Entendendo os Transdutores de Velocidade
A transdutor de velocidade - também chamado de velocímetro, sensor sísmico ou sensor de bobina móvel — é um dispositivo autogerador vibração sensor que produz uma tensão de saída diretamente proporcional à vibração velocidade, sem alimentação externa e sem condicionamento de sinal. Ele funciona por indução eletromagnética: um ímã suspenso por molas flexíveis se move em relação a uma bobina quando a carcaça vibra, e esse movimento relativo gera uma tensão proporcional à velocidade. Como membro do transdutor sísmico família — sensores que utilizam uma massa interna suspensa por mola como referência inercial —, ele mede o movimento absoluto da superfície à qual está fixado.
Os transdutores de velocidade foram os sensores de vibração predominantes aproximadamente da década de 1950 até a década de 1980 e ainda são utilizados em instalações de monitoramento permanente e em alguns instrumentos portáteis. Em novos projetos, no entanto, eles deram lugar, em grande parte, a acelerômetros, que são menores, abrangem uma faixa de frequência mais ampla e atingem as altas frequências necessárias para a detecção de defeitos nos rolamentos.
1. Princípio de funcionamento
Indução eletromagnética
O mecanismo é uma aplicação direta da lei de Faraday:
- Um ímã permanente está suspenso por molas dentro de uma bobina.
- A vibração faz com que a carcaça se mova, e a bobina junto com ela.
- Acima da frequência de ressonância do sensor, a inércia do ímã mantém-no praticamente imóvel no espaço.
- Isso gera um movimento relativo entre a bobina e o ímã.
- O movimento induz uma tensão na bobina (V ∝ velocidade).
- A tensão de saída é, portanto, diretamente proporcional à velocidade de vibração.
Operação com geração própria
Como o sensor gera seu próprio sinal, ele não precisa de alimentação externa — trata-se de uma transdução passiva de dois fios que é inerentemente à prova de falhas, sem nenhuma fonte de alimentação que possa falhar. É essa característica que mantém os transdutores de velocidade relevantes em nichos específicos até hoje.
2. Characteristics
Resposta de frequência
- Limite de baixa frequência: definido pelo sensor frequência natural, normalmente entre 8 e 15 Hz.
- Faixa utilizável: acima de cerca de duas vezes a frequência natural, ou seja, no mínimo 16–30 Hz.
- Limite de alta frequência: normalmente entre 1 e 2 kHz.
- Flat response: uma faixa ampla e plana ao longo de toda a faixa útil.
- Melhor para: 10–1000 Hz — a faixa em que ocorrem a maioria das falhas em máquinas em geral.
Sensibilidade
- Normalmente, 10–500 mV por polegada/segundo (cerca de 400–20.000 mV por mm/s).
- Um valor comum é 100 mV/pol./s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Uma sensibilidade mais alta é adequada para aplicações com baixa vibração; uma sensibilidade mais baixa é adequada para medições com alta vibração.
Size and weight
- Relativamente grande — com cerca de 50 a 100 mm de comprimento e 25 a 40 mm de diâmetro.
- Pesado, geralmente com 100–500 g.
- Muito mais volumoso do que um acelerômetro.
- That mass can mass-load e distorcem a resposta das estruturas leves.
3. Vantagens
Saída direta da velocidade
O transdutor mede a velocidade diretamente, sem integração passo. Isso corresponde à forma como as normas relativas à vibração de máquinas definem os limites — ISO 20816 (a norma que substitui a ISO 10816) está redigida em Velocidade RMS — mantém o processamento do sinal simples e torna-o ideal para aplicações baseadas na velocidade gravidade da vibração assessment.
Autossuficiente e à prova de falhas
- Não requer alimentação elétrica.
- Conexão simples de dois fios.
- Não pode falhar devido a uma queda de energia.
- Custo do sistema mais baixo, sem necessidade de especificar fonte de alimentação.
Boa resposta em baixas frequências
- Funciona até 10–15 Hz, superando muitos acelerômetros.
- Indicado para máquinas de baixa velocidade, até cerca de 600 RPM.
- A escolha ideal para aplicações que operam dentro de sua banda de frequência.
4. Disadvantages
Resposta limitada em altas frequências
- Limitado a aproximadamente 1–2 kHz.
