เครื่องวัดความเร่งคืออะไร? คู่มือการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
หนึ่ง เครื่องวัดความเร่ง เป็น ตัวแปลงสัญญาณ (หรือเซ็นเซอร์) ที่แปลงการเคลื่อนไหวเชิงกล — โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเร่งความเร็ว ผลิตโดยการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทก — เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สัดส่วน. เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดใน การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ and การติดตามสภาพ. โดยการวัดความเร็วที่จุดบนเครื่องจักรเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เครื่องวัดความเร่งจะให้ข้อมูลดิบที่นักวิเคราะห์สามารถใช้ในการวินิจฉัยข้อบกพร่องทางกลและไฟฟ้าได้หลากหลาย ตั้งแต่ ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน ถึง ความไม่สมดุล and การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง.
1. นิยาม: แกนกลางของการวัดการสั่นสะเทือน
การเร่งเป็นปริมาณธรรมชาติที่ควรวัดในเครื่องจักรที่หมุนอยู่ เนื่องจากแรงไดนามิกที่ทำลายเครื่องจักร — แรงเหวี่ยงจากจุดหนัก แรงกระแทกจากรางลูกปืนที่แตก — มีขนาดตามการเร่ง เครื่องวัดการเร่งตอบสนองต่อแรงเหล่านี้โดยตรง นั่นคือเหตุผลที่มันอยู่ที่ใจกลางของเกือบทุกเครื่องจักรสมัยใหม่ เครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือน and เครื่องมือเก็บข้อมูล.
หนึ่งในจุดแข็งทางปฏิบัติของเครื่องวัดความเร่งคือสัญญาณความเร่งของมันสามารถถูกประมวลผลทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ บูรณาการ เคยให้ ความเร็ว (มม./วินาที) และกดสองครั้งเพื่อให้ การเคลื่อนย้าย (ไมโครเมตร) เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งอย่างดีเพียงตัวเดียวจึงครอบคลุมหน่วยวัดการสั่นสะเทือนทั้งสามแบบคลาสสิกทั้งหมด ทำให้ผู้วิเคราะห์สามารถเลือกใช้หน่วยใดก็ได้ที่แสดงข้อบกพร่องที่ต้องการได้อย่างชัดเจนที่สุด.
2. เครื่องวัดความเร่งทำงานอย่างไร? หลักการเพียโซอิเล็กทริก
แม้ว่าจะมีหลักการทางกายภาพหลายประการ แต่เครื่องวัดความเร่งส่วนใหญ่ที่ใช้กับเครื่องจักรอุตสาหกรรมนั้นอาศัยพื้นฐานจาก ปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก. ลำดับการทำงานนั้นตรงไปตรงมา:
- ผลึกไพโซอิเล็กทริก: ภายในเซ็นเซอร์ มีมวลขนาดเล็กที่ติดตั้งอยู่กับ ไพโซอิเล็กทริก องค์ประกอบ — โดยทั่วไปมักเป็นเซรามิก เช่น PZT หรือในเซ็นเซอร์คุณภาพสูงจะเป็นผลึกควอตซ์ที่ตัดอย่างแม่นยำ.
- การออกแรง: เมื่อเครื่องจักรสั่นสะเทือน ตัวเรือนจะเคลื่อนที่ตามไปด้วย ด้วยแรงเฉื่อย มวลภายในจะต้านทานการเคลื่อนที่นั้นและออกแรงต่อผลึก — ซึ่งตามกฎข้อที่สองของนิวตัน จะมีค่าเท่ากับมวลคูณด้วยความเร่ง.
- การสร้างสัญญาณ: ผลึกเพียโซอิเล็กทริกที่ถูกกดดันจะผลิตประจุไฟฟ้าขนาดเล็กซึ่งแปรผันตรงกับแรงที่กระทำ และดังนั้นจึงแปรผันตรงกับความเร่ง.
