Kiirusmuundurite mõistmine
A kiiruseandur — mida nimetatakse ka velomeeter, seismiline andur või liikuva mähisega andur — on isegenereeruv vibratsioon andur, mis tekitab vibratsiooniga otseselt proportsionaalse väljundpinge kiirus, ilma välise toiteta ja signaalitöötluseta. See toimib elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel: pehmete vedrudega riputatud magnet liigub kerega võrreldes mähise suhtes, kui kest vibreerib, ning see suhteline liikumine tekitab kiirusega proportsionaalse pinge. Kuuludes seismiline andur perekonda — andurid, mis kasutavad inertsiaalseks võrdluspunktiks vedrutatud sisemist massi — mõõdab see selle pinna absoluutset liikumist, millele see on kinnitatud.
Kiiruse mõõtemuundurid olid valdav vibratsiooniandurite tüüp ligikaudu 1950. aastatest kuni 1980. aastateni ning on endiselt kasutusel püsivates seirpaigaldistes ja mõnedes kaasaskantavates seadmetes. Uutes konstruktsioonides on nad aga suuresti asendunud kiirendusmõõturid, mis on väiksemad, katavad laiemat sagedusala ning ulatuvad kõrgete sagedusteni, mis on vajalikud laagridefektide tuvastamiseks.
1. Tööpõhimõte
Electromagnetic induction
Mehhanism on Faraday’s seaduse otsene rakendus:
- Püsimagnet on vedrudega rippes mähise sees.
- Vibratsioon liigutab korpust ja sellega koos ka mähist.
- Üle anduri resonantssageduse hoiab magneti inerts seda ruumis peaaegu paigal.
- See tekitab relatiivse liikumise mähise ja magneti vahel.
- Liikumine indutseerib mähises pinge (V ∝ velocity).
- Väljundpinge on seega otseselt proportsionaalne vibratsiooni kiirusega.
Self-generating operation
Kuna andur loob oma signaali ise, ei vaja see välist toiteallikat — passiivne, kahe juhtmega muundamine, mis on olemuselt rikketurvaline, ilma kaotsimineva toiteallikaga. See omadus hoiab kiiruse muundurid tänapäevalgi teatud nišides asjakohasena.
2. Characteristics
Sageduskarakteristik
- Madalsageduspiir: määratud anduri omasagedus, tavaliselt 8–15 Hz.
- Kasutatav vahemik: ligikaudu üle 2× loomulikust sagedusest, seega minimaalselt 16–30 Hz.
- Kõrgsageduspiir: tavaliselt 1–2 kHz.
- Flat response: lai, tasane piirkond kogu kasutatava vahemiku ulatuses.
- Parimad: 10–1000 Hz — sagedusriba, kus esineb enamik üldiste masinate rikkeid.
Tundlikkus
- Typically 10–500 mV per inch/sec (about 400–20,000 mV per mm/s).
- Levinud väärtus on 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Kõrgem tundlikkus sobib madalavibratsiooniliste rakenduste jaoks; madalam tundlikkus sobib kõrgete vibratsioonimõõtmiste jaoks.
Suurus ja kaal
- Suhteliselt suur — umbes 50–100 mm pikk ja 25–40 mm läbimõõduga.
- Raske, sageli 100–500 g.
- Palju mahukas kui kiirendusmõõtur.
- That mass can mass-load ja moonutavad kergemate konstruktsioonide vastust.
3. Advantages
Otsene kiiruse väljund
Andur mõõdab kiirust otse, ilma integratsioon sammuta. See vastab viisile, kuidas masinavibratsiooni standardid piirväärtusi väljendavad — ISO 20816 (ISO 10816 järglane) on kirjutatud RMS-kiirus — hoiab signaali töötlemise lihtsana ja sobib loomulikult kiirusepõhisele vibratsiooni intensiivsus assessment.
Iseenergeetiline ja tõrkekindel
- Energiavarustus pole vajalik.
- Lihtne kahe-juhtmeline ühendus.
- Toiteallika katkemisest ei saa rikke põhjus.
- Madalam süsteemikulu — toiteallikat pole vaja valida.
Hea madala sagedusega reaktsioon
- Kasutatav kuni 10–15 Hz, mis on parem kui paljudel kiirendusmõõturitel.
- Sobib aeglase kiirusega masinatele kuni umbes 600 RPM.
- Loomulik valik rakendustele, mis jäävad selle sagedusriba piiridesse.
4. Puudused
Piiratud kõrgsageduslik reaktsioon
- Piiratud ligikaudu 1–2 kHz-ni.
