Розуміння датчиків швидкості
A датчик швидкості — також зветься велометр, сейсмічний датчик або датчик із рухомою котушкою — це самогенеруючий вібрація датчик, який генерує вихідну напругу, прямо пропорційну вібрації швидкість, без зовнішнього живлення та обробки сигналу. Принцип дії базується на електромагнітній індукції: магніт, підвішений на м’яких пружинах, рухається відносно котушки під час вібрації корпусу, і цей відносний рух генерує напругу, пропорційну швидкості. Як член сейсмічний датчик сімейства — датчиків, що використовують пружну внутрішню масу як інерційну систему відліку, — він вимірює абсолютний рух поверхні, до якої він прикріплений.
Датчики швидкості були основним типом датчиків вібрації приблизно з 1950-х до 1980-х років і досі використовуються в стаціонарних системах моніторингу та деяких портативних приладах. Однак у нових конструкціях вони значною мірою поступилися місцем акселерометри, які мають менші розміри, охоплюють ширший діапазон частот і досягають високих частот, необхідних для виявлення дефектів підшипників.
1. Принцип дії
Електромагнітна індукція
Цей механізм є прямим застосуванням закону Фарадея:
- Постійний магніт підвішений на пружинах усередині котушки.
- Вібрація змушує корпус рухатися, а разом із ним і котушку.
- Вище резонансної частоти датчика інерція магніту утримує його в просторі практично нерухомим.
- Це створює відносний рух між котушкою та магнітом.
- Рух викликає виникнення напруги в котушці (V ∝ швидкість).
- Отже, вихідна напруга прямо пропорційна швидкості коливань.
Автономна робота
Оскільки датчик генерує власний сигнал, він не потребує зовнішнього живлення — це пасивний двопровідний перетворювач, який за своєю суттю є відмовостійким, оскільки не має джерела живлення, яке може вийти з ладу. Саме ця особливість робить перетворювачі швидкості актуальними в певних нішевих сферах навіть сьогодні.
2. Характеристики
Частотна характеристика
- Нижня межа частотного діапазону: встановлене датчиком власна частота, зазвичай 8–15 Гц.
- Дальність дії: приблизно у 2 рази вище власної частоти, тобто щонайменше 16–30 Гц.
- Верхня межа частоти: зазвичай 1–2 кГц.
- Flat response: широкий, рівномірний діапазон у всьому робочому діапазоні.
- Найкраще для: 10–1000 Гц — діапазон, у якому виникає більшість типових несправностей обладнання.
Чутливість
- Зазвичай 10–500 мВ на дюйм/сек (приблизно 400–20 000 мВ на мм/с).
- Загальноприйняте значення становить 100 мВ/дюйм/с (≈ 4000 мВ/мм/с).
- Вища чутливість підходить для умов з низьким рівнем вібрації; нижча чутливість — для вимірювань в умовах сильної вібрації.
Розміри та маса
- Досить великі — приблизно 50–100 мм у довжину та 25–40 мм у діаметрі.
- Важкі, зазвичай 100–500 г.
- Набагато масивніший за акселерометр.
- That mass can mass-load та спотворюють реакцію легких конструкцій.
3. Advantages
Прямий вихід швидкості
Датчик вимірює швидкість безпосередньо, без інтеграція крок. Це відповідає тому, як у стандартах щодо вібрації машин визначаються граничні значення — ISO 20816 (замінює стандарт ISO 10816) написано мовою середньоквадратичне значення швидкості — спрощує обробку сигналу, завдяки чому ця технологія ідеально підходить для систем, що базуються на швидкості інтенсивність вібрації assessment.
Самозарядний та відмовостійкий
- Не потребує живлення.
- Просте двопровідне підключення.
- Не може вийти з ладу через відключення електроенергії.
- Нижча вартість системи, оскільки не потрібно вибирати блок живлення.
Хороша передача низьких частот
- Працює в діапазоні частот до 10–15 Гц, що краще, ніж у багатьох акселерометрів.
- Підходить для низькошвидкісної техніки з частотою обертання до приблизно 600 об/хв.
- Ідеально підходить для додатків, що працюють у межах його частотного діапазону.
4. Недоліки
Обмежена частотна характеристика
- Обмежено приблизно до 1–2 кГц.
