Κατανόηση του Velometer (Αισθητήρας Ταχύτητας)
A βελόμετρο, πιο επίσημα αισθητήρας ταχύτητας ή μεταδότης ταχύτητας, είναι ένας τύπος μετατροπέας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση δόνηση. Το καθοριστικό του χαρακτηριστικό είναι ότι παράγει ηλεκτρική έξοδο άμεσα ανάλογη προς την ταχύτητα της δονούμενης επιφάνειας στην οποία είναι προσαρτημένος. Αυτό τον διακρίνει από ένα επιταχυνσιόμετρο, του οποίου η έξοδος είναι ανάλογη προς επιτάχυνση, και από ένα ανιχνευτής εγγύτητας, του οποίου η έξοδος είναι ανάλογη προς μετατόπιση.
1. Ορισμός: Τι είναι ένα βελόμετρο;
Επειδή η ταχύτητα είναι η παράμετρος που χρησιμοποιούν τα περισσότερα διεθνή πρότυπα για την αξιολόγηση της ομαλότητας λειτουργίας μιας μηχανής, ένας αισθητήρας που αναφέρει απευθείας την ταχύτητα είναι εννοιολογικά ελκυστικός. Το κλασικό βελόμετρο είναι μια αυτόνομη, αυτοτροφοδοτούμενη συσκευή — δεν χρειάζεται τροφοδοσία ούτε επεξεργασία σήματος για να παράγει χρήσιμη έξοδο. Αν και σήμερα είναι λιγότερο διαδεδομένο από τον επιταχυνσιόμετρο στη σύγχρονη φορητή συλλογή δεδομένων, το βελόμετρο εξακολουθεί να έχει πραγματικές εφαρμογές, ιδίως στη μόνιμη παρακολούθηση μηχανών μεσαίων στροφών και ως μέλος της ευρύτερης οικογένειας σεισμικοί μετατροπείς που μετρούν την κίνηση σε σχέση με τον ελεύθερο χώρο και όχι με σταθερή κατασκευή.
2. Πώς λειτουργεί ένα βελόμετρο
Τα παραδοσιακά βελόμετρα είναι ηλεκτροδυναμικοί αισθητήρες. Λειτουργούν με την ίδια αρχή με ένα δυναμικό μικρόφωνο ή ένα pickup κιθάρας, σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday’s:
- Στο εσωτερικό του περιβλήματος υπάρχει ένα πηνίο σύρματος ανηρτημένο σε μαλακά ελατήρια.
- Ένας μόνιμος μαγνήτης είναι σταθερά συνδεδεμένος στο περίβλημα.
- Όταν ο αισθητήρας τοποθετείται σε μηχάνημα που δονείται, το περίβλημα και ο μαγνήτης κινούνται μαζί με την επιφάνεια του μηχανήματος.
- Λόγω της αδράνειάς του, το πηνίο που ανήρτηται σε ελατήρια τείνει να παραμένει ακίνητο στον χώρο (αυτή είναι η σεισμική αρχή).
- Η σχετική κίνηση μεταξύ του κινούμενου μαγνήτη και του σχεδόν ακίνητου πηνίου επάγει τάση στο πηνίο.
- Σύμφωνα με τον νόμο του Faraday’s, η επαγόμενη αυτή τάση είναι ευθέως ανάλογη προς την ταχύτητα της σχετικής κίνησης — ακριβώς το μέγεθος που επιθυμούμε.
Το σύστημα ελατηρίου-μάζας συμπεριφέρεται με αυτόν τον τρόπο μόνο πάνω από τη δική του φυσική συχνότητα (συνήθως περίπου 8–10 Hz), η οποία καθορίζει το κατώτατο όριο συχνότητας του αισθητήρα’s. Υπάρχουν επίσης σύγχρονα “πιεζοηλεκτρικά βελόμετρα”: πρόκειται ουσιαστικά για επιταχυνσιόμετρα με ενσωματωμένο ηλεκτρονικό ολοκλήρωση κύκλωμα που μετατρέπει την επιτάχυνση σε σήμα ταχύτητας εντός του ίδιου του αισθητήρα, παρακάμπτοντας τα εύθραυστα κινούμενα μέρη της ηλεκτροδυναμικής σχεδίασης.
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βελομέτρων
Πλεονεκτήματα
- Άμεση έξοδος ταχύτητας: μετρούν απευθείας την ταχύτητα — την παράμετρο που χρησιμοποιείται περισσότερο για την αξιολόγηση ένταση κραδασμών σε μηχανήματα γενικής χρήσης στη ζώνη περίπου 10 Hz έως 1.000 Hz (σύμφωνα με ISO 20816, τον σύγχρονο διάδοχο του ISO 10816). Δεν απαιτείται ολοκλήρωση στον αναλυτή, γεγονός που διατηρεί τη αλυσίδα σήματος απλή.
