Wandler: Die Sensoren der Schwingungsanalyse
Unter Schwingungsanalyse, a Wandler ist ein Gerät, das physikalische, mechanische Bewegung umwandelt - Vibration - in ein proportionales elektrisches Signal, das ein Datenerfassungsgerät oder Überwachungssystem verarbeiten, messen und analysieren kann. Messwertaufnehmer sind die primären Sensoren und das allererste Glied in der Messkette; ohne einen zuverlässigen Messwertaufnehmer ist keine aussagekräftige Analyse möglich. Die Wahl des richtigen Aufnehmers ist eine kritische Entscheidung, die vom Maschinentyp, der Betriebsdrehzahl und den zu überwachenden Fehlern abhängt – denn jeder Aufnehmertyp ist naturgemäß für einen anderen Teil des Schwingungsbildes empfindlich.
1. Die Messkette und die drei Parameter
Schwingungen können durch eine von drei verwandten Größen beschrieben werden, und welche Größe ein Aufnehmer misst, bestimmt, wo er sich auszeichnet. Verschiebung dominiert bei niedrigen Frequenzen und spiegelt grobe Bewegungen wider; Geschwindigkeit ist die gleichmäßigste Messung über das Mittelband, wo die meisten Fehler auftreten; und Beschleunigung hebt die hochfrequenten Ereignisse hervor, die frühe Lager- und Getriebeschäden anzeigen. Die drei sind mathematisch miteinander verbunden - Integration wandelt ein Beschleunigungssignal in Geschwindigkeit und dann wieder in Weg um - deshalb kann ein einziger Sensor mit Hilfe der Elektronik mehrere Funktionen erfüllen. Unabhängig vom Parameter speist der Aufnehmer den Rest der Kette: Signalaufbereitung, Digitalisierung und schließlich den Analysator.
2. Die drei Haupttypen von Schwingungsaufnehmern
Bei der Überwachung industrieller Maschinen kommen drei Haupttypen von Wandlern zum Einsatz, die jeweils einen anderen physikalischen Schwingungsparameter messen.
Der Beschleunigungsmesser (misst die Beschleunigung)
Die Beschleunigungsmesser ist der mit Abstand am häufigsten verwendete und vielseitigste Schwingungsaufnehmer. Er misst die Beschleunigung der Struktur, auf der er montiert ist.
- Prinzip: die meisten industriellen Einheiten sind piezoelektrisch, Dabei wird ein Kristall verwendet, der eine Ladung erzeugt, wenn er durch eine innere seismische Masse belastet wird.
- Stärken: einen extrem weiten Frequenzbereich, große Robustheit, viele verfügbare Ausführungen und die Eignung für fast jede Maschine. Sie eignen sich besonders gut zur Erkennung hochfrequenter Ereignisse.
- Primäre Verwendung: allgemeine Maschinenüberwachung von langsam laufenden Maschinen bis hin zu sehr schnell laufenden Turbomaschinen, und der bevorzugte Sensor für Hochfrequenzfehler wie Lager und Getriebedefekte.
Der Geschwindigkeitsaufnehmer (misst die Schwingungsgeschwindigkeit)
A Geschwindigkeitsaufnehmer ist ein elektrodynamischer Sensor, der die Schwingungsgeschwindigkeit direkt misst.
- Prinzip: Es funktioniert wie ein Mikrofon - eine Drahtspule ist in einem Magnetfeld aufgehängt, und wenn das Gehäuse vibriert, erzeugt die relative Bewegung zwischen Spule und Magnet eine der Geschwindigkeit proportionale Spannung.
- Stärken: ein starkes, rauscharmes Signal im mittleren Frequenzbereich (etwa 10 Hz bis 1.000 Hz), also genau dort, wo häufige Fehler wie Unwucht und Fehlausrichtung erscheinen, und es wird keine externe Stromversorgung benötigt.