- Неможливо досягти високої частоти дефект підшипника енергія (5–20 кГц).
- Inadequate for аналіз обвідної.
- Це є головним недоліком акселерометрів.
Розмір, вага та крихкість
- Великі та важкі, їх важко встановлювати на невеликих машинах, а також вони схильні до перевантаження легких конструкцій.
- Менш портативний, ніж акселерометр.
- Внутрішні пружини та рухомий магніт можуть пошкодитися внаслідок удару або падіння, тому датчик чутливий до необережного поводження і вимагає більшої обережності, ніж твердотільний пристрій.
Обмеження щодо температури
- Сила магніту зменшується із підвищенням температури.
- Зазвичай обмежується приблизно 120 °C.
- Менша стійкість до високих температур, ніж у charge-mode accelerometer.
5. Де досі використовуються перетворювачі швидкості
- Старі стаціонарні установки: старі турбоагрегати monitoring системи, в яких заміна на аналогічне обладнання забезпечує сумісність з існуючою електропроводкою та стійками.
- Застосування в низькочастотному діапазоні: обладнання з дуже низькою частотою обертання (менше 300 об/хв) та будь-які завдання, для яких достатньо діапазону 10–1000 Гц і високі частоти не потрібні.
- Конкретні вимоги: ситуації, в яких дійсно потрібен датчик із автономним живленням, іскробезпечні умови, де заборонено використовувати електроніку з зовнішнім живленням, або коли бажано отримувати прямий вихідний сигнал швидкості.
6. Mounting
Оскільки датчик має значну вагу, надійність кріплення має вирішальне значення — неправильно закріплений датчик швидкості вносить у дані власний резонанс.
- Методи: кріплення на шпильках у отвір з різьбленням (найнадійніше), кріплення на кронштейні за допомогою перехідних пластин або магнітне кріплення, якщо поверхня є магнітною, а датчик не надто важкий.
- Considerations: Необхідно забезпечити надійне кріплення: датчик має бути міцно закріплений, щоб він не вібрував самостійно; монтажна поверхня повинна бути рівною та чистою; кабель потрібно захистити від натягу, щоб запобігти його вириванню.
7. Сучасні альтернативи та практика роботи на місцях
У більшості нових розробок перевагу отримав акселерометр: він набагато менший і легший, охоплює значно ширший діапазон частот (приблизно від 0,5 Гц до 50 кГц), краще підходить для виявлення дефектів підшипників, є більш міцним і коштує дешевше. Тому стандартним сучасним підходом є вимірювання прискорення та integrate до швидкості, забезпечуючи показники швидкості, передбачені стандартами, та зберігаючи при цьому всі переваги акселерометра — а сучасні прилади роблять цю інтеграцію абсолютно непомітною для користувача.
Саме так працює портативний аналізатор балансування. Цей Балансет-1а використовує акселерометри, встановлені на корпусах підшипників, та внутрішньо інтегрує дані щодо швидкості, завдяки чому інженер отримує безпосереднє значення швидкості, яке надавав би датчик швидкості для перевірки ступеня зносу згідно з ISO 20816, — разом із діапазоном високих частот та коефіцієнтом 1× амплітуда і фаза needed for балансування поля, чого не міг забезпечити жоден датчик швидкості в діапазоні 1–2 кГц.
8. Калібрування та технічне обслуговування
- Калібрування: перевіряти чутливість (мВ/дюйм/с або мВ/мм/с) та частотну характеристику на вібростолі, щорічно калібрування характерно для критично важливих систем.
- Технічне обслуговування: обертайтеся з приладом обережно, щоб уникнути падінь та ударів; перевіряйте стан кабелю; переконуйтеся у надійності кріплення; періодично перевіряйте вихідні дані; замінюйте датчик, якщо його чутливість або швидкість реагування погіршуються.
Хоча кількість нових установок датчиків швидкості зменшується, вони, як і раніше, відіграють важливу роль у діючих системах постійного моніторингу, а також у певних завданнях, пов’язаних із низькими частотами, автономним живленням або іскробезпекою. Розуміння того, як вони працюють, у чому їхні сильні сторони та де вони мають недоліки, є необхідним як для забезпечення безперебійної роботи існуючих систем, так і для прийняття обґрунтованих вибір датчика коли датчик швидкості все ж залишається правильним вибором.
