پرسش و پاسخ حوزه اندازه‌گیری و پایش ارتعاش

مفاهیم

ارتعاش (Vibration) به حرکت رفت‌وبرگشتی و نوسانی یک جسم حول یک نقطه تعادل گفته می‌شود که معمولاً به صورت منظم و دوره‌ای رخ می‌دهد.

لرزش در زبان فارسی معمولاً به همان مفهوم ارتعاش اشاره دارد و تفاوت فنی خاصی با آن ندارد.

به‌طور ساده:

هر حرکت تکرارشونده به جلو و عقب یا بالا و پایین حول یک نقطه ثابت، ارتعاش یا لرزش نامیده می‌شود.

مثال‌ها:

لرزش موتور الکتریکی هنگام کار

ارتعاش شفت یک پمپ

لرزش بدنه ماشین در حال حرکت

پارامترهای اصلی ارتعاش:

دامنه (Amplitude): شدت لرزش

فرکانس (Frequency): تعداد لرزش در ثانیه (Hz)

سرعت ارتعاش (Velocity)

شتاب ارتعاش (Acceleration)

جابجایی ارتعاش (Displacement)

 

منابع ایجاد ارتعاش بسیار متنوع هستند. رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

عناصر دوّار نامتعادل

قطعات غیربالانس

خرابی چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان‌ها

جریان سیال

جریان هوا

نیروهای رانشی سیستم‌های پیشرانش

محیط‌های آکوستیکی با شدت بالا

یک هرتز (Hz) برابر است با ۱ سیکل در ثانیه (یعنی ۶۰ سیکل در دقیقه) و ۱ RPM برابر است با ۱ دور در دقیقه.

بنابراین، موتوری که با ۶۰ هرتز کار می‌کند، در واقع با ۶۰ دور در ثانیه می‌چرخد که معادل است با:

۳۶۰۰ دور در دقیقه (60 × 60)


برای اندازه‌گیری ارتعاشات ماشین‌های دوار روش‌های مختلفی وجود دارد که هر کدام بسته به هدف اندازه‌گیری و دقت مورد نیاز استفاده می‌شوند. مهم‌ترین روش‌ها عبارت‌اند از:

شتاب‌سنج‌ها (Accelerometers):

رایج‌ترین روش اندازه‌گیری ارتعاش

شتاب لرزش را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند

می‌توانند تک‌محوره یا سه‌محوره باشند

سنسورهای سرعت ارتعاش (Velocity Sensors / Piezovelocity Transducers)

سرعت حرکت لرزشی شفت یا بدنه را اندازه‌گیری می‌کنند

معمولاً برای دامنه ارتعاش متوسط کاربرد دارند

سنسورهای جابجایی (Displacement Sensors / Proximity Probes)

تغییر مکان شفت نسبت به پایه را اندازه‌گیری می‌کنند

برای ماشین‌های با سرعت پایین یا تحلیل لرزش‌های شدید مناسب هستند

دستگاه‌های قابل حمل (Portable Vibration Meters / Data Collectors)

برای بازرسی دوره‌ای و سریع ماشین‌آلات

معمولاً ترکیبی از شتاب، سرعت و جابجایی را نمایش می‌دهند

تحلیل با روش FFT و نرم‌افزارهای مانیتورینگ

داده‌های ارتعاشی جمع‌آوری شده به دامنه و فرکانس تجزیه می‌شوند

برای تشخیص منابع مشکل و پایش وضعیت بلندمدت کاربرد دارند

آنالیز لرزش یعنی بررسی و تحلیل ارتعاشات ماشین‌آلات برای تشخیص وضعیت سلامت ماشین آلات دوار و شناسایی مشکلات مکانیکی قبل از وقوع خرابی.

در این فرآیند:

سیگنال ارتعاشی توسط سنسورها (شتاب‌سنج، سنسور سرعت، سنسور جابجایی) جمع‌آوری می‌شود.

با استفاده از نرم‌افزارهای تحلیل و روش‌هایی مانند FFT (تبدیل فوریه سریع)، سیگنال به فرکانس‌ها و دامنه‌ها تجزیه می‌شود.

الگوهای مشخص مربوط به مشکلات مختلف (مثلاً بلبرینگ، چرخ‌دنده، نامتعادلی شفت) شناسایی می‌شوند.

