Hiểu về Velometer (Cảm biến tốc độ)
A máy đo tốc độ, hay chính xác hơn là bộ chuyển đổi vận tốc hoặc cảm biến vận tốc, là một loại bộ chuyển đổi được sử dụng để đo lường rung động. Đặc điểm nổi bật của nó là tạo ra một dòng điện đầu ra tỷ lệ thuận với vận tốc của bề mặt rung mà nó được gắn vào. Điều này khiến nó khác biệt so với một cảm biến gia tốc, có giá trị đầu ra tỷ lệ thuận với gia tốc, và từ một đầu dò tiệm cận, có giá trị đầu ra tỷ lệ thuận với sự dịch chuyển.
1. Định nghĩa: Velometer là gì?
Vì vận tốc là thông số mà hầu hết các tiêu chuẩn quốc tế sử dụng để đánh giá mức độ rung lắc của máy móc, nên một cảm biến có thể đo trực tiếp vận tốc là một giải pháp rất hấp dẫn về mặt lý thuyết. Velometer cổ điển là một thiết bị độc lập, tự tạo năng lượng — nó không cần nguồn điện và không cần điều chỉnh tín hiệu để tạo ra đầu ra có thể sử dụng được. Mặc dù hiện nay nó ít phổ biến hơn gia tốc kế trong việc thu thập dữ liệu di động hiện đại, nhưng velometer vẫn có những ứng dụng thực tế, đặc biệt là trong việc giám sát liên tục các máy móc tốc độ trung bình và là một thành viên của họ rộng lớn hơn gồm cảm biến địa chấn đo chuyển động so với không gian tự do thay vì so với một cấu trúc cố định.
2. Cách thức hoạt động của máy đo vận tốc
Các máy đo tốc độ truyền thống là các cảm biến điện động. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như micro động hoặc bộ thu âm guitar, tuân theo định luật cảm ứng của Faraday:
- Bên trong vỏ máy có một cuộn dây được treo trên các lò xo mềm.
- Một nam châm vĩnh cửu được gắn chặt vào vỏ.
- Khi cảm biến được lắp đặt trên một máy đang rung, vỏ cảm biến và nam châm sẽ di chuyển cùng với bề mặt của máy.
- Do quán tính của mình, cuộn dây được treo bằng lò xo có xu hướng giữ nguyên vị trí trong không gian (đây là nguyên lý địa chấn).
- Chuyển động tương đối giữa nam châm chuyển động và cuộn dây gần như đứng yên sẽ tạo ra điện áp trong cuộn dây.
- Theo định luật Faraday, điện áp cảm ứng đó tỷ lệ thuận với vận tốc chuyển động tương đối — chính xác là đại lượng mà chúng ta cần.
Hệ thống lò xo-khối chỉ hoạt động như vậy khi ở trên mức cân bằng của chính nó tần số tự nhiên (thường vào khoảng 8–10 Hz), đây chính là yếu tố quyết định giới hạn tần số thấp của cảm biến. Hiện nay cũng có các loại “cảm biến vận tốc áp điện” hiện đại: về cơ bản, đây là các cảm biến gia tốc có mạch điện tử tích hợp tích phân mạch chuyển đổi gia tốc thành tín hiệu vận tốc ngay bên trong chính cảm biến, nhờ đó tránh được các bộ phận chuyển động dễ hỏng của thiết kế điện động.
3. Ưu điểm và nhược điểm của Velometer
Thuận lợi
- Đầu ra vận tốc trực tiếp: họ đo tốc độ ngay lập tức — thông số được sử dụng nhiều nhất để đánh giá mức độ rung trên các thiết bị cơ khí thông dụng trong dải tần số khoảng từ 10 Hz đến 1.000 Hz (theo Tiêu chuẩn ISO 20816, (tiêu chuẩn hiện đại thay thế cho ISO 10816). Không cần tích hợp vào máy phân tích, giúp chuỗi tín hiệu được giữ ở mức đơn giản.
