahou, tak velmi vysokofrekvenční vibrace způsobené závadami ložisek a ozubených kol. analyzátor vibrací poté elektronicky integruje signál zrychlení a na vyžádání zobrazuje rychlost nebo výchylku — jeden odolný snímač pokrývá vše, co velometr, a ještě mnohem více. Přesně tak funguje přenosný dvoukanálový Balanset-1A v provozu v terénu: přijímá zrychlení ze svých akcelerometrů, integruje na rychlost pro posouzení závažnosti podle stupňů ISO a používá stejný signál k měření amplitudy a fáze 1× potřebné pro vyvažování v jedné i ve dvou rovinách. Pokud potřebujete převádět hodnoty mezi různými typy snímačů, naše Převodník vibračních jednotek plynule přepíná mezi mm/s, µm a g.
Velometry jsou dnes proto nacházeny převážně jako trvale instalované snímače na středně rychlých strojích — ventilátorech, čerpadlech a motorech — zejména ve starších provozech, kde byly původně specifikovaným monitorovacím převodníkem a spolehlivě slouží dekádu za dekádou.