هدف اصلی آنالیز لرزش:

پیش‌بینی خرابی‌ها

افزایش عمر تجهیزات

کاهش توقف ناگهانی و هزینه تعمیرات

می‌توان آن را به‌عنوان چشم ماشین برای دیدن مشکلات داخلی بدون باز کردن آن تصور کرد.

سنسور

IEPE مخفف نوعی سنسور عمومی به نام سنسور پیزوالکتریک با الکترونیک یکپارچه (Integrated Electronic PiezoElectric) است.

شرکت PCB Piezotronics این نوع سنسور IEPE را تحت نام تجاری ICP® عرضه می‌کند.

سیگنال کاندیشنر بخش مهمی از یک سیستم سنسور IEPE است، زیرا دو وظیفه‌ٔ حیاتی انجام می‌دهد:

  1. تأمین منبع تغذیه‌ی ثابت ۳۰–۱۸ ولت DC برای سنسور IEPE که برای عملکرد الکترونیک داخلی سنسور ضروری است.
  2. حذف ولتاژ بایاس از سیگنال سنسور تا دستگاه قرائت بتواند داده‌های دقیق و قابل‌اعتماد دریافت کند.

ولتاژ تغذیه (Supply Voltage) ولتاژی است که مستقیماً از سیگنال کاندیشنر تأمین می‌شود و معمولاً در بازه ۱۸ تا ۳۰ ولت DC قرار دارد. این ولتاژ باید از طریق یک دیود محدودکننده جریان عبور داده شود تا به مدار الکترونیکی سنسور آسیب نرسد. سنسورهای استاندارد IEPE برای عملکرد صحیح به حداقل ۲ میلی‌آمپر جریان نیاز دارند، اما ممکن است تا ۲۰ میلی‌آمپر نیز جریان مصرف کنند. در فرآیند محدودسازی جریان، دیود معمولاً ۱ ولت از ولتاژ را مصرف می‌کند. ولتاژ باقی‌مانده (یعنی ولتاژ تغذیه منهای ولتاژ مصرف‌شده توسط دیود)، ولتاژ تحریک (Excitation Voltage) نام دارد.

چندین اقدام احتیاطی مهم وجود دارد که باید رعایت شوند، از جمله:

  • به سنسورهای IEPE یا تقویت‌کننده‌های خطی بیش از ۲۰ میلی‌آمپر جریان ثابت اعمال نکنید.
  • ولتاژ تغذیه را از ۳۰ ولت DC بیشتر نکنید.
  • بدون حفاظت جریان ثابت ولتاژ اعمال نکنید؛ جریان ثابت برای عملکرد صحیح الزامی است.
  • سنسور را در معرض دماهای بالاتر از ۲۵۰ درجه فارنهایت (۱۲۱ درجه سانتی‌گراد) قرار ندهید.
  • سنسور را در معرض رطوبت بالا یا محیط‌های مرطوب قرار ندهید.
  • سنسور را در معرض ضربه‌های مکانیکی شدید قرار ندهید.

اندازه‌گیری‌های دینامیکی (یعنی اندازه‌گیری‌هایی که به‌سرعت در طول زمان تغییر می‌کنند)

سنسورهای پیزوالکتریک قادر به اندازه‌گیری کمیت‌های استاتیک نیستند، زیرا کریستال‌های یک سنسور پیزوالکتریک هنگام اعمال فشار، بار الکتریکی تولید می‌کنند، اما این بار به‌مرور زمان به صفر نشت می‌کند.

این طرح‌ها شامل خمشی (Flexural)، فشاری (Compression) و برشی (Shear) هستند. هر سه نوع طراحی دارای اجزای اصلی شامل المان پیزوالکتریک، جرم لرزه‌ای (Seismic Mass)، پایه (Base) و بدنه (Housing) می‌باشند.

پرسش و پاسخ

کوارتز و سرب زیرکونات تیتانات (سرامیک) دو ماده رایج در ساخت المان‌های پیزوالکتریک هستند.

سنسورهای کوارتزی حساسیت ولتاژی بالایی دارند و برای پردازش سیگنال به تقویت‌کننده ولتاژ نیاز دارند.

سنسورهای مبتنی بر سرامیک خروجی بار الکتریکی بالا و ظرفیت خازنی بالایی ارائه می‌دهند.

سنسور IEPE دارای مازول های الکترونیک داخلی است، در حالی که سنسور PE چنین الکترونیکی ندارد.

