ทรานสดิวเซอร์: เซ็นเซอร์สำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
ใน การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน, ตัวแปลงสัญญาณ เป็นอุปกรณ์ที่แปลงการเคลื่อนไหวเชิงกลทางกายภาพ— การสั่นสะเทือน —เป็นสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนที่ เครื่องมือเก็บข้อมูล หรือระบบการตรวจสอบ สามารถประมวลผล วัด และวิเคราะห์ได้ ตัวแปลงสัญญาณเป็นเซ็นเซอร์หลักและลิงก์แรกในสายโซ่การวัด โดยไม่มีตัวแปลงสัญญาณที่เชื่อถือได้ การวิเคราะห์ที่มีความหมายจึงเป็นไปไม่ได้ การเลือกตัวแปลงสัญญาณที่เหมาะสมเป็นการตัดสินใจที่สำคัญซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทเครื่องจักร ความเร็วการทำงาน และความเสียหายเฉพาะที่ถูกตรวจสอบ เนื่องจากตัวแปลงสัญญาณแต่ละประเภทมีความไวต่อส่วนต่างๆ ของรูปภาพการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติ
1. สายโซ่การวัดและพารามิเตอร์สามตัว
การสั่นสะเทือนสามารถอธิบายได้ด้วยปริมาณที่เกี่ยวข้องกันสามปริมาณ และตัวแปลงสัญญาณที่วัดตัวใดจะกำหนดว่าตัวแปลงสัญญาณนั้นเป็นตัวเลือกที่ดี การกระจัด มีแนวโน้มที่จะครอบงำที่ความถี่ต่ำและสะท้อนการเคลื่อนไหวที่โดยรวม ความเร็ว เป็นการวัดที่ยุติธรรมมากที่สุดในแถบกลาง ซึ่งเป็นที่ที่ความเสียหายทั่วไปส่วนใหญ่อยู่ และ การเร่งความเร็ว เน้นเหตุการณ์ความถี่สูงที่บ่งบอกถึงความเสียหายของตลับลูกปืนและเกียร์ในช่วงแรก โดยทั้งสามเชื่อมโยงกันทางคณิตศาสตร์— การบูรณาการ แปลงสัญญาณความเร่งเป็นความเร็ว และอีกครั้งเป็นการกระจัด ซึ่งเป็นเหตุว่าเมื่อใดที่เซ็นเซอร์เดียว สามารถใช้งานได้หลายบทบาท ไม่ว่าพารามิเตอร์จะเป็นอะไรก็ตาม ตัวแปลงสัญญาณจะจ่ายให้ส่วนที่เหลือของสายโซ่: การปรับสภาพสัญญาณ ดิจิตไลเซชั่น และในที่สุดตัววิเคราะห์
2. ตัวแปลงสัญญาณการสั่นสะเทือนมูลค่าหลักสามประเภท
มีตัวแปลงสัญญาณหลักสามประเภทที่ใช้ในการตรวจสอบเครื่องจักรในอุตสาหกรรม โดยแต่ละประเภทจะวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพของการสั่นสะเทือนที่แตกต่างกัน
แอคเซลโลมิเตอร์ (วัดความเร่ง)
ที่ มาตรความเร่ง เป็นตัวแปลงสัญญาณการสั่นสะเทือนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและใช้งานได้หลากหลายที่สุด โดยจะวัดความเร่งของโครงสร้างที่ติดตั้งอยู่
- หลักการ: หน่วยอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็น ไพโซอิเล็กทริกใช้คริสตัลที่เกิดประจุเมื่อรับแรงกดจากมวลเซิสมิกด้านใน
- จุดแข็ง: ช่วงความถี่ที่กว้างมาก ความแข็งแรงที่มากมายเลิศ การออกแบบที่มีจำนวนมากพร้อมใช้งาน และความเหมาะสมสำหรับเครื่องจักรเกือบทั้งหมด ถูกดีเยี่ยมเป็นพิเศษสำหรับการตรวจจับเหตุการณ์ความถี่สูง
- การใช้งานหลัก: การตรวจสอบเครื่องจักรวัตถุประสงค์ทั่วไปจากเครื่องจักรที่ทำงานที่ความเร็วต่ำไปจนถึงเครื่องจักรเทอร์โบที่ความเร็วสูงมาก และเซ็นเซอร์ตัวเลือกแรกสำหรับความเสียหายความถี่สูง เช่น ตลับลูกปืนเม็ดกลิ้ง และ ข้อบกพร่องของเกียร์.
