شتابسنج چیست؟ راهنمایی برای تحلیل ارتعاش
یک شتاب سنج یک است مبدل (یا حسگر) که حرکت مکانیکی را — بهطور مشخص شتاب تبدیل شده توسط ارتعاش یا ضربه به سیگنال الکتریکی متناسب. این به مراتب پرکاربردترین حسگر در نگهداری و تعمیرات پیشبینانه and پایش وضعیت. با اندازهگیری سرعت تغییر سرعت یک نقطه روی یک دستگاه، شتابسنج دادههای خام را فراهم میکند که به یک تحلیلگر امکان تشخیص طیف گستردهای از نقصهای مکانیکی و الکتریکی را میدهد — از عیوب یاتاقان به عدم تعادل and ناهمترازی.
۱. تعریف: هستهٔ اندازهگیری ارتعاش
شتابسنج کمیت طبیعی برای اندازهگیری در ماشینآلات چرخان است، زیرا نیروهای دینامیکی که به ماشین آسیب میرسانند — نیروی گریز از مرکز ناشی از نقطهای سنگین، برخورد ناشی از جدا شدن حلقه یاتاقان — با شتاب متناسباند. شتابسنج مستقیماً به این نیروها پاسخ میدهد، به همین دلیل در قلب تقریباً هر دستگاه مدرن قرار دارد. آنالایزر ارتعاش and دادهجمعکن.
یکی از مزایای عملی شتابسنج این است که سیگنال شتاب آن را میتوان بهصورت الکترونیکی یکپارچه یکبار برای بخشیدن سرعت (میلیمتر بر ثانیه)، و دو بار برای دادن جابجایی (میکرون). بنابراین یک حسگر واحد با نصب مناسب، هر سه واحد ارتعاش کلاسیک را پوشش میدهد و به تحلیلگر اجازه میدهد هر کدام را که بهتر یک نقص معین را آشکار میکند، انتخاب کند.
۲. شتابسنجها چگونه کار میکنند؟ اصل پیزوالکتریک
اگرچه چندین اصل فیزیکی وجود دارد، اکثریت قریب به اتفاق شتابسنجهای مورد استفاده برای ماشینآلات صنعتی بر اساس ... هستند. اثر پیزوالکتریک. توالی کار ساده است:
- بلور پیزوالکتریک: در داخل حسگر، یک جرم لرزهای کوچک به یک ... متصل است. پیزوالکتریک عنصر — معمولاً یک سرامیک مانند PZT، یا در حسگرهای ردهبالا یک بلور کوارتز با تراش دقیق.
- بکارگیری نیروی قهری: وقتی دستگاه میلرزد، محفظه همراه آن حرکت میکند. بهدلیل لختی، جرم داخلی در برابر آن حرکت مقاومت میکند و نیرویی بر بلور وارد میکند — برابر، طبق قانون دوم نیوتن، با جرم ضربدر شتاب.
- تولید یک سیگنال: یک بلور پیزوالکتریک تحت فشار، بار الکتریکی کوچکی تولید میکند که مستقیماً با نیروی واردشده و در نتیجه با شتاب متناسب است.
- خروجی: الکترونیک داخلی این بار را شرطی کرده و آن را از طریق یک کابل به یک دستگاه جمعآوری داده یا سیستم پایش بهعنوان نمایش آنالوگ شتاب در آن نقطه منتقل میکند.
نحوهٔ شرطیسازی آن بار دو خانوادهٔ رایج را تعریف میکند. A خروجی-شارژ سنسور بار خام را به یک خروجی خارجی تحویل میدهد. تقویت کننده بار و دماهای بسیار بالا را تحمل میکند. در صنعت، بسیار رایجتر است که آیپه (یا حالت ولتاژینوعی که تقویتکننده را در خود حسگر تعبیه میکند و ولتاژی با امپدانس پایین تولید میکند که بهخوبی از طریق کابل دوسیم معمولی منتقل میشود. مقاومترین طراحیها از یک برش ساختاری که کریستال را از خمش پایه و نوسانات حرارتی ایزوله میکند.
۳. انواع شتابسنجها
کاربردهای مختلف به حسگرهای متفاوتی نیاز دارند که هر یک نقاط قوت خاص خود را دارند.
شتابسنجهای همهمنظوره
اینها اسبهای کاری نظارت صنعتی هستند. آنها معمولاً یک حساسیت با حساسیت ۱۰۰ میلیولت بر گرم و محدوده فرکانسی مناسب برای اکثر ماشینآلات رایج مانند پمپها، موتورها و فنها — تقریباً از ۲ هرتز تا ۱۰ کیلوهرتز.