- Schwächen: empfindlicher als ein Beschleunigungssensor, mit einem begrenzten Frequenzbereich und einer Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern und der Montageausrichtung. Die klassische selbstgenerierende Spulen- und Magnetkonstruktion - die Geschwindigkeitsmesser - wurde weitgehend durch Beschleunigungsmesser mit elektronischer Integration ersetzt.
- Primäre Verwendung: war historisch gesehen das Arbeitspferd für die allgemeine Überwachung, bevor robuste Beschleunigungsmesser üblich wurden, und wird immer noch manchmal für permanente Installationen im Mittelfrequenzbereich gewählt.
Die Näherungssonde (misst die Verschiebung)
Die Näherungssensor, oder Wirbelstromsonde, ist ein berührungsloser Messwertaufnehmer, der die Verschiebung einer rotierenden Welle misst.
- Prinzip: Es nutzt ein elektromagnetisches Feld, um Wirbelströme in der Wellenoberfläche zu induzieren und zu messen, wobei der Spalt zwischen der Sondenspitze und der Welle erfasst wird.
- Stärken: Er misst die tatsächliche Bewegung der Welle selbst und nicht des Gehäuses, er ist berührungslos und sein Ansprechverhalten reicht bis zu 0 Hz (DC), so dass er sowohl die durchschnittliche Position der Welle als auch ihre Schwingung erfasst.
- Primäre Verwendung: wesentlich für den Schutz und die Überwachung kritischer Hochgeschwindigkeitsturbomaschinen auf Flüssigkeitsfilm-Lagern Gleitlager - Turbinen und Kompressoren - und zur Analyse der Wellenumlaufbahn und Mittellage.
3. Auswahl des richtigen Messaufnehmers
Die Auswahl eines Messwertaufnehmers ist ein entscheidender Schritt bei der Erstellung eines Überwachungsprogramms. Die allgemeine Regel lautet, den Sensor zu wählen, der im Frequenzbereich der erwarteten Störungen am empfindlichsten ist:
- Verwenden Sie Näherungssonden für die Wellenbewegung in Maschinen mit Gleitlagern, bei denen sich die Welle im relativ ruhenden Gehäuse erheblich bewegen kann.
- Verwenden Sie Beschleunigungsaufnehmer für alles andere, da sie am vielseitigsten sind. Das Signal kann zur Analyse mittelfrequenter Fehler in die Geschwindigkeit integriert oder für hochfrequente Fehler direkt als Beschleunigung verwendet werden.
Zwei praktische Faktoren runden die Wahl ab. Der Empfindlichkeit muss zur erwarteten Schwingungsamplitude passen - zu wenig und kleine Fehler gehen im Rauschen unter, zu viel und starke Signale werden abgeschnitten - und seine Nutzbarkeit Frequenz Bereich muss die interessierenden Fehlerfrequenzen umfassen. Piezoelektrische Sensoren mit Ladungsausgang benötigen zusätzlich einen passenden Ladungsverstärker in der Kette.
4. Messwertgeber im Feldauswuchten und in der Diagnostik
Bei einem tragbaren Messgerät ist der Messwandler die Komponente, von der alles andere abhängt. Ein Zweikanal-Feldanalysator wie der Balanset-1A verbindet typischerweise zwei IEPE-Beschleunigungsmesser mit einem optischen Tachometer als Phasenreferenz und erfasst synchronisierte Amplitude und Phase an jedem Lager, während die Maschine in ihren eigenen Lagern mit Betriebsgeschwindigkeit läuft. Diese auf Beschleunigungsmessern basierende Kette ermöglicht es dem Gerät, Ausgleichsgewichte für das Auswuchten in einer und zwei Ebenen zu berechnen und Routinearbeiten durchzuführen. Schwingungsüberwachung – eine klare Veranschaulichung des allgemeinen Grundsatzes, dass der Beschleunigungsaufnehmer der Standardaufnehmer für den größten Teil der Arbeiten an rotierenden Maschinen ist, wobei der Wegaufnehmer und der seismischer Schallwandler für die Fälle reserviert, für die ihre Physik am besten geeignet ist.
