Razumijevanje pretvornika brzine
Definicija: Što je pretvornik brzine?
Pretvornik brzine (također se naziva velometar, seizmički senzor ili senzor s pokretnom zavojnicom) je samogenerirajući vibracija senzor koji proizvodi izlazni napon izravno proporcionalan vibracijama brzina bez potrebe za vanjskim napajanjem ili kondicioniranjem signala. Radi na principima elektromagnetske indukcije - magnet obješen na oprugama pomiče se u odnosu na zavojnicu kada dođe do vibracije, generirajući napon proporcionalan relativnoj brzini između zavojnice i magneta, što je jednako brzini vibracije.
Pretvornici brzine bili su dominantni senzori vibracija od 1950-ih do 1980-ih i još se uvijek koriste u trajnim instalacijama za praćenje i nekim prijenosnim instrumentima. Međutim, uvelike su ih zamijenili accelerometers u novim instalacijama zbog manje veličine akcelerometara, šireg frekvencijskog raspona i veće frekvencijske sposobnosti potrebne za otkrivanje nedostataka ležajeva.
Princip rada
Elektromagnetska indukcija
- Permanentni magnet obješen oprugama unutar zavojnice
- Vibracija pomiče kućište i zavojnicu
- Inercija magneta ga drži relativno nepokretnim (iznad rezonancije)
- Relativno gibanje između zavojnice i magneta
- Gibanje inducira napon u zavojnici (Faradayev zakon: V ∝ brzina)
- Izlazni napon izravno proporcionalan brzini vibracija
Samogenerirajuće
- Nije potrebno vanjsko napajanje
- Pasivna transdukcija
- Jednostavno spajanje (dvije žice)
- Inherentno sigurna od kvarova (nema problema s nestankom struje)
Karakteristike
Frekvencijski odziv
- Granica niske frekvencije: Prirodna frekvencija (obično 8-15 Hz)
- Korisni raspon: Iznad 2× prirodne frekvencije (minimalno 16-30 Hz)
- Granica visoke frekvencije: Tipično 1-2 kHz
- Ravni odgovor: Široko ravno područje u upotrebljivom rasponu
- Najbolje za: 10-1000 Hz (opće frekvencije strojeva)
Sensitivity
- Tipično: 10-500 mV po inču/sek (400-20 000 mV po mm/s)
- Uobičajeno: 100 mV/in/s ili 4000 mV/mm/s
- Veća osjetljivost za primjene s niskim vibracijama
- Niža osjetljivost za mjerenja visokih vibracija
Veličina i težina
- Relativno velika (50-100 mm duljine, 25-40 mm promjera)
- Teška (tipično 100-500 grama)
- Mnogo veći od akcelerometara
- Masa može utjecati na mjerenje na laganim konstrukcijama
Prednosti
Izravni izlaz brzine
- Izravno mjeri brzinu vibracija (nije potrebna integracija)
- Odgovara specifikacijama ISO standarda (brzina RMS)
- Jednostavna obrada signala
- Prirodno za analizu temeljenu na brzini
Samogenerirajuće
- Nije potrebno napajanje
- Jednostavna dvožična veza
- Ne može se pokvariti zbog gubitka struje
- Niži troškovi sustava (nije potrebno napajanje)
Dobar odziv niskih frekvencija
- Može se koristiti do 10-15 Hz (bolje od mnogih akcelerometara)
- Pogodno za strojeve niske brzine (do ~600 okretaja u minuti)
- Prirodno za primjenu u skladu s frekvencijskim rasponom
Nedostaci
Ograničeni visokofrekventni odziv
- Obično ograničeno na maksimalno 1-2 kHz
- Ne može otkriti nedostatke visokofrekventnih ležajeva (5-20 kHz)
- Neadekvatno za analizu omotača
- Glavna ograničenja u odnosu na akcelerometre
Veličina i težina
- Veliki, teški senzori
- Teško se montira na male strojeve
- Masovno opterećenje utječe na lagane konstrukcije
- Manje prenosiv od akcelerometara
Krhkost
- Unutarnje opruge i pokretni magnet mogu se oštetiti udarom
- Osjetljiv na rukovanje zlostavljanjem
- Može se oštetiti padom
- Više održavanja nego akcelerometri u čvrstom stanju
Temperaturna ograničenja
- Snaga magneta se smanjuje s temperaturom
- Obično ograničeno na 120°C
- Manje mogućnosti nego akcelerometri u načinu punjenja
Gdje se još uvijek koristi
Naslijeđene trajne instalacije
- Stariji sustavi za nadzor turbostrojeva
- Zamjena u naturi za postojeće instalacije
- Održava kompatibilnost s postojećim sustavima
Niskofrekventne primjene
- Oprema s vrlo malom brzinom (< 300 okretaja u minuti)
- Gdje je frekvencijski raspon od 10-1000 Hz dovoljan
- Jednostavno praćenje brzine bez potrebe za visokim frekvencijama
Posebni zahtjevi
- Gdje je potrebna samogenerirajuća prednost
- Zahtjevi za intrinzičnu sigurnost (bez napajanja)
- Poželjan je izravni izlaz brzine
Montaža
Metode
- Montaža svornjaka na navojne rupe (najčešće)
- Montaža nosača s adapterskim pločama
- Magnetska montaža (ako je površina magnetska i senzor nije pretežak)
Razmatranja
- Neophodna je čvrsta montaža (težak senzor)
- Čvrsto pričvrstite kako biste spriječili vibracije senzora
- Provjerite je li površina za montažu ravna i čista
- Olakšanje kabela od zatezanja kako bi se spriječilo povlačenje
Moderne alternative
Zašto su akcelerometri poželjni
- Mnogo manji i lakši
- Široki frekvencijski raspon (0,5 Hz – 50 kHz)
- Bolje za otkrivanje nedostataka ležajeva
- Robusnije
- Niži troškovi
- Industrijski trend prema akcelerometrima
Integracija kao alternativa
- Izmjerite ubrzanje, integrirajte u brzinu
- Postiže mjerenje brzine s prednostima akcelerometra
- Moderni instrumenti čine integraciju transparentnom
Kalibracija i održavanje
Kalibriranje
- Kalibracija stola za miješanje
- Provjerite osjetljivost (mV/in/s ili mV/mm/s)
- Provjerite frekvencijski odziv
- Godišnja kalibracija tipična za kritične primjene
Održavanje
- Pažljivo rukujte (izbjegavajte padove i udarce)
- Provjerite stanje kabela
- Provjerite sigurnost montaže
- Periodično testirajte izlaz
- Zamijenite ako se osjetljivost ili odziv promijene
Pretvornici brzine, iako se smanjuju u novim instalacijama, ostaju važni senzori u postojećim sustavima trajnog praćenja i određenim niskofrekventnim primjenama. Razumijevanje njihovog rada, prednosti i ograničenja potrebno je za održavanje postojećih sustava i donošenje informiranih odluka o odabiru senzora kada bi pretvornici brzine još uvijek mogli biti optimalan izbor za specifične niskofrekventne sustave, sustave s vlastitim napajanjem ili zahtjeve kompatibilnosti.