ทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวแปลงความเร็ว
ก ตัวแปลงความเร็ว — หรือที่เรียกว่า เครื่องวัดความเร็ว, seismic sensor, or moving-coil sensor — is a self-generating การสั่นสะเทือน เซ็นเซอร์ที่สร้างแรงดันเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการสั่นสะเทือน ความเร็ว, with no external power and no signal conditioning. It works by electromagnetic induction: a magnet suspended on soft springs moves relative to a coil when the housing vibrates, and that relative motion generates a voltage proportional to velocity. As a member of the seismic transducer family — sensors that use a sprung internal mass as an inertial reference — it measures absolute motion of the surface it is bolted to.
Velocity transducers were the dominant vibration sensor from roughly the 1950s to the 1980s and still serve in permanent monitoring installations and some portable instruments. In new designs, however, they have largely given way to เครื่องวัดความเร่ง, which are smaller, span a wider frequency range, and reach the high frequencies needed for bearing-defect detection.
1. Operating Principle
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
- Flat response: พื้นที่กว้างและราบเรียบในช่วงที่ใช้ได้
- เหมาะที่สุดสำหรับ: 10–1000 เฮิรตซ์ — ย่านความถี่ที่ข้อบกพร่องของเครื่องจักรส่วนใหญ่ปรากฏขึ้น
ความอ่อนไหว
- โดยทั่วไป 10–500 mV ต่อ inch/sec (ประมาณ 400–20,000 mV ต่อ mm/s)
- ค่าทั่วไป คือ 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s)
- ความไวสูงเหมาะสำหรับการใช้งานการสั่นต่ำ ความไวต่ำเหมาะสำหรับการวัดการสั่นสูง
ขนาดและน้ำหนัก
- ค่อนข้างใหญ่ — ยาวประมาณ 50–100 mm และเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25–40 mm
- หนัก มักจะ 100–500 g
- ใหญ่กว่ามากเมื่อเทียบกับเซนเซอร์ความเร่ง
- That mass can mass-load และบิดเบือนการตอบสนองของโครงสร้างที่เบา
3. ข้อได้เปรียบ
เอาต์พุตความเร็วโดยตรง
เครื่องวัดหาความเร็วโดยตรง โดยไม่มี การบูรณาการ ขั้นตอน นั่นตรงกับวิธีที่มาตรฐานการสั่นของเครื่องจักรแสดงขีดจำกัด — ISO 20816 (ผู้สืบทอดมาจาก ISO 10816) เขียนด้วย ความเร็ว RMS — ทำให้การประมวลผลสัญญาณง่ายขึ้น และทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการประยุกต์ใช้ที่ใช้ ความรุนแรงของการสั่นสะเทือน assessment.
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)
- Inadequate for การวิเคราะห์ซองจดหมาย.
- นี่คือข้อจำกัดที่มีความตัดสินใจมากที่สุดเมื่อเทียบกับเซนเซอร์ความเร่ง
ขนาด น้ำหนัก และความเปราะบาง
- มีขนาดใหญ่และหนัก ยากต่อการติดตั้งบนเครื่องจักรขนาดเล็กและมีแนวโน้มจะทำให้โครงสร้างเบาหนัก
- พกพาได้น้อยกว่าเซนเซอร์ความเร่ง
- สปริงภายในและแม่เหล็กเคลื่อนที่สามารถเสียหายจากการกระแทกหรือการตกลง ดังนั้นเซนเซอร์จึงไวต่อการถือจนหยาบและต้องการความระมัดระวังมากกว่าอุปกรณ์สถานะคงที่
ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ
- ความแรงของแม่เหล็กลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
- โดยทั่วไปจำกัดไว้ที่ประมาณ 120 °C
- ความสามารถในการทนอุณหภูมิสูงน้อยกว่า charge-mode accelerometer.
5. ที่ที่ยังคงใช้ตัวแปลงความเร็ว
- การติดตั้งแบบถาวรที่เก่า: turbomachinery ที่เก่า monitoring ระบบ ซึ่งการแทนที่แบบเดียวกันเพื่อรักษาความเข้ากันได้กับการเดินสายและแร็กที่มีอยู่
- การใช้งานความถี่ต่ำ: อุปกรณ์ที่หมุนช้ามากท่ี (ต่ำกว่า 300 RPM) และงานใดๆ ที่ย่านความถี่ 10–1000 Hz เพียงพอและไม่จำเป็นต้องใช้ความถี่สูง
- ข้อกำหนดเฉพาะ: สถานการณ์ที่ต้องการเซนเซอร์ที่อำนาจด้วยตนเองอย่างแท้จริง หน้าที่ที่ปลอดภัยโดยธรรมชาติซึ่งไม่อนุญาตให้มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการสั่งการ หรือการต้องการเอาต์พุตความเร็วโดยตรง
6. Mounting
เนื่องจากเซนเซอร์มีน้ำหนักมาก ความมั่นคงของการติดตั้งจึงเป็นสิ่งสำคัญ — ตัวแปลงความเร็วที่ติดตั้งไม่ดีจะเพิ่มความสั่นพ้องของตัวเองลงในข้อมูล
- วิธีการ: การติดตั้งด้วยสตั๊ดเข้าในรูเกลียว (ซึ่งเชื่อถือได้มากที่สุด) การติดตั้งด้วยวงเล็บพร้อมแผ่นอะแดปเตอร์ หรือการติดตั้งด้วยแม่เหล็กเมื่อพื้นผิวเป็นแม่เหล็กและเซนเซอร์ไม่หนักเกินไป
- Considerations: การติดตั้งแบบแข็งเป็นสิ่งจำเป็น เซนเซอร์จะต้องขันให้แน่นเพื่อไม่ให้สั่นอย่างเป็นอิสระ พื้นผิวการติดตั้งจะต้องเรียบและสะอาด และสายเคเบิลต้องมีการบรรเทาความตึงเพื่อป้องกันการดึงออก
7. ทางเลือกสมัยใหม่และการปฏิบัติในสนาม
ในงานใหม่ส่วนใหญ่ เครื่องวัดความเร่งได้ชนะ: มันมีขนาดเล็กและเบากว่ามาก ครอบคลุมย่านกว้างมาก (ประมาณ 0.5 Hz ถึง 50 kHz) เหมาะสำหรับการตรวจจับข้อบกพร่องของตลับลูกปืน แข็งแรงกว่า และราคาถูกกว่า วิธีปฏิบัติสมัยใหม่มาตรฐานจึงเป็นการวัดความเร่งและ integrate ความเร็ว เพื่อให้ได้ค่าความเร็วที่มาตรฐานต้องการ พร้อมกับรักษาข้อดีของเครื่องวัดความเร่งทั้งหมด — และเครื่องมือสมัยใหม่ทำให้การรวมนี้ค่อนข้างโปร่งใสสำหรับผู้ใช้
นี่คือวิธีที่เครื่องวิเคราะห์การปรับสมดุลแบบพกพาทำงาน บาลานเซ็ต-1A ใช้เครื่องวัดความเร่งที่ตัวเรือนตลับลูกปืน และรวมความเร็วภายใน เพื่อให้วิศวกรได้รับค่าความเร็วโดยตรงที่ตัวแปลงความเร็วจะให้สำหรับการตรวจสอบความรุนแรงตาม ISO 20816 — พร้อมกับการเข้าถึงความถี่สูงและข้อมูล 1× แอมพลิจูดและเฟส จำเป็นสำหรับ การปรับสมดุลของสนามซึ่งเป็นสิ่งที่ตัวแปลงความเร็ว 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
