Muuntimet: Tärinäanalyysin anturit
Osoitteessa värähtelyanalyysi, a anturi on laite, joka muuntaa fyysisen, mekaanisen liikkeen — tärinä — suhteelliseksi sähköiseksi signaaliksi, jonka tiedonkerääjä tai valvontajärjestelmä voi käsitellä, mitata ja analysoida. Anturit ovat mittausketjun ensisijaisia antureita ja ensimmäinen lenkki; ilman luotettavaa anturia merkityksellinen analyysi ei ole mahdollista. Oikean anturin valinta on ratkaiseva päätös, joka riippuu koneen tyypistä, sen käyntinopeudesta ja valvottavista vikoista – sillä kukin anturityyppi on luonnostaan herkkä eri osalle tärinäkokonaisuutta.
1. Mittausketju ja kolme parametria
Tärinää voidaan kuvata millä tahansa kolmesta toisiinsa liittyvästä suureesta, ja se, mitä anturi mittaa, määrittää sen vahvuusalueet. Siirtymä hallitsee matalilla taajuuksilla ja heijastaa suurten liikkeiden muutoksia; nopeus on tasapuolisin mittaus keskitaajuusalueella, jossa yleisimmät häiriöt esiintyvät; ja kiihtyvyys korostaa niitä toistuvia ilmiöitä, jotka viittaavat laakereiden ja vaihteiston varhaiseen vaurioitumiseen. Nämä kolme tekijää ovat matemaattisesti yhteydessä toisiinsa — integrointi muuntaa kiihtyvyyssignaalin nopeudeksi ja edelleen siirtymäksi – minkä vuoksi yksi anturi voi elektroniikan avulla hoitaa useita tehtäviä. Parametrista riippumatta anturi syöttää signaalin ketjun seuraaville vaiheille: signaalin käsittelyyn, digitointiin ja lopulta analysaattoriin.
2. Kolme päätyyppiä tärinäantureita
Teollisuuskoneiden valvonnassa käytetään kolmenlaisia antureita, joista jokainen mittaa eri fysikaalista värähtelyparametria.
Kiihtyvyysanturi (mittaa kiihtyvyyttä)
The kiihtyvyysanturi on ylivoimaisesti yleisin ja monipuolisin värähtelyanturi. Se mittaa sen rakenteen kiihtyvyyttä, johon se on asennettu.
- Periaate: useimmat teollisuusrakennukset ovat pietsosähköinen, jossa käytetään kiteitä, jotka tuottavat sähkövarauksen, kun niihin kohdistuu sisäisen seismisen massan aiheuttama rasitus.
- Vahvuudet: erittäin laaja taajuusalue, erinomainen kestävyys, laaja valikoima malleja sekä sopivuus lähes kaikkiin koneisiin. Ne ovat erityisen tehokkaita korkeataajuisten tapahtumien havaitsemisessa.
- Ensisijainen käyttötarkoitus: yleiskäyttöisten koneiden valvonta hitaista koneista erittäin nopeisiin turbiinikoneisiin, sekä ensisijainen anturi korkeataajuuksisille vikoille, kuten laakeri ja vaihdevikoja.
Nopeusanturi (mittaa nopeutta)
A nopeusanturi on sähködynaaminen anturi, joka mittaa tärinänopeutta suoraan.
- Periaate: Se toimii kuten mikrofoni – magneettikentässä on ripustettu lankakela, ja kun kotelo värähtelee, kelan ja magneetin välinen suhteellinen liike tuottaa jännitteen, joka on verrannollinen nopeuteen.
- Vahvuudet: voimakas, häiriötön signaali keskitaajuusalueella (noin 10 Hz – 1 000 Hz), juuri siellä, missä yleiset viat kuten epätasapaino ja virheasento toimii ilman ulkoista virtalähdettä.
