Μετατροπείς: Οι αισθητήρες ανάλυσης κραδασμών
Σε ανάλυση κραδασμών, a μετατροπέας είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη φυσική, μηχανική κίνηση — δόνηση — σε ένα αναλογικό ηλεκτρικό σήμα που συλλέκτης δεδομένων ή σύστημα παρακολούθησης μπορεί να επεξεργαστεί, να μετρήσει και να αναλύσει. Οι μετατροπείς είναι οι βασικοί αισθητήρες και ο πρώτος κρίκος στην αλυσίδα μέτρησης· χωρίς έναν αξιόπιστο μετατροπέα, δεν είναι δυνατή καμία ουσιαστική ανάλυση. Η επιλογή του κατάλληλου μετατροπέα αποτελεί κρίσιμη απόφαση που εξαρτάται από τον τύπο του μηχανήματος, την ταχύτητα λειτουργίας του και τα συγκεκριμένα σφάλματα που παρακολουθούνται — καθώς κάθε τύπος μετατροπέα είναι φυσικά ευαίσθητος σε διαφορετικό τμήμα του φάσματος των κραδασμών.
1. Η αλυσίδα μέτρησης και οι τρεις παράμετροι
Οι κραδασμοί μπορούν να περιγραφούν με βάση οποιαδήποτε από τις τρεις σχετικές μεγέθη, και το ποιο από αυτά μετρά ένας αισθητήρας καθορίζει τον τομέα στον οποίο υπερέχει. Εκτόπισμα κυριαρχεί στις χαμηλές συχνότητες και αντανακλά τη γενική κίνηση· ταχύτητα αποτελεί το πιο ισορροπημένο μέτρο στην μεσαία ζώνη, όπου εντοπίζονται τα περισσότερα συνηθισμένα σφάλματα· και επιτάχυνση επισημαίνει τα συμβάντα υψηλής συχνότητας που προειδοποιούν για πρόωρη φθορά των ρουλεμάν και των γραναζιών. Τα τρία αυτά στοιχεία συνδέονται μαθηματικά — ενσωμάτωση μετατρέπει ένα σήμα επιτάχυνσης σε ταχύτητα και, στη συνέχεια, σε μετατόπιση — γι' αυτό και ένας μόνο αισθητήρας μπορεί, με τη βοήθεια ηλεκτρονικών συστημάτων, να επιτελεί διάφορες λειτουργίες. Όποια και αν είναι η παράμετρος, ο μετατροπέας τροφοδοτεί το υπόλοιπο της αλυσίδας: την επεξεργασία σήματος, την ψηφιοποίηση και, τέλος, τον αναλυτή.
2. Οι τρεις κύριοι τύποι μετατροπέων δόνησης
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μετατροπέων που χρησιμοποιούνται στην παρακολούθηση βιομηχανικών μηχανημάτων, καθένας από τους οποίους μετρά μια διαφορετική φυσική παράμετρο δόνησης.
Το επιταχυνσιόμετρο (μετρά την επιτάχυνση)
Το επιταχυνσιόμετρο είναι μακράν ο πιο κοινός και ευέλικτος μετατροπέας κραδασμών. Μετρά την επιτάχυνση της κατασκευής στην οποία είναι τοποθετημένος.
- Αρχή: οι περισσότερες βιομηχανικές μονάδες είναι πιεζοηλεκτρικό, χρησιμοποιώντας έναν κρύσταλλο που παράγει ηλεκτρικό φορτίο όταν δέχεται πίεση από μια εσωτερική σεισμική μάζα.
- Πλεονεκτήματα: εξαιρετικά ευρύ φάσμα συχνοτήτων, μεγάλη ανθεκτικότητα, μεγάλη ποικιλία διαθέσιμων μοντέλων και καταλληλότητα για σχεδόν κάθε μηχανή. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικά στην ανίχνευση φαινομένων υψηλής συχνότητας.
- Κύρια χρήση: παρακολούθηση μηχανημάτων γενικής χρήσης, από μηχανήματα χαμηλής ταχύτητας έως στροβιλομηχανές πολύ υψηλής ταχύτητας, καθώς και ο αισθητήρας πρώτης επιλογής για βλάβες υψηλής συχνότητας, όπως ρουλεμάν και ελαττώματα γραναζιών.
Ο αισθητήρας ταχύτητας (μετρά την ταχύτητα)
A μετατροπέας ταχύτητας είναι ένας ηλεκτροδυναμικός αισθητήρας που μετρά απευθείας την ταχύτητα των κραδασμών.
- Αρχή: Λειτουργεί όπως ένα μικρόφωνο — ένα πηνίο από σύρμα αιωρείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο και, καθώς το περίβλημα δονείται, η σχετική κίνηση μεταξύ του πηνίου και του μαγνήτη παράγει τάση ανάλογη με την ταχύτητα.
- Πλεονεκτήματα: ένα ισχυρό σήμα με χαμηλό θόρυβο σε όλη τη ζώνη των μεσαίων συχνοτήτων (περίπου 10 Hz έως 1.000 Hz), ακριβώς εκεί όπου συνηθίζονται βλάβες όπως ανισορροπία και κακή ευθυγράμμιση εμφανίζεται, και δεν απαιτείται εξωτερική τροφοδοσία.
