Razumijevanje pretvornika brzine
A pretvornik brzine — također nazvan velometar, seizmički senzor ili senzor s pokretnom zavojnicom — je samogenerirajući vibracija senzor koji proizvodi izlazni napon izravno proporcionalan vibracijama brzina, bez vanjskog napajanja i bez kondicioniranja signala. Radi na principu elektromagnetske indukcije: magnet, ovješen na mekim oprugama, pomiče se u odnosu na zavojnicu kada kućište vibrira, a taj relativni pomak generira napon proporcionalan brzini. Kao član seizmički pretvarač obitelj — senzori koji koriste opružnu unutarnju masu kao inercijsku referencu — mjeri apsolutni pomak površine na koju je pričvršćen.
Pretvarači brzine bili su dominantni senzori vibracija otprilike od 1950-ih do 1980-ih i još uvijek služe u stalnim instalacijama za nadzor i nekim prijenosnim instrumentima. U novim dizajnima, međutim, oni su uglavnom ustupili mjesto Akcelerometri, koji su manji, pokrivaju širi frekvencijski raspon i dosežu visoke frekvencije potrebne za otkrivanje kvarova ležajeva.
1. Radni princip
Elektromagnetska indukcija
Mehanizam je izravna primjena Faradayevog zakona:
- Trajni magnet je ovješen oprugama unutar zavojnice.
- Vibracija pomiče kućište i s njim zavojnicu.
- Iznad rezonancije senzora, inercija magneta drži ga gotovo nepomičnim u prostoru.
- To stvara relativni pokret između zavojnice i magneta.
- Pokret inducira napon u zavojnici (V ∝ brzina).
- Izlazni napon je stoga izravno proporcionalan brzini vibracije.
Samostalno generirajući rad
Budući da senzor stvara vlastiti signal, ne treba vanjsko napajanje — pasivna dvožilna transdukcija koja je po svojoj prirodi otporna na kvarove, bez napajanja koje bi se moglo izgubiti. Ovo je značajka koja i danas održava transduktore brzine relevantnima u određenim nišama.
2. Karakteristike
Frekvencijski odziv
- Donja granica frekvencije: postavljeno od senzora prirodna frekvencija, obično 8–15 Hz.
- Upotrebljivi raspon: iznad otprilike dvostruke prirodne frekvencije, dakle najmanje 16–30 Hz.
- Gornja granica: obično 1–2 kHz.
- Ravni odgovor: široka, ravna regija u cijelom upotrebljivom rasponu.
- Najbolje za: 10–1000 Hz — opseg u kojem se javljaju većina kvarova na općoj mehanici.
osjetljivost
- Obično 10–500 mV po inču u sekundi (otprilike 400–20.000 mV po mm u sekundi).
- Uobičajena vrijednost je 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Veća osjetljivost odgovara primjenama s niskim vibracijama; niža osjetljivost odgovara mjerenjima s visokim vibracijama.
Veličina i težina
- Relativno veliki — otprilike 50–100 mm dugi i 25–40 mm promjera.
- Težak, često 100–500 g.
- Mnogo glomazniji od akcelerometra.
- Ta masa može masovni teret i iskriviti odziv laganih konstrukcija.
3. Prednosti
Izravni izlaz brzine
Pretvarač mjeri brzinu izravno, bez integracija korak. To odgovara načinu na koji standardi za vibracije strojeva izražavaju ograničenja — ISO 20816 (nasljednik norme ISO 10816) je napisan u RMS brzina — održava obradu signala jednostavnom i čini je prirodnim izborom za obradu temeljenu na brzini intenzitet vibracija procjena.
Samogenerirajući i otporan na kvarove
- Nije potrebna struja.
- Jednostavna dvožilna veza.
- Ne može doći do kvara zbog gubitka napajanja.
- Niži trošak sustava, bez potrebe za specificiranjem napajanja.
Dobar odziv na niskim frekvencijama
- Upotrebljiv do 10–15 Hz, bolji od mnogih akcelerometara.
- Pogodno za niskobrzinske strojeve do otprilike 600 o/min.
- Prirodan izbor za primjene koje se nalaze unutar njegovog frekvencijskog pojasa.