- Heikkoudet: herkempi kuin kiihtyvyysanturi, ja sen taajuusalue on rajallinen sekä se on herkkä magneettikentille ja asennussuunnalle. Klassinen itsestään virtaa tuottava kela-magneetti-rakenne — nopeusmittari — on suurelta osin korvattu elektronisesti integroiduilla kiihtyvyysantureilla.
- Ensisijainen käyttötarkoitus: aiemmin yleisen valvonnan vakioväline, ennen kuin kestävät kiihtyvyysanturit yleistyivät, ja sitä valitaan edelleen toisinaan kiinteisiin asennuksiin keskitaajuusalueella.
Läheisyysanturi (mittaa siirtymää)
The läheisyysanturi, tai pyörrevirta-anturi, on kosketukseton anturi, joka mittaa pyörivän akselin siirtymää.
- Periaate: Se käyttää sähkömagneettista kenttää virtausten indusoimiseen ja mittaamiseen akselin pinnalla, jolloin se tunnistaa anturin kärjen ja akselin välisen etäisyyden.
- Vahvuudet: Se mittaa itse akselin liikettä kotelon sijaan, toimii kosketuksettomasti ja sen taajuusalue ulottuu aina 0 Hz:iin (tasavirta) asti, joten se tallentaa sekä akselin keskimääräisen sijainnin että sen tärinän.
- Ensisijainen käyttötarkoitus: välttämätöntä kriittisten, suurinopeuksisten turbiinikoneiden suojaamiseksi ja valvomiseksi nestekalvokäytössä liukulaakerit — turbiinit ja kompressorit — sekä akselin kiertorata ja keskiviivan sijainti.
3. Oikean anturin valinta
Anturin valinta on ratkaiseva vaihe minkä tahansa seurantaohjelman perustamisessa. Yleisenä sääntönä on valita anturi, joka on herkkin odotettavissa olevien vikojen taajuusalueella:
- Käytä läheisyysanturit nestekalvolaakereilla varustettujen koneiden akselin liikkeelle, jossa akseli voi liikkua huomattavasti suhteellisen paikallaan pysyvän kotelon sisällä.
- Käytä kiihtyvyysmittarit kaikkeen muuhun, koska ne ovat monipuolisimpia. Signaali voidaan integroida nopeuteen keskitaajuisten vikojen analysoimiseksi tai käyttää suoraan kiihtyvyytenä korkeataajuisten vikojen analysoimiseksi.
Valintaan vaikuttavat kaksi käytännön seikkaa. Anturin herkkyys sen on sovittava odotettuun tärinän amplitudiin – liian pieni arvo, ja pienet viat hukkuvat kohinaan; liian suuri arvo, ja voimakkaat signaalit leikkautuvat – ja sen käyttökelpoinen taajuus taajuusalueen on katettava kyseessä olevat vikatilanteiden taajuudet. Lataustuottoisissa pietsosähköisissä antureissa tarvitaan lisäksi sovitus latausvahvistin ketjussa.
4. Anturit kentän tasapainotuksessa ja vianmäärityksessä
Kannettavassa laitteessa anturi on se komponentti, josta kaikki muu riippuu. Kaksikanavainen kenttäanalysaattori, kuten Balanset-1A Järjestelmässä yhdistetään yleensä kaksi IEPE-kiihtyvyysanturia optiseen kierroslukumittariin vaiheviitteenä, jolloin mitataan synkronoidut amplitudit ja vaiheet jokaisesta laakerista koneen käydessä omilla tuillaan käyttönopeudella. Tämän kiihtyvyysantureihin perustuvan mittausketjun avulla laite laskee korjauspainot yksi- ja kaksitasoiselle tasapainotukselle sekä suorittaa rutiin tärinänvalvonta — mikä havainnollistaa selvästi yleistä periaatetta, että kiihtyvyysanturi on oletusarvoinen anturi valtaosassa pyörivien koneiden sovelluksista, kun taas lähestymisanturi ja seisminen anturi varattu niille tapauksille, joihin niiden fysikaaliset ominaisuudet sopivat parhaiten.