- Αυτοζωοθρεμένο (παθητικό): τα παραδοσιακά ηλεκτροδυναμικά βελόμετρα παράγουν το δικό τους σήμα και δεν χρειάζονται εξωτερική τροφοδοσία, κάτι που είναι χρήσιμο σε ορισμένες βιομηχανικές εγκαταστάσεις και εγκαταστάσεις επικίνδυνων ζωνών.
- Καλή απόκριση χαμηλής συχνότητας: πάνω από τη φυσική τους συχνότητα είναι γενικά πιο ευαίσθητα σε χαμηλότερες συχνότητες σε σχέση με πολλά επιταχυνσιόμετρα γενικής χρήσης, παρέχοντας ισχυρό και καθαρό σήμα εκεί όπου εκδηλώνονται η ανισορροπία και η αναντιστοιχία.
Μειονεκτήματα
- Περιορισμένο εύρος συχνοτήτων: το χρησιμοποιήσιμο εύρος τους είναι στενότερο από αυτό ενός επιταχυνσιόμετρου’s. Δεν είναι κατάλληλα για τις κρούσεις υψηλής συχνότητας ελαττώματα ρουλεμάν ή ελαττώματα γραναζιών, που βρίσκονται πολύ πάνω από το σημείο απόκλισης αποκρίσεώς τους.
- Moving parts: η εσωτερική συναρμολόγηση ελατηρίου και πηνίου μπορεί να κουραστεί, να παρεκκλίνει ή να αστοχήσει εντελώς, ιδιαίτερα σε υπηρεσία υψηλής δόνησης.
- Ευαισθησία στον προσανατολισμό: πρέπει να εγκαθίστανται στον προσανατολισμό για τον οποίο σχεδιάστηκαν (κατακόρυφο ή οριζόντιο), διότι η βαρύτητα προφορτίζει την ανάρτηση ελατηρίου.
- Μεγαλύτερα και βαρύτερα: είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερα και βαρύτερα από ένα σύγχρονο επιταχυνσιόμετρο, το οποίο μπορεί να προσθέτει αδρανειακό φορτίο σε ελαφριές κατασκευές.
- Ευαισθησία σε μαγνητικά πεδία: ισχυρά εξωτερικά πεδία, όπως αυτά κοντά σε μεγάλους κινητήρες, μπορούν να επαχθούν στο πηνίο και να αλλοιώσουν την ένδειξη.
4. Βελόμετρο έναντι επιταχυνσιόμετρου
Για σύγχρονη φορητή συλλογή δεδομένων και διαγνωστικά κραδασμών, το επιταχυνσιόμετρο είναι ο αισθητήρας επιλογής. Η απόκρισή του στη συχνότητα είναι πολύ πιο ευρεία και επίπεδη, έτσι ώστε ένα μόνο επιταχυνσιόμετρο να καταγράφει τόσο τη δόνηση χαμηλής συχνότητας από την ανισορροπία όσο και τη δόνηση πολύ υψηλής συχνότητας από βλάβες ρουλεμάν και οδοντωτών τροχών. Το αναλυτής κραδασμών ολοκληρώνει στη συνέχεια το σήμα επιτάχυνσης ηλεκτρονικά για να εμφανίσει ταχύτητα ή μετατόπιση κατ' απαίτηση — ένας ανθεκτικός αισθητήρας που καλύπτει τα πάντα όσα έκανε το βελόμετρο και πολύ περισσότερα. Έτσι ακριβώς λειτουργεί το φορητό δικάναλο Balanset-1A στο πεδίο: λαμβάνει επιτάχυνση από τα επιταχυνσιόμετρά του, ολοκληρώνει σε ταχύτητα για αξιολόγηση σοβαρότητας σύμφωνα με τις κατηγορίες ISO, και χρησιμοποιεί το ίδιο σήμα για τη μέτρηση του πλάτους και της φάσης 1× που απαιτούνται για εξισορρόπηση ενός και δύο επιπέδων. Εάν χρειαστεί να μετατρέψετε ενδείξεις μεταξύ τύπων αισθητήρων, ο δικός μας Μετατροπέας Μονάδων Δόνησης μετατρέπει απλά μεταξύ mm/s, µm και g.
Τα βελόμετρα, λοιπόν, εντοπίζονται πλέον κυρίως ως μόνιμα εγκατεστημένοι αισθητήρες σε μηχανές μεσαίας ταχύτητας — ανεμιστήρες, αντλίες και κινητήρες — και ιδίως σε παλαιότερες εγκαταστάσεις όπου ήταν το αρχικά προδιαγεγραμμένο μεταφραστικό στοιχείο παρακολούθησης και συνεχίζουν να παρέχουν αξιόπιστη λειτουργία δεκαετία με δεκαετία.