- Tự cấp nguồn (thụ động): Các máy đo tốc độ điện động học truyền thống tự tạo ra tín hiệu và không cần nguồn điện bên ngoài, điều này rất hữu ích trong một số hệ thống lắp đặt công nghiệp và tại các khu vực nguy hiểm.
- Đáp ứng tần số thấp tốt: Ở tần số cao hơn tần số tự nhiên, chúng thường nhạy hơn ở các tần số thấp so với nhiều loại cảm biến gia tốc thông dụng, từ đó cung cấp tín hiệu mạnh và rõ ràng tại những vị trí có hiện tượng mất cân bằng và lệch trục.
Nhược điểm
- Dải tần số hạn chế: dải tần số hoạt động của chúng hẹp hơn so với cảm biến gia tốc. Chúng không phù hợp với các tác động tần số cao của khuyết tật ổ trục hoặc khuyết tật bánh răng, nằm cao hơn nhiều so với điểm cắt.
- Các bộ phận chuyển động: bộ phận lò xo và cuộn dây bên trong có thể bị mỏi, lệch vị trí hoặc hỏng hẳn, đặc biệt là trong điều kiện hoạt động có độ rung cao.
- Độ nhạy với hướng: chúng phải được lắp đặt theo hướng thiết kế (dọc hoặc ngang), vì lực hấp dẫn sẽ tạo ra lực nén ban đầu cho hệ thống treo lò xo.
- Lớn hơn và nặng hơn: Chúng thường có kích thước lớn và nặng hơn nhiều so với cảm biến gia tốc hiện đại, điều này có thể gây ra tải trọng lớn lên các kết cấu nhẹ.
- Độ nhạy cảm với từ trường: Các trường điện từ bên ngoài mạnh, chẳng hạn như những trường gần các động cơ lớn, có thể tương tác với cuộn dây và làm sai lệch kết quả đo.
4. Máy đo vận tốc so với máy đo gia tốc
Đối với việc thu thập dữ liệu di động hiện đại và chẩn đoán rung động, cái cảm biến gia tốc là cảm biến được lựa chọn. Đáp ứng tần số của nó rộng hơn và bằng phẳng hơn nhiều, do đó chỉ cần một cảm biến gia tốc là có thể ghi nhận cả rung động tần số thấp do mất cân bằng lẫn rung động tần số rất cao do lỗi ổ trục và bánh răng. máy phân tích rung động sau đó tích hợp tín hiệu gia tốc bằng phương pháp điện tử để hiển thị vận tốc hoặc quãng đường theo yêu cầu — một cảm biến bền bỉ có thể thay thế hoàn toàn chức năng của máy đo vận tốc và còn làm được nhiều hơn thế nữa. Đây chính xác là cách hoạt động của thiết bị di động hai kênh Balanset-1A hoạt động trong thực tế: thiết bị thu thập dữ liệu gia tốc từ các cảm biến gia tốc, tích phân để tính toán vận tốc nhằm đánh giá mức độ nghiêm trọng theo các cấp độ của tiêu chuẩn ISO, đồng thời sử dụng chính tín hiệu đó để đo biên độ 1× và pha cần thiết cho việc cân bằng một mặt phẳng và hai mặt phẳng. Nếu bạn cần chuyển đổi các giá trị đo giữa các loại cảm biến, sản phẩm của chúng tôi Bộ chuyển đổi rung động chuyển đổi một cách chính xác giữa mm/s, µm và g.
Do đó, hiện nay các thiết bị đo tốc độ chủ yếu được lắp đặt cố định trên các máy móc hoạt động ở tốc độ trung bình — như quạt, máy bơm và động cơ — và đặc biệt là tại các nhà máy cũ, nơi chúng vốn là thiết bị cảm biến giám sát được chỉ định từ ban đầu và vẫn tiếp tục hoạt động bền bỉ qua từng thập kỷ.
