Преобразователи: датчики вибрационного анализа
В анализ вибраций, a преобразователь — это устройство, преобразующее физическое, механическое движение — вибрация — в пропорциональный электрический сигнал, который регистратор данных или система мониторинга может обрабатывать, измерять и анализировать. Датчики являются основными измерительными элементами и первым звеном в измерительной цепи; без надёжного датчика невозможен никакой значимый анализ. Выбор подходящего датчика — это критически важное решение, которое зависит от типа машины, скорости её работы и конкретных неисправностей, подлежащих мониторингу, поскольку каждый тип датчика по своей природе чувствителен к разным составляющим картины вибрации.
1. Цепочка измерений и три параметра
Вибрацию можно охарактеризовать с помощью любой из трёх взаимосвязанных величин, и именно от того, какую из них измеряет датчик, зависит, в каких условиях он демонстрирует наилучшие характеристики. Виброперемещение преобладает на низких частотах и отражает общие движения; скорость является наиболее сбалансированным показателем в среднем диапазоне, где наблюдается большинство типичных неисправностей; и ускорение подчеркивает важность высокочастотных явлений, которые служат ранними признаками повреждения подшипников и редуктора. Эти три фактора математически взаимосвязаны — интеграция преобразует сигнал ускорения в сигнал скорости, а затем — в сигнал перемещения; именно поэтому один датчик в сочетании с электронными компонентами может выполнять несколько функций. Независимо от измеряемого параметра, датчик подает сигнал на последующие звенья цепи: блок подготовки сигнала, блок оцифровки и, наконец, анализатор.
2. Три основных типа датчиков вибрации
В системах мониторинга промышленного оборудования используются три основных типа преобразователей, каждый из которых измеряет различные физические параметры вибрации.
Акселерометр (измеряет ускорение)
Сайт акселерометр Это, безусловно, самый распространенный и универсальный датчик вибрации. Он измеряет ускорение конструкции, на которой установлен.
- Принцип: большинство промышленных объектов пьезоэлектрический, с использованием кристалла, который генерирует заряд под воздействием внутренней сейсмической массы.
- Сильные стороны: чрезвычайно широкий диапазон частот, высокая надежность, большой выбор моделей и возможность установки практически на любое оборудование. Они особенно хорошо подходят для обнаружения высокочастотных сигналов.
- Основное использование: мониторинг оборудования общего назначения — от низкооборотистых машин до высокооборотистых турбомашин, а также незаменимый датчик для обнаружения высокочастотных неисправностей, таких как подшипник и дефекты зубчатых передач.
Датчик скорости (измеряет скорость)
A датчик скорости — это электродинамический датчик, который непосредственно измеряет скорость колебаний.
- Принцип: Это работает по принципу микрофона: катушка проволоки находится в магнитном поле, и при вибрации корпуса относительное движение между катушкой и магнитом генерирует напряжение, пропорциональное скорости.
- Сильные стороны: четкий сигнал с низким уровнем шума в среднечастотном диапазоне (примерно от 10 Гц до 1000 Гц), именно там, где часто возникают такие типичные неисправности, как дисбаланс и Перекос появляются, и не требуется внешнее питание.
- Недостатки: более уязвим, чем акселерометр, имеет ограниченный диапазон частот и чувствителен к воздействию магнитных полей и ориентации при монтаже. Классическая конструкция с самогенерирующейся катушкой и магнитом — велометр — в значительной степени вытеснена акселерометрами с электронной интеграцией.
- Основное использование: исторически являлся основным инструментом для общего мониторинга до того, как повсеместно стали использоваться надежные акселерометры, и до сих пор иногда выбирается для стационарных установок в среднечастотном диапазоне.
Датчик приближения (измеряет смещение)
Сайт датчик приближения, или вихретоковый датчик— это бесконтактный датчик, измеряющий смещение вращающегося вала.
- Принцип: он использует электромагнитное поле для создания и измерения вихревых токов на поверхности вала, определяя зазор между кончиком датчика и валом.
- Сильные стороны: он измеряет фактическое перемещение самого вала, а не корпуса, работает в бесконтактном режиме, а его диапазон измерений простирается вплоть до 0 Гц (постоянный ток), благодаря чему он фиксирует как среднее положение вала, так и его вибрацию.
- Основное использование: необходимо для защиты и мониторинга критически важных высокоскоростных турбомашин, работающих на жидкостной подушке подшипники скольжения — турбин и компрессоров — а также для анализа орбита вала и положение по осевой линии.
3. Выбор подходящего датчика
Выбор датчика является важнейшим этапом при разработке любой программы мониторинга. Общее правило заключается в том, чтобы выбрать датчик, обладающий наибольшей чувствительностью в диапазоне частот, характерном для предполагаемых неисправностей:
- Используйте датчиков приближения для перемещения вала в машинах с жидкостной пленочной опорой, где вал может значительно смещаться внутри относительно неподвижного корпуса.
- Используйте акселерометры Для всего остального они наиболее универсальны. Сигнал можно интегрировать в скорость для анализа неисправностей средней частоты или использовать непосредственно в качестве ускорения для неисправностей высокой частоты.
Два практических фактора определяют выбор. Диапазон чувствительность должна соответствовать ожидаемой амплитуде колебаний — при слишком низкой амплитуде мелкие сигналы теряются в шуме, при слишком высокой — сильные сигналы подвергаются клиппингу — и ее рабочий диапазон частота Диапазон частот должен охватывать интересующие нас частоты повреждений. Пьезоэлектрические датчики с зарядовым выходом дополнительно требуют согласования усилитель с зарядовым входом в цепочке.
4. Датчики в системах балансировки и диагностики
В портативном приборе датчик — это компонент, от которого зависит все остальное. Двухканальный полевой анализатор, такой как Balanset-1A использует два аналоговых MEMS-акселерометра вместе с оптическим тахометром для фазовой метки, фиксируя синхронизированные амплитуду и фазу на каждом подшипнике, пока машина работает в собственных опорах на рабочей скорости. Именно эта акселерометрическая цепочка позволяет прибору рассчитывать корректирующие грузы для одно- и двухплоскостной балансировки и выполнять стандартную мониторинг вибрации — наглядная иллюстрация общего принципа, согласно которому акселерометр является стандартным датчиком для подавляющего большинства задач, связанных с вращающимся оборудованием, а датчик приближения и сейсмический датчик предназначены для тех случаев, в которых их физические характеристики наиболее подходят.
