4. 기계 밸런싱을 위한 측정 시스템
LLC "키네매틱스"에 연락하는 대부분의 아마추어 밸런싱 기계 제조업체는 당사에서 제조한 "Balanset" 시리즈 측정 시스템을 설계에 사용할 계획입니다. 그러나 이러한 측정 시스템을 독립적으로 제조하려는 일부 고객도 있습니다. 따라서 밸런싱 머신의 측정 시스템 구축에 대해 더 자세히 논의하는 것이 합리적입니다. 이러한 시스템의 주요 요구 사항은 밸런스드 로터의 회전 주파수에서 나타나는 진동 신호의 회전 성분의 진폭과 위상을 고정밀로 측정해야 한다는 것입니다. 이 목표는 일반적으로 다음과 같은 기술 솔루션의 조합을 사용하여 달성할 수 있습니다:
4.1. 진동 센서 선택
밸런싱 머신의 측정 시스템에는 다음과 같은 다양한 유형의 진동 센서(트랜스듀서)를 사용할 수 있습니다:
4.1.1. 진동 가속도 센서
진동 가속도 센서 중 피에조 및 정전용량식(칩) 가속도계가 가장 널리 사용되고 있으며, 소프트 베어링 타입 밸런싱 기계에 효과적으로 사용할 수 있습니다. 실제로는 일반적으로 변환 계수(Kpr)가 10~30mV/(m/s²) 범위인 진동 가속도 센서를 사용하는 것이 허용됩니다. 특히 높은 밸런싱 정확도가 필요한 밸런싱 기계의 경우, Kpr이 100mV/(m/s²) 이상인 가속도계를 사용하는 것이 좋습니다. 밸런싱 기계의 진동 센서로 사용할 수 있는 피에조 가속도계의 예로 그림 4.1은 LLC "Izmeritel"에서 제조한 DN3M1 및 DN3M1V6 피에조 가속도계를 보여줍니다.
그림 4.1. 피에조 가속도계 DN 3M1 및 DN 3M1V6
이러한 센서를 진동 측정기 및 시스템에 연결하려면 외부 또는 내장형 전하 증폭기를 사용해야 합니다.
그림 4.2. 정전용량 가속도계 AD1 LLC "Kinematics" 제조
시장에서 널리 사용되는 정전식 가속도계 ADXL 345 보드(그림 4.3 참조)를 포함하는 이러한 센서는 피에조 가속도계에 비해 몇 가지 중요한 이점이 있다는 점에 유의해야 합니다. 특히, 비슷한 기술적 특성을 가지고 있으면서 가격은 4~8배 저렴합니다. 또한 피에조 가속도계에 필요한 값비싸고 까다로운 충전 증폭기를 사용할 필요가 없습니다.
밸런싱 머신의 측정 시스템에 두 가지 유형의 가속도계가 모두 사용되는 경우 일반적으로 센서 신호의 하드웨어 통합(또는 이중 통합)이 수행됩니다.
그림 4.2. 정전용량 가속도계 AD 1, 조립된 모습.
그림 4.3. 정전식 가속도계 보드 ADXL 345.
이 경우 진동 가속도에 비례하는 초기 센서 신호는 그에 따라 진동 속도 또는 변위에 비례하는 신호로 변환됩니다. 진동 신호의 이중 적분 절차는 특히 저속 밸런싱 기계의 측정 시스템의 일부로 가속도계를 사용하는 경우, 밸런싱 중 로터 회전 주파수 범위가 120rpm 이하에 도달할 수 있는 경우와 관련이 있습니다. 밸런싱 기계의 측정 시스템에서 정전용량식 가속도계를 사용할 때는 통합 후 신호에 0.5~3Hz의 주파수 범위에서 나타나는 저주파 간섭이 포함될 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 이로 인해 이러한 센서를 사용하려는 기계의 저주파수 밸런싱 범위가 제한될 수 있습니다.
4.1.2. 진동 속도 센서 4.1.2.1. 유도 진동 속도 센서. 이러한 센서에는 유도 코일과 자기 코어가 포함됩니다. 코일이 고정된 코어(또는 고정된 코일에 대한 코어)를 기준으로 진동할 때 코일에 전자기장이 유도되며, 그 전압은 센서의 가동 요소의 진동 속도에 정비례합니다. 유도성 센서의 변환 계수(Кпр)는 일반적으로 수십 또는 수백 mV/mm/sec에 달할 정도로 상당히 높습니다. 특히, Schenck 모델 T77 센서의 변환 계수는 80mV/mm/sec이며, IRD Mechanalysis 모델 544M 센서의 경우 40mV/mm/sec입니다. 일부 경우(예: Schenck 밸런싱 기계)에는 기계식 증폭기가 있는 특수 고감도 유도 진동 속도 센서가 사용되며, 이 경우 Кпр은 1000mV/mm/sec를 초과할 수 있습니다. 밸런싱 기계의 측정 시스템에 유도 진동 속도 센서를 사용하는 경우 진동 속도에 비례하는 전기 신호를 하드웨어적으로 통합하여 진동 변위에 비례하는 신호로 변환할 수도 있습니다.
