Máy đo gia tốc là gì? Hướng dẫn phân tích độ rung
MỘT máy đo gia tốc là một bộ chuyển đổi (hoặc cảm biến) chuyển đổi chuyển động cơ học — cụ thể là gia tốc do rung động hoặc sốc gây ra — thành tín hiệu điện tương ứng. Đây là cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất trong bảo trì dự đoán and giám sát tình trạng. Bằng cách đo tốc độ thay đổi của một điểm trên máy, gia tốc kế cung cấp dữ liệu thô cho phép một nhân viên phân tích chẩn đoán một loạt lỗi cơ học và điện — từ khuyết tật ổ trục ĐẾN mất cân bằng and sự không thẳng hàng.
1. Định nghĩa: Cốt lõi của Phép đo Rung động
Gia tốc là đại lượng tự nhiên để đo lường trên máy móc quay vì các lực động học gây hư hại cho máy — lực hướng tâm từ một điểm nặng, va chạm từ một vòng ổ bi bị tán vỡ — tỷ lệ với gia tốc. Gia tốc kế phản ứng trực tiếp với những lực đó, đó là lý do tại sao nó nằm ở trung tâm của hầu hết mọi máy phân tích rung động and thiết bị thu thập dữ liệu.
Một trong những điểm mạnh thực tế của gia tốc kế là tín hiệu gia tốc của nó có thể được xử lý điện tử tích hợp once to give vận tốc (mm/s), và lần thứ hai để cho sự dịch chuyển (µm). Do đó, một cảm biến được lắp đặt tốt bao gồm cả ba đơn vị rung động cổ điển, cho phép nhân viên phân tích chọn bất kỳ cái nào tiết lộ tốt nhất một lỗi nhất định.
2. Gia tốc kế hoạt động như thế nào? Nguyên lý áp điện
Mặc dù tồn tại nhiều nguyên tắc vật lý khác nhau, nhưng phần lớn các gia tốc kế được sử dụng cho máy móc công nghiệp dựa trên hiệu ứng áp điện. Chuỗi làm việc rất đơn giản:
- Tinh thể áp điện: Bên trong cảm biến, một khối lượng địa chấn nhỏ được gắn vào một piezoelectric phần tử — thường là gốm như PZT, hoặc trong các cảm biến cao cấp là một tinh thể thạch anh được cắt chính xác.
- Áp dụng lực: Khi máy rung, vỏ di chuyển cùng với nó. Do quán tính, khối lượng bên trong chống lại chuyển động đó và tác dụng một lực lên tinh thể — bằng nhau, theo định luật thứ hai của Newton, với khối lượng nhân với gia tốc.
- Tạo tín hiệu: Một tinh thể áp điện chịu ứng suất tạo ra một điện tích nhỏ tỷ lệ trực tiếp với lực tác dụng, và do đó tỷ lệ với gia tốc.
- Kết quả: Điện tử bên trong điều chỉnh điện tích này và truyền nó xuống cáp đến một bộ thu thập dữ liệu hoặc hệ thống giám sát dưới dạng biểu diễn analog của gia tốc tại điểm đó.
Cách xử lý điện tích đó xác định hai họ phổ biến. Một charge-output cảm biến cung cấp điện tích thô cho một bộ khuếch đại điện tích và chịu được nhiệt độ rất cao. Phổ biến hơn nhiều trong ngành công nghiệp là IEPE (or voltage-mode) loại, xây dựng bộ khuếch đại vào cảm biến và xuất ra một điện áp trở kháng thấp di chuyển tốt xuống cáp hai sợi thông thường. Các thiết kế mạnh mẽ nhất sử dụng một shear cấu trúc, cách ly tinh thể khỏi uốn cong cơ sở và các tính chất quá độ nhiệt.
3. Các Loại Gia Tốc Kế
Các ứng dụng khác nhau yêu cầu các cảm biến khác nhau, mỗi loại có những ưu điểm riêng.
Gia Tốc Độ Đo Lường Đa Năng
Đây là những thiết bị chủ lực trong giám sát công nghiệp. Chúng thường cung cấp một độ nhạy 100 mV/g và dải tần số phù hợp với hầu hết các máy móc thông thường như bơm, động cơ và quạt — khoảng 2 Hz đến 10 kHz.