- Ei suuda jõuda kõrgsageduslikku laagri defekt energiani (5–20 kHz).
- Inadequate for ümbriskõvera analüüs.
- See on määrav piirang kiirendusmõõturitega võrreldes.
Suurus, kaal ja haprus
- Suur ja raske, raskesti paigaldatav väikestele masinatele ning kaldub koormama kergetest konstruktsioonidest.
- Vähem kaasatav kui kiirendusandur.
- Sisemised vedrud ja liikuv magnet võivad löögist või kukkumisest kahjustuda, seega on andur tundlik jõhkra käsitsemise suhtes ja vajab rohkem hoolt kui tahkiselektrooniline seade.
Temperatuuri piirangud
- Magneti tugevus väheneb temperatuuri tõustes.
- Tavaliselt piiratud umbes 120 °C-ni.
- Vähem kõrge temperatuuri vastupidavust kui charge-mode accelerometer.
5. Kus kiirusandureid kasutatakse endiselt
- Pärandinstallatsiooni rakendused: vanem turbomashinery monitoring süsteemides, kus samaliigilise asendusanduri kasutamine tagab ühilduvuse olemasoleva juhtmestiku ja redelitega.
- Madala sagedusega rakendused: väga madala pöörlemiskiirusega seadmed (alla 300 RPM) ja kõik tööd, kus 10–1000 Hz sagedusriba on piisav ning kõrgsagedusi ei vajata.
- Konkreetsed nõuded: olukorrad, kus on tõeliselt vaja iseenergeetilist andurit, loomupäraselt ohutud rakendused, kus toitega elektroonika ei ole lubatud, või eelistus otsese kiirussignaali järele.
6. Mounting
Kuna andur on raske, on kinnituse töökindlus kriitilise tähtsusega — halvasti kinnitatud kiiruse muundur lisab mõõteandmetesse oma resonantsi.
- Meetodid: kinnitamine poldiga keermestatud auku (kõige töökindlam), kinnitamine hoidiku ja adapterplaatidega või magnetkinnitamine, kui pind on magnetiline ja andur pole liiga raske.
- Considerations: jäik kinnitamine on hädavajalik, andur tuleb kindlalt pingutada, et see ei vibreeriks iseseisvalt, kinnituspind peab olema tasane ja puhas ning kaabel vajab pingustust veolukustuse vältimiseks.
7. Tänapäevased alternatiivid ja välipraktika
Enamikus uutes rakendustes on kiirendusandur võitnud: see on oluliselt väiksem ja kergem, katab palju laiema sagedusriba (umbes 0,5 Hz kuni 50 kHz), sobib paremini laagridefektide tuvastamiseks, on vastupidavam ning maksab vähem. Seepärast on tänapäeva standardlähenemine mõõta kiirendust ja integrate kiiruseks, saades standardite nõutava kiiruse näidu, säilitades samal ajal kõik kiirendusanduri eelised — ning tänapäevased seadmed muudavad selle integreerimise kasutajale täiesti läbipaistvaks.
Täpselt nii toimib ka kaasaskantav tasakaalustusanalüsaator. Balanset-1A kasutab laagrikodasid kiirendusandureid ning integreerib sisemiselt kiiruseks, nii et insener saab otsese kiiruse näidu, mida kiiruse muundur annaks ISO 20816 raskusastme kontrollimisel — koos kõrgsageduste ulatuse ja 1× amplituud ja faas needed for põllu tasakaalustamine, mida 1–2 kHz kiiruse muundur ei suuda pakkuda.
8. Kalibreerimine ja hooldus
- Kalibreerimine: kontrollida tundlikkust (mV/in/s või mV/mm/s) ja sageduskarakteristikut raputuslaua abil, iga-aastase kalibreerimine tüüpiline kriitiliste rakenduste puhul.
- Hooldus: käsitseda ettevaatlikult, vältides kukkumisi ja lööke, kontrollida kaabli seisukorda, veenduda kinnituse turvalisuses, testida väljundit perioodiliselt ning asendada andur, kui selle tundlikkus või karakteristik kaldub kõrvale.
Kiiruse muundurid, kuigi nende kasutamine uutes paigaldistes väheneb, on endiselt olulised olemasolevates püsivatest seiresüsteemides ning teatud madalsagedus-, isetoimivates või loomupäraselt ohutu rakenduses. Nende tööpõhimõtte, tugevuste ja piirangute mõistmine on vajalik nii olemasolevate süsteemide töökorras hoidmiseks kui ka teadliku andurite valik kui kiiruse muundur on siiski õige valik.
