Méréselmélet és mérőrendszerek

Átírás

1 Méréselmélet és mérőrendszerek Rezgésmérés Készítette: Tóth Péter AAAJSG

2 Rezgés alapfogalmai Rezgésnek nevezzük azt a jelenséget, amikor egy test, vagy annak része egy referencia ponthoz viszonyítva kitérést végez, amely meghatározott ideig fennmarad. Rezgés elmozdulás Szinuszos rezgést feltételezve A rezgés pillanatnyi kitérése: x=a*sinωt, a maximális érték: x max =A 2

3 Rezgés alapfogalmai Rezgéssebesség A gyorsulás fázisa 90º-kal tolódik el az elmozduláshoz képest, szinuszos rezgést feltételezve A rezgés pillanatnyi sebessége: a maximális érték: v max =Aω v=a*ωsinωt, 3

4 Rezgés alapfogalmai Rezgésgyorsulás A gyorsulás fázisa további 90º-kal tolódik el a sebességhez képest, szinuszos rezgést feltételezve A rezgés pillanatnyi gyorsulása: a=-a*ω 2 sinω 2 t, a maximális érték: a max =Aω 2 4

5 Számszerűen kijelzett paraméterek Csúcs, vagy csúcstól-csúcsig érték A rezgés maximális amplitúdóját (vagy kétszeres amplitúdóját) adja meg. Jellemző alkalmazási területe: Rezgés elmozdulás mérés. Átlagérték Az átlagérték megfelel az elektronikában használatos elektronikus középértéknek. Effektív vagy RMS érték Az effektív (RMS) érték fogalma megegyezik az elektronikában használatos effektív értékkel. Általánosan használt a rezgéssebesség és a rezgésgyorsulás mérésekor. 5

6 Grafikus megjelenítés A rezgésvizsgálatok, analízisek során rendkívül sokféleképpen jeleníthetők meg a gép rezgései. Az alábbiakban csak az időjellel és a rezgésspektrummal foglalkozunk, mivel ezek a rezgésdiagnosztika legalapvetőbb elemei. Időjel Egy rezgésjel általában több különböző nagyságú és frekvenciájú rezgésösszetevőből áll. Pl. három különböző frekvenciájú és amplitúdójú szinuszos jelből képződő idealizált rezgésjel: Külön 6

7 Grafikus megjelenítés Együtt a három különböző frekvenciájú és amplitúdójú szinuszos jel: Három összetevőből álló időjel spektruma: 7

8 Grafikus megjelenítés Egy valós időjel: Valós időjel spektruma: 8

9 A mérendő paraméterek célszerű kiválasztása Annak érdekében, hogy a mérendő gép, gépelem mechanikai állapotát rezgéserősség méréssel, vagy spektrum vagy más analízissel minél jobban nyomon tudjuk követni, és hogy elkerüljük a felesleges vagy kis információtartalmú méréseket, célszerű a mérendő paraméter gondos kiválasztása. Rezgés elmozdulás mérés Az alacsony frekvenciás rezgéseket kiemeli, a magasakat elnyeli. Az alacsony fordulatszámú (n<600 1/min) gépek mechanikai állapotának nyomon követésére alkalmazzuk (>250 Hz) Rezgéserősség mérésekor alkalmas egyensúlyhiba, tengelyvonal hiba változásának detektálására, de alkalmatlan p. gördülőcsapágy és fogkapcsolati hiba kimutatására. 9

10 A mérendő paraméterek célszerű kiválasztása Rezgéssebesség mérés A rezgésspektrumokból jól látható, hogy a legáltalánosabban használható, így a leggyakrabban mért rezgésparaméter a gépek mechanikai állapotának nyomon követésére. A géprezgés szabványok is a rezgéssebesség effektív értékére vonatkoznak. Az alkalmazott frekvenciatartomány Hz. Rezgéserősség mérés esetén alkalmas mind alacsony mind magas frekvenciás hibák kimutatására. 10

11 A mérendő paraméterek célszerű kiválasztása Rezgésgyorsulás mérés A magas frekvenciás rezgéseket kiemeli, az alacsonyakat elnyomja. Ebből kifolyólag általánosan használt gördülőcsapágyak, fogaskerék hajtások diagnosztikájára, egyéb magas frekvenciájú rezgésekre alkalmazzák. Rezgéserősség mérésekor pl. egyensúlyhiba, tengely vonalhiba változások detektálására nem alkalmas. 11

12 Rezgésérzékelők és működési elvük A rezgésérzékelőket működési elvük alapján a rezgés mely paraméterével arányos jelet ad ki elmozdulás, sebesség és gyorsulásérzékelőkre oszthatjuk. Az iparban a legelterjedtebbek a piezoelektromos gyorsulásérzékelők. A tipikus ipari gépekhez (1500, illetve 3000 fordulat/perc)- többnyire ICP kivitelű (= beépített töltéserősítővel rendelkező) piezoelektromos - rezgésgyorsulás-érzékelő műszert használunk mert ezekkel tudunk jó pontossággal mérni. 12