در نتیجه، سنسور IEPE می‌تواند سیگنال بار با امپدانس بالا را در داخل خود به سیگنال ولتاژ با امپدانس پایین تبدیل کند، در حالی که سیگنال بار با امپدانس بالا از سنسور PEر باید در یک تقویت‌کننده بار خارجی تبدیل شود.

از آنجا که سنسور PE الکترونیک داخلی ندارد، می‌توان آن را در دمای بالاتر از سنسورهای IEPE استفاده کرد، زیرا محدودیت دما توسط حد دمای کریستال‌ها تعیین می‌شود و نه مازول‌های الکترونیک داخلی.

پاسخ فرکانسی، دامنه فرکانسی است که در آن سنسور پاسخ خطی ارائه می‌دهد.

حد بالای پاسخ فرکانسی توسط فرکانس رزونانس سنسور تعیین می‌شود و حد پایین پاسخ فرکانسی توسط ثابت زمانی تخلیه سنسور تعیین می‌گردد.

پرسش و پاسخ

فرکانس رزونانس، فرکانسی است که سنسور در آن تمایل دارد با بیشترین دامنه نوسان کند.

هر جسمی در جهان ذاتاً فرکانس رزونانس مخصوص به خود را بر اساس ساختار مکانیکی‌اش دارد.

فرکانس رزونانس با فرمول زیر تعیین می‌شود:

فرکانس رزونانس = (سختی / جرم لرزه‌ای)√

ثابت زمانی تخلیه، زمان لازم برای کاهش سیگنال به میزان ۶۳٪ را اندازه‌گیری می‌کند.

هرچه ثابت زمانی تخلیه بالاتر باشد، سیگنال کندتر تخلیه می‌شود و بنابراین پاسخ فرکانسی پایین بهتری دارد.

ثابت زمانی تخلیه با فرمول زیر تعیین می‌شود:

ثابت زمانی تخلیه = مقاومت × ظرفیت خازنی

حساسیت عرضی، حساسیت (به درصد) یک سنسور تک‌محوره به شتاب عمود بر محور اصلی آن در یک بازه فرکانسی مشخص است.

حساسیت اسمی شتاب‌سنج، مشخصه انحرافی را تعریف می‌کند که در محدوده حساسیت قابل قبول در نظر گرفته می‌شود.

به عنوان مثال: اگر حساسیت یک شتاب‌سنج ±۱۰٪ از ۱۰ میلی‌ولت بر g تعریف شده باشد،

حساسیت واقعی سنسور پس از کالیبراسیون می‌تواند در بازه ۹ تا ۱۱ میلی‌ولت بر g باشد و همچنان مشخصات شتاب‌سنج مورد نظر را برآورده کند.

اگر حساسیت و دامنه اندازه‌گیری شتاب‌سنج را در هم ضرب کنیم، باید برابر ۵ ولت شود.

به عنوان مثال:

حساسیت سنسور ۱۰ میلی‌ولت بر g است.

دامنه اندازه‌گیری سنسور باید محاسبه شود:

دامنه اندازه‌گیری شتاب‌سنج = خروجی کامل شتاب‌سنج ÷ حساسیت شتاب‌سنج = ۵۰۰۰ میلی‌ولت ÷ ۱۰ میلی‌ولت بر g = ۵۰۰ g

این مشخصه دامنه شتاب ورودی بر حسب g را تعریف می‌کند که سنسور در صورت مواجهه با آن، قادر به بازیابی باشد.

سنسورهای حالت خمشی (Flexure Mode) چطور؟

در سال‌های اخیر، سنسورهای Shear Mode محبوبیت یافته‌اند، در حالی که سنسورهای Compression Mode اغلب به عنوان “تکنولوژی قدیمی” در نظر گرفته می‌شوند. در همین حال، سنسورهای حالت خمشی که زمانی برای کاربردهای صنعتی خیلی شکننده محسوب می‌شدند، اکنون با استفاده از تکنیک‌های طراحی ویژه دوباره مطرح شده‌اند.

