Pretvorniki: senzorji za analizo vibracij
Na spletnem mestu analiza vibracij, a pretvornik je naprava, ki pretvarja fizično, mehansko gibanje — vibracije — v sorazmeren električni signal, ki ga zbiralec podatkov ali nadzorni sistem lahko obdeluje, meri in analizira. Pretvorniki so primarni senzorji in prvi člen v merilni verigi; brez zanesljivega pretvornika ni mogoča nobena smiselna analiza. Izbira pravega pretvornika je ključna odločitev, ki je odvisna od vrste stroja, njegove hitrosti delovanja in konkretnih napak, ki se nadzorujejo – saj je vsaka vrsta pretvornika po naravi občutljiva na drug del vibracijskega spektra.
1. Merilna veriga in trije parametri
Vibracije je mogoče opisati s katero koli od treh povezanih veličin, pri čemer odmerjena veličina določa, v čem je pretvornik najbolj učinkovit. Premik prevladuje pri nizkih frekvencah in odraža grobe gibe; hitrost je najbolj uravnotežen ukrep v srednjem pasu, kjer se pojavljajo najpogostejše napake; in pospešek poudarja dogodke z visoko frekvenco, ki opozarjajo na zgodnje poškodbe ležajev in zobnikov. Ti trije dejavniki so med seboj matematično povezani — integracija pretvori signal pospeška v hitrost in nato v premik – zato lahko en sam senzor v povezavi z elektroniko opravlja več nalog. Ne glede na parameter pretvornik napaja preostali del verige: obdelavo signala, digitalizacijo in nazadnje analizator.
2. Tri glavne vrste pretvornikov vibracij
Pri spremljanju industrijskih strojev se uporabljajo tri glavne vrste pretvornikov, od katerih vsak meri drugačen fizikalni parameter vibracij.
Merilnik pospeška (meri pospešek)
Spletna stran merilnik pospeška je daleč najpogostejši in vsestranski pretvornik vibracij. Meri pospešek konstrukcije, na katero je nameščen.
- Načelo: večina industrijskih objektov je piezoelektrični, pri čemer se uporablja kristal, ki ob obremenitvi z notranjo seizmično maso ustvari električni naboj.
- Prednosti: izjemno široko frekvenčno območje, velika zanesljivost, veliko različnih izvedb ter primernost za skoraj vsak stroj. Zlasti odlično zaznavajo visokofrekvenčne dogodke.
- Primarna uporaba: nadzor splošnih strojev, od strojev z nizkimi vrtilnimi hitrostmi do turbinskih strojev z zelo visokimi vrtilnimi hitrostmi, ter najbolj priljubljen senzor za odkrivanje visokofrekvenčnih napak, kot so ležaj in . napake zobnikov.
Senzor hitrosti (meri hitrost)
A pretvornik hitrosti je elektrodinamični senzor, ki neposredno meri hitrost vibracij.
- Načelo: deluje kot mikrofon – žična tuljava visi v magnetnem polju, in ko ohišje vibrira, relativno gibanje med tuljavo in magnetom ustvari napetost, sorazmerno s hitrostjo.
- Prednosti: močan signal z nizko stopnjo šuma v srednjem frekvenčnem pasu (približno od 10 Hz do 1.000 Hz), prav tam, kjer se pogosto pojavljajo napake, kot so neuravnoteženost in . neporavnanost gredi delujejo brez zunanjega napajanja.
- Slabosti: bolj občutljiva od merilnika pospeška, z omejenim frekvenčnim območjem ter občutljivostjo na magnetna polja in način vgradnje. Klasična zasnova z lastno generacijo energije, ki temelji na tuljavi in magnetu — velometer — so v veliki meri nadomestili merilniki pospeška z vgrajenimi elektronskimi komponentami.
- Primarna uporaba: v preteklosti je bil to glavni pripomoček za splošno merjenje, preden so se uveljavili zanesljivi merilniki pospeška, danes pa se ga še vedno včasih izbere za trajne namestitve v srednjem frekvenčnem območju.
Senzor bližine (meri premik)
Spletna stran sonda za bližino, ali sonda za vrtinčne tokove, je brezdotični pretvornik, ki meri premik vrtečega se greda.
- Načelo: z elektromagnetnim poljem vzbudi in meri vrtinčne tokove na površini gredi ter tako zazna razdaljo med konico sonde in gredjo.
- Prednosti: meri dejansko gibanje samega greda in ne ohišja, deluje brezstično, njegov odziv pa sega vse do 0 Hz (enosmerni tok), zato zazna tako povprečni položaj greda kot tudi njegove vibracije.
- Primarna uporaba: bistvenega pomena za zaščito in nadzor kritičnih visokohitrostnih turbinskih naprav, ki delujejo na principu tekočinskega filma drsni ležaji — turbine in kompresorje — ter za analizo orbita gredi in . položaj osi.
3. Izbira pravega pretvornika
Izbira senzorja je ključni korak pri vzpostavitvi vsakega programa spremljanja. Splošno pravilo je, da je treba izbrati senzor, ki je najbolj občutljiv v frekvenčnem območju pričakovanih napak:
- Uporabite bližinske sonde za gibanje gredi pri strojih s tekočinskim ležajem, kjer se gred lahko precej premika znotraj relativno nepremičnega ohišja.
- Uporabite merilniki pospeška za vse ostalo, saj so najbolj vsestranski. Signal se lahko integrira v hitrost za analizo srednjefrekvenčnih napak ali pa se uporabi neposredno kot pospešek za visokofrekvenčne napake.
Odločitev dopolnjujeta še dva praktična dejavnika. Senzorjev občutljivost mora biti prilagojena pričakovani amplitudi vibracij – če je premajhna, se majhne napake izgubijo v šumu, če je prevelika, se močni signali preklopijo – in njena uporabna frekvenca razpon mora zajemati zadevne frekvence napak. Piezoelektrični senzorji z izhodnim nabojem potrebujejo poleg tega ustrezno ojačevalnik naboja v verigi.
4. Senzorji pri uravnavanju polja in diagnostiki
Pri prenosnem merilnem instrumentu je pretvornik tisti del, od katerega je odvisno vse ostalo. Dvokanalni terenski analizator, kot je Balanset-1A združuje dva analogna MEMS-pospeškomera z optičnim tahometrom za fazno referenco ter zajema sinhronizirano amplitudo in fazo na vsakem ležaju, medtem ko stroj deluje na lastnih podporah pri obratovalni hitrosti. Ta veriga, ki temelji na pospeškomerih, instrumentu omogoča izračun korekcijskih uteži za uravnoteženje v eni in dveh ravninah ter izvajanje rutinskega spremljanje vibracij — jasen primer splošnega načela, da je merilnik pospeška privzeti senzor za veliko večino del z vrtečimi stroji, skupaj s senzorjem bližine in seizmografski pretvornik pridržane za primere, za katere so fizikalno najbolj primerne.
