Understanding Velocity Transducers
A வேக மாற்றி — அதை velometer, சீஸ்மிக் உணரி, அல்லது நகரும் சுருள் (moving-coil) உணரி — என்பது தானாக உருவாக்கும் vibration உணரி, இது அதிர்வுக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமான வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது velocity, எந்த வெளிப்புற மின்சாரமும், சமிக்ஞை சீரமைப்பும் (signal conditioning) இல்லாமல். இது மின்காந்த தூண்டலின் (electromagnetic induction) மூலம் செயல்படுகிறது: மென்மையான ஸ்பிரிங்குகளில் தொங்கவிடப்பட்ட ஒரு காந்தம், உறை அதிரும்போது ஒரு சுருளுக்கு (coil) தொடர்புடைய வகையில் நகர்கிறது, அந்த தொடர்புடைய இயக்கம் வேகத்திற்கு விகிதாசாரமான மின்னழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது. ஒரு உள் வில்லிடப்பட்ட நிறையை (sprung internal mass) ஜடத்துவ குறிப்பாகப் (inertial reference) பயன்படுத்தும் உணரிகளின் — அதாவது நிலநடுக்க உணரி சாதனம் குடும்பத்தின் ஒரு உறுப்பினராக — அது பொருத்தப்பட்டுள்ள மேற்பரப்பின் முழுமையான இயக்கத்தை அளவிடுகிறது.
வேக மாற்றிகள் தோராயமாக 1950கள் முதல் 1980கள் வரை மேலாதிக்கம் கொண்ட அதிர்வு உணரியாக இருந்தன, இன்னும் நிரந்தர கண்காணிப்பு நிறுவல்களிலும் சில கையடக்க கருவிகளிலும் சேவையாற்றுகின்றன. எனினும், புதிய வடிவமைப்புகளில், அவை பெரும்பாலும் இவற்றுக்கு வழிவிட்டுள்ளன accelerometers, இவை சிறியவை, பரந்த அதிர்வெண் வரம்பைக் கொண்டவை, மேலும் தாங்கி-குறைபாடு கண்டறிதலுக்கு (bearing-defect detection) தேவையான உயர் அதிர்வெண்களை எட்டுகின்றன.
1. இயங்கும் கோட்பாடு
Electromagnetic induction
இந்த அமைப்பு ஃபாரடேயின் (Faraday’s) விதியின் நேரடியான பயன்பாடாகும்:
- ஒரு நிரந்தர காந்தம் ஒரு சுருளுக்குள் ஸ்பிரிங்குகளால் தொங்கவிடப்படுகிறது.
- அதிர்வு உறையையும் அதனுடன் சுருளையும் நகர்த்துகிறது.
- உணரியின் (sensor’s) அதிர்வுக்கு மேலே, காந்தத்தின் ஜடத்துவம் அதை விண்வெளியில் கிட்டத்தட்ட அசையாமல் வைத்திருக்கிறது.
- இது சுருளுக்கும் காந்தத்திற்கும் இடையே தொடர்புடைய இயக்கத்தை உருவாக்குகிறது.
- இந்த இயக்கம் சுருளில் ஒரு மின்னழுத்தத்தைத் தூண்டுகிறது (V ∝ வேகம்).
- எனவே வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் அதிர்வு வேகத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாக உள்ளது.
Self-generating operation
உணரி தனது சொந்த சமிக்ஞையை உருவாக்குவதால், அதற்கு வெளிப்புற மின்சாரம் தேவையில்லை — இழக்க எந்த மின்சாரத் தேவையும் இல்லாத, செயலற்ற, இரு-கம்பி மாற்றம், இது இயல்பாகவே தோல்வி-பாதுகாப்பு (fail-safe) கொண்டது. இந்த அம்சமே வேக மாற்றிகளை இன்றும் குறிப்பிட்ட இடங்களில் பொருத்தமுடையதாக வைத்திருக்கிறது.
2. Characteristics
Frequency response
- குறை-அதிர்வெண் வரம்பு: உணரியின் (sensor’s) மூலம் அமைக்கப்படுகிறது இயல்பு அதிர்வெண், பொதுவாக 8–15 Hz.
- Usable range: இயற்கை அதிர்வெண்ணைக் காட்டிலும் சுமார் 2× க்கு மேல், எனவே குறைந்தபட்சம் 16–30 Hz.
- உயர்-அதிர்வெண் வரம்பு: பொதுவாக 1–2 kHz.
- Flat response: பயன்படுத்தக்கூடிய வரம்பு முழுவதும் பரந்த, தட்டையான பகுதி.
- Best for: 10–1000 Hz — பெரும்பாலான பொது இயந்திர குறைபாடுகள் தோன்றும் பட்டை.