هر روش ساخت دارای مزایا و معایب ذاتی خود است. روش ساخت سنسور کمتر از عملکرد آن اهمیت دارد. برای هر مدل، ویژگی‌هایی مانند کرنش پایه (Base Strain) و حدود شوک در برگه مشخصات quant می‌شوند و قابل مقایسه هستند.
برای مثال، یک سنسور حالت فشاری با طراحی مناسب ممکن است کرنش پایه پایین‌تری نسبت به یک سنسور حالت برشی داشته باشد. اگرچه این ممکن است با شهود بسیاری از افراد مغایرت داشته باشد. 
در طراحی‌های پیشرفته امروز، انتخاب سنسور مناسب برای یک کاربرد با توجه به عملکرد حاصل از تکنیک‌های طراحی مختلف تعیین می‌شود.

در حالی که بسیاری از شتاب‌سنج‌های عمومی ۱۰۰ mV/g دارای مشخصه فرکانس پایین -3dB بین ۰.۲ تا ۰.۵ هرتز هستند، اما آن‌ها بهترین گزینه برای اندازه‌گیری دقیق روی ماشین‌آلات با سرعت پایین نیستند. دلیل این است که بیشتر شتاب‌سنج‌های عمومی ۱۰۰ mV/g سطح نویز فرکانس پایین بسیار بالاتری نسبت به شتاب‌سنج‌های طراحی شده برای اندازه‌گیری‌های فرکانس پایین دارند.

برای این کاربرد، باید از شتاب‌سنج‌های ۵۰۰ mV/g با فرکانس پایین استفاده شود، زیرا نسبت سیگنال به نویز به مراتب بهتری ارائه می‌دهند.

خیر، سنسورهای ۵۰۰ mV/g صرفاً به دلیل افزایش بهره الکترونیکی داخلی حساس‌تر نیستند. اگر تنها بهره الکترونیکی افزایش یابد، دامنه خروجی سیگنال ارتعاش افزایش می‌یابد، اما هم‌زمان سطح نویز داخلی سنسور نیز بالا می‌رود.

حساسیت بالاتر بدون افزایش نویز تنها با تقویت مکانیکی سیگنال‌ها ممکن است، که از طریق افزایش جرم سنسور و یا استفاده از کریستال حسگر با خروجی بالاتر انجام می‌شود.

با توجه به حساسیت بالای خروجی و در نتیجه دامنه پایین سیگنال‌ها، سنسورهای فرکانس پایین، خروجی بالا در معرض اورلود شدن هستند، به‌ویژه زمانی که ارتعاشات فرکانس بالای قابل توجه وجود داشته باشد.

به همین دلیل، یک فیلتر پایین‌گذر (Low-Pass) در الکترونیک این سنسورها قرار داده شده است.

این فیلتر حد فرکانس بالای سنسور را کنترل کرده و سیگنال‌های فرکانس بالا را تضعیف می‌کند. با عدم پردازش داده‌های فرکانس بالا (که معمولاً دارای سطح ارتعاش بالایی هستند)، احتمال اورلود شدن سنسور کاهش می‌یابد.

ولتاژ بایاس، که گاهی به آن ولتاژ استراحت (Rest Voltage) نیز گفته می‌شود، برای اندازه‌گیری سیگنال‌های AC با استفاده از تقویت‌کننده‌های تک‌سیمه دو سیمه لازم است.
این ولتاژ DC بایاس، حامل سیگنال AC است که روی آن قرار می‌گیرد. معمولاً این ولتاژ در نقطه‌ای بین منبع تغذیه و زمین انتخاب می‌شود، یعنی تقریباً نیمه راه بین ولتاژ تغذیه و زمین.

زمان روشن شدن (Turn-On Time): مدت زمانی است که سنسور برای رسیدن به ولتاژ بایاس یا ولتاژ استراحت نهایی خود نیاز دارد (معمولاً در حدود ۱۰٪ از مقدار نهایی) هنگام روشن شدن سنسور.

زمان تثبیت یا زمان بازیابی از شوک (Settling Time or Shock Recovery Time): مدت زمانی است که سنسور برای بازیابی از اورلود تقویت‌کننده ناشی از ضربه‌های مکانیکی با دامنه بالا مانند نصب با آهنربا نیاز دارد.

خیر. به‌طور کلی، سنسورهای فرکانس بسیار پایین کندتر از سنسورهای عمومی عمل می‌کنند.

زمان روشن شدن معمولی سنسورهای عمومی: کمتر از ۳ ثانیه

سنسورهای فرکانس پایین: معمولاً تا ۸ ثانیه زمان روشن شدن نیاز دارند


بله.

