Comprensione dei trasduttori di velocità
Definizione: Che cos'è un trasduttore di velocità?
Trasduttore di velocità (chiamato anche velocimetro, sensore sismico o sensore a bobina mobile) è un sensore autogenerante vibrazione sensore che produce una tensione di uscita direttamente proporzionale alla vibrazione velocità Senza richiedere alimentazione esterna o condizionamento del segnale. Funziona secondo i principi dell'induzione elettromagnetica: un magnete sospeso su molle si muove rispetto a una bobina quando si verifica una vibrazione, generando una tensione proporzionale alla velocità relativa tra bobina e magnete, che è uguale alla velocità di vibrazione.
I trasduttori di velocità sono stati i sensori di vibrazione dominanti dagli anni '50 agli anni '80 e sono ancora utilizzati in installazioni di monitoraggio permanenti e in alcuni strumenti portatili. Tuttavia, sono stati ampiamente sostituiti da accelerometri nelle nuove installazioni grazie alle dimensioni ridotte degli accelerometri, alla gamma di frequenza più ampia e alla capacità di frequenza più elevata necessaria per il rilevamento dei difetti dei cuscinetti.
Principio di funzionamento
Induzione elettromagnetica
- Magnete permanente sospeso tramite molle all'interno della bobina
- La vibrazione muove l'alloggiamento e la bobina
- L'inerzia del magnete lo mantiene relativamente stazionario (al di sopra della risonanza)
- Moto relativo tra bobina e magnete
- Il movimento induce tensione nella bobina (legge di Faraday: V ∝ velocità)
- Tensione di uscita direttamente proporzionale alla velocità di vibrazione
Autogenerante
- Non è richiesta alimentazione esterna
- Trasduzione passiva
- Collegamento semplice (due fili)
- Intrinsecamente a prova di errore (nessun problema di interruzione di corrente)
Caratteristiche
Risposta in frequenza
- Limite di bassa frequenza: Frequenza naturale (tipicamente 8-15 Hz)
- Intervallo utilizzabile: Oltre 2 volte la frequenza naturale (minimo 16-30 Hz)
- Limite ad alta frequenza: Tipicamente 1-2 kHz
- Risposta piatta: Ampia regione pianeggiante nell'intervallo utilizzabile
- Ideale per: 10-1000 Hz (frequenze dei macchinari generali)
Sensibilità
- Tipico: 10-500 mV per pollice/sec (400-20.000 mV per mm/s)
- Comune: 100 mV/in/s o 4000 mV/mm/s
- Maggiore sensibilità per applicazioni a basse vibrazioni
- Minore sensibilità per misurazioni ad alta vibrazione
Dimensioni e peso
- Relativamente grande (50-100 mm di lunghezza, 25-40 mm di diametro)
- Pesante (tipico 100-500 grammi)
- Molto più grandi degli accelerometri
- La massa può influenzare la misurazione su strutture leggere
Vantaggi
Uscita di velocità diretta
- Misura direttamente la velocità di vibrazione (non è necessaria alcuna integrazione)
- Corrisponde alle specifiche degli standard ISO (velocità RMS)
- Elaborazione semplice del segnale
- Naturale per l'analisi basata sulla velocità
Autogenerante
- Non è richiesta alcuna alimentazione
- Semplice collegamento a due fili
- Non può guastarsi a causa della perdita di potenza
- Costi di sistema inferiori (non è necessario alcun alimentatore)
Buona risposta alle basse frequenze
- Utilizzabile fino a 10-15 Hz (meglio di molti accelerometri)
- Adatto per macchinari a bassa velocità (fino a ~600 giri/min)
- Naturale per applicazioni che corrispondono alla gamma di frequenza
Svantaggi
Risposta ad alta frequenza limitata
- Tipicamente limitato a 1-2 kHz massimo
- Non è possibile rilevare difetti dei cuscinetti ad alta frequenza (5-20 kHz)
- Inadeguato per l'analisi dell'involucro
- Limitazione principale rispetto agli accelerometri
Dimensioni e peso
- Sensori grandi e pesanti
- Difficile da montare su macchine di piccole dimensioni
- Il carico di massa influisce sulle strutture leggere
- Meno portatili degli accelerometri
Fragilità
- Le molle interne e il magnete mobile possono essere danneggiati dagli urti
- Sensibile alla gestione degli abusi
- Può essere danneggiato da cadute
- Maggiore manutenzione rispetto agli accelerometri a stato solido
Limitazioni di temperatura
- La forza del magnete diminuisce con la temperatura
- Tipicamente limitato a 120°C
- Minore capacità rispetto agli accelerometri in modalità di carica
Dove ancora usato
Installazioni permanenti legacy
- Sistemi di monitoraggio delle turbomacchine più vecchi
- Sostituzione in natura per installazioni esistenti
- Mantiene la compatibilità con i sistemi esistenti
Applicazioni a bassa frequenza
- Apparecchiature a bassissima velocità (< 300 giri/min)
- Dove la gamma di frequenza 10-1000 Hz è adeguata
- Monitoraggio semplice della velocità senza necessità di alte frequenze
Requisiti specifici
- Dove è necessario un vantaggio autogenerante
- Requisiti intrinsecamente sicuri (nessuna alimentazione)
- Uscita a velocità diretta preferita
Montaggio
Metodi
- Montaggio del perno su fori filettati (il più comune)
- Montaggio su staffa con piastre adattatrici
- Montaggio magnetico (se la superficie è magnetica e il sensore non è troppo pesante)
Considerazioni
- Montaggio rigido essenziale (sensore pesante)
- Fissare saldamente per evitare vibrazioni del sensore
- Verificare che la superficie di montaggio sia piana e pulita
- Dispositivo antistrappo del cavo per evitare la trazione
Alternative moderne
Perché gli accelerometri sono preferiti
- Molto più piccolo e leggero
- Ampia gamma di frequenza (0,5 Hz – 50 kHz)
- Migliore per il rilevamento dei difetti dei cuscinetti
- Più robusto
- Costo inferiore
- Tendenza del settore verso gli accelerometri
L'integrazione come alternativa
- Misurare l'accelerazione, integrare alla velocità
- Ottiene la misurazione della velocità con i vantaggi dell'accelerometro
- Gli strumenti moderni rendono l'integrazione trasparente
Calibrazione e manutenzione
Calibrazione
- Calibrazione del tavolo vibrante
- Verificare la sensibilità (mV/in/s o mV/mm/s)
- Controllare la risposta in frequenza
- Taratura annuale tipica per applicazioni critiche
Manutenzione
- Maneggiare con cura (evitare cadute e urti)
- Controllare le condizioni del cavo
- Verificare la sicurezza del montaggio
- Testare periodicamente l'output
- Sostituire se la sensibilità o la risposta cambiano
I trasduttori di velocità, pur essendo in declino nelle nuove installazioni, rimangono sensori importanti nei sistemi di monitoraggio permanenti esistenti e in alcune applicazioni a bassa frequenza. Comprenderne il funzionamento, i vantaggi e i limiti è necessario per la manutenzione dei sistemi legacy e per prendere decisioni consapevoli sulla scelta dei sensori, quando i trasduttori di velocità potrebbero ancora rappresentare la scelta ottimale per specifici requisiti di bassa frequenza, autoalimentazione o compatibilità.
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