Greičio keitiklių supratimas
A greičio keitiklis — dar vadinami velometras, seisminis jutiklis arba judančios ritės jutiklis — yra savęs generuojantis vibracija jutiklis, kuris sukuria išėjimo įtampą, tiesiogiai proporcingą vibracijai greitis, nereikalaujantis išorinio maitinimo ir signalo apdorojimo. Jis veikia elektromagnetinės indukcijos principu: minkštomis spyruoklėmis pakabintas magnetas juda korpuso vibracijos metu ir jo judesys atžvilgiu ritės indukuoja įtampą, proporcingą greičiui. Kaip seisminis keitiklis šeimos narys — jutikliai, naudojantys spyruokliuotą vidinę masę kaip inercinę atskaitos sistemą — jis matuoja absoliutų paviršiaus, prie kurio yra pritvirtintas, judėjimą.
Greičio keitikliai buvo vyraujantys vibracijos jutikliai maždaug nuo 1950-ųjų iki 1980-ųjų ir vis dar naudojami stacionariose monitoringo sistemose bei kai kuriuose nešiojamuosiuose prietaisuose. Tačiau naujuose konstrukciniuose sprendimuose jie iš esmės buvo pakeisti akcelerometrai, kurie yra mažesni, apima platesnį dažnių diapazoną ir pasiekia aukštus dažnius, reikalingus guolių defektams aptikti.
1. Veikimo principas
Electromagnetic induction
Mechanizmas yra tiesioginis Faradėjaus dėsnio taikymas:
- Nuolatinis magnetas spyruoklių laikomas ritės viduje.
- Vibracija judina korpusą ir kartu su juo ritę.
- Virš jutiklio’s rezonanso dažnio magneto inercija laiko jį beveik nejudantį erdvėje.
- Tai sukelia santykinį judėjimą tarp ritės ir magneto.
- Judėjimas indukuoja įtampą ritėje (V ∝ greitis).
- Todėl išėjimo įtampa yra tiesiogiai proporcinga vibracijos greičiui.
Self-generating operation
Kadangi jutiklis pats generuoja savo signalą, jam nereikia išorinio maitinimo — tai pasyvus, dviejų laidų keitimas, kuris savaime yra gedimui atsparus, be maitinimo šaltinio, kuris galėtų išnykti. Būtent ši savybė lemia, kad greičio keitikliai išlieka aktualūs tam tikrose nišose dar ir šiandien.
2. Characteristics
Dažnių atsakas
- Žemiausios dažnio riba: nustatytas jutiklio’s savasis dažnis, paprastai 8–15 Hz.
- Naudojimo diapazonas: virš maždaug 2× natūralaus dažnio, taigi mažiausiai 16–30 Hz.
- Aukšto dažnio riba: paprastai 1–2 kHz.
- Flat response: platus, lygus ruožas per visą naudojamą diapazoną.
- Geriausiai tinka: 10–1000 Hz — juosta, kurioje pasireiškia dauguma bendrų mašinų gedimų.
Jautrumas
- Typically 10–500 mV per inch/sec (about 400–20,000 mV per mm/s).
- Dažna reikšmė yra 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Higher sensitivity suits low-vibration applications; lower sensitivity suits high-vibration measurements.
Dydis ir svoris
- Gana didelis — maždaug 50–100 mm ilgio ir 25–40 mm skersmens.
- Sunkus, dažnai 100–500 g.
- Daug masyvesnis nei akselerometras.
- That mass can mass-load ir iškraipo lengvų konstrukcijų atsako charakteristikas.
3. Privalumai
Tiesioginė greičio išvestis
Keitiklis matuoja greitį tiesiogiai, be jokio integracija žingsnio. Tai atitinka tai, kaip mašinų vibracijos standartai išreiškia ribines vertes — ISO 20816 (ISO 10816 įpėdinis) yra parašytas RMS greitis — signalo apdorojimą daro paprastą ir leidžia natūraliai pritaikyti greičiu grįstiems vibracijos sunkumas assessment.
Savarankiškai generuojantis ir avariniai saugus
- Nereikalinga elektros energija.
- Paprastas dviejų laidų ryšys.
- Negali sugestis dėl maitinimo praradimo.
- Mažesnė sistemos kaina — nereikia specifikuoti maitinimo šaltinio.
Geras žemo dažnio atsakas
- Tinkamas nuo 10–15 Hz, geriau nei daugelis akselerometrų.
- Tinka mažos spartos įrenginiams nuo maždaug 600 RPM.
- Natūraliai tinkamas taikymams, esantiems jo dažnių juostoje.
4. Trūkumai
Ribotas aukšto dažnio atsakas
- Apribotas maždaug iki 1–2 kHz.
