مبدلها: حسگرهای تحلیل ارتعاش
در تحلیل ارتعاشات، یک مبدل دستگاهی است که حرکت فیزیکی و مکانیکی را تبدیل میکند — لرزش — به سیگنال الکتریکی متناسبی که یک دادهجمعکن یا سیستم نظارتی میتواند پردازش، اندازهگیری، و تحلیل کند. مبدلها حسگرهای اساسی و اولین پیوند در زنجیره اندازهگیری هستند؛ بدون یک مبدل قابلاعتماد، هیچ تحلیل معناخواهی ممکن نیست. انتخاب مبدل صحیح یک تصمیم حیاتی است که بر نوع ماشین، سرعت کاری آن، و خرابیهای خاصی که نظارت میشوند بستگی دارد — زیرا هر نوع مبدل از طبیعت خود نسبت به بخش متفاوتی از تصویر ارتعاش حساس است.
1. زنجیره اندازهگیری و سه پارامتر
ارتعاش را میتوان توسط هر یک از سه کمیت مرتبط توصیف کرد، و انتخاب کمیتی که ترانسدیوسر اندازهگیری میکند، محل تراجح آن را تعیین میکند. جابجایی در فرکانس پایین غالب است و حرکت درشت را منعکس میکند؛ سرعت متعادلترین معیار در محدوده میانی است که بیشتر خرابیهای رایج در آن وجود دارند؛ و شتاب بر رویدادهای فرکانس بالایی تاکید دارد که آسیب زودرس یاتاقان و دنده را نشان میدهند. این سه به صورت ریاضی پیوند خوردهاند — یکپارچهسازی سیگنال شتاب را به سرعت تبدیل میکند و دوباره به جابجایی — به همین دلیل یک سنسور واحد میتواند با الکترونیک از چندین نقش استفاده کند. صرفنظر از پارامتر، ترانسدیوسر بقیه زنجیره را تغذیه میکند: تشکیل سیگنال، دیجیتالسازی، و در نهایت آنالایزر.
2. سه نوع اصلی ترانسدیوسرهای ارتعاش
سه نوع اصلی از مبدلها در مانیتورینگ ماشینآلات صنعتی استفاده میشوند که هر کدام پارامتر فیزیکی متفاوتی از ارتعاش را اندازهگیری میکنند.
شتابسنج (شتاب را اندازهگیری میکند)
The شتاب سنج این مبدل ارتعاش، شتاب سازهای را که روی آن نصب شده است، اندازهگیری میکند.
- اصل: اکثر واحدهای صنعتی پیزوالکتریکهستند، با استفاده از بلوری که هنگام تنش توسط جرم لرزشی داخلی، بار تولید میکند.
- نقاط قوت: محدوده فرکانسی بسیار وسیع، استحکام بسیار بالا، طرحهای متعددی موجود، و تناسب تقریباً با هر دستگاه. آنها بهویژه در تشخیص رویدادهای فرکانس بالا عالی هستند.
- استفاده اصلی: نظارت ماشینری برای کاربردهای عمومی از دستگاههای سرعت پایین تا توربوماشینری سرعت بسیار بالا، و سنسور اول انتخاب برای خرابیهای فرکانس بالا مانند بلبرینگ و نقص دنده.
ترانسدیوسر سرعت (سرعت را اندازهگیری میکند)
A مبدل سرعت یک سنسور الکتروپویشی است که سرعت ارتعاش را مستقیماً اندازهگیری میکند.
- اصل: مانند میکروفون کار میکند — یک سیمپیچ در میدان مغناطیسی معلق است، و هنگامی که مسکن به لرزش درمیآید، حرکت نسبی بین سیمپیچ و آهنربا ولتاژی متناسب با سرعت تولید میکند.
- نقاط قوت: سیگنال قوی و کم نویز در محدوده فرکانس میانی (تقریباً 10 هرتز تا 1000 هرتز)، دقیقاً جایی که خرابیهای رایج مانند عدم تعادل و ناهمترازی ظاهر میشوند، و نیازی به منبع تغذیه خارجی نیست.