- ผลลัพธ์: สภาพอิเล็กทรอนิกส์ภายในจะปรับสภาพประจุนี้และส่งผ่านลงสายเคเบิลไปยังตัวเก็บข้อมูลหรือระบบตรวจสอบในรูปแบบอะนาล็อกที่แสดงการเร่งความเร็ว ณ จุดนั้น.
การกำหนดเงื่อนไขของประจุนั้นจะแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก การจ่ายกระแสไฟฟ้า เซ็นเซอร์ส่งค่าประจุดิบไปยังภายนอก เครื่องขยายประจุไฟฟ้า และทนต่ออุณหภูมิที่สูงมากได้ ในอุตสาหกรรมพบได้บ่อยกว่ามากคือ ไออีพีอี (หรือ โหมดแรงดันไฟฟ้า) ซึ่งสร้างเครื่องขยายสัญญาณไว้ในเซ็นเซอร์และส่งออกแรงดันไฟฟ้าที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำซึ่งสามารถเดินทางได้ดีผ่านสายเคเบิลสองเส้นทั่วไป การออกแบบที่ทนทานที่สุดใช้ แรงเฉือน การก่อสร้าง ซึ่งแยกคริสตัลออกจากแรงดัดของฐานและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน.
3. ประเภทของเครื่องวัดความเร่ง
การใช้งานที่แตกต่างกันต้องการเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละชนิดมีจุดเด่นเฉพาะตัว.
เครื่องวัดความเร่งแบบทั่วไป
นี่คือเครื่องมือหลักของการตรวจสอบอุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้วพวกมันมักจะให้ ความอ่อนไหว ของ 100 mV/g และช่วงความถี่ที่เหมาะสมกับเครื่องจักรทั่วไปส่วนใหญ่ เช่น ปั๊ม มอเตอร์ และพัดลม — ประมาณ 2 Hz ถึง 10 kHz.
เครื่องวัดความเร่ง MEMS
ระบบไมโครอิเล็กทรอเมคานิคอล (MEMS) แอคเซลอเรโอมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนเป็นฐาน มีขนาดเล็กมาก ใช้พลังงานต่ำ และมีต้นทุนที่คุ้มค่า ในอดีตมีความไวต่ำกว่าประเภทเพียโซอิเล็กทริก แต่ปัจจุบันอุปกรณ์ MEMS ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา ระบบยานยนต์, การตรวจสอบแบบไร้สาย โหนดและระบบตรวจสอบสภาพที่มีต้นทุนต่ำกว่า.
เครื่องวัดความเร่งแบบเพียโซรีซิสทีฟ
ใช้สำหรับการทดสอบแรงกระแทกและการเคลื่อนไหวความถี่ต่ำ เซ็นเซอร์เหล่านี้ตอบสนองได้ต่ำสุดถึง 0 Hz (ความเร่งแบบกระแสตรง) ซึ่งทำให้มีประโยชน์ในการวัดความเร่งคงที่ในเครื่องปั่นเหวี่ยงหรือการเคลื่อนไหวช้าของยานพาหนะ.
เครื่องวัดความเร่งความถี่สูง
ออกแบบมาเพื่อตรวจจับเหตุการณ์ความถี่สูง เช่น ความเสียหายของเฟืองและตลับลูกปืนในระยะเริ่มต้น เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้มวลสั่นสะเทือนที่เล็กกว่าและความถี่เรโซแนนซ์ที่สูงกว่า ทำให้สามารถวัดได้อย่างแม่นยำถึง 20 กิโลเฮิรตซ์หรือมากกว่า — ช่วงความถี่ที่เทคนิคต่างๆ เช่น การวิเคราะห์ซองจดหมาย และ วิธีพัลส์ช็อก มีชีวิตอยู่.
4. ข้อกำหนดหลักและการคัดเลือก
เมื่อเลือกเครื่องวัดความเร่ง วิศวกรจะพิจารณาหลายปัจจัย:
- ความไว (mV/g): ความไวที่สูงขึ้นให้ผลลัพธ์ที่แรงขึ้น เหมาะสำหรับการแยกแยะการสั่นสะเทือนในระดับต่ำ; 100 mV/g เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วไป.
