IMI Sensors verplaatsingssensor voor ultra-lage frequentietoepassingen
Een revolutionaire aanvulling op het gebied van 4-20 mA trillingstrends
Het verschil tussen langzame en snelle industriële machines is niet of ze op trillingen moeten worden gecontroleerd, maar hoe ze op trillingen moeten worden gecontroleerd, aangezien alle industriële apparatuur het slachtoffer kan worden van catastrofale storingen.
Trillingen worden meestal gekwantificeerd via een van de drie meeteenheden:
- Verplaatsing- Verplaatsing meet de lengte van de kortste weg tussen het eindpunt en het beginpunt van een object en wordt meestal gemeten in mils (0,001 inch) of millimeters.
- Snelheid - Snelheid is de verandering in verplaatsing per een bepaalde tijdsperiode en wordt meestal gemeten in inches per seconde (ips) of millimeters per seconde (mm/s).
- Versnelling - Versnelling is de verandering in snelheid per een bepaalde tijdsperiode en wordt meestal gemeten in g's of meters per seconde in het kwadraat (m/s2).
De meest geschikte meeteenheid hangt over het algemeen af van de frequentie van de trilling. Laagfrequente trillingen die worden geproduceerd door industriële machines met een lage snelheid produceren slechts een kleine hoeveelheid trillingen in termen van versnelling, een matige trilling in termen van snelheid maar een aanzienlijke trilling in termen van verplaatsing vanwege de lage snelheid van de trilling. Omgekeerd produceren hoogfrequente trillingen slechts een kleine hoeveelheid trillingen in termen van verplaatsing, matige trillingen in termen van snelheid maar aanzienlijke trillingen in termen van versnelling vanwege de hoge snelheidstrillingen. Zie Figuur 1 voor richtlijnen over wanneer trillingen gemeten moeten worden in versnelling, snelheid of verplaatsing.
Als het gaat om trillingsmonitoring in verplaatsing van machines met lage snelheid, is de verplaatsingssensor Model 653A01 van IMI Sensors met een ingebouwde versnellingsmeter een ideale oplossing. (Zie afbeelding 2.) De sensor heeft een meetbereik van 2 tot 40 mil piek-tot-piek en een frequentiebereik van 1,5 tot 300 Hz. Hij biedt een breder frequentie- en amplitudebereik, een grotere robuustheid en een eenvoudigere installatie in vergelijking met andere alternatieven zoals een nabijheidssonde.Omdat de integreerbare versnellingsmeter de trilling meet in versnelling en vervolgens dubbel integreert in verplaatsing door de interne elektronica, is ruis een belangrijk punt dat beheerd moet worden. Omdat machines met een lage snelheid heel weinig trillingen in termen van versnelling produceren, kan de situatie vergeleken worden met het laten vallen van een speld, in die zin dat het geluid van de speld in een stille kamer waarneembaar kan zijn, maar in een lawaaiige kamer waarschijnlijk niet gehoord kan worden. Hoe weinig waarneembare versnelling is er eigenlijk? Bij de minimale frequentie en minimale verplaatsingsmeting van model 653A01 (1,5 Hz en 2 mils) is de versnelling slechts 0,0002 g. Zelfs wanneer de frequentie wordt verhoogd tot 10 Hz (maximale frequentie waarbij metingen in verplaatsing worden voorgesteld) en de verplaatsingswaarde wordt verhoogd tot 40 mils (maximale verplaatsingswaarde van model 653A01), is de versnelling nog steeds slechts 0,2 g.
Met zulke lage versnellingswaarden kan het signaal gemakkelijk verloren gaan in de ruisvloer als de sensor geen sterk mV/g-uitgangssignaal kan produceren zonder versterkingsversterking. Als versterking nodig is om het signaal te versterken, verhoogt de versterking onbedoeld ook de ruisniveaus. In het geval van model 653A01 wordt een sterk uitgangssignaal gegarandeerd door het gebruik van een element in een buigontwerp. (Zie afbeelding 3.) In het buigontwerp is het piëzo-elektrisch element bevestigd aan de seismische massa in de vorm van een dubbele cantileverbalk. Vanwege hun zeer hoge output (tot 100 V/g) blinken buigzame ontwerpen uit in toepassingen met een laag niveau en een lage frequentie.
Het sterkere uitgangssignaal van het buigzame ontwerp vermindert niet alleen de behoefte aan algehele signaalversterking, maar helpt ook om de ruis te compenseren die in het signaal wordt geïntroduceerd tijdens de dubbele integratie van het signaal van versnelling naar verplaatsing. Tijdens de dubbele integratie versterkt de elektronica van de sensor het laagfrequente deel van het signaal en filtert het hoogfrequente deel van het signaal weg. Laagfrequente versterking versterkt en accentueert ook laagfrequente ruis van zowel de versnellingsmeter als het instrument. Net als bij de algehele signaalversterking versterkt de versterking van het laagfrequente deel van het signaal onbedoeld ook de ruis die bij dat laagfrequente signaal hoort.
Zodra het signaal dubbel is geïntegreerd van versnelling naar verplaatsing, wordt het signaal geconverteerd van hoge impedantie naar lage impedantie en wordt het vervolgens uitgevoerd als een 4-20 mA-signaal, waardoor continue bewaking en trillingstrends mogelijk zijn, evenals gemakkelijke integratie met PLC, DCS en/of SCADA-systeem.
De verplaatsingssensor is gebouwd voor veeleisende 24/7 trillingsbewakingstoepassingen met een hermetisch afgesloten, roestvrijstalen behuizing en een 2-pins MIL-C-5015 topconnector. Wanneer de sensor wordt gevoed door een standaard stroomlus, kan hij gewoon worden aangesloten op een open kanaal van het fabrieksbesturingssysteem. De sensor kan ook worden gevoed door een DC-voeding. Dankzij de beveiliging tegen omgekeerde bedrading is een eenvoudige elektrische installatie mogelijk.