- Negali pasiekti aukšto dažnio guolio defektas energijos (5–20 kHz).
- Inadequate for gaubtinės analizė.
- Tai lemiamas apribojimas lyginant su akselerometrais.
Dydis, svoris ir trapumas
- Didelis ir sunkus, sunkiai montuojamas ant mažų mašinų ir linkęs apkrauti lengvas konstrukcijas mase.
- Mažiau nešiojamas nei akselerometras.
- Vidiniai spyruokliai ir judantis magnetas gali būti pažeisti smūgio ar nukritimo, todėl jutiklis yra jautrus grubiam elgesiui ir reikalauja daugiau priežiūros nei kietojo kūno įrenginys.
Temperatūros apribojimai
- Magneto jėga mažėja, kai temperatūra didėja.
- Paprastai apribota iki maždaug 120 °C.
- Mažiau aukštos temperatūros galimybių nei charge-mode accelerometer.
5. Kur greičio keitikliai vis dar naudojami
- Senųjų nuolatinių instaliacijų: senesnė turbomachinery monitoring sistemose, kur analogiškas pakeitimas užtikrina suderinamumą su esamais laidais ir spintomis.
- Žemo dažnio programos: labai lėtai veikiančiai įrangai (žemiau 300 RPM) ir bet kokiam darbui, kai pakanka 10–1000 Hz juostos ir aukštų dažnių nereikia.
- Specifiniai reikalavimi: situacijoms, kurios iš tikrųjų reikalauja savaime generuojančio jutiklio, iš esmės saugių (ex-zone) aplikacijų, kuriose neleidžiama naudoti maitinamos elektronikos, arba kai pageidaujama tiesioginio greičio signalo išvesties.
6. Mounting
Kadangi jutiklis yra sunkus, tvirtinimo patikimumas yra esminis — blogai pritvirtintas greičio keitiklis į duomenis įneša savąjį rezonansą.
- Metodai: tvirtinimas varžtu į sriegintą skylę (patikimiausias), tvirtinimas laikikliu su adapterio plokštelėmis arba magnetinis tvirtinimas, kai paviršius yra magnetinis ir jutiklis nėra per sunkus.
- Considerations: būtinas kietas tvirtinimas — jutiklis turi būti tvirtai priveržtas, kad nevibruotų savarankiškai; tvirtinimo paviršius turi būti lygus ir švarus; kabelis turi turėti apsaugą nuo ištraukimo.
7. Šiuolaikinės alternatyvos ir praktika lauko sąlygomis
Didžiojoje dalyje naujų darbų akselerometras laimėjo: jis yra žymiai mažesnis ir lengvesnis, apima daug platesnę juostą (maždaug nuo 0,5 Hz iki 50 kHz), geriau tinka guolių defektų aptikimui, yra patvaresnis ir pigiau kainuoja. Todėl standartinis šiuolaikinis metodas yra matuoti pagreitį ir integrate konvertuoti į greitį, gaunant standartų reikalaujamą greičio reikšmę, išlaikant visus akselerometro privalumus — o šiuolaikiniai prietaisai tą integraciją daro visiškai skaidrią vartotojui.
Būtent taip veikia nešiojamasis balansavimo analizatorius. Balanset-1A naudoja akselerometrus guolių korpusuose ir viduje integruoja iki greičio, todėl inžinierius gauna tiesioginę greičio reikšmę, kurią suteiktų greičio keitiklis ISO 20816 rimtumo patikrinimui — kartu su aukštų dažnių aprėptimi ir 1× amplitudė ir fazė needed for lauko balansavimas, kurių 1–2 kHz greičio keitiklis negalėtų suteikti.
8. Kalibravimas ir priežiūra
- Kalibravimas: patikrinti jautrumą (mV/in/s arba mV/mm/s) ir dažninę charakteristiką ant vibrostendo; rekomenduojama kasmetinė kalibravimas tipiškas kritiniams pritaikymams.
- Priežiūra: elgtis atsargiai, vengiant nukritimų ir smūgių; tikrinti kabelio būklę; patikrinti tvirtinimo patikimumą; periodiškai tikrinti signalo išvestį; pakeisti jutiklį, jei jo jautrumas arba charakteristika nukrypsta.
Greičio keitikliai, nors ir naudojami vis rečiau naujose instaliacijose, išlieka svarbūs esamose stacionariose stebėsenos sistemose ir tam tikrose žemų dažnių, savaime maitinamose arba iš esmės saugiose (ex-zone) aplikacijose. Suprasti, kaip jie veikia, ką daro gerai ir kur turi trūkumų, būtina tiek palaikant senesnes sistemas veikiančias, tiek priimant pagrįstą jutiklio pasirinkimas kai greičio keitiklis vis dar yra tinkamas pasirinkimas.
