Razumevanje velometra (senzorja hitrosti)
A velometer, bolj uradno merilnik hitrosti ali senzor hitrosti, je vrsta pretvornik uporablja se za merjenje vibracije. Njena glavna značilnost je, da proizvaja električno moč, ki je neposredno sorazmerna z hitrost vibrirajoče površine, na katero je pritrjen. To ga loči od merilnik pospeška, katerega izhod je sorazmeren z pospešek, in iz sonda za bližino, katerega izhod je sorazmeren z premik.
1. Opredelitev: Kaj je velometer?
Ker je hitrost parameter, ki ga večina mednarodnih standardov uporablja za oceno, kako neravno deluje stroj, je senzor, ki neposredno meri hitrost, konceptualno privlačen. Klasični velometer je samostojna naprava, ki sama proizvaja energijo – za uporabne izhodne podatke ne potrebuje napajanja niti obdelave signala. Čeprav je danes v sodobnem prenosnem zbiranju podatkov manj pogost kot merilnik pospeška, ima velometer še vedno prave uporabe, zlasti pri stalnem spremljanju strojev srednje hitrosti in kot del širše družine seizmografski senzorji ki merijo gibanje glede na prosti prostor in ne glede na fiksno strukturo.
2. Kako deluje velometer
Tradicionalni velometri so elektrodinamični senzorji. Delujejo po istem načelu kot dinamični mikrofon ali kitarski snímač, pri čemer velja Faradayev zakon indukcije:
- V notranjosti ohišja je žična tuljava, ki visi na mehkih vzmetih.
- Trajni magnet je trdno pritrjen na ohišje.
- Ko je senzor nameščen na vibrirajočem stroju, se ohišje in magnet premikata skupaj s površino stroja.
- Zaradi svoje vztrajnosti se vzmetno vzmetno tuljavo nagiba k temu, da ostane v prostoru na mestu (to je seizmološko načelo).
- Relativno gibanje med premičnim magnetom in skoraj nepremično tuljavo v tuljavi inducira napetost.
- Po Faradayevem zakonu je ta indukcijska napetost neposredno sorazmerna s hitrostjo relativnega gibanja – to je natanko tista veličina, ki jo potrebujemo.
Sistem vzmet-masa se tako obnaša le nad svojo lastno naravna frekvenca (pogosto okoli 8–10 Hz), kar določa spodnjo frekvenčno mejo senzorja. Obstajajo tudi sodobni »piezoelektrični velometri«: to so v bistvu merilniki pospeška z vgrajeno elektroniko integracija vezje, ki pospešek pretvori v signal hitrosti znotraj samega senzorja, s čimer se izogne občutljivim gibljivim delom elektrodinamične zasnove.
3. Prednosti in slabosti velometrov
Prednosti
- Neposredni izhod hitrosti: takoj izmerijo hitrost – parameter, ki se najpogosteje uporablja za ocenjevanje jakost vibracij za splošno rabo namenjene stroje v frekvenčnem pasu od približno 10 Hz do 1.000 Hz (v skladu z ISO 20816(sodobni naslednik standarda ISO 10816). V analizatorju ni potrebna nobena integracija, kar omogoča preprosto signalno verigo.
- Z lastnim napajanjem (pasivno): Tradicionalni elektrodinamični merilniki hitrosti sami ustvarjajo signal in ne potrebujejo zunanjega napajanja, kar je koristno pri nekaterih industrijskih namestitvah in namestitvah v nevarnih območjih.
- Dober odziv na nizkih frekvencah: nad svojo lastno frekvenco so na nižjih frekvencah na splošno občutljivejši od mnogih univerzalnih merilcev pospeška, saj oddajajo močan in čist signal tam, kjer se pojavljata neuravnoteženost in neporavnava.
Slabosti
- Omejen frekvenčni razpon: njihov uporabni frekvenčni razpon je ožji od tistega pri merilniku pospeška. Neprimerni so za visokofrekvenčne udarce napake ležajev ali napake zobnikov, ki so precej nad svojim pragom.
- Moving parts: notranji sklop vzmeti in tuljav se lahko utrudi, zamakne ali celo popolnoma odpove, zlasti pri delovanju v okoljih z močnimi vibracijami.
- Občutljivost na usmerjenost: namestiti jih je treba v položaju, za katerega so bile zasnovane (navpično ali vodoravno), saj gravitacija prednapne vzmetno vzmetenje.
- Večji in težji: so običajno precej večji in težji od sodobnih merilcev pospeška, kar lahko povzroči prekomerno obremenitev lahkih konstrukcij.
- Občutljivost na magnetna polja: močna zunanja polja, kot so tista v bližini velikih motorjev, se lahko prenesejo v tuljavo in izkrivijo izmerjene vrednosti.
4. Velometer proti akcelerometru
Za sodobno prenosno zbiranje podatkov in vibracijska diagnostika, ta merilnik pospeška je najboljša izbira. Njegov frekvenčni odziv je precej širši in bolj enakomeren, zato en sam merilnik pospeška zazna tako nizkofrekvenčne vibracije zaradi neuravnoteženosti kot tudi visokofrekvenčne vibracije zaradi okvar ležajev in zobnikov. analizator vibracij nato elektronsko integrira signal pospeška, da po potrebi prikaže hitrost ali premik – en sam robusten senzor, ki pokriva vse, kar je počel merilnik hitrosti, in še veliko več. Točno tako deluje prenosni dvo-kanalni Balanset-1A deluje na terenu: iz merilcev pospeška pridobi podatke o pospešku, jih integrira v hitrost za oceno resnosti po stopnjah ISO ter isti signal uporabi za merjenje amplitude in faze 1×, potrebnih za uravnoteženje v eni in dveh ravninah. Če morate pretvoriti odčitke med različnimi tipi senzorjev, naš Pretvornik enot za vibracije preklaplja med mm/s, µm in g.
Velometri se danes najpogosteje uporabljajo kot trajno vgrajeni senzorji na strojih s srednjimi hitrostmi – ventilatorjih, črpalkah in motorjih –, zlasti pa v starejših obratih, kjer so bili že od samega začetka predvideni kot merilni pretvorniki in kjer desetletje za desetletjem zvesto opravljajo svoje delo.