- การตอบสนองความถี่: แถบที่เซ็นเซอร์อ่านค่าได้อย่างแม่นยำ ต้องครอบคลุมช่วงที่คาดไว้ ความถี่ของความผิดพลาด ของเครื่องจักร โดยมีระยะห่างที่เพียงพอด้านล่างเซ็นเซอร์ ความถี่ธรรมชาติ (ความถี่เรโซแนนท์).
- ช่วงอุณหภูมิ: เซ็นเซอร์ต้องทนต่ออุณหภูมิพื้นผิวที่ติดตั้งอยู่; a เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ มักจะถูกจัดวางไว้ร่วมกันเพื่อการตรวจสอบแบบรวม.
- วิธีการติดตั้ง: วิธีการติดตั้งเซ็นเซอร์ — สตั๊ด, กาว หรือแม่เหล็ก — มีผลอย่างมากต่อความแม่นยำในความถี่สูง การติดตั้งแบบสตั๊ด ISO 5348 ให้การเชื่อมต่อที่ดีที่สุดและมีแบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้กว้างที่สุด; แม่เหล็กสะดวกสำหรับการทำงานในเส้นทางแต่ลดขีดจำกัดความถี่สูงสุด; ไม่ดี การติดตั้ง สามารถแนะนำสิ่งที่เท็จ การสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้น ที่แสร้งทำเป็นข้อผิดพลาดของเครื่องจักร.
คุณสามารถประมาณการค่าปรับแบนด์วิดท์ของไฟล์แนบที่กำหนดได้โดยใช้ เครื่องคำนวณการสั่นพ้องของการติดตั้งมาตรวัดความเร่ง ก่อนที่จะตัดสินใจเลือกวิธีการติดตั้ง.
5. การประยุกต์ใช้ในด้านการตรวจสอบสภาพ
เครื่องวัดความเร่งเป็นพื้นฐานของเกือบทุก การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน งาน, รวมถึง:
- โปรแกรมการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: การรวบรวมข้อมูลตามปกติเกี่ยวกับ เส้นทาง เพื่อติดตามสุขภาพของเครื่องจักรและทำนายการล้มเหลว.
- การวินิจฉัยความผิดพลาด: ระบุจุดที่ไม่สมดุล การไม่ตรงแนว, ความหลวม and การสึกหรอของแบริ่ง จาก สเปกตรัมการสั่นสะเทือน.
- การทดสอบการยอมรับ: ตรวจสอบว่าเครื่องจักรใหม่หรือที่ซ่อมแซมแล้วเป็นไปตามข้อกำหนดการสั่นสะเทือน เช่น ISO 20816 (ผู้สืบทอดสมัยใหม่ของ ISO 10816).
- การวิเคราะห์เชิงโมเดล: การศึกษา ความถี่ธรรมชาติ and โหมดรูปร่าง ของโครงสร้าง.
การปรับสมดุลภาคสนามเป็นหนึ่งในงานที่ท้าทายที่สุด เนื่องจากต้องใช้ทั้งแอมพลิจูด and การ เฟส ของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นหนึ่งครั้งต่อหนึ่งรอบ เครื่องมือแบบพกพาที่มีสองช่องสัญญาณ เช่น บาลานเซ็ต-1A นำเครื่องวัดความเร่งสองตัวมาล็อกไว้กับ เครื่องวัดรอบ พัลส์ และวัดแอมพลิจูด 1 เท่าและเฟสโดยตรงในตลับลูกปืนของเครื่องจักรเองที่ความเร็วในการทำงาน — เปลี่ยนสัญญาณจากเครื่องวัดความเร่งดิบให้เป็นสัมประสิทธิ์อิทธิพลและน้ำหนักการแก้ไขที่จำเป็นสำหรับการปรับสมดุลโรเตอร์ในสถานที่.
