Comprensión de los transductores de velocidad
Definición: ¿Qué es un transductor de velocidad?
transductor de velocidad (también llamado velocímetro, (sensor sísmico o sensor de bobina móvil) es un sensor autogenerado vibración Sensor que produce una tensión de salida directamente proporcional a la vibración. velocidad Sin necesidad de alimentación externa ni acondicionamiento de señal. Funciona según los principios de la inducción electromagnética: un imán suspendido por resortes se mueve con respecto a una bobina cuando se produce vibración, generando un voltaje proporcional a la velocidad relativa entre la bobina y el imán, que es igual a la velocidad de vibración.
Los transductores de velocidad fueron el sensor de vibración dominante desde la década de 1950 hasta la de 1980 y todavía se utilizan en instalaciones de monitoreo permanentes y en algunos instrumentos portátiles. Sin embargo, han sido reemplazados en gran medida por acelerómetros en nuevas instalaciones debido al menor tamaño de los acelerómetros, su rango de frecuencia más amplio y su mayor capacidad de frecuencia necesaria para la detección de defectos en los rodamientos.
Principio de funcionamiento
Inducción electromagnética
- Imán permanente suspendido por resortes dentro de una bobina
- La vibración mueve la carcasa y la bobina.
- La inercia del imán lo mantiene relativamente estacionario (por encima de la resonancia).
- Movimiento relativo entre la bobina y el imán
- El movimiento induce voltaje en la bobina (Ley de Faraday: V ∝ velocidad)
- La tensión de salida es directamente proporcional a la velocidad de vibración.
Autogenerado
- No requiere alimentación externa
- transducción pasiva
- Conexión simple (dos cables)
- Intrínsecamente a prueba de fallos (sin problemas de corte de energía)
Características
Respuesta de frecuencia
- Límite de baja frecuencia: Frecuencia natural (normalmente de 8 a 15 Hz)
- Rango útil: Por encima del doble de la frecuencia natural (mínimo 16-30 Hz)
- Límite de alta frecuencia: Normalmente de 1 a 2 kHz
- Respuesta plana: Amplia zona plana dentro del rango útil
- Ideal para: 10-1000 Hz (frecuencias generales de maquinaria)
Sensibilidad
- Valores típicos: 10-500 mV por pulgada/seg (400-20.000 mV por mm/s)
- Común: 100 mV/pulg/s o 4000 mV/mm/s
- Mayor sensibilidad para aplicaciones de baja vibración
- Menor sensibilidad para mediciones de alta vibración
Tamaño y peso
- Relativamente grande (50-100 mm de largo, 25-40 mm de diámetro)
- Pesado (normalmente entre 100 y 500 gramos)
- Mucho más grandes que los acelerómetros
- La masa puede afectar la medición en estructuras ligeras.
Ventajas
Salida de velocidad directa
- Mide la velocidad de vibración directamente (sin necesidad de integración).
- Cumple con las especificaciones de las normas ISO (velocidad RMS).
- Procesamiento de señales simple
- Natural para el análisis basado en la velocidad
Autogenerado
- No requiere alimentación eléctrica
- Conexión simple de dos cables
- No puede fallar por pérdida de energía.
- Menor coste del sistema (no necesita fuente de alimentación)
Buena respuesta en bajas frecuencias
- Funciona hasta 10-15 Hz (mejor que muchos acelerómetros).
- Adecuado para maquinaria de baja velocidad (hasta ~600 RPM)
- Ideal para aplicaciones que coinciden con el rango de frecuencia
Desventajas
Respuesta limitada de alta frecuencia
- Normalmente limitado a un máximo de 1-2 kHz
- No puede detectar defectos en los rodamientos de alta frecuencia (5-20 kHz).
- Inadecuado para el análisis de envolvente
- Limitación principal frente a los acelerómetros
Tamaño y peso
- Sensores grandes y pesados
- Difícil de montar en máquinas pequeñas
- La carga de masa afecta a las estructuras ligeras
- Menos portátiles que los acelerómetros
Fragilidad
- Los resortes internos y el imán móvil pueden dañarse por un golpe.
- Sensible al manejo del abuso
- Puede dañarse si se cae.
- Requieren más mantenimiento que los acelerómetros de estado sólido.
Limitaciones de temperatura
- La fuerza magnética disminuye con la temperatura.
- Normalmente limitado a 120 °C
- Menor capacidad que los acelerómetros en modo de carga.
Dónde todavía se usa
Instalaciones permanentes heredadas
- Sistemas de monitorización de turbomáquinas antiguas
- Reemplazo en especie de las instalaciones existentes
- Mantiene la compatibilidad con los sistemas existentes.
Aplicaciones de baja frecuencia
- Equipos de muy baja velocidad (< 300 RPM)
- Donde el rango de frecuencia de 10 a 1000 Hz es adecuado
- Monitorización sencilla de la velocidad sin necesidad de altas frecuencias
Requisitos específicos
- Donde se necesita una ventaja autogenerada
- Requisitos de seguridad intrínseca (sin alimentación)
- Salida de velocidad directa preferida
Montaje
Métodos
- Montaje con espárragos en agujeros roscados (lo más común)
- Montaje con soporte y placas adaptadoras
- Montaje magnético (si la superficie es magnética y el sensor no es demasiado pesado).
Consideraciones
- Montaje rígido esencial (sensor pesado)
- Asegúrelo firmemente para evitar vibraciones del sensor.
- Verifique que la superficie de montaje esté plana y limpia.
- Alivio de tensión del cable para evitar tirones
Alternativas modernas
¿Por qué se prefieren los acelerómetros?
- Mucho más pequeño y ligero
- Amplio rango de frecuencia (0,5 Hz – 50 kHz)
- Mejor para la detección de defectos en rodamientos
- Más robusto
- Menor costo
- Tendencia de la industria hacia los acelerómetros
La integración como alternativa
- Medir la aceleración, integrar para obtener la velocidad
- Logra la medición de velocidad con las ventajas del acelerómetro
- Los instrumentos modernos hacen transparente la integración.
Calibración y mantenimiento
Calibración
- Calibración de la mesa vibratoria
- Verifique la sensibilidad (mV/in/s o mV/mm/s)
- Comprobar respuesta en frecuencia
- Calibración anual típica para aplicaciones críticas
Mantenimiento
- Manipular con cuidado (evitar caídas y golpes).
- Compruebe el estado del cable.
- Verifique la seguridad del montaje
- Salida de prueba periódica
- Reemplazar si la sensibilidad o la respuesta cambian
Aunque su uso está disminuyendo en las nuevas instalaciones, los transductores de velocidad siguen siendo sensores importantes en los sistemas de monitorización permanente existentes y en ciertas aplicaciones de baja frecuencia. Comprender su funcionamiento, ventajas y limitaciones es fundamental para el mantenimiento de los sistemas existentes y para tomar decisiones informadas sobre la selección de sensores cuando los transductores de velocidad aún pueden ser la opción óptima para requisitos específicos de baja frecuencia, autoalimentación o compatibilidad.
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