Capire il velocimetro (sensore di velocità)
A velocimetro, più formalmente trasduttore di velocità o sensore di velocità, è un tipo di trasduttore usato per misurare vibrazione. La sua caratteristica distintiva è che produce un segnale elettrico direttamente proporzionale alla velocità della superficie vibrante a cui è collegato. Questo lo distingue da un accelerometro, il cui segnale è proporzionale alla accelerazione, e da un sonda di prossimità, il cui segnale è proporzionale alla spostamento.
1. Definizione: cos'è un velometro?
Poiché la velocità è il parametro che la maggior parte delle norme internazionali utilizza per valutare la rumorosità di funzionamento di una macchina, un sensore che misura direttamente la velocità è concettualmente interessante. Il velometro classico è un dispositivo autonomo e autoalimentato — non richiede alimentazione esterna né condizionamento del segnale per produrre un'uscita utilizzabile. Sebbene oggi sia meno diffuso dell'accelerometro nella raccolta dati portatile moderna, il velometro trova ancora applicazioni concrete, in particolare nel monitoraggio permanente di macchine a velocità media e come parte della più ampia famiglia di trasduttori sismici che misurano il moto rispetto allo spazio libero anziché rispetto a una struttura fissa.
2. Come funziona un velocimetro
I velometri tradizionali sono sensori elettrodinamici. Funzionano secondo lo stesso principio di un microfono dinamico o di un pickup per chitarra, governato dalla legge dell'induzione di Faraday’s:
- All'interno dell'involucro si trova una bobina di filo sospesa su molle morbide.
- Un magnete permanente è fissato rigidamente all'involucro.
- Quando il sensore è montato su una macchina in vibrazione, l'involucro e il magnete si muovono insieme alla superficie della macchina.
- A causa della sua inerzia, la bobina sospesa su molla tende a rimanere ferma nello spazio (questo è il principio sismico).
- Il moto relativo tra il magnete in movimento e la bobina quasi ferma induce una tensione nella bobina.
- Per la legge di Faraday, quella tensione indotta è direttamente proporzionale alla velocità del moto relativo — esattamente la grandezza che ci interessa.
Il sistema massa-molla si comporta in questo modo solo al di sopra della propria frequenza naturale (spesso intorno a 8–10 Hz), il che determina il limite di frequenza inferiore del sensore. Esistono anche i moderni “velometri piezoelettrici”: si tratta essenzialmente di accelerometri con un circuito elettronico integrato integrazione che converte l'accelerazione in un segnale di velocità all'interno del sensore stesso, aggirando le fragili parti mobili del design elettrodinamico.
3. Vantaggi e svantaggi dei velocimetri
Vantaggi
- Uscita diretta in velocità: misurano direttamente la velocità — il parametro più utilizzato per la valutazione intensità delle vibrazioni delle macchine di uso generale nella banda approssimativamente compresa tra 10 Hz e 1.000 Hz (secondo ISO 20816, il successore moderno della ISO 10816). Non è richiesta alcuna integrazione nell'analizzatore, il che mantiene semplice la catena del segnale.
- Autoalimentato (passivo): i velometri elettrodinamici tradizionali generano il proprio segnale e non necessitano di alimentazione esterna, il che risulta utile in alcune installazioni industriali e in aree a rischio di esplosione.
- Buona risposta alle basse frequenze: al di sopra della loro frequenza naturale sono generalmente più sensibili alle frequenze più basse rispetto a molti accelerometri di uso generale, fornendo un segnale forte e pulito nelle frequenze in cui risiedono lo squilibrio e il disallineamento.
Svantaggi
- Gamma di frequenza limitata: la loro banda di utilizzo è più stretta rispetto a quella di un accelerometro. Non sono adatti agli impatti ad alta frequenza difetti dei cuscinetti o difetti degli ingranaggi, che si collocano ben al di sopra della loro frequenza di taglio.
- Parti mobili: il gruppo interno molla-bobina può deteriorarsi, derivare o guastarsi del tutto, specialmente in condizioni di vibrazione elevata.
- Sensibilità all'orientamento: devono essere installati nell'orientamento per cui sono stati progettati (verticale o orizzontale), poiché la gravità precarica la sospensione a molla.
- Più grandi e pesanti: sono tipicamente molto più ingombranti e pesanti rispetto a un accelerometro moderno, il che può aggiungere massa carico alle strutture leggere.
- Sensibilità ai campi magnetici: campi esterni intensi, come quelli in prossimità di grandi motori, possono accoppiarsi alla bobina e alterare la lettura.
4. Velocimetro vs. Accelerometro
Per la moderna raccolta dati portatile e diagnostica delle vibrazioniil accelerometro è il sensore di elezione. La sua risposta in frequenza è molto più ampia e piatta, quindi un singolo accelerometro rileva sia la vibrazione a bassa frequenza dovuta allo squilibrio sia quella ad altissima frequenza causata da difetti nei cuscinetti e negli ingranaggi. Il analizzatore di vibrazioni integra quindi elettronicamente il segnale di accelerazione per visualizzare velocità o spostamento su richiesta — un unico sensore robusto che copre tutto ciò che faceva il velocimetro e molto di più. È esattamente così che il portatile bicanale Balanset-1A opera sul campo: acquisisce l'accelerazione dai propri accelerometri, la integra in velocità per la valutazione della severità rispetto alle classi ISO, e utilizza lo stesso segnale per misurare l'ampiezza e la fase 1× necessarie per la bilanciatura mono- e biplanare. Se si ha la necessità di convertire le letture tra tipi di sensori diversi, il nostro Convertitore di unità di vibrazione converte agevolmente tra mm/s, µm e g.
I velocimetri si trovano ormai per lo più come sensori installati in modo permanente su macchine a velocità media — ventilatori, pompe e motori — e in particolare negli impianti più datati, dove erano i trasduttori di monitoraggio originariamente specificati e continuano a svolgere un lavoro affidabile decennio dopo decennio.
