ویبریشن سنسور شتاب
ویبریشن سنسور شتاب (Accelerometer Sensor) یکی از تجهیزات مهم در صنعت ابزار دقیق و کنترل است که برای اندازه‌گیری شتاب ارتعاشات (تغییرات سرعت) در ماشین‌آلات، بدنه تجهیزات و سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع سنسور شتاب معمولاً به‌صورت مستقیم روی تجهیز نصب می‌شود و تغییرات شتاب ناشی از ارتعاش را اندازه‌گیری می‌کند.
یکی از مهم‌ترین مشخصات ویبریشن سنسور شتاب، حساسیت آن است. حساسیت سنسور معمولاً با واحد mV/g بیان می‌شود و بسته به نوع کاربرد و شرایط اندازه‌گیری، مقادیری مانند 25، 50 و 100 mV/g برای آن انتخاب می‌شود. انتخاب حساسیت مناسب به محدوده ارتعاش، شرایط تجهیز و دقت مورد نیاز در اندازه‌گیری بستگی دارد.
سنسور شتاب در انواع مختلف و با اصول عملکرد متفاوت تولید می‌شود و می‌تواند اطلاعات مهمی را برای پایش وضعیت (Condition Monitoring)، کنترل و نگهداری تجهیزات در اختیار کاربر قرار دهد. این سنسورها در صنایع مختلفی مانند نفت و گاز، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه، خودروسازی و هوافضا کاربرد دارند و به‌ویژه برای پایش ارتعاش تجهیزات دوار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شماتیک و نحوه عملکرد شتاب‌سنج
عملکرد سنسور شتاب در اندازه‌گیری ارتعاش
در ابزار دقیق، ویبریشن سنسور شتاب برای اندازه‌گیری تغییرات شتاب ناشی از حرکت و ارتعاش تجهیزات به کار می‌رود. شتاب بیانگر نرخ تغییر سرعت یک جسم نسبت به زمان است. بنابراین، سنسور شتاب می‌تواند تغییرات حرکتی و ارتعاشی ایجادشده در یک تجهیز را دریافت و آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل کند.
مبنای فیزیکی عملکرد شتاب‌سنج را می‌توان با قانون دوم نیوتن توضیح داد؛ بر اساس این قانون، نیروی واردشده به یک جسم با جرم و شتاب آن ارتباط مستقیم دارد. در ساختار سنسور، این تغییرات مکانیکی توسط بخش حسگر شناسایی شده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شوند. این سیگنال می‌تواند برای اندازه‌گیری، تحلیل و پایش ارتعاشات تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد.
در سیستم‌های پایش وضعیت، اطلاعات به‌دست‌آمده از ویبریشن سنسور شتاب می‌تواند برای بررسی وضعیت ماشین‌آلات و شناسایی تغییرات غیرعادی در عملکرد تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد. به همین دلیل، این سنسورها یکی از تجهیزات مهم در سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل ارتعاش به شمار می‌روند.
شتاب‌سنج پیزو الکتریک
شتاب‌سنج پیزوالکتریک (Piezoelectric Accelerometer) یکی از انواع پرکاربرد سنسورهای شتاب برای اندازه‌گیری ارتعاشات تجهیزات است. در ساختار این نوع سنسور، جرم متحرک بصورت فنری به یک کریستال پیزو الکتریک وصل می‌شود. با تغییر شتاب، نیروی واردشده از طرف جرم به کریستال نیز تغییر می‌کند.
اعمال این نیرو باعث ایجاد تنش در کریستال پیزوالکتریک می‌شود. در اثر این تنش، کریستال یک بار الکتریکی متناسب با نیروی واردشده تولید می‌کند که به آن شارژ (Charge) گفته می‌شود. برای تبدیل این شارژ به یک سیگنال قابل استفاده، از شارژ آمپلی‌فایر (Charge Amplifier) استفاده می‌شود.
یکی از ویژگی‌های مهم این فناوری، تولید مستقیم شارژ الکتریکی توسط کریستال در اثر تحریک مکانیکی است. در نتیجه با توجه به تولید شارژ توسط کریستال پیزو الکتریک، به منبع تغذیه نیاز نیست.
شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک فاقد قطعات متحرک مکانیکی در ساختار حسگر هستند. در نتیجه، استهلاک ناشی از حرکت قطعات کاهش یافته و قابلیت اطمینان مناسبی برای کاربردهای صنعتی فراهم می‌شود. این سنسورها همچنین برای اندازه‌گیری ارتعاشات در محدوده فرکانسی گسترده، از چند هرتز تا حدود 30 kHz، قابل استفاده هستند و بر اساس نوع کاربرد با حساسیت خروجی، وزن، ابعاد و شکل‌های مختلف تولید می‌شوند.
