Prevodníky: Senzory vibračnej analýzy
Na stránke analýza vibrácií, a prevodník je zariadenie, ktoré premieňa fyzikálny, mechanický pohyb - vibrácie - na proporcionálny elektrický signál, ktorý zberač údajov alebo monitorovací systém dokáže spracovať, merať a analyzovať. Snímače sú primárnymi snímačmi a prvým článkom meracieho reťazca; bez spoľahlivého snímača nie je možná žiadna zmysluplná analýza. Výber toho správneho je kritickým rozhodnutím, ktoré sa odvíja od typu stroja, jeho rýchlosti chodu a konkrétnych monitorovaných porúch - pretože každý typ snímača je prirodzene citlivý na inú časť obrazu vibrácií.
1. Merací reťazec a tri parametre
Vibrácie možno opísať pomocou ktorejkoľvek z troch súvisiacich veličín a to, ktorú z nich snímač meria, určuje, v čom vyniká. Posun dominuje pri nízkych frekvenciách a odráža hrubý pohyb; rýchlosť je najvyrovnanejším meraním v strednom pásme, kde sa vyskytuje najviac porúch, a zrýchlenie zdôrazňuje vysokofrekvenčné udalosti, ktoré signalizujú skoré poškodenie ložiska a prevodovky. Tieto tri faktory sú matematicky prepojené - integrácia prevádza signál zrýchlenia na rýchlosť a opäť na posunutie - preto môže jeden snímač pomocou elektroniky plniť viacero úloh. Bez ohľadu na parameter snímač napája zvyšok reťazca: úpravu signálu, digitalizáciu a nakoniec analyzátor.
2. Tri hlavné typy snímačov vibrácií
V monitorovaní priemyselných strojov sa používajú tri hlavné typy prevodníkov, z ktorých každý meria iný fyzikálny parameter vibrácií.
Akcelerometer (meria zrýchlenie)
Stránka akcelerometer je zďaleka najbežnejší a najuniverzálnejší vibračný prevodník. Meria zrýchlenie konštrukcie, na ktorej je namontovaný.
- Princíp: väčšina priemyselných jednotiek je piezoelektrické, pomocou kryštálu, ktorý pri namáhaní vnútornou seizmickou hmotou vytvára náboj.
- Silné stránky: extrémne široký frekvenčný rozsah, veľká robustnosť, množstvo dostupných prevedení a vhodnosť pre takmer každý stroj. Sú vynikajúce najmä pri detekcii vysokofrekvenčných udalostí.
- Primárne použitie: univerzálne monitorovanie strojov od nízkootáčkových strojov až po veľmi rýchle turbostroje a senzor pre vysokofrekvenčné poruchy, ako sú ložisko a chyby prevodového stupňa.
Snímač rýchlosti (meria rýchlosť)
A prevodník rýchlosti je elektrodynamický snímač, ktorý priamo meria rýchlosť vibrácií.
- Princíp: Funguje to ako mikrofón - cievka drôtu je zavesená v magnetickom poli, a keď sa puzdro rozkmitá, relatívny pohyb medzi cievkou a magnetom generuje napätie úmerné rýchlosti.
- Silné stránky: silný signál s nízkym šumom v strednom frekvenčnom pásme (približne 10 Hz až 1 000 Hz), presne tam, kde sa vyskytujú bežné poruchy, ako napr. nevyváženosť a nesprávne zarovnanie a nie je potrebné externé napájanie.
- Slabé stránky: je krehkejší ako akcelerometer, má obmedzený frekvenčný rozsah a je citlivý na magnetické pole a orientáciu montáže. Klasická konštrukcia s vlastnou cievkou a magnetom - rýchlomer - boli z veľkej časti nahradené akcelerometrami s elektronickou integráciou.
- Primárne použitie: v minulosti boli pracovným koňom pre všeobecné monitorovanie, kým sa rozšírili robustné akcelerometre, a stále sa niekedy volia pre trvalé inštalácie v strednom frekvenčnom rozsahu.
Proximitná sonda (meria posun)
Stránka sonda blízkosti, alebo sonda na vírivé prúdy, je bezkontaktný snímač, ktorý meria posun rotujúceho hriadeľa.
- Princíp: využíva elektromagnetické pole na indukciu a meranie vírivých prúdov na povrchu hriadeľa, pričom sníma medzeru medzi hrotom sondy a hriadeľom.
- Silné stránky: meria skutočný pohyb samotného hriadeľa, a nie plášťa, je bezkontaktný a jeho odozva dosahuje až 0 Hz (DC), takže zachytáva priemernú polohu hriadeľa, ako aj jeho vibrácie.
- Primárne použitie: nevyhnutné na ochranu a monitorovanie kritických, vysokorýchlostných lopatkových strojov s vrstvou kvapaliny klzné ložiská - turbín a kompresorov - a na analýzu obežná dráha hriadeľa a poloha v stredovej čiare.
3. Výber správneho prevodníka
Výber snímača je rozhodujúcim krokom pri zostavovaní akéhokoľvek monitorovacieho programu. Všeobecným pravidlom je vybrať snímač, ktorý je najcitlivejší vo frekvenčnom rozsahu očakávaných porúch:
- Použite bezdotykové sondy pre pohyb hriadeľa v strojoch s fluidným filmom, kde sa hriadeľ môže výrazne pohybovať v relatívne nehybnej skrini.
- Použite akcelerometre pre všetko ostatné, pretože sú najuniverzálnejšie. Signál je možné integrovať do rýchlosti pre analýzu strednofrekvenčných porúch alebo použiť priamo ako zrýchlenie pre vysokofrekvenčné poruchy.
Výber dopĺňajú dva praktické faktory. Snímač je citlivosť musí vyhovovať očakávanej amplitúde vibrácií - príliš malá a malé poruchy sa strácajú v šume, príliš veľká a silné signály sa zrážajú - a jeho použiteľnosť frekvencia rozsah musí pokrývať frekvencie porúch, ktoré sú predmetom záujmu. Piezoelektrické snímače s nábojovým výstupom navyše potrebujú zodpovedajúce zosilňovač náboja v reťazci.
4. Snímače v oblasti vyvažovania a diagnostiky
V prenosnom prístroji je snímač komponentom, od ktorého závisí všetko ostatné. Dvojkanálový analyzátor poľa, ako napr. Balanset-1A typicky spája dva akcelerometre IEPE s optickým tachometrom pre referenčnú fázu, pričom zachytáva synchronizovanú amplitúdu a fázu na každom ložisku, zatiaľ čo stroj beží vo vlastných podperách pri prevádzkovej rýchlosti. Tento reťazec založený na akcelerometroch umožňuje prístroju vypočítať korekčné váhy pre vyvažovanie v jednej a dvoch rovinách a vykonávať rutinné monitorovanie vibrácií - jasnou ilustráciou všeobecného princípu, že akcelerometer je štandardným snímačom pre veľkú väčšinu prác s rotačnými strojmi, pričom sonda priblíženia a seizmický snímač vyhradené pre prípady, ktorým ich fyzika najlepšie vyhovuje.