سنسورهای فشاری (Compression) و برشی (Shear) معمولاً برای کاربردهای عمومی، صنعتی و فرکانس بالا استفاده می‌شوند.

سنسورهای خمشی (Flexural) به دلیل حساسیت طراحی، معمولاً محدود به کاربردهای تخصصی لرزه‌نگاری (Seismic) هستند.

اگرچه از دید طراحی سنسور تفاوت‌هایی وجود دارد، این تفاوت‌ها معمولاً برای کاربر نهایی مشهود نیستند.

به طور کلی:

سنسورهای برشی (Shear) برای یک حساسیت مشخص، فرکانس رزونانس بالاتری ارائه می‌دهند.

همچنین سنسورهای برشی نسبت به تغییرات حرارتی ناگهانی (Thermal Transients) حساسیت کمتری دارند.

سنسورهای پیزوسرامیک خروجی بار بسیار بالاتری نسبت به سنسورهای مبتنی بر کوارتز دارند. این موضوع نویز الکترونیکی سنسور را کاهش داده و امکان اندازه‌گیری سیگنال‌های سطح پایین‌تر را فراهم می‌کند. بنابراین، سنسورهای پیزوسرامیک باید برای پایش ماشین‌آلات با سرعت پایین که معمولاً در کاربردهای صنعتی یافت می‌شوند، استفاده شوند.

به دلیل خروجی پایین عنصر حسگر و نویز بالاتر تقویت‌کننده متناظر، اثر شیب اسکی (Ski Slope Effect) در فرکانس‌های پایین مشاهده می‌شود.

اگر سیگنال شتاب به سرعت (Velocity) انتگرال‌گیری شود، نویز الکترونیکی بیشتر تقویت شده و پاسخ شیب اسکی به‌طور قابل توجهی بزرگ‌نمایی می‌شود.

شتاب‌سنج‌های عمومی (100 mV/g)، شتاب‌سنج‌های فرکانس پایین (500 mV/g) و ترنسدیوسرهای پیزوولاسیتی (100 mV/ips) بسته به سرعت ماشین‌آلات، سطح دامنه ارتعاش و روش‌های اندازه‌گیری مشخص می‌شوند.

هدف اصلی در انتخاب سنسور، حداکثر کردن نسبت سیگنال به نویز اندازه‌گیری است.

شتاب‌سنج‌های فرکانس پایین از جرم هسته بزرگ‌تر استفاده می‌کنند تا خروجی عنصر حسگر افزایش یابد. این کار نویز الکترونیکی تقویت‌کننده را کاهش داده و خروجی ولتاژ بالاتری از سنسور فراهم می‌کند.

خروجی ولتاژ بالاتر سنسورهای فرکانس پایین به غلبه بر نویز دستگاه جمع‌آوری داده هنگام اندازه‌گیری سیگنال‌های با دامنه پایین کمک می‌کند.

معایب این روش: کاهش فرکانس رزونانس سنسور است.

ترنسدیوسرهای لرزش سنج IEPE در واقع شتاب‌سنج‌های فرکانس پایین هستند که دارای مدار انتگرال‌گیری داخلی می‌باشند. انتگرال‌گیری سیگنال تأثیر نویز دستگاه جمع‌آوری داده را کاهش می‌دهد.

همچنین، مدار انتگرال‌گیری به عنوان یک فیلتر عمل می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی و مکانیکی فرکانس بالا که ممکن است بر اندازه‌گیری‌های فرکانس پایین تأثیر بگذارند را حذف می‌کند.

در فرکانس‌های بالا، یک شتاب‌سنج سه‌محوره (Triaxial) نسبت به سه شتاب‌سنج تک‌محوره نصب‌شده روی یک بلاک، پاسخ فرکانسی بهتری ارائه می‌دهد.

کابل

کابل دو رشته شیلددار به دلایل زیر ترجیح داده می‌شود:

برخلاف کابل کواکسیال که شیلد خود یک حامل سیگنال است، در کابل دو رشته شیلددار هادی‌های سیگنال توسط شیلد پوشانده شده‌اند و به‌طور مستقیم در معرض تداخل الکتریکی نیستند.

تاب‌خوردگی دو رشته باعث حذف تفاضلی (Differential Cancellation) تداخل مغناطیسی می‌شود.