- Αδυναμίες: πιο ευαίσθητο από ένα επιταχυνσιόμετρο, με περιορισμένο εύρος συχνοτήτων και ευαισθησία στα μαγνητικά πεδία και στον προσανατολισμό τοποθέτησης. Ο κλασικός σχεδιασμός με αυτοπαραγόμενο πηνίο και μαγνήτη — ο βελόμετρο — έχει σε μεγάλο βαθμό αντικατασταθεί από επιταχυνσιόμετρα με ηλεκτρονική ενσωμάτωση.
- Κύρια χρήση: ιστορικά, αποτελούσε το βασικό εργαλείο για τη γενική παρακολούθηση πριν τα ανθεκτικά επιταχυνσιόμετρα γίνουν ευρέως διαδεδομένα, ενώ εξακολουθεί να επιλέγεται μερικές φορές για μόνιμες εγκαταστάσεις στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων.
Ο αισθητήρας εγγύτητας (μετρά την μετατόπιση)
Το ανιχνευτής εγγύτητας, ή αισθητήρας δινορευμάτων, είναι ένας αισθητήρας χωρίς επαφή που μετρά τη μετατόπιση ενός περιστρεφόμενου άξονα.
- Αρχή: χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για να προκαλέσει και να μετρήσει δευτερεύοντα ρεύματα στην επιφάνεια του άξονα, ανιχνεύοντας το διάκενο μεταξύ της άκρης του αισθητήρα και του άξονα.
- Πλεονεκτήματα: μετρά την πραγματική κίνηση του ίδιου του άξονα και όχι του περιβλήματος, λειτουργεί χωρίς επαφή και η απόκρισή του φτάνει έως τα 0 Hz (DC), οπότε καταγράφει τόσο τη μέση θέση του άξονα όσο και τους κραδασμούς του.
- Κύρια χρήση: απαραίτητο για την προστασία και την παρακολούθηση κρίσιμων στροβιλομηχανών υψηλής ταχύτητας σε λειτουργία με υγρό φιλμ ρουλεμάν στροφέα — στροβίλους και συμπιεστές — καθώς και για την ανάλυση των τροχιά άξονα και θέση στο κέντρο.
3. Επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα
Η επιλογή ενός αισθητήρα αποτελεί κρίσιμο βήμα για τη δημιουργία οποιουδήποτε προγράμματος παρακολούθησης. Ο γενικός κανόνας είναι να επιλέγεται ο αισθητήρας που παρουσιάζει τη μεγαλύτερη ευαισθησία στο φάσμα συχνοτήτων των αναμενόμενων βλαβών:
- Χρήση ανιχνευτές εγγύτητας για την κίνηση του άξονα σε μηχανές με έδρανα υγρού φιλμ, όπου ο άξονας μπορεί να κινείται σημαντικά μέσα σε ένα σχετικά ακίνητο περίβλημα.
- Χρήση επιταχυνσιόμετρα για όλα τα άλλα, καθώς είναι τα πιο ευέλικτα. Το σήμα μπορεί να ενσωματωθεί στην ταχύτητα για την ανάλυση βλαβών μέσης συχνότητας ή να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως επιτάχυνση για βλάβες υψηλής συχνότητας.
Δύο πρακτικοί παράγοντες συμπληρώνουν την επιλογή. Ο αισθητήρας ευαισθησία πρέπει να ταιριάζει με το αναμενόμενο εύρος των κραδασμών — αν είναι πολύ μικρό, τα μικρά σφάλματα χάνονται μέσα στον θόρυβο, αν είναι πολύ μεγάλο, τα ισχυρά σήματα παραμορφώνονται — και το εύρος χρήσης του συχνότητα Το εύρος πρέπει να καλύπτει τις συχνότητες βλάβης που μας ενδιαφέρουν. Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες με έξοδο φορτίου χρειάζονται επιπλέον έναν αντιστοιχιστή ενισχυτής φόρτισης στην αλυσίδα.
4. Αισθητήρες στην εξισορρόπηση και τη διάγνωση πεδίου
Σε ένα φορητό όργανο, ο αισθητήρας είναι το εξάρτημα από το οποίο εξαρτώνται όλα τα υπόλοιπα. Ένας αναλυτής πεδίου δύο καναλιών, όπως ο Balanset-1A Συνήθως συνδυάζει δύο επιταχυνσιόμετρα IEPE με ένα οπτικό ταχομετρητή ως σημείο αναφοράς φάσης, καταγράφοντας συγχρονισμένα το πλάτος και τη φάση σε κάθε ρουλεμάν, ενώ το μηχάνημα λειτουργεί πάνω στα δικά του στηρίγματα με ταχύτητα λειτουργίας. Αυτή η αλυσίδα που βασίζεται στα επιταχυνσιόμετρα είναι που επιτρέπει στο όργανο να υπολογίζει τα βάρη διόρθωσης για την εξισορρόπηση ενός και δύο επιπέδων και να εκτελεί τακτικές παρακολούθηση κραδασμών — μια σαφής απόδειξη της γενικής αρχής ότι το επιταχυνσιόμετρο αποτελεί τον προεπιλεγμένο αισθητήρα για τη συντριπτική πλειονότητα των εφαρμογών σε περιστρεφόμενα μηχανήματα, μαζί με τον αισθητήρα εγγύτητας και τον σεισμικός αισθητήρας προορίζονται για τις περιπτώσεις στις οποίες η φυσική τους ταιριάζει καλύτερα.
