صنعت هوشمند اولین ماهنامه خبری، کنترل، ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی
حسگر ارتعاش چیست؟
برگردان : مهندس مهدی رشتوئی
برای دستیابی به عملکرد مطلوب در ماشین‌آلات صنعتی، لازم است به طور مداوم بر پارامتر های مانند سرعت، دما، فشار و ارتعاش نظارت شود. پایش و نظارت بر تغییرات در هر پارامتر می‌تواند هرگونه خرابی و یا آسیب دستگاه را که موجب زیان مالی می شود رفع کند. در میان این پارامترها یکی از بهترین پارامتر های عملیاتی برای بررسی و تصمیم گیری در مورد شرایط دینامیکی، ارتعاش است.در این مقاله، مطالبی پیرامون انواع مختلف ارتعاش، انواع مختلف حسگرهای ارتعاشی و چگونگی انتخاب آنها براساس پارامترهای مربوطه ارایه خواهد شد.
۱. انواع ارتعاش و تعاریف آنها
به منظور ورود به بحث لازم است تعریفی از ارتعاش داشته باشیم. ارتعاش را می‌توان به عنوان نوسان مکانیکی حول یک موقعیت تعادلی ماشین یا قطعه و یا به سادگی حرکت عقب و جلو یک ماشین یا قطعه تعریف کرد.
ارتعاش در تجهیزات صنعتی، گاهی بخشی از عملیات عادی است، اما گاهی اوقات می‌تواند نشانه ای از مشکل باشد.
در پایش دستگاه ما با دو نوع ارتعاش برخورد می کنیم:
– ارتعاش محوری ؛
– ارتعاش شعاعی ؛
۱-۱. ارتعاش محوری
ارتعاش «محوری» یک ارتعاش در طول شفت یا موازی شفت موتور است. به عنوان مثال، عدم تعادل شفت می‌تواند باعث ارتعاش محوری شود.
۲-۱. ارتعاش شعاعی
ارتعاش «شعاعی» به عنوان یک نیروی بیرون‌گرا از طرف شفت به وجود می‌آید. اگر نقطه‌ای سنگین در موتور به هنگام چرخش وجود داشه باشد، ارتعاش شعاعی رخ می دهد.
برای مثال اگر یک تیغه ی فن کج شده باشد، وقتی فن می‌چرخد، تیغه مذکور می تواند به سمت شفت موتور کشیده شده و باعث ارتعاش شعاعی شود. که به اصطلاح عامیانه نابالانسی فن نامیده می شود.
۲. انواع حسگر ارتعاش
حالا که می دانیم ارتعاش چیست، اجازه دهید به انواع مختلف حسگر برای نظارت بر ارتعاش نگاهی داشته باشیم.
در گام نخست، در مورد شتاب سنج صحبت خواهیم کرد.
۱-۲. شتاب سنج
شتاب سنج ها دستگاه هایی هستند که ارتعاش یا شتاب حرکت یک ساختار را اندازه گیری می کنند.
آنها دارای یک مبدل هستند که نیروی مکانیکی ناشی از ارتعاش یا تغییر حرکت را با استفاده از اثر پیزوالکتریک به جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند.
دو نوع شتاب سنج پیزوالکتریک وجود دارد:
– امپدانس بالا؛
– امپدانس پایین؛
شتاب سنج امپدانس بالا
شتاب سنج‌های امپدانس بالا یک بار الکتریکی تولید می‌کنند که به طور مستقیم به ابزارهای اندازه‌گیری متصل می شود. این نوع شتاب سنج ها نیاز به امکانات خاص و ابزار دقیق دارند به همین دلیل در تأسیسات تحقیقاتی و یا کاربردهایی با دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند.
شتاب سنج امپدانس پایین
شتاب سنج امپدانس پایین دارای شتاب سنج بار به عنوان قسمت اصلی و همچنین یک میکرو-مدار داخلی و ترانزیستور که این شارژ را به یک ولتاژ امپدانس کم تبدیل می‌کند، می باشد.
این نوع شتاب سنج به راحتی به ابزاردقیق استاندارد متصل می‌شود. همین ویژگی باعث شده که از آنها در صنعت استفاده بیشتر استفاده شود.
