Разбирање на брзинските претворувачи
A брзински претворувач — исто така наречена велометар, сеизмички сензор или сензор со подвижен калем — е самогенерирачки вибрации сензор што произведува излезен напон директно пропорционален на вибрациите брзина, без надворешно напојување и без кондиционирање на сигналот. Функционира преку електромагнетна индукција: магнет обесен на меки пружини се движи релативно во однос на калемот кога куќиштето вибрира, а тоа релативно движење генерира напон пропорционален на брзината. Како член на фамилијата на сеизмички претворувач — сензори што користат внатрешна маса на пружини како инерцијална референца — тој го мери апсолутното движење на површината на која е зашрафен.
Брзинските претворувачи беа доминантниот сензор за вибрации отприлика од 1950-тите до 1980-тите години и сè уште се користат во инсталации за постојан мониторинг и во некои преносни инструменти. Меѓутоа, во новите дизајни тие во голема мера отстапија место на акцелерометри, кои се помали, покриваат поширок фреквентен опсег и достигнуваат високи фреквенции потребни за откривање на дефекти на лежиштата.
1. Принцип на работа
Електромагнетна индукција
Механизмот е директна примена на Фарадеевиот закон:
- Постојан магнет е обесен на пружини внатре во калемот.
- Вибрацијата го придвижува куќиштето, а со него и калемот.
- Над резонанцата на сензорот, инерцијата на магнетот го задржува речиси неподвижен во просторот.
- Тоа создава релативно движење меѓу калемот и магнетот.
- Движењето индуцира напон во калемот (V ∝ брзина).
- Излезниот напон затоа е директно пропорционален на брзината на вибрациите.
Самогенерирачки режим на работа
Бидејќи сензорот сам го создава својот сигнал, не му треба надворешно напојување — пасивна, двожична трансдукција што е инхерентно безбедна при отказ, без напојување што може да се изгуби. Токму оваа особина ги држи брзинските претворувачи релевантни во определени ниши дури и денес.
2. Карактеристики
Фреквентен одѕив
- Нискофреквентна граница: одредена од сензорската природна фреквенција, типично 8–15 Hz.
- Употреблив опсег: над околу 2× од сопствената фреквенција, значи минимум 16–30 Hz.
- Високофреквентна граница: типично 1–2 kHz.
- Рамен одѕив: широка, рамна област низ целиот употреблив опсег.
- Најдобро за: 10–1000 Hz — опсегот во кој се појавуваат повеќето вообичаени дефекти на машините.
Чувствителност
- Типично 10–500 mV по inch/sec (околу 0.4–20 mV по mm/s).
- Вообичаена вредност е 100 mV/in/s (≈ 3.94 mV/mm/s, т.е. околу 4 V/(m/s)).
- Повисоката чувствителност е погодна за апликации со ниски вибрации; пониската чувствителност е погодна за мерења на високи вибрации.
Големина и тежина
- Релативно голем — приближно 50–100 mm долг и 25–40 mm во дијаметар.
- Тежок, често 100–500 g.
- Многу погломазен од акцелерометар.
- Таа маса може да ја оптовари со маса и да го искриви одѕивот на лесните структури.
3. Предности
Директен излез на брзина
Претворувачот ја мери брзината директно, без интеграција чекор. Тоа одговара на начинот на кој стандардите за вибрации на машините ги искажуваат границите — ISO 20816 (наследникот на ISO 10816) е напишан во RMS брзина — ја одржува обработката на сигналот едноставна и го прави природно погоден за брзинско сериозност на вибрациите оценување.
Самогенерирачки и безбеден при отказ
- Не е потребно напојување.
- Едноставна двожична врска.
- Не може да откаже поради губење на напојувањето.
- Пониска цена на системот, без напојување што треба да се специфицира.
Добар нискофреквентен одѕив
- Употреблив до 10–15 Hz, подобар од многу акцелерометри.
- Погоден за бавнообртни машини до околу 600 вртежи во минута.
- Природен избор за примени што работат во рамките на неговиот фреквенциски опсег.
