Înțelegerea traductoarelor de viteză
A traductor de viteză — denumit și velometru, senzor seismic sau senzor cu bobină mobilă — este un dispozitiv cu autoalimentare vibrații senzor care produce o tensiune de ieșire direct proporțională cu vibrațiile viteză, fără alimentare externă și fără condiționare a semnalului. Funcționează pe baza inducției electromagnetice: un magnet suspendat pe arcuri flexibile se deplasează relativ față de o bobină atunci când carcasa vibrează, iar această mișcare relativă generează o tensiune proporțională cu viteza. Ca membru al transductor seismic familia — senzori care utilizează o masă internă suspendată pe arc ca referință inerțială — acesta măsoară mișcarea absolută a suprafeței pe care este fixat.
Transductoarele de viteză au fost senzorii de vibrații predominanți aproximativ din anii 1950 până în anii 1980 și sunt încă utilizate în instalațiile de monitorizare permanentă și în unele instrumente portabile. În noile modele, însă, acestea au cedat în mare parte locul accelerometre, care sunt mai mici, acoperă o gamă mai largă de frecvențe și ating frecvențele înalte necesare pentru detectarea defectelor la rulmenți.
1. Principiul de funcționare
Inducția electromagnetică
Mecanismul reprezintă o aplicare directă a legii lui Faraday:
- Un magnet permanent este suspendat cu ajutorul unor arcuri în interiorul unei bobine.
- Vibrațiile pun în mișcare carcasa și bobina odată cu aceasta.
- Peste frecvența de rezonanță a senzorului, inerția magnetului îl menține aproape nemișcat în spațiu.
- Acest lucru generează o mișcare relativă între bobină și magnet.
- Mișcarea induce o tensiune în bobină (V ∝ viteza).
- Prin urmare, tensiunea de ieșire este direct proporțională cu viteza de vibrație.
Funcționare autonomă
Deoarece senzorul generează propriul semnal, nu are nevoie de alimentare externă — o transducție pasivă, cu două fire, care este în mod inerent rezistentă la defecțiuni, nefiind nevoie de o sursă de alimentare care s-ar putea defecta. Aceasta este caracteristica care face ca transductoarele de viteză să rămână relevante în anumite nișe chiar și în prezent.
2. Caracteristici
Răspuns în frecvență
- Limita frecvenței joase: stabilită de senzor frecvență naturală, de obicei între 8 și 15 Hz.
- Domeniul de utilizare: cu aproximativ două ori mai mare decât frecvența naturală, adică minimum 16–30 Hz.
- Limita de înaltă frecvență: de obicei între 1 și 2 kHz.
- Flat response: o zonă largă și uniformă pe întregul interval de funcționare.
- Cel mai bun pentru: 10–1000 Hz — banda în care apar cele mai multe defecțiuni ale utilajelor obișnuite.
Sensibilitate
- De obicei 10–500 mV per inch/sec (aproximativ 0.4–20 mV per mm/s).
- O valoare uzuală este 100 mV/in/s (≈ 3.94 mV/mm/s, adică aproximativ 4 V/(m/s)).
- O sensibilitate mai mare este potrivită pentru aplicațiile cu vibrații reduse; o sensibilitate mai mică este potrivită pentru măsurătorile în condiții de vibrații intense.
Dimensiuni și greutate
- Relativ mare — cu o lungime de aproximativ 50–100 mm și un diametru de 25–40 mm.
- Grele, adesea între 100 și 500 g.
- Mult mai voluminos decât un accelerometru.
- That mass can mass-load și denaturează răspunsul structurilor ușoare.
3. Avantaje
Ieșire directă a vitezei
Transductorul măsoară viteza direct, fără integrare pas. Acest lucru corespunde modului în care standardele privind vibrațiile mașinilor exprimă limitele — ISO 20816 (succesorul standardului ISO 10816) este redactat în Viteză RMS — simplifică procesarea semnalului și îl face perfect potrivit pentru aplicații bazate pe viteză intensitatea vibrațiilor assessment.
Autogenerator și cu protecție împotriva defecțiunilor
- Nu este necesară alimentarea cu energie electrică.
- Conectare simplă cu două fire.
- Nu se poate defecta din cauza unei întreruperi de curent.
- Costuri reduse ale sistemului, fără necesitatea specificării unei surse de alimentare.
Răspuns bun la frecvențe joase
- Poate fi utilizat până la 10–15 Hz, fiind mai performant decât multe accelerometre.
- Este potrivit pentru utilaje cu viteză redusă, de până la aproximativ 600 rpm.
- O alegere ideală pentru aplicațiile care funcționează în banda sa de frecvență.