Máy đo gia tốc MEMS
Gia tốc kế Hệ Thống Điện - Cơ Micro (MEMS) có cơ sở silicon, kích thước rất nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp và tiết kiệm chi phí. Trước đây kém nhạy cảm hơn các loại áp điện, các thiết bị MEMS hiện đại đang cải thiện nhanh chóng và phổ biến trong các thiết bị điện tử di động, hệ thống ôtô, giám sát không dây các nút và các hệ thống giám sát trạng thái chi phí thấp hơn.
Máy đo gia tốc áp điện trở
Được sử dụng để thử nghiệm sốc và chuyển động tần số thấp, các cảm biến này phản ứng xuống đến 0 Hz (gia tốc DC), điều này làm cho chúng hữu ích để đo gia tốc ổn định trong một ly tâm hoặc chuyển động đi nhanh chậm của phương tiện.
Máy đo gia tốc tần số cao
Được thiết kế để bắt các sự kiện tần số cao như tổn hại bánh răng và vòng bi giai đoạn sớm, các cảm biến này sử dụng một khối lượng địa chấn nhỏ hơn và tần số cộng hưởng cao hơn, cho phép đo chính xác đến 20 kHz hoặc cao hơn — dải tần số nơi các kỹ thuật như phân tích đường bao and the phương pháp xung sốc live.
4. Các Thông Số Kỹ Thuật Chính và Lựa Chọn
Khi chọn một gia tốc kế, các kỹ sư cân nhắc nhiều thông số:
- Độ nhạy (mV/g): Độ nhạy cảm cao mang lại đầu ra mạnh hơn, tốt hơn để giải quyết rung động mức thấp; 100 mV/g là tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến.
- Đáp ứng tần số: Dải tần số mà cảm biến đọc được chính xác. Nó phải bao trùm tần số lỗi của máy, với một biên độ an toàn bên dưới tần số tự nhiên (cộng hưởng).
- Phạm vi nhiệt độ: Cảm biến phải chịu được nhiệt độ bề mặt nơi nó được gắn; một cảm biến nhiệt độ thường được đặt cùng nhau để giám sát kết hợp.
- Phương pháp lắp đặt: Cách cảm biến gắn — bu lông, chất dính hoặc nam châm — ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ chính xác tần số cao. Lắp đặt bu lông theo Tiêu chuẩn ISO 5348 mang lại sự ghép nối tốt nhất và băng thông sử dụng rộng nhất; một nam châm thuận tiện cho công việc định tuyến nhưng hạ thấp giới hạn tần số trên. Lắp đặt kém lắp ráp có thể giới thiệu một cộng hưởng gắn kết giả mạo như một sự cố máy.
Bạn có thể ước tính mức phạt về băng thông của một tệp đính kèm nhất định với Máy tính cộng hưởng lắp đặt gia tốc kế trước khi cam kết một sơ đồ gắn kết.
5. Ứng dụng trong Giám sát Điều kiện
Gia tốc độ hỗ trợ hầu như mọi Phân tích rung động tác vụ, bao gồm:
- Chương trình bảo trì dự báo: thu thập dữ liệu thường xuyên trên một tuyến đường để theo dõi xu hướng sức khỏe máy móc và dự báo lỗi.
- Chẩn đoán lỗi: xác định mất cân bằng, không thẳng hàng, sự lỏng lẻo and mòn ổ trục from the phổ rung động.
- Kiểm thử chấp nhận: xác minh rằng máy móc mới hoặc được sửa chữa đáp ứng các thông số kỹ thuật rung động như Tiêu chuẩn ISO 20816 (người kế thừa hiện đại của ISO 10816).
- Phân tích phương thức: studying the tần số tự nhiên and hình dạng chế độ của một cấu trúc.
Cân bằng tại chỗ là một trong những công việc khó khăn nhất loại này, vì nó cần cả biên độ and cái giai đoạn của rung động mỗi vòng quay một lần. Một thiết bị hai kênh di động như Balanset-1A lấy hai cảm biến gia tốc của nó, khóa chúng vào một máy đo tốc độ xung, và đo biên độ 1× và pha trực tiếp trong các vòng bi của chính máy’s ở tốc độ hoạt động — biến tín hiệu cảm biến gia tốc thô thành các hệ số ảnh hưởng và trọng lượng hiệu chỉnh cần thiết để cân bằng rôtor tại chỗ.