سر سیم‌های لخت و قلع‌کاری‌شده دو رشته راحت‌تر به پنل‌های ترمینال بلاک متصل می‌شوند.

از آنجا که شیلد از هادی‌های سیگنال ایزوله است، می‌توان تکنیک‌های پیشرفته‌تر زمین کردن را به‌کار برد.

⚠️ کابل‌های کواکسیال تنها زمانی باید استفاده شوند که کانکتورهای BNC یا سایر کانکتورهای کواکسیال برای نصب الزامی باشند.

در کابل‌های کواکسیال، شیلد حامل سیگنال مشترک (Common) است و بنابراین به سیستم مانیتورینگ زمین می‌شود.

شیلد باید از بدنه حسگر ایزوله باشد تا از ایجاد حلقه‌های زمین (Ground Loops) جلوگیری شود.

کابل‌های دو رشته شیلددار:

دو روش برای زمین کردن شیلد وجود دارد:

اگر بدنه حسگر به ماشین متصل الکتریکی باشد (مثلاً نصب با Stud Mount):

شیلد کابل معمولاً به بدنه حسگر متصل می‌شود و از این طریق به زمین ماشین وصل می‌شود.

در این نوع نصب، شیلد نباید به سیستم مانیتورینگ متصل شود، زیرا ممکن است حلقه‌های زمین بین زمین مانیتور و زمین ماشین ایجاد شود.

اگر بدنه حسگر از ماشین ایزوله باشد (مثلاً نصب در سیمان):

شیلد باید به زمین مانیتور متصل شود.

توصیه می‌شود که شیلد از بدنه حسگر ایزوله باشد تا در صورت از دست رفتن ایزولاسیون بین بدنه حسگر و ماشین، از ایجاد حلقه‌های زمین جلوگیری شود.

به‌طور کلی، کابل حسگر با سیگنال پایین نباید در کنار یا موازی سیم‌های حامل جریان بالا قرار گیرد.

اگر نصب ایجاب کند که کابل سنسور در کنار سیم جریان بالا قرار گیرد:

باید حداقل ۶ اینچ فاصله بین آن‌ها وجود داشته باشد.

ترجیحاً کابل سنسور ارتعاش در کانال یا سینی جداگانه و زمین‌شده نصب شود.

سیم‌های حامل جریان بالا باید تنها در زاویه قائمه (Right Angle) با کابل سنسور عبور داده شوند.

در عملکرد عادی، سیگنال‌های ارتعاشی سنسورهای شتاب‌سنج با امپدانس پایین بین کابل‌ها تداخل متقابل ایجاد نمی‌کنند.

در کاربردهای نادری که سیگنال‌های با دامنه بسیار بالا در کنار سیگنال‌های با دامنه بسیار پایین منتقل شوند، ممکن است کمی تداخل متقابل رخ دهد.

میزان کاهش تداخل (Attenuation) بین دو کابل دو رشته شیلددار که به‌صورت موازی قرار گرفته‌اند، بیش از ۱۰۰ دسی‌بل است.

در نزدیکی سنسور، کابل باید با سیستم کاهش تنش (Strain Relief) نصب شود به‌ گونه‌ای که انعطاف کافی برای حرکت کامل ماشین و سهولت در جداسازی هنگام تعمیر و نگهداری وجود داشته باشد.

در مسیر دهی کابل، معمولاً از کانال‌ها (Conduit) و بست‌های نگهدارنده (Cable Tie Downs) استفاده می‌شود.

در صورت استفاده از بست‌های کمربندی (Tie Wraps)، در برخی محیط‌های سخت مانند نصب در ماشین‌های کاغذسازی ممکن است نیاز به بست‌ باشد.

با استفاده از تغذیه استاندارد و سنسورهای موجود در بازار امروز، معمولاً کابل‌ها می‌توانند تا طول ۲۰۰ فوت (حدود ۶۰ متر) بدون نگرانی اجرا شوند.

مسیرهای کابل طولانی‌تر از ۲۰۰ فوت نیز رایج هستند و به ندرت بر اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارند. با این حال، مشورت با سازنده سنسور برای بررسی کاربرد و تعیین مناسب بودن کابل‌های طولانی توصیه می‌شود.

کابل‌های طولانی باعث بار خازنی (Capacitive Loading) در فرکانس‌های بالا می‌شوند که حساسیت حسگر به اشباع آمپلی‌فایر را افزایش می‌دهد.