۲-۲. کرنش سنج
در ادامه، در مورد حسگر ارتعاش از نوع کرنش سنج صحبت می‌کنیم. همان طور که از نام این حسگر برمی‌آید، کرنش سنج، کرنش در یک قطعه یا بخش از ماشین را اندازه گیری می کند.
کرنش سنج، حسگری است که مقاومت آن با نیروی اعمالی تغییر می‌کند؛ این حسگر نیرو، فشار، تنش، وزن و غیره را به تغییر در مقاومت الکتریکی تبدیل می‌کند که این تغییر مقاومت به راحتی قابل اندازه‌گیری است. هنگامی که نیروهای خارجی به یک جسم ثابت اعمال می شوند، تنش و کرنش بر روی جسم ایجاد می‌شود.
هنگامی که یک سیم فلزی دچار کرنش می‌شود، طول آن سیم افزایش و قطر آن کاهش می‌یابد. این افزایش طول و کاهش قطر، مقاومت سیم را تغییر خواهد داد و از روی آن می توان میزان کرنش ایجاد شده بر آن بخش از ماشین را که گیج بر روی آن نصب شده اندازه گیری کرد.
۳-۲. جریان اِدی
آخرین نوع حسگر ارتعاش که در مورد آن صحبت خواهیم کرد، حسگر جریان ادی یا حسگر جابجایی خازنی است.
حسگرهای خازنی، دستگاه‌های بدون تماس هستند که موقعیت و یا تغییر موقعیت قطعه ی هادی را اندازه‌گیری می‌کنند. این حسگرها با میدان مغناطیسی کار می‌کنند. حسگر دارای یک پراب است که جریان متناوبی در نوک آن ایجاد می شود.
جریان متناوب، جریان‌های کوچکی را در قطعه ی تحت پایش ایجاد می‌کند که جریان های ادی نامیده می‌شوند.
حسگر اثر مقابل این دو میدان مغناطیسی را پایش می‌کند. با تغییر تعامل میدان ها، حسگر، ولتاژی متناسب با تغییر در تعامل دو میدان تولید می‌کند.
هنگام استفاده از حسگرهای خازنی، برای عملیات عادی مهم است که قطعه ای که ارتعاش آن در حال اندازه گیری است دارای قطری حداقل سه برابر قطر حسگر باشد. در غیر این صورت کالیبراسیون پیشرفته مورد نیاز خواهد بود.
انتخاب حسگر ارتعاش مناسب
هنگام انتخاب حسگر ارتعاش برای کاربرد خود، موارد زیر را در نظر بگیریم:
– گستره و دقت؛
– شرایط محیطی؛
– شکل سطح اندازه‌گیری.
از سه حسگری که در مورد آنها بحث کردیم، شتاب‌سنج، متداول ترین آنها است؛ زیرا دارای گستره ی فرکانسی مناسب است، به این معنی که می‌تواند ارتعاشات آهسته و سریع را حس کند.
در کنار گستره ی فرکانسی مناسب، شتاب‌سنج‌ها قیمت مقرون به صرفه داشته و بادوام هستند. این نوع حسگرها باید به طور مستقیم روی دستگاه نصب شوند که این موضوع برای حسگرهای ارتعاش، مرسوم است.
حسگرهای جریان ادی یا خازنی دقت متوسطی دارند و برای کاربردهایی با وضوح بالا مطلوب نیستند. در مقابل، آنها بسیار بادوام هستند و این موضوع آنها را تبدیل به گزینه ای مناسب برای محیط‌های کثیف می‌کند.
درست مثل شتاب‌سنج‌ها، حسگرهای جریان ادی نیز باید به طور مستقیم بر روی دستگاه تحت پایش نصب شوند.
در نهایت، حسگرهای کرنش، با وجود همه‌کاره و دقیق بودن، برای محیط‌های خطرناک نیز مناسب هستند. متأسفانه، نصب صحیح حسگرهای نوع کرنش سنج دشوار است و دریافت اطلاعات مناسب کاربرد شما مستلزم تقویت‌کننده‌هایی است که می‌تواند قیمت سامانه پایش ارتعاش شما را افزایش دهد.