شتابسنجهای MEMS
شتابسنجهای سیستمهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) مبتنی بر سیلیکون، بسیار کوچک، کممصرف و مقرونبهصرفه هستند. اگرچه از نظر تاریخی حساسیت کمتری نسبت به انواع پیزوالکتریک داشتند، دستگاههای مدرن MEMS بهسرعت در حال پیشرفت هستند و در لوازم الکترونیکی قابل حمل و سیستمهای خودرویی رایجاند., نظارت بیسیم گرهها و نصبهای پایش وضعیت کمهزینه.
شتابسنجهای پیزومقاومتی
این حسگرها که برای آزمون ضربه و حرکت کمفرکانس به کار میروند، تا فرکانس صفر هرتز (شتاب مستقیم) پاسخ میدهند؛ این ویژگی آنها را برای اندازهگیری شتاب ثابت در سانتریفیوژ یا حرکت کند یک وسیله نقلیه مناسب میسازد.
شتابسنجهای فرکانس بالا
این حسگرها که برای ثبت رویدادهای با فرکانس بالا مانند آسیبهای اولیه به چرخدندهها و یاتاقانها طراحی شدهاند، از جرم لرزهای کوچکتر و فرکانس تشدیدی بالاتر بهره میبرند و امکان اندازهگیری دقیق تا ۲۰ کیلوهرتز یا بیشتر را فراهم میکنند — محدودهای که در آن تکنیکهایی مانند تحلیل پوششی و روش پالس شوک زندگی کن.
۴. مشخصات کلیدی و انتخاب
هنگام انتخاب شتابسنج، مهندسان چندین پارامتر را در نظر میگیرند:
- حساسیت (میلی ولت بر گرم): حساسیت بالاتر، خروجی قویتری تولید میکند که برای تشخیص ارتعاشهای سطح پایین مناسبتر است؛ ۱۰۰ میلیولت بر گرم استاندارد صنعتی رایج است.
- پاسخ فرکانسی: باند وسیعهای است که حسگر در آن با دقت میخواند. این باند باید محدودهی مورد انتظار را در بر گیرد. فرکانسهای خطا از دستگاه، با یک حاشیهٔ مناسب در زیر خودِ حسگر فرکانس طبیعی (تشدیدی).
- محدوده دما: سنسور باید در برابر دمای سطحی محل نصب خود مقاومت کند؛ یک سنسور دما اغلب برای نظارت ترکیبی در کنار هم قرار میگیرند.
- روش نصب: نحوه اتصال حسگر — پایهٔ میخمانند، چسب یا آهنربا — بهشدت بر دقت فرکانسهای بالا تأثیر میگذارد. یک پایهٔ میخمانند به ازای هر ایزو ۵۳۴۸ بهترین کوپلینگ و وسیعترین پهنای باند قابل استفاده را فراهم میکند؛ آهنربا برای کار مسیری مناسب است اما حد فرکانس بالا را کاهش میدهد. ضعیف نصب میتوان یک نادرست را معرفی کند رزونانس مونتاژ که خود را به صورت یک نقص مکانیکی جا میزند.
شما میتوانید جریمه پهنای باند یک پیوست مشخص را با ... تخمین بزنید. محاسبهگر رزونانس نصب شتابسنج پیش از متعهد شدن به یک طرح نصب.
۵. کاربردها در پایش وضعیت
شتابسنجها زیربنای تقریباً هر تحلیل ارتعاشات وظیفه، شامل:
- برنامههای نگهداری پیشبینانه: گردآوری دادههای روتین در مورد یک مسیر رصد وضعیت دستگاه و پیشبینی خرابیها.
- تشخیص عیب: مشخص کردن عدم تعادل، ناهمسوئی, سستی and سایش یاتاقان از طیف ارتعاش.
- آزمون پذیرش: تأیید اینکه ماشینآلات جدید یا تعمیرشده با مشخصات ارتعاش مانند ایزو ۲۰۸۱۶ (جانشین مدرن ایزو ۱۰۸۱۶).
- تحلیل مودال: مطالعهٔ فرکانسهای طبیعی and شکلهای حالت از یک سازه.
تراز کردن در محل یکی از پرچالشترین این مشاغل است، زیرا به هر دو دامنه نیاز دارد. and آن فاز از ارتعاش یکبار در هر دور. یک دستگاه قابل حمل دوکاناله مانند بالانس-1a دو شتابسنج خود را برداشته و آنها را به یک ... قفل میکند. دورسنج و پالس را اندازهگیری میکند و بهطور مستقیم دامنه و فاز ۱× را در یاتاقانهای خودِ دستگاه در سرعت عملیاتی اندازهگیری مینماید — و بدین ترتیب سیگنال خام شتابسنج را به ضرایب تأثیر و وزنهای اصلاحی مورد نیاز برای بالانس کردن روتور در محل تبدیل میکند.
