Traductoare: Senzorii analizei vibrațiilor
În analiza vibrațiilor, a traductor este un dispozitiv care transformă mișcarea fizică, mecanică — vibrații — într-un semnal electric proporțional pe care un colector de date sau sistemul de monitorizare poate procesa, măsura și analiza. Traductoarele sunt senzorii primari și prima verigă din lanțul de măsurare; fără un traductor fiabil, nu este posibilă nicio analiză relevantă. Alegerea celui potrivit este o decizie crucială care depinde de tipul mașinii, de viteza sa de funcționare și de defectele specifice monitorizate — deoarece fiecare tip de traductor este, în mod natural, sensibil la o componentă diferită a profilului vibrațiilor.
1. Lanțul de măsurare și cei trei parametri
Vibrațiile pot fi descrise prin oricare dintre cele trei mărimi conexe, iar cea pe care o măsoară un traductor determină domeniul în care acesta excelează. Deplasare domină la frecvențe joase și reflectă mișcarea generală; viteză este cea mai echilibrată măsură în banda medie, unde se regăsesc cele mai frecvente defecte; și accelerație evidențiază evenimentele cu frecvență ridicată care semnalează deteriorarea prematură a rulmenților și a angrenajelor. Cele trei sunt legate matematic — integrare transformă un semnal de accelerație în viteză, iar apoi în deplasare — motiv pentru care un singur senzor poate îndeplini, cu ajutorul sistemului electronic, mai multe funcții. Indiferent de parametru, traductorul alimentează restul lanțului: condiționarea semnalului, digitalizarea și, în final, analizorul.
2. Cele trei tipuri principale de traductoare de vibrații
Există trei tipuri principale de traductoare utilizate în monitorizarea mașinilor industriale, fiecare măsurând un parametru fizic diferit al vibrațiilor.
Accelerometrul (măsoară accelerația)
The accelerometru este de departe cel mai comun și versatil traductor de vibrații. Măsoară accelerația structurii pe care este montat.
- Principiu: majoritatea unităților industriale sunt piezoelectric, folosind un cristal care generează o sarcină electrică atunci când este solicitat de o masă seismică internă.
- Puncte forte: o gamă de frecvențe extrem de largă, o rezistență deosebită, numeroase variante disponibile și compatibilitate cu aproape orice tip de mașină. Acestea excelează în special în detectarea evenimentelor de înaltă frecvență.
- Utilizare principală: monitorizarea utilajelor de uz general, de la mașini cu viteză redusă până la turbomotoare de mare viteză, precum și senzorul de referință pentru defecțiuni de înaltă frecvență, cum ar fi rulment și defecte ale angrenajului.
Traductorul de viteză (măsoară viteza)
A traductor de viteză este un senzor electrodinamic care măsoară direct viteza de vibrație.
- Principiu: funcționează ca un microfon — o bobină de sârmă este suspendată într-un câmp magnetic, iar pe măsură ce carcasa vibrează, mișcarea relativă dintre bobină și magnet generează o tensiune proporțională cu viteza.
- Puncte forte: un semnal puternic și cu zgomot redus pe banda de frecvențe medii (aproximativ 10 Hz – 1.000 Hz), exact acolo unde apar defecțiuni frecvente precum dezechilibru și nealiniere funcționează fără a fi nevoie de o sursă de alimentare externă.
- Puncte slabe: mai fragil decât un accelerometru, cu o gamă de frecvențe limitată și sensibil la câmpurile magnetice și la orientarea de montare. Modelul clasic cu bobină și magnet cu autoalimentare — velometru — a fost în mare parte înlocuit de accelerometrele cu integrare electronică.
- Utilizare principală: în trecut, a fost instrumentul de bază pentru monitorizarea generală, înainte ca accelerometrele robuste să devină uzuale, și este încă ales uneori pentru instalații permanente în gama frecvențelor medii.
Senzorul de proximitate (măsoară deplasarea)
The sondă de proximitate, sau sondă de curenți turbionari, este un traductor fără contact care măsoară deplasarea unui arbore rotativ.
- Principiu: acesta utilizează un câmp electromagnetic pentru a induce și a măsura curenții turbionari de la suprafața arborelui, detectând distanța dintre vârful sondei și arbore.
- Puncte forte: acesta măsoară mișcarea efectivă a arborelui în sine, nu a carcasei, funcționează fără contact, iar răspunsul său se întinde până la 0 Hz (curent continuu), astfel încât înregistrează atât poziția medie a arborelui, cât și vibrațiile acestuia.
- Utilizare principală: esențial pentru protejarea și monitorizarea turbomotoarelor critice de mare viteză care funcționează pe film de fluid lagare radiale cu alunecare — turbine și compresoare — precum și pentru analizarea orbita arborelui și poziția liniei centrale.
3. Alegerea traductorului potrivit
Alegerea unui traductor reprezintă o etapă esențială în elaborarea oricărui program de monitorizare. Regula generală este aceea de a alege senzorul cu cea mai mare sensibilitate în intervalul de frecvență al defecțiunilor preconizate:
- Utilizați sonde de proximitate pentru mișcarea arborelui la mașinile cu lagăre cu film fluid, în care arborele se poate deplasa semnificativ în interiorul unei carcase relativ fixe.
- Utilizați accelerometre pentru orice altceva, deoarece sunt cele mai versatile. Semnalul poate fi integrat în viteză pentru analizarea defectelor de frecvență medie sau utilizat direct ca accelerație pentru defecte de înaltă frecvență.
Două aspecte practice completează alegerea. Traductorul sensibilitate trebuie să se potrivească cu amplitudinea preconizată a vibrațiilor — dacă este prea mică, defectele minore se pierd în zgomot, iar dacă este prea mare, semnalele puternice se distorsionează — și să fie utilizabilă frecvenţă intervalul trebuie să acopere frecvențele de defect care prezintă interes. Senzorii piezoelectrici cu ieșire de sarcină necesită, în plus, o adaptare amplificator de sarcină in the chain.
4. Traductoare în echilibrarea și diagnosticarea pe teren
La un instrument portabil, traductorul este componenta de care depind toate celelalte elemente. Un analizor de teren cu două canale, precum Balanset-1A combină doi accelerometri MEMS analogici cu un tahometru optic pentru referința de fază, captând amplitudinea și faza sincronizate la fiecare lagăr în timp ce mașina funcționează în propriile suporturi la viteza de funcționare. Acest lanț de măsurare bazat pe accelerometre este ceea ce permite instrumentului să calculeze greutățile de corecție pentru echilibrare într-un plan și în două plane și să efectueze în mod curent monitorizarea vibrațiilor — o ilustrare clară a principiului general conform căruia accelerometrul este traductorul standard pentru marea majoritate a aplicațiilor din domeniul mașinilor rotative, alături de senzorul de proximitate și de transductor seismic rezervate pentru situațiile în care proprietățile lor fizice se potrivesc cel mai bine.