Sensitivity
- Typically 10–500 mV per inch/sec (about 0.4–20 mV per mm/s).
- A common value is 100 mV/in/s (≈ 3.94 mV/mm/s, i.e. about 4 V/(m/s)).
- Higher sensitivity suits low-vibration applications; lower sensitivity suits high-vibration measurements.
Size and weight
- ஒப்பீட்டளவில் பெரியது — தோராயமாக 50–100 mm நீளமும் 25–40 mm விட்டமும் கொண்டது.
- கனமானது, பெரும்பாலும் 100–500 g.
- முடுக்கமானியை (accelerometer) விட மிகவும் பருமனானது.
- That mass can mass-load மற்றும் இலகுரக கட்டமைப்புகளின் பதிலை சிதைக்கின்றன.
3. Advantages
Direct velocity output
மாற்றி வேகத்தை நேரடியாக அளவிடுகிறது, எந்த integration படியும் இல்லாமல். இது இயந்திர-அதிர்வு தரநிலைகள் வரம்புகளை வெளிப்படுத்தும் விதத்துடன் பொருந்துகிறது — ISO 20816 (ISO 10816 இன் வாரிசு) இதில் எழுதப்பட்டுள்ளது RMS velocity — சமிக்ஞை செயலாக்கத்தை எளிமையாக வைத்திருக்கிறது, மேலும் வேக-அடிப்படையிலான இதற்கு இயற்கையான பொருத்தமாக ஆக்குகிறது அதிர்வனத் தீவிரம் assessment.
தானாக உருவாக்கும் மற்றும் தோல்வி-பாதுகாப்பு (fail-safe)
- No power required.
- Simple two-wire connection.
- மின்சார இழப்பால் செயலிழக்க முடியாது.
- குறைந்த அமைப்பு செலவு, குறிப்பிட வேண்டிய மின்சாரத் தேவை எதுவும் இல்லாமல்.
Good low-frequency response
- 10–15 Hz வரை பயன்படுத்தத்தக்கது, பல accelerometer-களை விட சிறந்தது.
- சுமார் 600 RPM வரையிலான குறைந்த வேகமுள்ள இயந்திரங்களுக்கு ஏற்றது.
- அதன் அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் இயங்கும் பயன்பாடுகளுக்கு இயல்பான பொருத்தம்.
4. Disadvantages
Limited high-frequency response
- தோராயமாக 1–2 kHz வரை மட்டுமே வரம்பிடப்பட்டுள்ளது.
- உயர்-அதிர்வெண்ணை எட்ட முடியாது bearing defect ஆற்றல் (5–20 kHz).
- Inadequate for envelope analysis.
- accelerometer-களுக்கு எதிராக இதுவே தீர்மானகரமான வரம்பாகும்.
அளவு, எடை மற்றும் உடையக்கூடிய தன்மை
- பெரியதும் கனமானதும், சிறிய இயந்திரங்களில் பொருத்துவது கடினம், மேலும் இலேசான கட்டமைப்புகளில் mass-loading ஏற்படுத்தும் வாய்ப்புள்ளது.
- Less portable than an accelerometer.
- உள்ளமைந்த springs மற்றும் நகரும் காந்தம் அதிர்ச்சி அல்லது விழுவதால் சேதமடையக்கூடும், எனவே இந்த சென்சார் கடினமான கையாளுதலுக்கு உணர்திறன் கொண்டது மற்றும் ஒரு solid-state சாதனத்தை விட அதிக கவனம் தேவைப்படுகிறது.
Temperature limitations
- Magnet strength falls as temperature rises.
- பொதுவாக சுமார் 120 °C வரை மட்டுமே வரம்பிடப்பட்டுள்ளது.
- Less high-temperature capability than a charge-mode accelerometer.
5. Velocity Transducer-கள் இன்னும் எங்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன
- Legacy permanent installations: older turbomachinery monitoring அமைப்புகள், அங்கு அதே வகையான மாற்றீடு ஏற்கனவே உள்ள கம்பியிணைப்பு மற்றும் racks-உடன் இணக்கத்தன்மையை பராமரிக்கிறது.
- Low-frequency applications: மிகக் குறைந்த வேகமுள்ள உபகரணம் (300 RPM-க்கு கீழ்) மற்றும் 10–1000 Hz வரம்பு போதுமானதாகவும் உயர் அதிர்வெண்கள் தேவைப்படாததுமான எந்தவொரு பணியும்.
- Specific requirements: உண்மையில் ஒரு self-generating சென்சார் தேவைப்படும் சூழ்நிலைகள், எந்தவொரு மின்னூட்டப்பட்ட மின்னணுவியலும் அனுமதிக்கப்படாத intrinsically-safe பணிகள், அல்லது நேரடி velocity வெளியீட்டிற்கான விருப்பம்.
