Перетворювачі: датчики аналізу вібрації
У аналіз вібрації, перетворювач це пристрій, який перетворює фізичний, механічний рух - вібрація - в пропорційний електричний сигнал, який збирач даних або система моніторингу може обробляти, вимірювати та аналізувати. Перетворювачі - це первинні датчики і найперша ланка у вимірювальному ланцюжку; без надійного перетворювача неможливий повноцінний аналіз. Вибір правильного датчика є критично важливим рішенням, яке залежить від типу машини, швидкості її роботи і конкретних несправностей, які відстежуються, оскільки кожен тип датчика, природно, чутливий до різних частин вібраційної картини.
1. Ланцюжок вимірювання та три параметри
Вібрацію можна описати будь-якою з трьох пов'язаних між собою величин, і те, яку з них вимірює датчик, показує, де він має найкращі результати. Зміщення домінує на низьких частотах і відображає грубий рух; швидкість є найбільш об'єктивним показником у середньому діапазоні, де найчастіше трапляються несправності; та прискорення підкреслює високочастотні події, які сигналізують про передчасне пошкодження підшипників і шестерень. Ці три фактори пов'язані між собою математично - інтеграція перетворює сигнал прискорення на швидкість і знову на переміщення - ось чому один датчик може виконувати кілька функцій за допомогою електроніки. Незалежно від параметра, датчик живить решту ланцюга: формування сигналу, оцифрування і, нарешті, аналізатор.
2. Три основні типи датчиків вібрації
Існує три основні типи перетворювачів, що використовуються в моніторингу промислового обладнання, кожен з яких вимірює різні фізичні параметри вібрації.
Акселерометр (вимірює прискорення)
акселерометр є найпоширенішим та найуніверсальнішим вібраційним датчиком. Він вимірює прискорення конструкції, на якій він встановлений.
- Принцип: більшість промислових виконань є п'єзоелектричний, в якому використовується кристал, що генерує заряд під дією внутрішньої сейсмічної маси.
- Сильні сторони: надзвичайно широкий частотний діапазон, висока надійність, безліч доступних конструкцій і придатність практично для будь-якої машини. Вони особливо добре виявляють високочастотні події.
- Первинне використання: моніторинг обладнання загального призначення від низькошвидкісних машин до дуже високошвидкісних турбомашин, а також датчик для виявлення високочастотних несправностей, таких як підшипник і дефекти шестерень.
Датчик швидкості (вимірює швидкість)
A датчик швидкості це електродинамічний датчик, який безпосередньо вимірює швидкість вібрації.
- Принцип: Він працює як мікрофон - котушка дроту підвішена в магнітному полі, і коли корпус вібрує, відносний рух між котушкою і магнітом генерує напругу, пропорційну швидкості.
- Сильні сторони: сильний сигнал з низьким рівнем шуму в середньочастотному діапазоні (приблизно від 10 Гц до 1 000 Гц), саме там, де часто зустрічаються такі несправності, як дисбаланс і неспіввісність з'являються, і немає потреби в зовнішньому живленні.
- Слабкі сторони: більш крихкий, ніж акселерометр, з обмеженим частотним діапазоном і чутливістю до магнітних полів та орієнтації кріплення. Класична конструкція з котушкою та магнітом, що самогенерується, - це віброметр - значною мірою була витіснена акселерометрами з електронною інтеграцією.
- Первинне використання: історично це був основний датчик для загального моніторингу до того, як надійні акселерометри стали звичними, і його все ще іноді обирають для стаціонарних установок у середньочастотному діапазоні.
Безконтактний датчик (вимірює переміщення)
зонд наближення або зонд вихрових струмів, це безконтактний датчик, який вимірює переміщення обертового валу.
- Принцип: Він використовує електромагнітне поле для індукції та вимірювання вихрових струмів на поверхні валу, відчуваючи зазор між наконечником зонда і валом.
- Сильні сторони: він вимірює фактичний рух самого вала, а не корпусу, він безконтактний, і його відгук досягає 0 Гц (постійний струм), тому він фіксує середнє положення вала, а також його вібрацію.
- Первинне використання: необхідний для захисту та моніторингу критично важливих високошвидкісних турбомашин на рідинній плівці підшипники ковзання - турбін і компресорів - і для аналізу орбіта вала і положення осі.
3. Вибір правильного датчика
Вибір датчика є критично важливим кроком у налаштуванні будь-якої програми моніторингу. Загальне правило - вибирати датчик, який є найбільш чутливим в діапазоні частот очікуваних несправностей:
- Використання зонди наближення для переміщення валів у машинах з рідинним підшипником, де вал може значно переміщатися у відносно нерухомому корпусі.
- Використання акселерометри для всього іншого, оскільки вони є найбільш універсальними. Сигнал можна інтегрувати за швидкістю для аналізу середньочастотних несправностей або використовувати безпосередньо як прискорення для високочастотних несправностей.
Вибір доповнюють два практичні чинники. Перетворювач повинен мати чутливість , яка повинна відповідати очікуваній амплітуді вібрації - занадто мала і дрібні несправності губляться в шумі, занадто велика і сильні сигнали затискаються - а його робоча частота повинна охоплювати частоти несправностей, які нас цікавлять. П'єзоелектричні датчики заряду-виходу додатково потребують узгодження підсилювач заряду в ланцюжку.
4. Перетворювачі в балансуванні на місці та діагностиці
У портативному приладі перетворювач — це компонент, від якого залежить усе інше. Двоканальний польовий аналізатор, такий як Balanset-1A поєднує два аналогові MEMS-акселерометри з оптичним тахометром для фазового опорного сигналу, фіксуючи синхронізовані амплітуду та фазу на кожному підшипнику під час роботи машини у власних опорах на робочій швидкості. Саме цей ланцюг на основі акселерометрів дає змогу приладу обчислювати коригувальні вантажі для одно- та двоплощинного балансування і виконувати стандартний моніторинг вібрації - наочна ілюстрація загального принципу, що акселерометр є датчиком за замовчуванням для переважної більшості робіт з обертовими механізмами, з безконтактним датчиком і сейсмічний датчик зарезервовані для випадків, коли їхня фізика підходить найкраще.
