Comprendre les transducteurs de vitesse
A transducteur de vitesse — également appelé vélomètre, capteur sismique, ou capteur à bobine mobile - est un capteur autogénéré. Vibrations capteur qui produit une tension de sortie directement proportionnelle aux vibrations vitesse, sans alimentation externe ni conditionnement du signal. Il fonctionne par induction électromagnétique : un aimant suspendu à des ressorts souples se déplace par rapport à une bobine lorsque le boîtier vibre, et ce mouvement relatif génère une tension proportionnelle à la vitesse. En tant que membre de la transducteur sismique famille - capteurs qui utilisent une masse interne suspendue comme référence inertielle - ils mesurent le mouvement absolu de la surface à laquelle ils sont fixés.
Les transducteurs de vitesse ont été le principal capteur de vibrations des années 1950 aux années 1980 et sont toujours utilisés dans les installations de contrôle permanentes et dans certains instruments portables. Dans les nouvelles conceptions, cependant, ils ont largement cédé la place aux accéléromètres, qui sont plus petits, couvrent une gamme de fréquences plus large et atteignent les hautes fréquences nécessaires à la détection des défauts de roulements.
1. Principe de fonctionnement
Induction électromagnétique
Le mécanisme est une application directe de la loi de Faraday :
- Un aimant permanent est suspendu par des ressorts à l'intérieur d'une bobine.
- Les vibrations déplacent le boîtier et la bobine avec lui.
- Au-dessus de la résonance du capteur, l'inertie de l'aimant le maintient pratiquement immobile dans l'espace.
- Cela produit un mouvement relatif entre la bobine et l'aimant.
- Le mouvement induit une tension dans la bobine (V ∝ vitesse).
- La tension de sortie est donc directement proportionnelle à la vitesse de vibration.
Fonctionnement autoalimenté
Comme le capteur crée son propre signal, il n'a pas besoin d'alimentation externe. Il s'agit d'une transduction passive à deux fils, intrinsèquement sûre en cas de défaillance, sans alimentation externe susceptible de tomber en panne. C'est cette caractéristique qui permet aux capteurs de vitesse de rester pertinents dans des niches spécifiques, même aujourd'hui.
2. Caractéristiques
Réponse en fréquence
- Limite basse fréquence : fixée par la fréquence naturelle du capteur fréquence naturelle, typiquement de 8 à 15 Hz.
- Plage d'utilisation : au-dessus d'environ 2× la fréquence naturelle, soit 16-30 Hz au minimum.
- Limite haute fréquence : généralement de 1 à 2 kHz.
- Réponse plate : une région large et plate sur toute la plage utilisable.
- Meilleur pour : 10-1000 Hz - la bande dans laquelle apparaissent la plupart des défauts généraux des machines.
Sensibilité
- Typiquement 10-500 mV par pouce/seconde (environ 400-20 000 mV par mm/s).
- Une valeur courante est de 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Une sensibilité plus élevée convient aux applications à faibles vibrations ; une sensibilité plus faible convient aux mesures à fortes vibrations.
Taille et poids
- Relativement grand - environ 50-100 mm de long et 25-40 mm de diamètre.
- Lourd, souvent de 100 à 500 g.
- Beaucoup plus volumineux qu'un accéléromètre.
- Cette masse peut charge de masse et faussent la réponse des structures légères.
3. Les avantages
Sortie directe de la vitesse
Le transducteur mesure la vitesse directement, sans aucun l'intégration pas. Cela correspond à la manière dont les normes relatives aux vibrations des machines expriment les limites - ISO 20816 (le successeur de l'ISO 10816) est écrit en Vitesse RMS - permet de simplifier le traitement du signal, ce qui en fait un outil naturel pour les applications basées sur la vitesse. sévérité de vibration l'évaluation.
Auto-génération et sécurité intégrée
- Aucune alimentation électrique n'est nécessaire.
- Connexion simple à deux fils.
- Il ne peut pas tomber en panne à cause d'une perte d'alimentation.
- Coût du système plus faible, sans alimentation électrique à spécifier.
Bonne réponse dans les basses fréquences
- Utilisable jusqu'à 10-15 Hz, mieux que de nombreux accéléromètres.
- Convient aux machines à faible vitesse jusqu'à environ 600 tr/min.
- Il s'agit d'une solution naturelle pour les applications qui se situent dans sa bande de fréquence.
4. Inconvénients
Réponse limitée aux hautes fréquences
- Il est plafonné à environ 1 à 2 kHz.
