ทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวแปลงความเร็ว
A ตัวแปลงความเร็ว — หรือที่เรียกว่า เครื่องวัดความเร็ว, เซนเซอร์แบบ seismic หรือเซนเซอร์ moving-coil — เป็นอุปกรณ์ที่สร้างสัญญาณได้เอง การสั่นสะเทือน เซ็นเซอร์ที่สร้างแรงดันเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการสั่นสะเทือน ความเร็ว, โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกและไม่มีการปรับสภาพสัญญาณ ทำงานด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: แม่เหล็กที่แขวนอยู่บนสปริงอ่อนจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับขดลวดเมื่อโครงสร้างสั่น และการเคลื่อนที่สัมพัทธ์นั้นจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับความเร็ว ในฐานะสมาชิกของ ทรานสดิวเซอร์แบบ seismic ตระกูล — เซนเซอร์ที่ใช้มวลภายในซึ่งมีสปริงเป็นตัวอ้างอิงเชิงเฉื่อย — มันวัดการเคลื่อนที่สัมบูรณ์ของพื้นผิวที่มันถูกยึดติดอยู่
Velocity transducer เป็นเซนเซอร์วัดการสั่นสะเทือนหลักตั้งแต่ประมาณทศวรรษ 1950 ถึง 1980 และยังคงใช้งานในระบบมอนิเตอร์ถาวรและเครื่องมือพกพาบางชนิด อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบใหม่ ๆ ปัจจุบันถูกแทนที่ไปมากโดย มาตรความเร่ง, ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า ครอบคลุมช่วงความถี่กว้างกว่า และเข้าถึงความถี่สูงที่จำเป็นสำหรับการตรวจจับความเสียหายของตลับลูกปืน
1. หลักการทำงาน
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
กลไกนี้เป็นการประยุกต์ใช้กฎของฟาราเดย์โดยตรง:
- แม่เหล็กถาวรแขวนลอยด้วยสปริงข้างในขดลวด
- การสั่นสะเทือนเคลื่อนที่ตัวเซนเซอร์และขดลวดไปด้วย
- เหนือความถี่เรโซแนนซ์ของเซนเซอร์ ความเฉื่อยของแม่เหล็กคงจุดนั้นไว้โดยอยู่นิ่งในอวกาศเกือบแน่นอน
- นี่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างขดลวดและแม่เหล็ก
- การเคลื่อนที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวด (V ∝ ความเร็ว)
- ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจึงแปรผันโดยตรงกับความเร็วของการสั่นสะเทือน
การทำงานโดยอิสระ
เนื่องจากเซนเซอร์สร้างสัญญาณของตัวเอง จึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานภายนอก — เป็นการแปลงสัญญาณด้วยสายไฟสองสายแบบพาสซีฟซึ่งปลอดภัยโดยธรรมชาติ โดยไม่มีหน่วยจ่ายพลังงานที่จะสูญเสีย นี่คือคุณลักษณะที่ทำให้เซนเซอร์วัดความเร็วยังคงมีความสำคัญในนิชเฉพาะบางอย่างจนถึงวันนี้
2. ลักษณะเฉพาะ
การตอบสนองต่อความถี่
- ขีดจำกัดความถี่ต่ำ: กำหนดโดย ความถี่ธรรมชาติโดยทั่วไป 8–15 เฮิรตซ์
- ช่วงการใช้งาน: เหนือประมาณ 2 เท่าของความถี่ธรรมชาติ ดังนั้นต่ำสุด 16–30 เฮิรตซ์
- ขีดจำกัดความถี่สูง: โดยทั่วไป 1–2 กิโลเฮิรตซ์
- การตอบสนองแบบแบน: พื้นที่กว้างและราบเรียบในช่วงที่ใช้ได้
