Ātruma devēju izpratne
A ātruma devējs — also called a velometrs, seismiskais sensors vai kustīgās spoles sensors — ir pašģenerējošs vibrācija sensors, kas ģenerē izejas spriegumu, kas ir tieši proporcionāls vibrācijai ātrums, bez ārēja barošanas avota un bez signāla kondicionēšanas. Tas darbojas uz elektromagnētiskās indukcijas principa: uz mīkstām atspērēm balstīts magnēts kustas attiecībā pret spoli, kad korporuss vibrē, un šī relatīvā kustība ģenerē spriegumu, kas proporcionāls ātrumam. Kā loceklis seismiskais pārveidotājs saimei — sensoriem, kas izmanto atspērētu iekšējo masu kā inerciālo atsauci — tas mēra tā virsmas absolūto kustību, pie kuras tas ir piestiprināts.
Ātruma pārveidotāji bija dominējošie vibrācijas sensori aptuveni no 1950. līdz 1980. gadiem un joprojām tiek izmantoti pastāvīgās uzraudzības iekārtās un dažos pārnēsājamos instrumentos. Taču jaunajos dizainos tos lielā mērā ir aizstājuši akselerometri, kas ir mazāki, aptver plašāku frekvenču diapazonu un sasniedz augstās frekvences, kas nepieciešamas gultņu defektu noteikšanai.
1. Darbības princips
Electromagnetic induction
Mehānisms ir Faradeja’s likuma tiešs pielietojums:
- Pastāvīgais magnēts ir balstīts uz atspērēm spoles iekšpusē.
- Vibrācija pārvieto korporusu un spoli kopā ar to.
- Virs sensora rezonansa magnēta inerce to patur gandrīz nekustīgu telpā.
- Tas rada relatīvu kustību starp spoli un magnētu.
- Kustība spoles indukcē spriegumu (V ∝ ātrums).
- Izvades spriegums tādēļ ir tieši proporcionāls vibrācijas ātrumam.
Self-generating operation
Tā kā sensors pats ģenerē signālu, tam nav nepieciešams ārējs barošanas avots — pasīva, divvadu pārveidošana, kas pēc būtības ir drošas kļūmes (fail-safe) koncepcija bez barošanas avota, kuru varētu zaudēt. Tieši šī īpašība nodrošina ātruma devējiem nozīmi noteiktās nišās vēl šodien.
2. Characteristics
Frekvences raksturlīkne
- Zemfrekvences robeža: ko nosaka sensora dabiskā frekvence, parasti 8–15 Hz.
- Usable range: virs aptuveni 2× dabiskās frekvences, tātad minimums 16–30 Hz.
- Augstfrekvences robežvērtība: parasti 1–2 kHz.
- Flat response: plašs, līdzens apgabals visā izmantojamajā diapazonā.
- Vislabāk piemērots: 10–1000 Hz — josla, kurā izpaužas lielākā daļa vispārīgo mehānismu bojājumu.
Jutīgums
- Typically 10–500 mV per inch/sec (about 400–20,000 mV per mm/s).
- Izplatīta vērtība ir 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Higher sensitivity suits low-vibration applications; lower sensitivity suits high-vibration measurements.
Size and weight
- Salīdzinoši liels — apmēram 50–100 mm garš un 25–40 mm diametrā.
- Smags, bieži 100–500 g.
- Daudz apjomīgāks nekā akselerometrs.
- That mass can mass-load un izkropļo vieglu konstrukciju reakciju.
3. Priekšrocības
Direct velocity output
Devējs mēra ātrumu tieši, bez integrācija soļa. Tas atbilst veidam, kādā mašīnu vibrācijas standarti izsaka robežvērtības — ISO 20816 (ISO 10816 pēctecis) ir izteikts RMS ātrums — vienkāršo signāla apstrādi un padara to dabiski piemērotu ātrumā balstītai vibrācijas intensitāte assessment.
Pašģenerējošs un drošs atteices gadījumā
- No power required.
- Simple two-wire connection.
- Strāvas padeves zudums to nespēj atspējot.
- Zemākas sistēmas izmaksas — nav jānorāda barošanas avots.
Good low-frequency response
- Izmantojams līdz 10–15 Hz, kas ir labāk nekā daudziem paātrinājuma mērītājiem.
- Piemērots lēngaitas iekārtām līdz aptuveni 600 RPM.
- Dabiski piemērots lietojumiem, kuru darbība ietilpst tā frekvenču joslā.
4. Disadvantages
Limited high-frequency response
- Ierobežots līdz aptuveni 1–2 kHz.
- Nespēj sasniegt augstfrekvences gultņa defekts enerģiju (5–20 kHz).
