Понимание работы датчиков скорости
A датчик скорости - также называемый велометр, сейсмический датчик или датчик с подвижной катушкой — представляет собой самогенерирующийся вибрация датчик, который выдает выходное напряжение, прямо пропорциональное вибрации. скорость, без внешнего источника питания и без обработки сигнала. Принцип его работы основан на электромагнитной индукции: магнит, подвешенный на мягких пружинах, перемещается относительно катушки при вибрации корпуса, и это относительное движение генерирует напряжение, пропорциональное скорости. Как член сейсмический датчик семейства — датчики, в которых в качестве инерциальной системы отсчета используется подпружиненная внутренняя масса, — он измеряет абсолютное перемещение поверхности, к которой он прикреплен болтами.
Датчики скорости были основным типом датчиков вибрации примерно с 1950-х по 1980-е годы и до сих пор используются в стационарных системах мониторинга и некоторых портативных приборах. Однако в новых конструкциях они в значительной степени уступили место акселерометры, которые имеют меньшие размеры, охватывают более широкий диапазон частот и обеспечивают высокие частоты, необходимые для обнаружения дефектов подшипников.
1. Принцип работы
Электромагнитная индукция
Этот механизм представляет собой прямое применение закона Фарадея:
- Постоянный магнит подвешен на пружинах внутри катушки.
- Вибрация приводит в движение корпус, а вместе с ним и катушку.
- При частоте выше резонансной частоты датчика инерция магнита удерживает его в пространстве практически в неподвижном состоянии.
- В результате возникает относительное движение между катушкой и магнитом.
- Движение вызывает появление напряжения в катушке (V ∝ скорость).
- Таким образом, выходное напряжение прямо пропорционально скорости колебаний.
Автономная работа
Поскольку датчик генерирует собственный сигнал, он не нуждается во внешнем питании — это пассивная двухпроводная система преобразования, которая по своей сути является отказоустойчивой, так как в ней отсутствует источник питания, который мог бы выйти из строя. Именно эта особенность позволяет датчикам скорости оставаться востребованными в определенных нишах даже сегодня.
2. Характеристики
Частотная характеристика
- Нижняя граница частотного диапазона: установленное датчиком собственной частоте ротора, как правило, 8–15 Гц.
- Диапазон использования: выше примерно в 2 раза по сравнению с собственной частотой, то есть не менее 16–30 Гц.
- Верхний предел частоты: обычно 1–2 кГц.
- Плоский отклик: широкий и ровный диапазон в пределах рабочей области.
- Лучшее для: 10–1000 Гц — диапазон, в котором возникает большинство типичных неисправностей оборудования.
Чувствительность
- Обычно 10–500 mV на inch/sec (примерно 0.4–20 mV на mm/s).
- Распространённое значение — 100 mV/in/s (≈ 3.94 mV/mm/s, то есть около 4 V/(m/s)).
- Более высокая чувствительность подходит для условий с низким уровнем вибрации; более низкая чувствительность — для измерений в условиях сильной вибрации.
Размер и вес
- Относительно крупные — длиной примерно 50–100 мм и диаметром 25–40 мм.
- Тяжелые, вес часто составляет 100–500 г.
- Намного громоздче, чем акселерометр.
- Эта масса может массовая загрузка и искажать реакцию легких конструкций.
3. Преимущества
Прямой выход скорости
Датчик измеряет скорость напрямую, без интеграция шаг. Это соответствует тому, как в стандартах по вибрации машин формулируются предельные значения — ISO 20816 (преемник стандарта ISO 10816) написан на Среднеквадратичная скорость — упрощает обработку сигнала и делает его идеальным решением для систем, основанных на скорости интенсивность вибрации оценка.
Автономное питание и отказоустойчивость
- Питание не требуется.
- Простое двухпроводное подключение.
- Не может выйти из строя из-за отключения питания.
- Более низкая стоимость системы, поскольку не требуется подбор источника питания.
Хорошая передача низких частот
- Может работать при частотах до 10–15 Гц, что превосходит возможности многих акселерометров.
- Подходит для низкооборотистой техники со скоростью вращения до примерно 600 об/мин.
- Идеально подходит для приложений, работающих в пределах его частотного диапазона.