شرایطی که باید از آن اجتناب کرد عبارت است از: کابل‌های بسیار طولانی در حضور سیگنال‌های با دامنه و فرکانس بالا، زمانی که سیگنال‌های با فرکانس پایین و دامنه پایین اندازه‌گیری می‌شوند.

جعبه‌های تقسیم، انتقال اقتصادی بین سیستم‌های جمع‌آوری داده سیار (Walk-Around) و سیستم‌های پایش آنلاین دائمی را فراهم می‌کنند.

همچنین، ایمنی کارکنان را افزایش می‌دهند زیرا افراد CM از محیط‌های خطرناک دور نگه داشته می‌شوند.

علاوه بر این، پیکربندی قابل سوئیچ نقاط سیگنال باعث کاهش نیروی کار و کاهش زمان جمع‌آوری داده می‌شود.

نصب

چهار روش مختلف نصب وجود دارد: نصب با پیچ (Stud Mounted)، نصب با چسب (Adhesive Mounted)، نصب مغناطیسی (Magnetically Mounted) و استفاده از نوک پروب (“Stingers”).

هر روش، پاسخ فرکانسی بالا سنسور را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

نصب با پیچ گسترده‌ترین پاسخ فرکانسی و محکم‌ترین و قابل‌اعتمادترین اتصال را فراهم می‌کند.

تمام روش‌های دیگر، حد بالای فرکانس سنسور را کاهش می‌دهند. با جدا کردن سنسور از تماس مستقیم با نقطه اندازه‌گیری و قرار دادن قطعات نصب جایگزین مانند پدهای چسبی، آهنرباها یا نوک پروب‌ها، رزونانس نصب‌شده ایجاد می‌شود. این رزونانس نصب‌شده کمتر از رزونانس طبیعی سنسور است و حد بالای فرکانس را کاهش می‌دهد. هرچه سنسور از نقطه اندازه‌گیری فاصله بیشتری داشته باشد، رزونانس نصب‌شده کمتر و محدوده فرکانسی قابل استفاده پایین‌تر خواهد بود.

پرسش و پاسخ
شکل فوق این تغییر رزونانس نصب‌شده را نشان می‌دهد.

نصب مغناطیسی روشی راحت برای انجام اندازه‌گیری‌های سریع و قابل حمل فراهم می‌کند و معمولاً برای پایش وضعیت ماشین‌آلات، تعمیر و نگهداری پیش‌بینانه، بررسی‌های موردی و کاربردهای ترندینگ ارتعاش استفاده می‌شود.

نصب با چسب اغلب برای نصب موقت یا زمانی که سطح جسم آزمایش قابل آماده‌سازی برای نصب با پیچ نیست، به کار می‌رود.

روش نصب با پیچ (Stud Mounting) نیازمند سطح تماس صاف و مسطح برای عملکرد صحیح است و برای نصب‌های دائمی و/یا محکم توصیه می‌شود. نصب با پیچ برای آزمایش در فرکانس‌های بالا توصیه می‌گردد.

باید بیشترین تلاش برای فراهم کردن سطح صاف، یکنواخت و هموار در محل تماس سنسور و ماشین انجام شود.

سوراخ رزوه‌کاری شده باید عمود بر سطح نصب باشد.

وجود فضا بین سنسور و سطح نصب به دلیل سطج غیر صاف یا تکنیک‌های نادرست در سوارخکاری و رزوه‌کاری می‌تواند رزونانس نصب‌شده سنسور را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد.

همچنین، رزوه‌کاری ضعیف می‌تواند استحکام نصب با پیچ را کاهش دهد و باعث شود سنسور در طول نگهداری معمولی به‌راحتی از ماشین جدا شود.

باید بیشترین تلاش برای فراهم کردن سطح صاف (Flat Spot Face) روی ماشین در محل پد چسبی انجام شود.

سطح چسبی هم پد و هم ماشین باید سایش داده شده و با حلال تمیز شود تا چسبندگی حداکثری حاصل شود.

چسب مناسب باید استفاده شود تا از خرابی نصب جلوگیری کند، که می‌تواند ناشی از موارد زیر باشد:

خرابی با مواد شیمیایی

دماهای بالا یا تخریب بلندمدت

اختلال فیزیکی در چسبندگی به دلیل دستکاری و جابجایی.