4. Недостатоци
Ограничен високофреквенциски одѕив
- Ограничен на приближно 1–2 kHz.
- Не може да ја достигне високофреквенциската дефект на лежиштето енергија (5–20 kHz).
- Несоодветен за анализа на обвивката.
- Ова е одлучувачкото ограничување во споредба со акцелерометрите.
Големина, тежина и кревкост
- Голем и тежок, тежок за монтирање на мали машини и склон кон масено оптоварување на лесни структури.
- Помалку преносен од акцелерометар.
- Внатрешните пружини и подвижниот магнет можат да се оштетат од удар или пад, па сензорот е чувствителен на грубо ракување и бара повеќе внимание од полупроводнички уред.
Температурни ограничувања
- Јачината на магнетот опаѓа со порастот на температурата.
- Вообичаено ограничен на околу 120 °C.
- Помала способност за високи температури од charge-mode акцелерометар.
5. Каде сè уште се користат сензорите за брзина
- Наследени постојани инсталации: постари турбомашински системи за следење , каде што замената со ист тип ја одржува компатибилноста со постоечкото окабелување и рекови.
- Нискофреквенциски апликации: многу бавнообртна опрема (под 300 вртежи во минута) и секоја задача каде што опсегот од 10–1000 Hz е доволен и не се потребни високи фреквенции.
- Специфични барања: ситуации каде што навистина е потребен самогенерирачки сензор, искробезбедни примени каде што не е дозволена електроника со напојување, или преференција за директен излез на брзина.
6. Монтирање
Бидејќи сензорот е тежок, интегритетот на монтажата е критичен — лошо прицврстен сензор за брзина ја додава сопствената резонанца во податоците.
- Методи: монтажа со завртка во нарезен отвор (најсигурно), монтажа со држач и адаптерски плочи, или магнетна монтажа каде што површината е магнетна и сензорот не е премногу тежок.
- Работи што треба да се земат предвид: крутата монтажа е неопходна, сензорот мора да биде цврсто затегнат за да не вибрира независно, монтажната површина мора да биде рамна и чиста, а кабелот бара заштита од затегнување за да се спречи извлекување.
7. Современи алтернативи и практика на терен
Во повеќето нови примени акцелерометарот победи: тој е далеку помал и полесен, покрива многу поширок опсег (околу 0,5 Hz до 50 kHz), подобар е за детекција на дефекти на лежиштата, поиздржлив е и чини помалку. Затоа стандардниот современ пристап е да се измери забрзувањето и да се интегрира до брзина, постигнувајќи го отчитувањето на брзината што го бараат стандардите, притоа задржувајќи ја секоја предност на акцелерометарот — а современите инструменти ја прават таа интеграција целосно транспарентна за корисникот.
Токму вака работи преносен анализатор за балансирање. Balanset-1A користи акцелерометри на куќиштата на лежиштата и интерно интегрира до брзина, така што инженерот ја добива директната вредност на брзината што би ја дал сензор за брзина за проверка на сериозноста според ISO 20816 — заедно со високофреквенцискиот дофат и 1× амплитуда и фаза потребно за балансирање на терен, од кои ниту едно не би можел да го обезбеди сензор за брзина од 1–2 kHz.
8. Калибрација и одржување
- Калибрација: проверете ја чувствителноста (mV/in/s или mV/mm/s) и фреквенцискиот одѕив на вибрациона маса, со годишна калибрација типична за критични апликации.
- Одржување: ракувајте внимателно за да избегнете падови и удари, проверувајте ја состојбата на кабелот, потврдете ја сигурноста на монтажата, тестирајте го излезот периодично и заменете го сензорот ако неговата чувствителност или одѕив отстапува.
Сензорите за брзина, иако се во опаѓање кај новите инсталации, остануваат важни во постоечките постојани системи за следење и во одредени нискофреквенциски, самонапојувани или искробезбедни примени. Разбирањето како функционираат, во што се добри и каде потфрлаат е неопходно и за одржување во функција на наследените системи и за донесување информиран избор на сензор кога сензорот за брзина сè уште е вистинскиот избор.
