הבנת הוולומדר (חיישן מהירות)
א וולומדר, או בשמו הרשמי "מתמר מהירות" או "חיישן מהירות", הוא סוג של מַתמֵר משמש למדידה רֶטֶט. המאפיין הבולט שלה הוא שהיא מייצרת תפוקה חשמלית העומדת ביחס ישר ל- מְהִירוּת של המשטח הרוטט שאליו הוא מחובר. דבר זה מבדיל אותו מ- מד תאוצה, שתפוקתו פרופורציונלית ל תְאוּצָה, ומ- גשש קרבה, שתפוקתו פרופורציונלית ל תְזוּזָה.
1. הגדרה: מהו ולומטר?
מכיוון שהמהירות היא הפרמטר שבו משתמשים רוב התקנים הבינלאומיים כדי להעריך את מידת החספוס בפעולת המכונה, חיישן המדווח על המהירות באופן ישיר הוא רעיון מושך מבחינה תיאורטית. ה-velometer הקלאסי הוא מכשיר עצמאי המייצר אנרגיה בעצמו — הוא אינו זקוק לאספקת חשמל או לעיבוד אותות כדי לייצר פלט שמיש. אף כי כיום הוא פחות נפוץ מה-accelerometer באיסוף נתונים נייד מודרני, ל-velometer עדיין יש יישומים אמיתיים, במיוחד בניטור קבוע של מכונות במהירות בינונית וכחלק ממשפחה רחבה יותר של מתמרים סיסמיים שמודדים תנועה ביחס למרחב החופשי ולא ביחס למבנה קבוע.
2. כיצד פועל ולומטר
וולומטרים מסורתיים הם חיישנים אלקטרודינמיים. הם פועלים על פי אותו עיקרון כמו מיקרופון דינמי או פיקאפ לגיטרה, 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.
- על פי חוק פאראדיי, המתח המושרה עומד ביחס ישר למהירות התנועה היחסית — בדיוק הגודל שאנו מחפשים.
מערכת הקפיץ-מסה מתנהגת כך רק מעל גובהה שלה תדר טבעי (לרוב בסביבות 8–10 הרץ), וזה מה שקובע את גבול התדר הנמוך של החיישן. קיימים גם "וולומטרים פיזואלקטריים" מודרניים: אלה הם למעשה מד-תאוצה עם מערכת אלקטרונית מובנית שילוב מעגל הממיר תאוצה לאות מהירות בתוך החיישן עצמו, תוך עקיפת החלקים הנעים והשבירים של התכנון האלקטרודינמי.
3. יתרונות וחסרונות של וולוטרים
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 תקן ISO 20816(המהווה את היורש המודרני לתקן ISO 10816). אין צורך בשילוב במנתח, מה שמאפשר לשמור על פשטות שרשרת האותות.
- 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 תדרם הטבעי, הם בדרך כלל רגישים יותר בתדרים נמוכים בהשוואה למד-תאוצה רבים לשימוש כללי, ומספקים אות חזק וברור במקומות שבהם קיימים חוסר איזון ואי-יישור.
חסרונות
- טווח תדרים מוגבל: טווח התדרים השימושי שלהם צר יותר מזה של מד תאוצה. הם אינם מתאימים לפגיעות בתדרים גבוהים של פגמי מיסב אוֹ פגמים בהילוך, 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 מאשר מד תאוצה מודרני, מה שעלול להטיל עומס רב על מבנים קלים.
- רגישות לשדות מגנטיים: שדות חיצוניים חזקים, כגון אלה הנמצאים בקרבת מנועים גדולים, עלולים להתחבר לסליל ולפגוע בקריאה.
4. וולומד 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 באלאנסט-1א פועל בשטח: הוא קולט את נתוני התאוצה מהחיישנים שלו, מחשב את המהירות לצורך הערכת חומרת הנפילה בהתאם לדרגות ה-ISO, ומשתמש באותו האות למדידת המשרעת והפאזה הדרושות לאיזון במישור אחד ובשני מישורים. אם אתם צריכים להמיר קריאות בין סוגי חיישנים שונים, המוצר שלנו ממיר יחידת רטט עובר בקלות בין מ"מ/שנייה, מיקרומטר 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.
