Hiểu về bộ chuyển đổi tốc độ
A bộ chuyển đổi vận tốc — còn được gọi là một máy đo tốc độ, cảm biến địa chấn, hoặc cảm biến cuộn dây chuyển động — là một cảm biến tự tạo rung động cảm biến tạo ra điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với độ rung vận tốc, không có nguồn điện bên ngoài và không có điều chỉnh tín hiệu. Nó hoạt động bằng cảm ứng điện từ: một nam châm được treo trên lò xo mềm chuyển động tương đối đến một cuộn dây khi vỏ rung động, và chuyển động tương đối đó tạo ra điện áp tỷ lệ với vận tốc. Là một thành viên của cảm biến địa chấn gia đình — các cảm biến sử dụng khối lượng nội bộ được lò xo hóa làm tham chiếu quán tính — nó đo chuyển động tuyệt đối của bề mặt mà nó được bắt vào.
Các bộ chuyển đổi vận tốc đã là cảm biến rung chủ đạo từ khoảng những năm 1950 đến những năm 1980 và vẫn phục vụ trong các cài đặt giám sát vĩnh viễn và một số công cụ di động. Tuy nhiên, trong các thiết kế mới, chúng phần lớn đã nhượng chỗ cho Máy đo gia tốc, nhỏ hơn, bao phủ phạm vi tần số rộng hơn, và đạt các tần số cao cần thiết để phát hiện khiếm khuyết ổ trục.
1. Nguyên lý hoạt động
Cảm ứng điện từ
Cơ chế là ứng dụng trực tiếp của định luật Faraday’s:
- Một nam châm vĩnh cửu được treo bằng các lò xo bên trong một cuộn dây.
- Rung động làm chuyển động vỏ và cuộn dây cùng với nó.
- Phía trên cộng hưởng của cảm biến, quán tính của nam châm giữ nó gần như ổn định trong không gian.
- Điều đó tạo ra chuyển động tương đối giữa cuộn dây và nam châm.
- Chuyển động cảm ứng một điện áp trong cuộn dây (V ∝ vận tốc).
- Điện áp đầu ra do đó tỷ lệ thuận trực tiếp với vận tốc rung động.
Hoạt động tự sinh
Bởi vì cảm biến tạo ra tín hiệu của riêng nó, nó không cần nguồn năng lượng bên ngoài — chuyển đổi hai dây thụ động vốn dĩ an toàn tuyệt đối, không có nguồn cung cấp để mất. Đây là tính năng giữ cho bộ chuyển đổi vận tốc có liên quan trong các hốc nhất định ngay cả ngày nay.
2. Đặc điểm
Frequency response
- Giới hạn tần số thấp: được đặt bởi tần số tự nhiên, thường là 8–15 Hz.
- Usable range: phía trên khoảng 2× tần số tự nhiên, vì vậy tối thiểu 16–30 Hz.
- Giới hạn tần số cao: thường là 1–2 kHz.
- Flat response: một vùng rộng, phẳng trên toàn dải sử dụng.
- Phù hợp nhất cho: 10–1000 Hz — dải tần số nơi hầu hết các sự cố máy móc chung xuất hiện.
độ nhạy
- Thường là 10–500 mV trên một inch/giây (khoảng 400–20.000 mV trên mm/s).
- Một giá trị phổ biến là 100 mV/in/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Độ nhạy cao phù hợp với các ứng dụng rung động thấp; độ nhạy thấp phù hợp với các phép đo rung động cao.
Kích thước và trọng lượng
- Tương đối lớn — khoảng 50–100 mm dài và 25–40 mm đường kính.
- Nặng, thường 100–500 g.
- Lớn hơn nhiều so với một gia tốc kế.
- That mass can mass-load và làm méo dạng phản ứng của các cấu trúc nhẹ.
3. Ưu điểm
Đầu ra vận tốc trực tiếp
Bộ chuyển đổi đo vận tốc trực tiếp, không có tích hợp bước. Điều đó phù hợp với cách các tiêu chuẩn rung động máy móc biểu thị các giới hạn — Tiêu chuẩn ISO 20816 (thế hệ kế tiếp của ISO 10816) được viết trong Vận tốc RMS — giữ cho xử lý tín hiệu đơn giản và làm cho nó trở thành sự lựa chọn tự nhiên cho các ứng dụng dựa trên vận tốc mức độ rung assessment.
Tự sinh điện và an toàn khi mất nguồn
- Không cần điện.
- Kết nối hai dây đơn giản.
- Không thể bị hỏng do mất điện.
- Chi phí hệ thống thấp hơn, không cần phải chọn nguồn cấp điện.
Phản ứng tần số thấp tốt
- Có thể sử dụng từ 10–15 Hz, tốt hơn nhiều cảm biến gia tốc.
- Phù hợp với máy móc tốc độ thấp xuống khoảng 600 RPM.
- Kết hợp tự nhiên cho các ứng dụng nằm trong dải tần số của nó.
4. Nhược điểm
Phản ứng tần số cao hạn chế
- Bị giới hạn ở khoảng 1–2 kHz.