그림 4.4. IRD 메카니컬리시스 모델 544M 센서.
그림 4.5. Schenck의 T77 센서 모델 생산의 노동 강도로 인해 유도 진동 속도 센서는 매우 희소하고 값 비싼 품목이라는 점에 유의해야합니다. 따라서 이러한 센서의 명백한 장점에도 불구하고 아마추어 밸런싱 기계 제조업체는 거의 사용하지 않습니다.
4.1.2.2. 압전 가속도계 기반 진동 속도 센서. 이 유형의 센서는 하우징 내에 전하 증폭기와 적분기가 내장되어있어 진동 속도에 비례하는 신호를 출력 할 수 있다는 점에서 표준 압전 가속도계와 다릅니다. 예를 들어, 국내 생산업체(ZETLAB 회사 및 LLC "Vibropribor")에서 제조한 압전 진동 속도 센서는 그림 4.6 및 4.7에 나와 있습니다.
그림 4.6. ZETLAB(러시아)의 AV02 센서 모델
그림 4.7. LLC "Vibropribor"의 모델 DVST 2 센서 이러한 센서는 다양한 생산 업체 (국내외 모두)에서 제조되며 현재 특히 휴대용 진동 장비에서 널리 사용되고 있습니다. 이러한 센서의 가격은 상당히 높으며 국내 제조업체에서도 각각 20,000~30,000 루블에 달할 수 있습니다.
4.1.3. 변위 센서 밸런싱 기계의 측정 시스템에서는 용량성 또는 유도성 비접촉식 변위 센서도 사용할 수 있습니다. 이러한 센서는 정적 모드에서 작동할 수 있으므로 0Hz부터 시작하는 진동 프로세스를 등록할 수 있습니다. 특히 회전 속도가 120rpm 이하인 저속 로터의 밸런스를 맞출 때 유용하게 사용할 수 있습니다. 이 센서의 변환 계수는 1000mV/mm 이상에 달할 수 있어 추가 증폭 없이도 변위를 측정할 때 높은 정확도와 분해능을 제공합니다. 이 센서의 분명한 장점은 일부 국내 제조업체의 경우 1000 루블을 초과하지 않는 상대적으로 저렴한 비용입니다. 밸런싱 기계에서 이러한 센서를 사용할 때는 센서의 민감한 요소와 진동하는 물체 표면 사이의 공칭 작동 간격이 센서 코일의 직경에 의해 제한된다는 점을 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 그림 4.8에 표시된 센서인 "TEKO"의 ISAN E41A 모델의 경우 지정된 작동 간격은 일반적으로 3.8~4mm로, ±2.5mm 범위에서 진동하는 물체의 변위를 측정할 수 있습니다.
그림 4.8. TEKO(러시아)의 유도 변위 센서 ISAN E41A 모델
4.1.4. 힘 센서 앞서 언급했듯이 힘 센서는 하드 베어링 밸런싱 머신에 설치된 측정 시스템에 사용됩니다. 이러한 센서는 특히 제조가 간단하고 비용이 상대적으로 저렴하기 때문에 일반적으로 압전 힘 센서입니다. 이러한 센서의 예는 그림 4.9와 4.10에 나와 있습니다.
그림 4.9. Kinematika LLC의 포스 센서 SD 1
그림 4.10: 자동차 밸런싱 기계용 힘 센서, "STO Market"에서 판매됨 국내외 다양한 생산업체에서 제조하는 스트레인 게이지 힘 센서는 하드 베어링 밸런싱 기계의 지지대에서 상대 변형을 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
4.2. 위상각 센서 진동 측정 프로세스를 밸런스드 로터의 회전 각도와 동기화하기 위해 레이저(광전) 또는 유도 센서와 같은 위상각 센서가 사용됩니다. 이러한 센서는 국내외 생산업체에서 다양한 디자인으로 제조됩니다. 이러한 센서의 가격대는 약 40달러에서 200달러까지 매우 다양합니다. 이러한 장치의 예로는 그림 4.11에 표시된 'Diamex'에서 제조한 위상각 센서가 있습니다.