- Inadequate for aploksnes analīze.
- Šis ir izšķirošais ierobežojums salīdzinājumā ar paātrinājuma mērītājiem.
Izmērs, svars un trauslums
- Liels un smags, grūti uzstādāms uz mazām iekārtām, un tam ir tendence papildus ielādēt vieglas konstrukcijas.
- Less portable than an accelerometer.
- Iekšējās atsperes un kustīgais magnēts var tikt bojāti trieciena vai kritiena gadījumā, tāpēc sensors ir jutīgs pret rupju apiešanos un prasa lielāku rūpību nekā pusvadītāju ierīce.
Temperature limitations
- Magnēta stiprums samazinās, temperatūrai pieaugot.
- Parasti ierobežots līdz aptuveni 120 °C.
- Mazāka augsttemperatūras izturība nekā charge-mode accelerometer.
5. Kur ātruma devēji joprojām tiek izmantoti
- Novecojušas pastāvīgās instalācijas: vecāka turbomašīnērija monitoring sistēmās, kur maiņa ar tāda paša veida komponentu nodrošina saderību ar esošo kabeļu vadu un statņu iekārtu.
- Zemas frekvences pielietojumi: ļoti lēngaitas iekārtām (zem 300 RPM) un jebkuriem darbiem, kuros josla 10–1000 Hz ir pietiekama un augstās frekvences nav nepieciešamas.
- Īpaši nosacījumi: situācijās, kurās tiešām nepieciešams pašģenerējošs sensors, drošas darbības apstākļos, kur elektronikas barošana nav atļauta, vai ja ir vēlme iegūt tiešu ātruma izvades signālu.
6. Mounting
Tā kā sensors ir smags, stiprinājuma uzticamība ir ārkārtīgi svarīga — slikti nostiprināts ātruma devējs datus papildina ar savu rezonansi.
- Metodes: stiprinājums ar skrūvi vītņotā caurumā (visuzticamākais), stiprinājums ar kronšteinu un adapterplāksnēm vai magnētiskais stiprinājums, ja virsma ir magnētiska un sensors nav pārāk smags.
- Considerations: cieša montāža ir obligāta, sensors ir stingri jānostiprina, lai tas neizveidotu neatkarīgas vibrācijas, montāžas virsmai jābūt plakanai un tīrai, un kabelim nepieciešams nostiepuma atvieglojums, lai novērstu izraušanu.
7. Mūsdienu alternatīvas un lauka prakse
Lielākajā daļā jauno uzstādījumu akselerometrs ir uzvarējis: tas ir daudz mazāks un vieglāks, aptver daudz plašāku joslu (aptuveni no 0,5 Hz līdz 50 kHz), ir labāks gultņu defektu noteikšanā, izturīgāks un lētāks. Tāpēc standarta mūsdienu pieeja ir mērīt paātrinājumu un integrate uz ātrumu, iegūstot ātruma rādījumu, ko prasa standarti, vienlaikus saglabājot visas akselerometra priekšrocības — un mūsdienu instrumenti šo integrāciju lietotājam padara pilnīgi pārskatāmu.
Tieši tā darbojas portatīvs balansēšanas analizators. The Balanset-1A izmanto akselerometrus gultņu korpusos un iekšēji integrē uz ātrumu, tādējādi inženieris iegūst tiešo ātruma lielumu, ko nodrošinātu ātruma devējs ISO 20816 smaguma pakāpes pārbaudei — kopā ar augstfrekvences sasniedzamību un 1× amplitūda un fāze needed for lauka balansēšana, ko 1–2 kHz ātruma devējs nevarētu nodrošināt.
8. Kalibrēšana un apkope
- Kalibrēšana: pārbaudīt jutīgumu (mV/colls/s vai mV/mm/s) un frekvenču reakciju uz vibrostenda, ar ikgadēju kalibrēšana tipiski kritiskajiem pielietojumiem.
- Apkope: rīkoties uzmanīgi, izvairoties no krišanas un triecieniem, pārbaudīt kabeļa stāvokli, pārbaudīt montāžas drošību, periodiski testēt izejas signālu un nomainīt sensoru, ja tā jutīgums vai reakcija novirzās.
Ātruma devēji, lai arī to īpatsvars jaunu uzstādījumu vidū samazinās, joprojām ir svarīgi esošajās pastāvīgajās uzraudzības sistēmās un noteiktos zemas frekvences, pašbarošanās vai raksturīgi drošajos pielietojumos. Izpratne par to darbības principu, priekšrocībām un ierobežojumiem ir nepieciešama gan mantoto sistēmu uzturēšanai, gan apzināta sensora atlase kad ātruma devējs joprojām ir pareizā izvēle.