- Impossible d'atteindre la haute fréquence défaut de roulement énergie (5-20 kHz).
- Insuffisant pour analyse d'enveloppe.
- C'est la limitation décisive face aux accéléromètres.
Taille, poids et fragilité
- Grandes et lourdes, elles sont difficiles à monter sur de petites machines et ont tendance à charger en masse des structures légères.
- Moins portable qu'un accéléromètre.
- Les ressorts internes et l'aimant mobile peuvent être endommagés par un choc ou une chute, de sorte que le capteur est sensible à une manipulation brutale et nécessite plus d'attention qu'un dispositif à semi-conducteurs.
Limites de température
- La force de l'aimant diminue lorsque la température augmente.
- Généralement limité à environ 120 °C.
- Capacité à haute température inférieure à celle d'un mode de charge l'accéléromètre.
5. Les domaines dans lesquels les capteurs de vitesse sont encore utilisés
- Anciennes installations permanentes : turbomachines plus anciennes contrôle lorsque le remplacement en nature maintient la compatibilité avec le câblage et les baies existants.
- Applications à basse fréquence : les équipements à très faible vitesse (moins de 300 tours/minute) et tout travail pour lequel la bande 10-1000 Hz est suffisante et les hautes fréquences ne sont pas nécessaires.
- Exigences spécifiques : les situations qui nécessitent réellement un capteur autogénérant, les tâches à sécurité intrinsèque où aucune électronique alimentée n'est autorisée, ou une préférence pour une sortie de vitesse directe.
6. Montage
Le capteur étant lourd, l'intégrité du montage est essentielle - un capteur de vitesse mal fixé ajoute sa propre résonance aux données.
- Méthodes : montage sur goujon dans un trou taraudé (le plus fiable), montage sur support avec des plaques d'adaptation, ou montage magnétique lorsque la surface est magnétique et que le capteur n'est pas trop lourd.
- Considérations : un montage rigide est essentiel, le capteur doit être solidement serré afin qu'il ne vibre pas de manière indépendante, la face de montage doit être plane et propre, et le câble doit être protégé contre la traction afin d'éviter tout risque d'arrachement.
7. Alternatives modernes et pratiques sur le terrain
Dans la plupart des nouveaux travaux, c'est l'accéléromètre qui l'emporte : il est beaucoup plus petit et plus léger, couvre une bande beaucoup plus large (environ 0,5 Hz à 50 kHz), est plus performant pour la détection des défauts de roulements, est plus robuste et coûte moins cher. L'approche moderne standard consiste donc à mesurer l'accélération et intégrer à la vitesse, ce qui permet d'obtenir la mesure de vitesse exigée par les normes tout en conservant tous les avantages de l'accéléromètre — et les instruments modernes rendent cette intégration totalement transparente pour l'utilisateur.
C'est précisément ainsi que fonctionne un analyseur d'équilibrage portable. L'analyseur Balanset-1A utilise des accéléromètres au niveau des paliers et intègre la vitesse en interne, de sorte qu'un ingénieur obtient la mesure de vitesse directe qu'un capteur de vitesse fournirait pour un contrôle de sévérité vibratoire ISO 20816 — ainsi que la portée haute fréquence et la composante 1× l'amplitude et la phase nécessaires pour équilibrage sur place, ce qu'un transducteur de vitesse de 1 à 2 kHz ne peut pas faire.
8. Étalonnage et entretien
- Étalonnage: vérifier la sensibilité (mV/in/s ou mV/mm/s) et la réponse en fréquence sur une table vibrante, avec des données annuelles sur la sensibilité et la réponse en fréquence. étalonnage typique pour les applications critiques.
- Entretien: manipuler avec précaution pour éviter les chutes et les chocs, vérifier l'état du câble, vérifier la sécurité du montage, tester périodiquement la sortie et remplacer le capteur en cas de dérive de sa sensibilité ou de sa réponse.
Les capteurs de vitesse, bien qu'en déclin dans les nouvelles installations, restent importants dans les systèmes de surveillance permanents existants et dans certaines fonctions à basse fréquence, auto-alimentées ou à sécurité intrinsèque. Il est nécessaire de comprendre comment ils fonctionnent, leurs points forts et leurs limites, à la fois pour maintenir les systèmes existants en état de marche et pour prendre une décision éclairée sélection du capteur lorsqu'un capteur de vitesse reste le bon choix.