그림 4.11: "Diamex"의 위상각 센서
또 다른 예로, 그림 4.12는 중국산 DT 2234C 모델의 레이저 타코미터를 위상각 센서로 사용하는 LLC "Kinematics"에서 구현한 모델을 보여줍니다. 이 센서의 분명한 장점은 다음과 같습니다:
그림 4.12: 레이저 회전 속도계 모델 DT 2234C
어떤 이유로든 광학 레이저 센서를 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우 앞서 언급한 ISAN E41A 모델 또는 다른 제조업체의 유사한 제품과 같은 유도성 비접촉 변위 센서로 대체할 수 있습니다.
4.3. 진동 센서의 신호 처리 기능 밸런싱 장비에서 진동 신호의 회전 성분의 진폭과 위상을 정밀하게 측정하려면 일반적으로 하드웨어와 소프트웨어 처리 도구의 조합이 사용됩니다. 이러한 도구를 사용하면
4.3.1. 광대역 신호 필터링 이 절차는 장치 주파수 범위의 하한과 상한 모두에서 발생할 수 있는 잠재적 간섭으로부터 진동 센서 신호를 정리하는 데 필수적입니다. 밸런싱 기계의 측정 장치는 대역 통과 필터의 하한을 2-3Hz로 설정하고 상한을 50(100) Hz로 설정하는 것이 좋습니다. "하한" 필터링은 다양한 유형의 센서 측정 증폭기 출력에서 나타날 수 있는 저주파 노이즈를 억제하는 데 도움이 됩니다. "상부" 필터링은 기계의 개별 기계 부품의 조합 주파수 및 잠재적 공진 진동으로 인한 간섭 가능성을 제거합니다.
4.3.2. 센서의 아날로그 신호 증폭 밸런싱 머신의 측정 시스템의 감도를 높여야 하는 경우 진동 센서에서 측정 장치의 입력으로 전달되는 신호를 증폭할 수 있습니다. 일정한 게인을 가진 표준 증폭기와 센서의 실제 신호 레벨에 따라 게인을 프로그래밍 방식으로 변경할 수 있는 다단계 증폭기를 모두 사용할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 다단 증폭기의 예로는 LLC "L-Card"의 E154 또는 E14-140과 같은 전압 측정 컨버터에 구현된 증폭기가 있습니다.
4.3.3. 통합 앞서 언급했듯이, 밸런싱 기계의 측정 시스템에서는 진동 센서 신호의 하드웨어 통합 및/또는 이중 통합이 권장됩니다. 따라서 진동 가속도에 비례하는 초기 가속도계 신호는 진동 속도(적분) 또는 진동 변위(이중 적분)에 비례하는 신호로 변환할 수 있습니다. 마찬가지로, 적분 후 진동 속도 센서 신호는 진동 변위에 비례하는 신호로 변환할 수 있습니다.
4.3.4. 추적 필터를 사용한 아날로그 신호의 협대역 필터링 밸런싱 기계의 측정 시스템에서 간섭을 줄이고 진동 신호 처리 품질을 개선하기 위해 협대역 추적 필터를 사용할 수 있습니다. 이 필터의 중심 주파수는 로터의 회전 센서 신호를 사용하여 밸런스드 로터의 회전 주파수에 맞춰 자동으로 조정됩니다. 이러한 필터를 생성하는 데 "MAXIM"의 MAX263, MAX264, MAX267, MAX268과 같은 최신 집적 회로를 사용할 수 있습니다.
4.3.5. 신호의 아날로그-디지털 변환 아날로그-디지털 변환은 진폭과 위상을 측정하는 동안 진동 신호 처리 품질을 개선할 수 있는 가능성을 보장하는 중요한 절차입니다. 이 절차는 모든 최신 밸런싱 머신 측정 시스템에서 구현됩니다. 이러한 ADC의 효과적인 구현의 예로는 LLC "L-Card"의 전압 측정 컨버터 유형 E154 또는 E14-140이 있으며, LLC "Kinematics"에서 제조한 밸런싱 머신의 여러 측정 시스템에 사용됩니다. 또한 LLC "Kinematics"는 "Arduino" 컨트롤러를 기반으로 하는 저렴한 마이크로프로세서 시스템, "Microchip"의 PIC18F4620 마이크로컨트롤러 및 이와 유사한 장치를 사용한 경험이 있습니다.
기사 작성자 : 펠드만 발레리 다비도비치
편집 및 번역: 니콜라이 안드레비치 셸코벤코
번역 오류에 대해 사과드립니다.
KO 
EN 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
EL 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
LV 
LT 
NB 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
RU 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UK 
VI