6. Mounting
சென்சார் கனமானதாக இருப்பதால், பொருத்துதலின் ஒருமைப்பாடு முக்கியமானது — மோசமாக இணைக்கப்பட்ட velocity transducer தரவில் தனது சொந்த resonance-ஐச் சேர்க்கிறது.
- Methods: தட்டப்பட்ட துளையில் stud பொருத்துதல் (மிகவும் நம்பகமானது), adapter plates கொண்ட bracket பொருத்துதல், அல்லது மேற்பரப்பு காந்தத்தன்மை கொண்டதாகவும் சென்சார் மிகவும் கனமாக இல்லாமலும் இருக்கும் இடத்தில் magnetic பொருத்துதல்.
- Considerations: rigid பொருத்துதல் இன்றியமையாதது, சென்சார் தனித்தனியாக அதிர்வடையாதவாறு பாதுகாப்பாக இறுக்கப்பட வேண்டும், பொருத்தும் முகப்பு தட்டையாகவும் சுத்தமாகவும் இருக்க வேண்டும், மேலும் கம்பி வெளியே இழுபடுவதைத் தடுக்க strain relief தேவைப்படுகிறது.
7. நவீன மாற்றுகள் மற்றும் கள நடைமுறை
பெரும்பாலான புதிய பணிகளில் accelerometer வென்றுவிட்டது: இது மிகவும் சிறியதும் இலேசானதும், மிகவும் அகலமான வரம்பை (சுமார் 0.5 Hz முதல் 50 kHz வரை) உள்ளடக்கியது, bearing-குறை கண்டறிதலுக்கு சிறந்தது, அதிக உறுதியானது, மேலும் குறைந்த விலை கொண்டது. எனவே நிலையான நவீன அணுகுமுறை acceleration-ஐ அளவிட்டு integrate velocity-ஆக மாற்றுவது, standards விரும்பும் velocity அளவீட்டை அடைந்து அதே நேரத்தில் ஒவ்வொரு accelerometer நன்மையையும் தக்கவைத்துக்கொள்வது — மேலும் நவீன கருவிகள் அந்த integration-ஐ பயனருக்கு முற்றிலும் வெளிப்படையாக ஆக்குகின்றன.
ஒரு கையடக்க balancing analyser இவ்வாறே இயங்குகிறது. இந்த Balanset-1A bearing housings-களில் accelerometer-களைப் பயன்படுத்தி உள்ளகமாக velocity-ஆக integrate செய்கிறது, எனவே ISO 20816 severity சோதனைக்கு velocity transducer வழங்கக்கூடிய நேரடி velocity மதிப்பை ஒரு பொறியாளர் பெறுகிறார் — உயர்-அதிர்வெண் எட்டுதிறன் மற்றும் 1×-உடன் வீச்சு மற்றும் நிலை needed for field balancing, இவற்றில் எதையும் 1–2 kHz velocity transducer வழங்க முடியாது.
8. அளவுத்திருத்தம் மற்றும் பராமரிப்பு
- Calibration: shaker table-இல் உணர்திறன் (mV/in/s அல்லது mV/mm/s) மற்றும் அதிர்வெண் பதிலை சரிபார்க்கவும், ஆண்டுதோறும் calibration typical for critical applications.
- Maintenance: விழுதல்கள் மற்றும் அதிர்ச்சிகளைத் தவிர்க்க கவனமாகக் கையாளவும், கம்பியின் நிலையைச் சரிபார்க்கவும், பொருத்துதலின் பாதுகாப்பை உறுதிசெய்யவும், வெளியீட்டை அவ்வப்போது சோதிக்கவும், மேலும் சென்சாரின் உணர்திறன் அல்லது பதில் சிதறினால் அதை மாற்றவும்.
வேகச் செலுத்திகள் (velocity transducers) புதிய நிறுவல்களில் குறைந்து வந்தாலும், ஏற்கனவே உள்ள நிரந்தர கண்காணிப்பு அமைப்புகளிலும் சில குறைந்த-அதிர்வெண், சுய-மின்சாரம் கொண்ட அல்லது உள்ளார்ந்த-பாதுகாப்பு பணிகளிலும் அவை இன்னும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவையாக உள்ளன. அவை எவ்வாறு செயல்படுகின்றன, எதில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன, எங்கு குறைபடுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வது பழைய அமைப்புகளை இயங்க வைப்பதற்கும், ஒரு தகவலறிந்த முடிவை எடுப்பதற்கும் அவசியமாகும் sensor selection வேகச் செலுத்தி இன்னும் சரியான தேர்வாக இருக்கும் போது.
