Förstå velometern (hastighetsgivare)
A hastighetsmätare, mer formellt en hastighetsgivare eller hastighetssensor, är en typ av givare används för att mäta vibrationer. Dess utmärkande egenskap är att den genererar en elektrisk effekt som är direkt proportionell mot hastighet den vibrerande ytan som den är fäst vid. Detta skiljer den från en accelerometer, vars utgång är proportionell mot acceleration, och från en närhetsprob, vars utgång är proportionell mot förflyttning.
1. Definition: Vad är en velometer?
Eftersom hastighet är den parameter som de flesta internationella standarder använder för att bedöma hur hårt en maskin vibrerar, är en sensor som ger hastighet direkt konceptuellt tilltalande. Den klassiska velometern är en fristående, självgenererande enhet - den behöver varken strömförsörjning eller signalkonditionering för att ge en användbar utsignal. Även om den numera är mindre vanlig än accelerometern vid modern bärbar datainsamling, har velometern fortfarande verkliga tillämpningar, särskilt för permanent övervakning av maskiner med medelhöga varvtal och som medlem i den bredare familjen av seismiska givare som mäter rörelse i förhållande till det fria rummet snarare än till en fast struktur.
2. Hur en hastighetsmätare fungerar
Traditionella velometrar är elektrodynamiska sensorer. De fungerar enligt samma princip som en dynamisk mikrofon eller en gitarrpickup och styrs av Faradays induktionslag:
- Inuti höljet finns en trådspole som är upphängd i mjuka fjädrar.
- En permanentmagnet är fastmonterad på höljet.
- När sensorn är monterad på en vibrerande maskin rör sig höljet och magneten i takt med maskinens yta.
- På grund av sin tröghet tenderar den fjäderupphängda spolen att hålla sig stilla i rummet (detta är den seismiska principen).
- Den relativa rörelsen mellan den rörliga magneten och den nästan stillastående spolen inducerar en spänning i spolen.
- Enligt Faradays lag är den inducerade spänningen direkt proportionell mot den relativa rörelsens hastighet – precis den storhet vi är ute efter.
Fjäder-mass-systemet uppför sig endast på detta sätt över sin egen naturlig frekvens (oftast omkring 8–10 Hz), vilket utgör sensorns nedre frekvensgräns. Det finns även moderna ”piezoelektriska hastighetsmätare”: dessa är i grunden accelerometrar med inbyggd elektronik integration en krets som omvandlar accelerationen till en hastighetssignal inuti själva sensorn, vilket gör att man undviker de ömtåliga rörliga delarna i den elektrodynamiska konstruktionen.
3. Fördelar och nackdelar med hastighetsmätare
Fördelar
- Direkt hastighetsutläsning: de mäter hastigheten direkt – den parameter som oftast används för att bedöma vibrationsnivån för allmänna maskiner i frekvensområdet cirka 10 Hz till 1 000 Hz (enligt ISO 20816, den moderna efterföljaren till ISO 10816). Ingen integrering krävs i analysatorn, vilket håller signalkedjan enkel.
- Självförsörjande (passiv): Traditionella elektrodynamiska velometrar genererar sin egen signal och behöver ingen extern strömförsörjning, vilket är användbart i vissa industriinstallationer och i explosionsfarliga områden.
- Bra respons vid låga frekvenser: Över sin egenfrekvens är de i allmänhet känsligare vid lägre frekvenser än många universella accelerometrar, vilket ger en stark och tydlig signal där obalans och felinriktning förekommer.
Nackdelar
- Begränsat frekvensområde: deras användbara frekvensband är smalare än en accelerometers. De är inte lämpade för de högfrekventa stötarna från lagerdefekter eller växelfel, som ligger långt över sin avklingningskurva.
- Moving parts: Den inre fjäder- och spiralkonstruktionen kan utsättas för utmattning, förskjutas eller helt enkelt gå sönder, särskilt vid användning under förhållanden med kraftiga vibrationer.
- Känslighet för orientering: De måste monteras i det läge som de är avsedda för (vertikalt eller horisontellt), eftersom tyngdkraften förspänner fjäderupphängningen.
- Större och tyngre: De är vanligtvis betydligt större och tyngre än en modern accelerometer, vilket kan belasta lätta konstruktioner med sin massa.
- Känslighet för magnetfält: Starka yttre fält, till exempel i närheten av stora motorer, kan påverka spolen och förvränga mätresultatet.
4. Velometer kontra accelerometer
För modern portabel datainsamling och vibrationsdiagnostik, den accelerometer är förstahandsvalet. Dess frekvensgång är mycket bredare och flackare, så en enda accelerometer fångar både lågfrekventa vibrationer från obalans och mycket högfrekventa vibrationer från lager- och kugghjulsfel. Den vibrationsanalysator integrerar sedan accelerationssignalen elektroniskt för att visa hastighet eller förskjutning vid behov - en robust sensor som täcker allt som velometern gjorde och mycket mer därtill. Det är precis så den bärbara tvåkanaliga Balanset-la fungerar i fält: den tar acceleration från sina accelerometrar, integrerar till hastighet för bedömning mot ISO-klasserna och använder samma signal för att mäta 1×-amplituden och fasen som behövs för en- och tvåplansbalansering. Om du behöver omvandla mätvärden mellan olika sensortyper kan vår Vibrationsenhetsomvandlare växlar smidigt mellan mm/s, µm och g.
Velometrar förekommer numera främst som fast installerade sensorer på maskiner med medelhög hastighet – fläktar, pumpar och motorer – och särskilt i äldre anläggningar där de ursprungligen specificerades som övervakningsgivare och fortsätter att göra ett pålitligt arbete årtionde efter årtionde.