- เหมาะที่สุดสำหรับ: 10–1000 เฮิรตซ์ — ย่านความถี่ที่ข้อบกพร่องของเครื่องจักรส่วนใหญ่ปรากฏขึ้น
ความอ่อนไหว
- โดยทั่วไป 10–500 mV per inch/sec (ประมาณ 0.4–20 mV per mm/s)
- ค่าที่พบบ่อยคือ 100 mV/in/s (≈ 3.94 mV/mm/s หรือประมาณ 4 V/(m/s))
- ความไวสูงเหมาะสำหรับการใช้งานการสั่นต่ำ ความไวต่ำเหมาะสำหรับการวัดการสั่นสูง
ขนาดและน้ำหนัก
- ค่อนข้างใหญ่ — ยาวประมาณ 50–100 mm และเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25–40 mm
- หนัก มักจะ 100–500 g
- ใหญ่กว่ามากเมื่อเทียบกับเซนเซอร์ความเร่ง
- มวลนั้นสามารถ การเพิ่มภาระมวล และบิดเบือนการตอบสนองของโครงสร้างที่เบา
3. ข้อได้เปรียบ
เอาต์พุตความเร็วโดยตรง
เครื่องวัดหาความเร็วโดยตรง โดยไม่มี การบูรณาการ ขั้นตอน นั่นตรงกับวิธีที่มาตรฐานการสั่นของเครื่องจักรแสดงขีดจำกัด — ISO 20816 (ผู้สืบทอดมาจาก ISO 10816) เขียนด้วย ความเร็ว RMS — ทำให้การประมวลผลสัญญาณง่ายขึ้น และทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการประยุกต์ใช้ที่ใช้ ความรุนแรงของการสั่นสะเทือน การประเมิน
การสร้างตัวเองและป้องกันความเสี่ยง
- ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงาน
- การเชื่อมต่ออย่างง่าย สายสองเส้น
- ไม่สามารถขัดข้องจากการสูญเสียพลังงาน
- ต้นทุนระบบต่ำกว่า โดยไม่มีแหล่งจ่ายไฟที่ต้องระบุ
การตอบสนองความถี่ต่ำที่ดี
- สามารถใช้งานได้ลงไป 10–15 Hz ดีกว่าเซนเซอร์ความเร่งหลายรายการ
- เหมาะสำหรับเครื่องจักรความเร็วต่ำลงไปจนประมาณ 600 RPM
- มีความสอดคล้องตามธรรมชาติสำหรับการใช้งานที่อยู่ในช่วงความถี่ของตัวเซนเซอร์
4. ข้อเสีย
การตอบสนองความถี่สูงจำกัด
- ถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 1–2 kHz
- ไม่สามารถเข้าถึงความถี่สูง ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน พลังงาน (5–20 kHz)
- ไม่เหมาะสำหรับ การวิเคราะห์ซองจดหมาย.
- นี่คือข้อจำกัดที่มีความตัดสินใจมากที่สุดเมื่อเทียบกับเซนเซอร์ความเร่ง
ขนาด น้ำหนัก และความเปราะบาง
- มีขนาดใหญ่และหนัก ยากต่อการติดตั้งบนเครื่องจักรขนาดเล็กและมีแนวโน้มจะทำให้โครงสร้างเบาหนัก
- พกพาได้น้อยกว่าเซนเซอร์ความเร่ง
- สปริงภายในและแม่เหล็กเคลื่อนที่สามารถเสียหายจากการกระแทกหรือการตกลง ดังนั้นเซนเซอร์จึงไวต่อการถือจนหยาบและต้องการความระมัดระวังมากกว่าอุปกรณ์สถานะคงที่
ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ
- ความแรงของแม่เหล็กลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
- โดยทั่วไปจำกัดไว้ที่ประมาณ 120 °C
- ความสามารถในการทนอุณหภูมิสูงน้อยกว่า โหมดประจุ แอคเซเลอโรมิเตอร์
5. ที่ที่ยังคงใช้ตัวแปลงความเร็ว
- การติดตั้งแบบถาวรที่เก่า: turbomachinery ที่เก่า การมอนิเตอร์ ระบบ ซึ่งการแทนที่แบบเดียวกันเพื่อรักษาความเข้ากันได้กับการเดินสายและแร็กที่มีอยู่
- การใช้งานความถี่ต่ำ: อุปกรณ์ที่หมุนช้ามากท่ี (ต่ำกว่า 300 RPM) และงานใดๆ ที่ย่านความถี่ 10–1000 Hz เพียงพอและไม่จำเป็นต้องใช้ความถี่สูง
