הבנת הוולומטר (חיישן מהירות)
א ולומטר, או באופן רשמי יותר מתמר מהירות או חיישן מהירות, הוא סוג של מתמר משמש למדידה רעידה. המאפיין הבולט שלה הוא שהיא מייצרת תפוקה חשמלית העומדת ביחס ישר ל- מהירות של המשטח הרוטט שאליו הוא מחובר. דבר זה מבדיל אותו מ- מד תאוצה, שתפוקתו פרופורציונלית ל תאוצה, ומ- גשש קרבה, שתפוקתו פרופורציונלית ל תְזוּזָה.
1. הגדרה: מהו ולומטר?
מאחר שמהירות היא הפרמטר שרוב התקנים הבינלאומיים משתמשים בו כדי לשפוט עד כמה מכונה פועלת באופן מחוספס, חיישן שמדווח ישירות על מהירות הוא רעיון מושך מבחינה מושגית. הוולומטר הקלאסי הוא התקן עצמאי המייצר אות בעצמו — הוא אינו זקוק לאספקת חשמל או להתניית אות כדי להפיק פלט שימושי. אף שכיום הוא פחות נפוץ ממד התאוצה באיסוף נתונים נייד מודרני, לוולומטר עדיין יש יישומים אמיתיים, במיוחד בניטור קבוע של מכונות במהירות בינונית וכחלק מהמשפחה הרחבה יותר של מתמרים סיסמיים שמודדים תנועה ביחס למרחב החופשי ולא ביחס למבנה קבוע.
2. כיצד פועל ולומטר
ולומטרים מסורתיים הם חיישנים אלקטרודינמיים. הם פועלים לפי אותו עיקרון כמו מיקרופון דינמי או פיקאפ של גיטרה, בהתאם לחוק ההשראה של פאראדיי:
- בתוך המארז נמצא סליל תיל התלוי על קפיצים רכים.
- מגנט קבוע מחובר באופן קשיח למארז.
- כאשר החיישן מותקן על מכונה רוטטת, המארז והמגנט נעים יחד עם משטח המכונה.
- בשל האינרציה שלה, הסליל התלוי על קפיץ נוטה להישאר במקומו במרחב (זהו העיקרון הסיסמי).
- התנועה היחסית בין המגנט הנע לסליל הקרוב למצב נייח גורמת להיווצרות מתח בסליל.
- לפי חוק פאראדיי, המתח המושרה פרופורציונלי ישירות למהירות התנועה היחסית — בדיוק הגודל שאנחנו רוצים.
מערכת הקפיץ-מסה מתנהגת כך רק מעל התדר העצמי שלה תדר טבעי (בדרך כלל סביב 8–10 Hz), וזה מה שקובע את גבול התדר הנמוך של החיישן. קיימים גם “ולומטרים פיזואלקטריים” מודרניים: אלה הם למעשה מדי תאוצה עם רכיב אלקטרוני מובנה אינטגרציה מעגל הממיר תאוצה לאות מהירות בתוך החיישן עצמו, תוך עקיפת החלקים הנעים והשבירים של התכנון האלקטרודינמי.
3. יתרונות וחסרונות של וולומטרים
יתרונות
- פלט מהירות ישיר: הם מודדים את המהירות מיד — הפרמטר הנפוץ ביותר להערכה חומרת הרטט על מכונות לשימוש כללי בטווח התדרים שבין כ-10 הרץ ל-1,000 הרץ (לפי ISO 20816, היורש המודרני של ISO 10816). אין צורך בביצוע אינטגרציה במנתח, מה ששומר על שרשרת אות פשוטה.
- מונע בכוח עצמי (פסיבי): מד מהירות אלקטרודינמיים מסורתיים מייצרים אות משלהם ואינם זקוקים לאספקת חשמל חיצונית, דבר המהווה יתרון בהתקנות מסוימות בתעשייה ובאזורים מסוכנים.
- תגובת תדר נמוך טובה: מעל התדר הטבעי שלהם הם בדרך כלל רגישים יותר בתדרים נמוכים מאשר מדי תאוצה רבים לשימוש כללי, ומספקים אות חזק ונקי בתחום שבו מופיעים חוסר איזון ואי-יישור.
חסרונות
- טווח תדרים מוגבל: תחום התדרים השימושי שלהם צר יותר מזה של מד תאוצה. הם אינם מתאימים לאימפקטים בתדר גבוה של פגמי מיסב או פגמים בהילוכים, שנמצאים הרבה מעל נקודת הירידה שלהם.
- חלקים נעים: מכלול הקפיץ והסליל הפנימי עלול להישחק, לסטות ממקומו או להתקלקל לחלוטין, במיוחד בתנאי פעולה עם רטט רב.
- רגישות לכיוון: יש להתקין אותם בכיוון שלשמו תוכננו (אנכי או אופקי), מכיוון שכוח הכבידה מפעיל עומס מוקדם על מתלי הקפיץ.
- גדול יותר וכבד יותר: בדרך כלל הם גדולים וכבדים בהרבה ממד תאוצה מודרני, ולכן עלולים להוסיף עומס מסה למבנים קלים.
- רגישות לשדות מגנטיים: שדות חיצוניים חזקים, כגון אלה שבקרבת מנועים גדולים, עלולים להשרות אות בסליל ולשבש את הקריאה.
4. וולומטר לעומת מד תאוצה
לאיסוף נתונים נייד מודרני ו אבחון רטט, ה- מד תאוצה הוא החיישן המועדף. תגובת התדר שלו רחבה ושטוחה בהרבה, ולכן מד תאוצה בודד קולט הן את הרטט בתדר הנמוך הנובע מחוסר איזון והן את הרטט בתדר הגבוה מאוד הנובע מתקלות במיסבים ובגלגלי שיניים. ה- מנתח רטט ואז משלב את אות התאוצה באופן אלקטרוני כדי להציג מהירות או תזוזה לפי דרישה — חיישן עמיד אחד שמכסה את כל מה שהוולומטר עשה ועוד הרבה מעבר לכך. כך בדיוק פועל המכשיר הנייד הדו-ערוצי Balanset-1A פועל בשטח: הוא מקבל תאוצה ממדי התאוצה שלו, מבצע אינטגרציה למהירות לצורך הערכת חומרת הרטט לפי דרגות ה-ISO, ומשתמש באותו אות כדי למדוד את המשרעת והפאזה ב-1× הנדרשות לאיזון במישור אחד ובשני מישורים. אם אתם צריכים להמיר קריאות בין סוגי חיישנים, הכלי שלנו ממיר יחידות רטט עובר בצורה נקייה בין mm/s, µm ו-g.
לפיכך, כיום ניתן למצוא מד-מהירות בעיקר כחיישנים המותקנים באופן קבוע במכונות הפועלות במהירות בינונית — מאווררים, משאבות ומנועים — ובמיוחד במפעלים ישנים יותר, שבהם הם שימשו מלכתחילה כמתמרים לניטור, וממשיכים לבצע את תפקידם בנאמנות עשור אחר עשור.