4. Nedostaci
Ograničen odgovor na visokim frekvencijama
- Ograničeno na otprilike 1–2 kHz.
- Ne može se dosegnuti visoka frekvencija kvar ležaja energija (5–20 kHz).
- Nedovoljno za analiza omotača.
- Ovo je odlučujuće ograničenje akcelerometara.
Veličina, težina i krhkost
- Veliki i teški, teško ih je montirati na male strojeve i skloni su preopterećivanju laganih konstrukcija.
- Manje prenosiv od akcelerometra.
- Unutarnje opruge i pokretni magnet mogu se oštetiti udarcem ili padom, pa je senzor osjetljiv na grubo rukovanje i zahtijeva više njege nego čvrsto-stanjski uređaj.
Ograničenja temperature
- Jačina magneta opada s porastom temperature.
- Obično ograničeno na oko 120 °C.
- Manja otpornost na visoke temperature nego kod a način punjenja akcelerometar.
5. Gdje se transduktori brzine još uvijek koriste
- Naslijeđene trajne instalacije: starija turbomašinerija nadzor sustavi, gdje zamjena u naravi održava kompatibilnost s postojećim ožičenjem i rackovima.
- Primjene niskih frekvencija: oprema vrlo niske brzine (ispod 300 o/min) i svaki posao gdje je opseg od 10 do 1000 Hz dovoljan i nisu potrebne visoke frekvencije.
- Specifični zahtjevi: situacije koje zaista zahtijevaju samopojasni senzor, zadaci s intrinzičnom sigurnošću gdje nije dopuštena napajana elektronika ili sklonost prema izravnom izlazu brzine.
6. Montaža
Budući da je senzor težak, čvrstoća montaže je ključna — loše pričvršćen transduktor brzine dodaje vlastitu rezonanciju podacima.
- Metode: montaža šipkom u navojnu rupu (najpouzdanije), montaža na nosač s adapterskim pločama ili magnetska montaža ako je površina magnetna, a senzor nije pretežak.
- Razmatranja: Tvrdo montiranje je neophodno, senzor se mora čvrsto pričvrstiti kako se ne bi neodvisno vibrirao, montažna površina mora biti ravna i čista, a kabel treba imati zaštitu od povlačenja.
7. Moderne alternative i terenska praksa
U većini novih primjena akcelerometar je pobijedio: znatno je manji i lakši, pokriva mnogo širi opseg (otprilike od 0,5 Hz do 50 kHz), bolji je za otkrivanje kvarova ležajeva, robusniji je i jeftiniji. Standardni suvremeni pristup stoga je mjeriti ubrzanje i integrirati u brzinu, postižući očitanje brzine koje standardi zahtijevaju, a pritom zadržavajući sve prednosti akcelerometra — a moderni instrumenti čine tu integraciju potpuno prozirnom za korisnika.
Ovo je upravo način na koji radi prijenosni analizator balansiranja. Balanset-1A koristi akcelerometre na kućištima ležajeva i interno integrira do brzine, tako da inženjer dobije izravnu vrijednost brzine koju bi transduktor brzine pružio za provjeru ozbiljnosti prema ISO 20816 — zajedno s visokofrekventnim dometom i 1× amplituda i faza potrebno za balansiranje polja, a nijedan od njih ne bi mogao isporučiti pretvarač brzine od 1–2 kHz.
8. Kalibracija i održavanje
- Kalibriranje: provjeriti osjetljivost (mV/in/s ili mV/mm/s) i frekvencijski odziv na drhtalici, godišnje kalibriranje tipično za kritične primjene.
- Održavanje: Rukujte pažljivo kako biste izbjegli padove i udarce, provjerite stanje kabela, provjerite sigurnost montaže, povremeno testirajte izlaz i zamijenite senzor ako se njegova osjetljivost ili odziv pomaknu.
Pretvarači brzine, iako su u novim instalacijama u opadanju, ostaju važni u postojećim stalnim sustavima nadzora te u određenim niskofrekventnim, samostalno napajanim ili intrinzično sigurnim zadacima. Razumijevanje načina na koji rade, u čemu su dobri i gdje zapinju nužno je i za održavanje rada naslijeđenih sustava i za donošenje informirane odluke. izbor senzora kada je transduktor brzine i dalje pravi izbor.