13 Rezgésérzékelők és működési elvük Piezoelektromos gyorsulásérzékelő Az érzékelő működése a piezo kristály azon tulajdonságára épül, hogy nyomás vagy nyírás hatására a kristályban ez erőhatással arányos töltések választódnak szét, melyeket a kristály felületéről megfelelő elektronikával elvezethetünk. A gyorsulásérzékelő felépítése: 1. ház 2. rugó 3. szeizmikus tömeg 4. piezo kristály 5. bázis 6. elektromos csatlakozás 13

14 Piezoelektromos gyorsulásérzékelő A piezo kristályhoz minden esetben fixen csatolunk egy állandó nagyságú szeizmikus tömeget. Az F=m*a összefüggésből adódóan a keletkezet töltésmennyiség mivel az m állandó a gyorsulással arányos. Előnyei: kis méretük és tömegük Ütésállóságuk széles frekvenciatartományuk gyorsulás jelből viszonylag egyszerűen egyszeres és kétszeres integráló elektronikával előállítható a sebesség és az elmozdulás. 14

15 Hansford gyorsulás-érzékelő szenzor HS-100 MS / MIL-C tűs csatlakozó opciók: M12 csatlakozó, ETFE / szilikon / tűzálló kábel 100 mv/g érzékenység (opciók: 10 / 30 / 50 / 100 / 250 / 500 mv/g) +/- 80 g méréstartomány (100 mv/g) 0,8 Hz - 15 khz (+/- 3dB), 2 Hz - 10 khz (+/- 5%) frekvencia-tartomány opciók: 1/4-28 UNF-2B/-2A / M6 / M8 / M10 / M12 / Quick Fit rögzítés elektromosan szigetelt, >10E8 Ohm (500 V) 0,5-8 ma tápáram (IEPE rezgésérzékelő) C üzemi hőmérséklet-tartomány IP67 védettség 15

16 Elektrodinamikus rezgés-sebesség érzékelő A működési elvük egyszerű: egy rugókkal felfüggesztett állandó mágnes mozog egy tekercs belsejében. A mágnes mozgásának hatására a tekercsben feszültség indukálódik. U=B*L*v Az indukált feszültség mivel a B*L állandó - az állandó mágnes sebességével arányos. Előnye: Működéséhez nem kell megtáplálás Hátránya: Viszonylag robosztus kivitel 1. tekercs 2. csévetest 3. membrán 4. állandó mágnes Gyenge ütésállóság és a korlátozott frekvenciatartomány 16

17 Hansford Sensors HS-160 rezgéssebesség érzékelő szenzor MS / MIL-C-5015, 2-tűs csatlakozó opciók: MS / M12 csatlakozó, ETFE / szilikon / tűzálló kábel rezgéssebesség kimenet, 4 mv/mm/s érzékenység 1000 mm/s (csúcsérték) méréstartomány 2 Hz - 6 khz (+/- 3dB) frekvencia-tartomány opciók 1/4-28 UNF-2B/-2A / M6 / M8 / M10 / M12 /Quick Fit rögzítés elektromosan szigetelt, >10E8 Ohm (500 V) 0,5-8 ma tápáram (IEPE rezgésérzékelő) ( C) üzemi hőmérséklet-tartomány IP67 védettség 17

18 Elmozdulás érzékelő Manapság az érintés nélküli, relatív (tengely) rezgés elmozdulások mérésére használják. A legelterjedtebb típusa az örvényáramú kivitel. Az érzékelő egy adó induktivitás, mely nagyfrekvenciával váltakozó mágneses teret hoz létre maga körül. A közelébe jutó vezető testek felületi rétegeiben ez örvényáramot indukál. Ez az örvényáram a távolság függvényében visszahat az adó induktivitásra, és ezt a visszahatást mérjük. 18

19 Elmozdulás érzékelő Provibtech elmozdulás érzékelő szenzor (Örvényáramos elmozdulás érzékelő) TM mm standard érzékelő átmérő (opcionális: 5 mm, 8 mm, 11 mm) Standard, 7200 rendszerrel csereszabatos 0,8 mv/µm (20 mv/mil) érzékenység 12 mm (470 mils) mérési tartomány Felhasználó által megadható kábelhossz DC...2 khz (±3 db) frekvencia-tartomány Opcionális páncélozott, megerősített kábel 1,25"-12UNF vagy M30x2 menetes rögzítés Standard vagy fordított szerelés C üzemi hőmérséklet-tartomány ATEX, CSA, GOST, CE megfelelőség 19

20 Köszönöm a figyelmet! 20