ตัวแปลงสัญญาณความเร็ว (วัดความเร็ว)
A ตัวแปลงความเร็ว เป็นเซ็นเซอร์แบบแรงไฟฟ้า (electrodynamic sensor) ที่วัดความเร็วการสั่นสะเทือนโดยตรง
- หลักการ: มันทำงานเหมือนไมโครโฟน — มีขดลวดลวดแขวนอยู่ในสนามแม่เหล็ก และเมื่อตัวเรือนสั่นสะเทือน การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างขดลวดและแม่เหล็กจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับความเร็ว
- จุดแข็ง: สัญญาณที่แข็งแรงและมีเสียงรบกวนต่ำในช่วงความถี่กลาง (ประมาณ 10 Hz ถึง 1,000 Hz) ซึ่งเป็นตรงที่ข้อบกพร่องทั่วไปเช่น ความไม่สมดุล และ การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ปรากฏ และไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก
- จุดอ่อน: เปราะบางกว่าเซ็นเซอร์ความเร่ง (accelerometer) โดยมีช่วงความถี่จำกัดและความไวต่อสนามแม่เหล็กและทิศทางการติดตั้ง การออกแบบแบบดั้งเดิมของขดลวดและแม่เหล็กที่จ่ายกระแสไฟฟ้าด้วยตนเอง — เครื่องวัดความเร็ว — ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเซ็นเซอร์ความเร่งที่มีการรวมอิเล็กทรอนิกส์
- การใช้งานหลัก: ในอดีตเป็นอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้สำหรับการตรวจสอบทั่วไปก่อนที่เซ็นเซอร์ความเร่งที่แข็งแรงเป็นเรื่องปกติ และยังคงบางครั้งถูกเลือกสำหรับการติดตั้งแบบถาวรในช่วงความถี่กลาง
Proximity Probe (วัดการกระจัด)
ที่ โพรบวัดระยะใกล้, หรือ หัววัดกระแสวนเป็นเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัส (non-contact transducer) ที่วัดการกระจัดของเพลาหมุน
- หลักการ: ใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างและวัดกระแสเอดดี้ (eddy current) บนพื้นผิวเพลา โดยสัมผัสช่องว่างระหว่างปลายสอบและเพลา
- จุดแข็ง: วัดการเคลื่อนที่จริงของเพลาเองมากกว่าตัวเรือน เป็นแบบไม่สัมผัส และการตอบสนองของมันถึง 0 Hz (DC) ดังนั้นจึงจับตำแหน่งเฉลี่ยของเพลาเช่นเดียวกับการสั่นสะเทือน
- การใช้งานหลัก: จำเป็นสำหรับการป้องกันและการตรวจสอบเครื่องจักรเทอร์โบที่มีความเร็วสูงและวิกฤตบน bearing แบบ fluid-film ตลับลูกปืนแบบเจอร์นัล — เทอร์บाইน์และคอมเพรสเซอร์ — และสำหรับการวิเคราะห์ตำแหน่ง วงโคจรเพลา และ แนวเพลา.
3. การเลือกเซ็นเซอร์ที่ถูกต้อง
การเลือกเซ็นเซอร์เป็นขั้นตอนที่สำคัญในการตั้งค่าโปรแกรมการตรวจสอบใด ๆ กฎทั่วไปคือเลือกเซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงสุดในช่วงความถี่ของข้อบกพร่องที่คาดหวัง:
- ใช้ หัววัดระยะใกล้ สำหรับการเคลื่อนที่ของเพลาบนเครื่องจักรที่มี bearing แบบ fluid-film โดยเพลาสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างมีนัยสำคัญภายในตัวเรือนที่อยู่นิ่งค่อนข้างมาก
- ใช้ มาตรความเร่ง สำหรับทุกสิ่งทุกอย่าง เนื่องจากมีความอเนกประสงค์ที่สุด สัญญาณนี้สามารถรวมเข้ากับความเร็วเพื่อวิเคราะห์ความผิดพลาดความถี่กลาง หรือใช้เป็นความเร่งสำหรับความผิดพลาดความถี่สูงได้โดยตรง
ปัจจัยจริงสองประการปรับปรุงทางเลือก ความไวของเซ็นเซอร์ ความอ่อนไหว ต้องเหมาะสมกับแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนที่คาดหวัง — ถ้าน้อยเกินไปข้อบกพร่องเล็ก ๆ จะหายไปในเสียงรบกวน ถ้ามากเกินไปสัญญาณที่แข็งแรงจะทำให้หมด — และช่วง ความถี่ ที่ใช้ได้ต้องครอบคลุมความถี่ของข้อบกพร่องที่เราสนใจ เซ็นเซอร์เพียโซแบบให้ประจุ (charge-output piezoelectric sensor) ยังต้องการที่จับคู่ เครื่องขยายประจุไฟฟ้า ในสายสัญญาณ
4. เซ็นเซอร์ในการสมดุลและการวินิจฉัยภาคสนาม
บนอุปกรณ์พกพา เซ็นเซอร์เป็นส่วนประกอบที่ทุกอย่างอื่นขึ้นอยู่กับ เครื่องวิเคราะห์ภาคสนามแบบสองช่อง เช่น Balanset-1A จับคู่ MEMS accelerometer แบบอนาล็อกสองตัวกับ optical tachometer สำหรับการอ้างอิงเฟส โดยเก็บแอมพลิจูดและเฟสที่ซิงโครไนซ์ที่ตลับลูกปืนแต่ละตัวขณะเครื่องทำงานบนฐานรองของตนเองที่ความเร็วใช้งาน ห่วงโซ่การวัดแบบ accelerometer นี้เองที่ทำให้เครื่องมือคำนวณน้ำหนักแก้ไขสำหรับการถ่วงสมดุลแบบระนาบเดียวและสองระนาบ และดำเนินการตามปกติได้ การตรวจสอบการสั่นสะเทือน — เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของหลักการทั่วไปที่ว่าเซ็นเซอร์ความเร่งเป็นเซ็นเซอร์ที่เลือกใช้เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับงานเครื่องจักรหมุนเวียนส่วนใหญ่ โดยโพรบความใกล้เคียงและ ทรานสดิวเซอร์แบบ seismic สงวนไว้สำหรับกรณีที่ฟิสิกส์ของพวกมันเหมาะสมที่สุด