- Não é possível atingir as frequências altas defeito no rolamento energia (5–20 kHz).
- Inadequate for análise de envelope.
- Essa é a principal limitação dos acelerômetros.
Tamanho, peso e fragilidade
- Grandes e pesados, difíceis de instalar em máquinas pequenas e propensos a sobrecarregar estruturas leves.
- Menos portátil do que um acelerômetro.
- As molas internas e o ímã móvel podem ser danificados por choques ou quedas; por isso, o sensor é sensível a manuseio descuidado e requer mais cuidado do que um dispositivo de estado sólido.
Limitações de temperatura
- A força do ímã diminui à medida que a temperatura aumenta.
- Normalmente limitado a cerca de 120 °C.
- Menos resistente a altas temperaturas do que um charge-mode accelerometer.
5. Onde ainda se utilizam transdutores de velocidade
- Instalações permanentes antigas: turbomáquinas mais antigas monitoring sistemas, nos quais a substituição por equipamentos equivalentes mantém a compatibilidade com a fiação e os racks existentes.
- Aplicações de baixa frequência: equipamentos de velocidade muito baixa (abaixo de 300 RPM) e qualquer trabalho em que a faixa de 10 a 1000 Hz seja suficiente e não sejam necessárias altas frequências.
- Requisitos específicos: situações que realmente exigem um sensor com alimentação autônoma, tarefas em ambientes de segurança intrínseca onde não é permitido o uso de componentes eletrônicos alimentados, ou a preferência por uma saída direta de velocidade.
6. Mounting
Como o sensor é pesado, a integridade da montagem é fundamental — um transdutor de velocidade mal fixado acrescenta sua própria ressonância aos dados.
- Métodos: montagem com pinos em um orifício rosqueado (a mais confiável), montagem em suporte com placas adaptadoras ou montagem magnética, desde que a superfície seja magnética e o sensor não seja muito pesado.
- Considerations: É essencial uma montagem rígida; o sensor deve ser bem apertado para que não vibre de forma independente; a superfície de montagem deve estar plana e limpa; e o cabo precisa de um alívio de tensão para evitar que se solte.
7. Alternativas modernas e prática de campo
Na maioria dos trabalhos recentes, o acelerômetro saiu vitorioso: é muito menor e mais leve, abrange uma faixa de frequência muito mais ampla (cerca de 0,5 Hz a 50 kHz), é mais eficaz na detecção de defeitos de alinhamento, é mais resistente e custa menos. A abordagem padrão atual consiste, portanto, em medir a aceleração e integrate à velocidade, alcançando a leitura de velocidade exigida pelas normas e mantendo todas as vantagens do acelerômetro — e os instrumentos modernos tornam essa integração totalmente transparente para o usuário.
É exatamente assim que funciona um analisador de equilíbrio portátil. O Conjunto de equilíbrio-1a utiliza acelerômetros nas caixas de rolamentos e integra a velocidade internamente, de modo que o engenheiro obtém o valor direto da velocidade que um transdutor de velocidade forneceria para uma verificação de gravidade conforme a norma ISO 20816 — juntamente com o alcance de alta frequência e o 1× amplitude e fase necessário para balanceamento de campo, nada disso poderia ser obtido com um transdutor de velocidade de 1–2 kHz.
8. Calibração e manutenção
- Calibração: verificar a sensibilidade (mV/pol./s ou mV/mm/s) e a resposta em frequência em uma mesa vibratória, com periodicidade anual calibração característico de aplicações críticas.
- Manutenção: Manuseie com cuidado para evitar quedas e impactos, verifique o estado do cabo, verifique se a fixação está segura, teste a saída periodicamente e substitua o sensor caso sua sensibilidade ou resposta apresentem desvios.
Os transdutores de velocidade, embora estejam em declínio nas novas instalações, continuam sendo importantes nos sistemas de monitoramento permanentes já existentes e em determinadas aplicações de baixa frequência, autoalimentadas ou intrinsecamente seguras. Compreender como funcionam, quais são seus pontos fortes e quais suas limitações é necessário tanto para manter os sistemas legados em funcionamento quanto para tomar decisões informadas seleção de sensores quando um transdutor de velocidade ainda é a escolha certa.
