Zrozumienie welometru (czujnika prędkości)
welometr, a mówiąc bardziej formalnie – przetwornik prędkości lub czujnik prędkości, to rodzaj przetwornik używany do pomiaru wibracja. Jego cechą charakterystyczną jest to, że wytwarza on napięcie wyjściowe wprost proporcjonalne do prędkość powierzchni wibrującej, do której jest przymocowany. To odróżnia go od akcelerometr, którego sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do przyśpieszenie, a z sonda zbliżeniowa, którego sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do przemieszczenie.
1. Definicja: Czym jest prędkościomierz?
Ponieważ prędkość jest parametrem, na podstawie którego większość międzynarodowych norm ocenia stopień nierównomierności pracy maszyny, czujnik bezpośrednio mierzący prędkość wydaje się koncepcyjnie atrakcyjny. Klasyczny prędkościomierz jest urządzeniem samowystarczalnym i samowytwarzającym — nie potrzebuje zasilania ani kondycjonowania sygnału, aby generować użyteczny wynik. Chociaż obecnie jest on mniej powszechny niż akcelerometr w nowoczesnych przenośnych systemach gromadzenia danych, prędkościomierz nadal ma realne zastosowania, szczególnie w stałym monitorowaniu maszyn o średniej prędkości oraz jako element szerszej rodziny przetworniki sejsmiczne które mierzą ruch względem przestrzeni swobodnej, a nie względem stałej konstrukcji.
2. Jak działa welometr
Tradycyjne prędkościomierze są czujnikami elektrodynamicznymi. Działają one na tej samej zasadzie co mikrofon dynamiczny lub przetwornik gitarowy, zgodnie z prawem indukcji Faradaya:
- Wewnątrz obudowy znajduje się cewka z drutu zawieszona na miękkich sprężynach.
- Magnes stały jest sztywno przymocowany do obudowy.
- Gdy czujnik jest zamontowany na maszynie wibrującej, obudowa i magnes poruszają się wraz z powierzchnią maszyny.
- Ze względu na swoją bezwładność cewka zawieszona na sprężynach ma tendencję do pozostawania w bezruchu w przestrzeni (jest to zasada sejsmiczna).
- Ruch względny między ruchomym magnesem a niemal nieruchomą cewką wywołuje napięcie w cewce.
- Zgodnie z prawem Faradaya napięcie indukowane jest wprost proporcjonalne do prędkości ruchu względnego — czyli dokładnie do wielkości, której szukamy.
Układ sprężyna-masa zachowuje się w ten sposób tylko powyżej swojej własnej częstotliwość własna (często około 8–10 Hz), co wyznacza dolną granicę częstotliwości czujnika. Istnieją również nowoczesne „prędkościomierze piezoelektryczne”: są to zasadniczo akcelerometry z wbudowanym układem elektronicznym integracja układ, który przekształca przyspieszenie na sygnał prędkości wewnątrz samego czujnika, omijając w ten sposób delikatne elementy ruchome konstrukcji elektrodynamicznej.
3. Zalety i wady welometrów
Zalety
- Bezpośredni odczyt prędkości: od razu mierzą prędkość — parametr najczęściej wykorzystywany do oceny nasilenie drgań w maszynach ogólnego przeznaczenia w paśmie od około 10 Hz do 1 000 Hz (zgodnie z ISO 20816(współczesny odpowiednik normy ISO 10816). Nie jest wymagana żadna integracja w analizatorze, co pozwala zachować prostotę łańcucha sygnałowego.
- Zasilanie własne (pasywne): Tradycyjne prędkościomierze elektrodynamiczne generują własny sygnał i nie wymagają zewnętrznego źródła zasilania, co jest przydatne w niektórych instalacjach przemysłowych oraz w strefach zagrożonych.
- Dobra odpowiedź na niskie częstotliwości: Powyżej swojej częstotliwości drgań własnych są one zazwyczaj bardziej czułe na niższych częstotliwościach niż wiele akcelerometrów ogólnego przeznaczenia, dostarczając silny, czysty sygnał w miejscach występowania niewyważenia i niewspółosiowości.
Wady
- Ograniczony zakres częstotliwości: ich pasmo robocze jest węższe niż w przypadku akcelerometru. Nie nadają się one do wysokoczęstotliwościowych uderzeń wady łożysk lub wady przekładni, które znacznie przekraczają ich częstotliwość odcięcia.
- Części ruchome: Wewnętrzny zespół sprężyny i cewki może ulegać zmęczeniu materiałowemu, przesuwać się lub po prostu ulec awarii, zwłaszcza w warunkach pracy przy silnych wibracjach.
- Wrażliwość na orientację: należy je zamontować zgodnie z przeznaczeniem (pionowo lub poziomo), ponieważ siła grawitacji powoduje wstępne napięcie zawieszenia sprężynowego.
- Większe i cięższe: są one zazwyczaj znacznie większe i cięższe od współczesnych akcelerometrów, co może powodować nadmierne obciążenie lekkich konstrukcji.
- Wrażliwość na pola magnetyczne: silne pola zewnętrzne, takie jak te występujące w pobliżu dużych silników, mogą oddziaływać na cewkę i zakłócać odczyt.
4. Prędkościomierz w porównaniu z akcelerometrem
Do nowoczesnego, przenośnego gromadzenia danych i diagnostyka wibracji, akcelerometr jest to czujnik z wyboru. Jego charakterystyka częstotliwościowa jest znacznie szersza i bardziej płaska, dzięki czemu pojedynczy akcelerometr rejestruje zarówno drgania o niskiej częstotliwości wynikające z niewyważenia, jak i drgania o bardzo wysokiej częstotliwości spowodowane usterkami łożysk i przekładni. The analizator drgań a następnie elektronicznie przetwarza sygnał przyspieszenia, aby na żądanie wyświetlić prędkość lub przemieszczenie — jeden wytrzymały czujnik, który zastępuje wszystkie funkcje prędkościomierza i oferuje znacznie więcej. Dokładnie tak działa przenośny dwukanałowy Balanset-1A działa w terenie: pobiera dane o przyspieszeniu z akcelerometrów, całkuje je w celu obliczenia prędkości na potrzeby oceny intensywności drgań zgodnie z klasami ISO, a następnie wykorzystuje ten sam sygnał do pomiaru amplitudy i fazy 1×, niezbędnych do wyważania w jednej i dwóch płaszczyznach. Jeśli potrzebujesz przeliczyć odczyty między różnymi typami czujników, nasze Konwerter jednostek wibracji płynnie przechodzi między mm/s, µm i g.
W związku z tym prędkościomierze spotyka się obecnie głównie jako stałe czujniki w maszynach o średniej prędkości — wentylatorach, pompach i silnikach — a zwłaszcza w starszych zakładach, gdzie były one pierwotnie przewidzianymi przetwornikami pomiarowymi i gdzie nadal niezawodnie spełniają swoją rolę, rok po roku.