4. Недостатки
Ограниченная высокочастотная характеристика
- Ограничен примерно 1–2 кГц.
- Не удается выйти на высокую частоту дефект подшипника энергия (5–20 кГц).
- Недостаточно для анализе огибающей.
- Это решающий недостаток по сравнению с акселерометрами.
Размер, вес и хрупкость
- Крупногабаритные и тяжелые, их сложно устанавливать на небольшие машины, и они создают большую нагрузку на легкие конструкции.
- Менее портативный, чем акселерометр.
- Внутренние пружины и подвижный магнит могут повредиться в результате удара или падения, поэтому датчик чувствителен к неаккуратному обращению и требует большего внимания, чем твердотельное устройство.
Ограничения по температуре
- Сила магнита уменьшается с повышением температуры.
- Как правило, ограничивается примерно 120 °C.
- Меньшая термостойкость, чем у заряд-режим акселерометр.
5. Где до сих пор используются датчики скорости
- Существующие стационарные установки: старое турбооборудование мониторинг систем, в которых замена аналогичным оборудованием обеспечивает совместимость с существующей проводкой и стойками.
- Низкочастотные применения: оборудование с очень низкой скоростью вращения (менее 300 об/мин) и любые задачи, для которых достаточно диапазона 10–1000 Гц и не требуются высокие частоты.
- Конкретные требования: ситуации, когда действительно требуется датчик с автономным питанием, работы в искробезопасных зонах, где запрещено использование электроники с внешним питанием, или предпочтение прямого вывода данных о скорости.
6. Монтаж
Поскольку датчик имеет значительный вес, надежность крепления имеет решающее значение — плохо закрепленный датчик скорости вносит в данные собственный резонанс.
- Методы: крепление на шпильках в резьбовое отверстие (наиболее надежный вариант), крепление на кронштейне с помощью переходных пластин или магнитное крепление, если поверхность обладает магнитными свойствами, а датчик не слишком тяжелый.
- Соображения: Крепление должно быть жестким: датчик необходимо надежно закрепить, чтобы он не вибрировал самостоятельно; монтажная поверхность должна быть ровной и чистой; кабель должен быть оснащен устройством разгрузки натяжения, чтобы предотвратить его вытягивание.
7. Современные альтернативы и практика на местах
В большинстве современных разработок акцелерометр оказался более предпочтительным: он намного меньше и легче, охватывает гораздо более широкий диапазон частот (примерно от 0,5 Гц до 50 кГц), лучше подходит для обнаружения дефектов подшипников, более прочен и стоит дешевле. Поэтому стандартный современный подход заключается в измерении ускорения и интегрировать в систему измерения скорости, обеспечивая показания скорости, требуемые стандартами, и сохраняя при этом все преимущества акселерометра — а современные приборы делают эту интеграцию абсолютно незаметной для пользователя.
Именно так и работает портативный анализатор баланса. Balanset-1A использует акселерометры, установленные на корпусах подшипников, и вычисляет скорость внутри системы, благодаря чему инженер получает непосредственное значение скорости, которое давал бы датчик скорости при проверке степени износа по стандарту ISO 20816, — наряду с высокочастотным диапазоном измерения и коэффициентом 1× амплитуда и фаза необходимый для балансировка на месте, чего не мог обеспечить датчик скорости с частотой 1–2 кГц.
8. Калибровка и техническое обслуживание
- Калибровка: проверять чувствительность (мВ/дюйм/с или мВ/мм/с) и частотную характеристику на вибрационном столе, ежегодно калибровка характерно для критически важных приложений.
- Обслуживание: обращайтесь с датчиком осторожно, избегая падений и ударов; проверяйте состояние кабеля; убедитесь в надежности крепления; периодически проверяйте показания; заменяйте датчик в случае изменения его чувствительности или отклика.
Датчики скорости, несмотря на сокращение их использования в новых установках, по-прежнему играют важную роль в существующих системах постоянного мониторинга, а также в определенных задачах, связанных с низкочастотными сигналами, автономным питанием или искробезопасными системами. Понимание принципа их работы, их преимуществ и недостатков необходимо как для обеспечения функционирования устаревших систем, так и для принятия обоснованных выбор датчика когда датчик скорости по-прежнему остается оптимальным выбором.