4. Dezavantaje
Răspuns limitat la frecvențe înalte
- Limitat la aproximativ 1–2 kHz.
- Nu poate atinge frecvențele înalte defect de rulment energie (5–20 kHz).
- Inadequate for analiza anvelopei.
- Aceasta este principala limită a accelerometrelor.
Dimensiuni, greutate și fragilitate
- Sunt voluminoase și grele, dificil de montat pe utilaje mici și pot suprasolicita structurile ușoare.
- Mai puțin portabilă decât un accelerometru.
- Arcurile interne și magnetul mobil pot fi deteriorate în urma unui șoc sau a unei căderi, astfel încât senzorul este sensibil la manipularea bruscă și necesită mai multă atenție decât un dispozitiv solid-state.
Limite de temperatură
- Puterea magnetului scade odată cu creșterea temperaturii.
- De obicei, se limitează la aproximativ 120 °C.
- Rezistență la temperaturi mai scăzute decât un charge-mode accelerometer.
5. În ce situații se mai utilizează traductoarele de viteză
- Instalații permanente existente: turbomașini mai vechi monitoring sisteme în care înlocuirea cu echipamente similare asigură compatibilitatea cu cablajul și rafturile existente.
- Aplicații de joasă frecvență: echipamente cu turație foarte redusă (sub 300 rpm) și orice operațiune în care banda de frecvență 10–1000 Hz este suficientă, iar frecvențele înalte nu sunt necesare.
- Cerințe specifice: situații care necesită cu adevărat un senzor cu alimentare autonomă, aplicații cu siguranță intrinsecă în care nu sunt permise dispozitive electronice alimentate cu curent electric sau preferința pentru o ieșire directă a vitezei.
6. Mounting
Deoarece senzorul este greu, integritatea montării este esențială — un traductor de viteză fixat necorespunzător introduce propria rezonanță în date.
- Metode: montarea pe șurub într-o gaură filetată (cea mai fiabilă), montarea pe suport cu plăci de adaptare sau montarea magnetică, în cazul în care suprafața este magnetică, iar senzorul nu este prea greu.
- Considerations: Este esențială o fixare rigidă; senzorul trebuie strâns bine, astfel încât să nu vibreze independent; suprafața de montare trebuie să fie plană și curată, iar cablul trebuie prevăzut cu un dispozitiv de protecție împotriva tensiunii, pentru a preveni smulgerea acestuia.
7. Alternative moderne și practică pe teren
În majoritatea lucrărilor recente, accelerometrul a ieșit învingător: este mult mai mic și mai ușor, acoperă o bandă de frecvență mult mai largă (aproximativ 0,5 Hz până la 50 kHz), este mai eficient în detectarea defectelor rulmenților, este mai rezistent și are un cost mai redus. Prin urmare, abordarea standard modernă constă în măsurarea accelerației și integrate la viteză, atingând valoarea de viteză cerută de standarde, păstrând în același timp toate avantajele accelerometrului — iar instrumentele moderne fac ca această integrare să fie complet transparentă pentru utilizator.
Exact așa funcționează un analizor portabil de echilibrare. Acesta Balanset-1A utilizează accelerometre la carcasele rulmenților și integrează intern datele privind viteza, astfel încât inginerul obține valoarea directă a vitezei pe care un traductor de viteză ar furniza-o pentru o verificare a gravității conform standardului ISO 20816 — împreună cu intervalul de frecvență înaltă și raportul de 1× amplitudine și fază needed for echilibrarea la fața locului, nimic din toate acestea neputând fi obținut cu un traductor de viteză de 1–2 kHz.
8. Calibrare și întreținere
- Calibrare: verificarea sensibilității (mV/in/s sau mV/mm/s) și a răspunsului în frecvență pe o masă vibratoare, cu calibrare anuală calibrare tipic pentru aplicațiile critice.
- Întreţinere: manipulați cu grijă pentru a evita căderile și șocurile, verificați starea cablului, asigurați-vă că dispozitivul este fixat corespunzător, testați periodic semnalul de ieșire și înlocuiți senzorul dacă sensibilitatea sau răspunsul în frecvență al acestuia se modifică.
Senzorii de viteză, deși sunt din ce în ce mai puțin folosiți în instalațiile noi, rămân esențiali în sistemele de monitorizare permanente existente și în anumite aplicații de joasă frecvență, cu alimentare autonomă sau cu siguranță intrinsecă. Înțelegerea modului în care funcționează, a punctelor lor forte și a limitărilor lor este necesară atât pentru menținerea în funcțiune a sistemelor existente, cât și pentru luarea unei decizii informate alegerea senzorului când un traductor de viteză rămâne în continuare alegerea potrivită.