- نقاط ضعف: شکنندگیتر از شتابسنج، با محدوده فرکانسی محدود و حساسیت به میدانهای مغناطیسی و جهت نصب. طرح کلاسیک خودتولید انرژی سیمپیچ و آهنربا — سرعت سنج — بیشتر توسط شتابسنجهای الکترونیکی یکپارچه جایگزین شده است.
- استفاده اصلی: از نظر تاریخی کارگر اصلی برای نظارت عمومی پیش از اینکه شتابسنجهای مقاوم معمول شوند، و هنوز گاهی برای نصبهای دائمی در محدوده فرکانس میانی انتخاب میشود.
پروب مجاورتی (جابجایی را اندازهگیری میکند)
The پروب مجاورتی، یا پروب جریان گردابی، یک مبدل غیرتماسی است که جابجایی یک شفت دوار را اندازهگیری میکند.
- اصل: این مبدل از یک میدان الکترومغناطیسی برای القا و اندازهگیری جریانهای گردابی در سطح شفت استفاده میکند و فاصله بین نوک پروب و شفت را حس میکند.
- نقاط قوت: این مبدل حرکت واقعی خودِ شفت را بهجای پوسته اندازهگیری میکند، غیرتماسی است، و پاسخ آن تا 0 Hz (DC) امتداد مییابد؛ بنابراین هم موقعیت متوسط شفت و هم ارتعاش آن را ثبت میکند.
- استفاده اصلی: برای حفاظت و پایش توربوماشینهای بحرانی و پرسرعتِ دارای یاتاقانهای ژورنال — توربینها و کمپرسورها — و برای تحلیل مدار شفت و موقعیت مرکزخط.
3. انتخاب مبدل مناسب
انتخاب مبدل یک گام حیاتی در راهاندازی هر برنامه پایش است. قاعده کلی این است که حسگری انتخاب شود که در بازه فرکانسی عیوب مورد انتظار بیشترین حساسیت را داشته باشد:
- استفاده کنید پروبهای مجاورتی برای حرکت شفت در ماشینهای دارای یاتاقان فیلمسیال، جایی که شفت میتواند درون پوستهای نسبتاً ساکن بهطور قابلتوجهی حرکت کند.
- استفاده کنید شتابسنجها برای هر چیز دیگری، زیرا آنها تطبیقپذیرترین هستند. سیگنال را میتوان برای تجزیه و تحلیل خطاهای فرکانس میانی با سرعت ادغام کرد یا مستقیماً به عنوان شتاب برای خطاهای فرکانس بالا استفاده کرد.
دو عامل عملی دیگر نیز انتخاب را کامل میکنند. عامل اول، حساسیت است که باید با دامنه ارتعاش مورد انتظار متناسب باشد — اگر خیلی کم باشد عیوب کوچک در نویز گم میشوند، و اگر خیلی زیاد باشد سیگنالهای قوی بریده میشوند — و عامل دوم، فرکانس بازه باید فرکانسهای عیب موردنظر را پوشش دهد. حسگرهای پیزوالکتریک با خروجی بار همچنین به یک تقویت کننده بار در زنجیره.
4. مبدلها در بالانس در محل و عیبیابی
در یک دستگاه پرتابل، مبدل همان مؤلفهای است که همهچیز به آن وابسته است. یک آنالایزر میدانی دوکاناله مانند Balanset-1A دو شتابسنج MEMS آنالوگ را با یک تاکومتر نوری برای مرجع فاز جفت میکند و در حالی که ماشین در تکیهگاههای خود و با سرعت کاری در حال کار است، دامنه و فاز همزمان را در هر یاتاقان ثبت میکند. همین زنجیره مبتنی بر شتابسنج است که به دستگاه امکان میدهد وزنههای اصلاحی را برای بالانس تکصفحهای و دوصفحهای محاسبه کند و عملیات معمول نظارت بر ارتعاش — نمونهای روشن از این اصل کلی که شتابسنج، مبدل پیشفرض برای اکثریت بزرگ کارهای مربوط به ماشینآلات دوار است و پروب مجاورتی و سنسور لرزشی برای مواردی نگه داشته میشوند که فیزیک آنها بهترین انطباق را دارد.