- ข้อกำหนดเฉพาะ: สถานการณ์ที่ต้องการเซนเซอร์ที่อำนาจด้วยตนเองอย่างแท้จริง หน้าที่ที่ปลอดภัยโดยธรรมชาติซึ่งไม่อนุญาตให้มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการสั่งการ หรือการต้องการเอาต์พุตความเร็วโดยตรง
6. ข้อควรพิจารณาในการติดตั้ง
เนื่องจากเซนเซอร์มีน้ำหนักมาก ความมั่นคงของการติดตั้งจึงเป็นสิ่งสำคัญ — ตัวแปลงความเร็วที่ติดตั้งไม่ดีจะเพิ่มความสั่นพ้องของตัวเองลงในข้อมูล
- วิธีการ: การติดตั้งด้วยสตั๊ดเข้าในรูเกลียว (ซึ่งเชื่อถือได้มากที่สุด) การติดตั้งด้วยวงเล็บพร้อมแผ่นอะแดปเตอร์ หรือการติดตั้งด้วยแม่เหล็กเมื่อพื้นผิวเป็นแม่เหล็กและเซนเซอร์ไม่หนักเกินไป
- ข้อควรพิจารณา: การติดตั้งแบบแข็งเป็นสิ่งจำเป็น เซนเซอร์จะต้องขันให้แน่นเพื่อไม่ให้สั่นอย่างเป็นอิสระ พื้นผิวการติดตั้งจะต้องเรียบและสะอาด และสายเคเบิลต้องมีการบรรเทาความตึงเพื่อป้องกันการดึงออก
7. ทางเลือกสมัยใหม่และการปฏิบัติในสนาม
ในงานใหม่ส่วนใหญ่ เครื่องวัดความเร่งได้ชนะ: มันมีขนาดเล็กและเบากว่ามาก ครอบคลุมย่านกว้างมาก (ประมาณ 0.5 Hz ถึง 50 kHz) เหมาะสำหรับการตรวจจับข้อบกพร่องของตลับลูกปืน แข็งแรงกว่า และราคาถูกกว่า วิธีปฏิบัติสมัยใหม่มาตรฐานจึงเป็นการวัดความเร่งและ รวม ความเร็ว เพื่อให้ได้ค่าความเร็วที่มาตรฐานต้องการ พร้อมกับรักษาข้อดีของเครื่องวัดความเร่งทั้งหมด — และเครื่องมือสมัยใหม่ทำให้การรวมนี้ค่อนข้างโปร่งใสสำหรับผู้ใช้
นี่คือวิธีที่เครื่องวิเคราะห์การปรับสมดุลแบบพกพาทำงาน Balanset-1A ใช้เครื่องวัดความเร่งที่ตัวเรือนตลับลูกปืน และรวมความเร็วภายใน เพื่อให้วิศวกรได้รับค่าความเร็วโดยตรงที่ตัวแปลงความเร็วจะให้สำหรับการตรวจสอบความรุนแรงตาม ISO 20816 — พร้อมกับการเข้าถึงความถี่สูงและข้อมูล 1× แอมพลิจูดและเฟส จำเป็นสำหรับ การถ่วงสมดุลภาคสนามซึ่งเป็นสิ่งที่ตัวแปลงความเร็ว 1–2 kHz ไม่สามารถให้ได้
8. การสอบเทียมและการบำรุงรักษา
- การสอบเทียบ: ตรวจสอบความไว (mV/in/s หรือ mV/mm/s) และการตอบสนองความถี่บนโต๊ะเขย่า พร้อม การสอบเทียบ ทั่วไปสำหรับการใช้งานวิกฤติ
- การซ่อมบำรุง: ใช้งานด้วยความระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการตกและแรงกระแทก ตรวจสอบสภาพของสายเคเบิล ตรวจสอบความปลอดภัยของการติดตั้ง ทดสอบเอาต์พุตเป็นระยะ และแทนที่เซนเซอร์หากความไวหรือการตอบสนองของมันลอยเลื่อน
ตัวแปลงความเร็ว แม้ว่าจำนวนจะลดลงในการติดตั้งใหม่ ยังคงเป็นสิ่งสำคัญในระบบตรวจสอบถาวรที่มีอยู่เดิมและในหน้าที่ความถี่ต่ำ อำนาจด้วยตนเอง หรือปลอดภัยโดยธรรมชาติบางประเภท การเข้าใจว่าพวกเขาทำงานอย่างไร สิ่งที่พวกเขาทำได้ดี และที่ที่พวกเขาขาดความสามารถนั้นจำเป็นสำหรับทั้งการรักษาระบบเดิมให้ทำงาน และสำหรับการตัดสินใจอย่างรอบรู้ การเลือกเซนเซอร์ เมื่อตัวแปลงความเร็วยังคงเป็นตัวเลือกที่ถูกต้อง