- Không thể đạt được các tần số cao lỗi ổ trục năng lượng (5–20 kHz).
- Inadequate for phân tích đường bao.
- Đây là hạn chế quyết định so với cảm biến gia tốc.
Kích thước, trọng lượng và tính dễ vỡ
- Cảm biến lớn và nặng, khó lắp đặt trên các máy nhỏ và dễ tạo khối lượng thêm trên các cấu trúc nhẹ.
- Kém di động hơn bộ cảm biến gia tốc.
- Các lò xo bên trong và nam châm chuyển động có thể bị hỏng do va chạm hoặc rơi, do đó cảm biến này nhạy cảm với xử lý sơ sài và cần chăm sóc nhiều hơn so với thiết bị trạng thái rắn.
Giới hạn nhiệt độ
- Sức mạnh nam châm giảm khi nhiệt độ tăng.
- Thường bị giới hạn ở khoảng 120 °C.
- Khả năng chịu nhiệt độ cao kém hơn một charge-mode accelerometer.
5. Những Nơi Còn Sử Dụng Bộ Chuyển Đổi Vận Tốc
- Cài đặt vĩnh viễn kế thừa: Turbomachinery cũ monitoring các hệ thống, nơi việc thay thế tương tự duy trì khả năng tương thích với dây điện và giá đỡ hiện có.
- Ứng dụng tần số thấp: thiết bị tốc độ rất thấp (dưới 300 RPM) và bất kỳ công việc nào khi dải 10–1000 Hz là đủ và không cần tần số cao.
- Yêu cầu cụ thể: tình huống thực sự cần một cảm biến tự sinh điện, công việc an toàn vốn có khi không được phép sử dụng các thiết bị điện tử do nguồn cấp điện, hoặc ưa thích đầu ra vận tốc trực tiếp.
6. Mounting
Vì cảm biến nặng, tính toàn vẹn của việc lắp đặt là rất quan trọng — một bộ chuyển đổi vận tốc được gắn kém sẽ thêm vào dữ liệu cộng hưởng riêng của nó.
- Phương pháp: lắp đặt bằng bu lông vào lỗ ren (đáng tin cậy nhất), lắp đặt bằng giá đỡ với tấm bộ chuyển đổi, hoặc lắp đặt từ tính khi bề mặt là từ tính và cảm biến không quá nặng.
- Considerations: việc lắp đặt cứng là cần thiết, cảm biến phải được xiết chặt sao cho nó không rung lắc độc lập, bề mặt lắp đặt phải phẳng và sạch, và cáp cần có bộ ngăn chặn kéo dãn để ngăn tháo ra.
7. Các Lựa chọn Hiện đại và Thực hành Tại Hiện trường
Trong hầu hết các công việc mới, gia tốc kế đã thắng: nó nhỏ gọn và nhẹ hơn nhiều, bao quát một dải rộng hơn (khoảng 0,5 Hz đến 50 kHz), tốt hơn cho phát hiện khiếm khuyết vòng bi, bền bỏng hơn, và rẻ hơn. Do đó, cách tiếp cận hiện đại tiêu chuẩn là đo gia tốc và integrate đến vận tốc, đạt được số đọc vận tốc mà tiêu chuẩn mong muốn trong khi giữ mọi lợi thế của gia tốc kế — và các dụng cụ hiện đại làm cho tích phân đó hoàn toàn minh bạch với người dùng.
Đây chính là cách hoạt động của một bộ phân tích cân bằng di động. Bộ Balanset-1A sử dụng gia tốc kế ở nhà vòng bi và tích phân đến vận tốc ở trong, để một kỹ sư được nhận số vận tốc trực tiếp mà một bộ chuyển đổi vận tốc sẽ cung cấp cho kiểm tra mức độ nghiêm trọng theo ISO 20816 — cùng với phạm vi tần số cao và 1× biên độ và pha cần thiết cho cân bằng trường, không có gì mà một bộ chuyển đổi vận tốc 1–2 kHz có thể cung cấp.
8. Hiệu chuẩn và Bảo dưỡng
- Sự định cỡ: xác minh độ nhạy (mV/in/s hoặc mV/mm/s) và đáp ứng tần số trên một bàn rung, với sự định cỡ Điều này thường xảy ra đối với các ứng dụng quan trọng.
- BẢO TRÌ: xử lý cẩn thận để tránh rơi và va chạm, kiểm tra tình trạng cáp, xác minh bảo mật lắp đặt, kiểm tra đầu ra định kỳ, và thay thế cảm biến nếu độ nhạy hoặc đáp ứng của nó thay đổi.
Các bộ chuyển đổi vận tốc, mặc dù giảm dần trong các cài đặt mới, vẫn quan trọng trong các hệ thống giám sát vĩnh viễn hiện có và trong các công việc tần số thấp, tự cung cấp điện hoặc an toàn vốn có nhất định. Hiểu cách chúng hoạt động, những gì chúng làm tốt, và nơi chúng bị thiếu hụt là cần thiết cả để giữ các hệ thống di sản chạy và để đưa ra một Lựa chọn cảm biến khi một bộ chuyển đổi vận tốc vẫn là lựa chọn đúng.