بستگی به نوع چسب دارد. به‌طور کلی، بهترین چسب‌ها سیانوآکریلات‌ها مانند Aron Alpha یا Super Glue هستند. این چسب‌ها در دمای اتاق بسیار سریع خشک می‌شوند و بازه فرکانسی وسیع و محدوده دمایی مناسبی را فراهم می‌کنند.

معایب این روش شامل موارد زیر است:

نیاز به حلال برای جدا کردن چسب

زمان‌بر بودن فرآیند جداسازی

دشواری ایجاد اتصال مناسب روی سطوح زبر

محیط

مهم‌ترین اثرات محیطی که باید در نظر گرفته شوند عبارت‌اند از:

دمای محیط؛ تغییرات ناگهانی دما؛

رطوبت و یا احتمال غوطه‌وری در مایعات؛

تداخل الکترومغناطیسی؛ تخلیه الکتریسیته ساکن؛ نویزهای مکانیکی ناشی از ماشین‌آلات مجاور؛

و مواد شیمیایی و حلال‌های خورنده.

حساسیت شتاب‌سنج در طول محدوده دمایی تعیین‌شده برای حسگر تغییر می‌کند (معمولاً کمتر از ۱۰٪). این تغییرات قابل ردیابی هستند و باعث ایجاد هیچ تغییر دائمی در حسگر نمی‌شوند.

هنگامی که حسگر در دماهای بسیار بالا و نزدیک به حد بالای محدوده دمایی قرار گیرد، طراحی آن باید به‌گونه‌ای باشد که برای قرارگیری طولانی‌مدت در این شرایط از مدارات الکترونیک با قابلیت اطمینان بالا استفاده کند.

تغییرات سریع دما می‌تواند سیگنال‌های غیرواقعی (Spurious Signals) در خروجی حسگر ایجاد کند که ناشی از انبساط حرارتی قطعات فلزی است.

در صورتی که از حسگرهایی با طراحی یا مشخصات نامناسب استفاده شود، این سیگنال‌های غیرواقعی می‌توانند باعث ایجاد هشدارهای کاذب شوند.

شتاب‌سنج‌های با فرکانس پایین و حسگرهایی که حساسیت کمی به کرنش (Strain) دارند، بیشتر در معرض تأثیرات دماهای گذرا قرار دارند.

رطوبت و غوطه‌وری در آب می‌توانند باعث اتصال کوتاه متناوب (Intermittent Shorting) حامل‌های سیگنال در حسگرهای با پوشش اپوکسی و یا در کانکتور و کابل‌هایی با طراحی یا مشخصات نامناسب شوند.

این اتصال کوتاه متناوب باعث تولید سیگنال‌های غیرواقعی (Spurious Signals) می‌شود که می‌توانند هشدارهای کاذب ایجاد کرده یا حسگر را از کار بیندازند.

در کاربردهای صنعتی:

باید از حسگرهای کاملاً آب‌بندی‌شده (Hermetically Sealed) استفاده شود.

کانکتور و کابل باید طوری طراحی شوند که نفوذ مایعات را دفع کنند.

در صورت استفاده از کانکتورهای مقاوم به پاشش یا غوطه‌وری، بهتر است گریس سیلیکونی روی اتصالات اعمال شود تا محافظت بیشتری از اتصال فراهم شود.

تداخل الکترومغناطیسی می‌تواند سیگنال‌های کاذب در خروجی حسگر ایجاد کند. تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس بسیار بالا می‌تواند باعث تداخل متقاطع (Intermodulation Distortion) شده و خطاهای اندازه‌گیری با فرکانس پایین تولید کند.

برای جلوگیری از این اثرات:

الکترونیک داخلی و المان حسگر شتاب‌سنج باید به‌صورت ایزوله از بدنه (Case Isolated) طراحی شوند تا از ایجاد حلقه‌های زمین جلوگیری شود.

سنسور لرزش سنج باید به‌صورت الکترونیکی شیلد شده باشد تا میدان‌های الکترومغناطیسی کاهش یابند.

استفاده از کابل دو رشته شیلددار نسبت به کابل کواکسیال توصیه می‌شود.

متفرقه

اگر دقت دقیق سطح ارتعاشات ضروری باشد، سنسورها باید سالانه تست کالیبره شوند.

شرکت یکان
ارتباط با ما