نکته مهم این است که شتاب‌سنج پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری شتاب دینامیکی و ارتعاشات مناسب است و در برابر شتاب ثابت، خروجی پایدار و قابل اندازه‌گیری ارائه نمی‌دهد. به همین دلیل، این سنسورها بیشتر در سیستم‌های پایش ارتعاش و وضعیت تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شماتیک سنسور شتاب پیزوالکتریک
از جمله مدل‌های شتاب‌سنجی که در این دسته قرار می‌گیرند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
ویبریشن سنسور شتاب برند CTC مدل AC102
شتاب‌سنج برند Bently Nevada مدل 330400
سنسور شتاب برند Hansford مدل HS-150
مزایای شتاب‌سنج پیزو الکتریک
شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک به دلیل ساختار و ویژگی‌های عملکردی خود، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و اندازه‌گیری ارتعاش مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین مزایای آن‌ها عبارت‌اند از:
- پاسخ فرکانسی خوبی دارد و می‌توان آن را با رزونانس بالا پیکربندی کرد.
- به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارد.
- محدوده اندازه‌گیری وسیعی دارد و برای تست ارتعاش با دامنه کم و همچنین شوک با دامنه بالا مناسب است.
- سنسور پیزوالکتریک در شکل‌های مختلف قابل ارائه است.
- اندازه کوچکی دارد و نصب و استفاده از آن آسان است.
- تغییر فاز ناچیزی دارد.
معایب شتاب‌سنج پیزوالکتریک
در کنار مزایای ذکرشده، هنگام انتخاب سنسور پیزوالکتریک باید محدودیت‌های آن نیز در نظر گرفته شود:
- سنسور پیزوالکتریک فقط برای اندازه‌گیری دینامیکی استفاده می‌شود و برای شرایط استاتیک مناسب نیست.
- حساسیت دمایی بالایی دارد.
- برخی از کریستال‌های پیزوالکتریک در برابر آب و رطوبت حساس هستند و در محیط‌های با رطوبت بالا ممکن است دچار آسیب یا تخریب شوند.
شتاب‌سنج پتانسیومتری
شتاب‌سنج پتانسیومتری یکی از ساده‌ترین انواع شتاب‌سنج است که برای اندازه‌گیری شتاب و تغییرات حرکت به کار می‌رود. این ساختار از یک جرم متحرک، فنر و پتانسیومتر تشکیل شده است و در دسته شتاب‌سنج‌های سیسمیک (Seismic) قرار می‌گیرد.
در این نوع شتاب‌سنج، جرم متحرک به قسمت متغیر پتانسیومتر متصل است. با تغییر شتاب، نیروی واردشده به جرم تغییر می‌کند و در نتیجه جرم نسبت به بدنه جابه‌جا می‌شود. این جابه‌جایی، موقعیت بخش متغیر پتانسیومتر و در نهایت مقدار مقاومت الکتریکی آن را تغییر می‌دهد.
با اندازه‌گیری تغییرات مقاومت پتانسیومتر، می‌توان میزان شتاب واردشده به سیستم را تعیین کرد. به همین دلیل، عملکرد این نوع سنسور شتاب بر پایه تبدیل جابه‌جایی مکانیکی جرم به یک سیگنال الکتریکی است.
شتاب‌سنج‌های پتانسیومتری بیشتر برای اندازه‌گیری شتاب‌های ثابت و ارتعاشات با فرکانس پایین استفاده می‌شوند. محدوده فرکانسی این ساختار، بسته به طراحی و مشخصات سنسور، می‌تواند تا حدود ۳۰ هرتز باشد.
از نمونه سنسورهای مرتبط با این فناوریمی‌توان به ویبریشن سنسور 8455C برند metrix اشاره کرد.
شماتیک شتاب‌سنج پتانسیومتری
مزایا شتاب‌سنج پتانسیومتری
- معمولاً حساسیت بالایی به تغییرات شتاب دارند.
- ابعاد کوچکی دارند و برای استفاده در دستگاه‌ها یا سیستم‌های دارای فضای محدود مناسب هستند.
- برای اندازه‌گیری دقیق تغییرات حرکت و سرعت مناسب هستند.
- برخی مدل‌ها می‌توانند در شرایط محیطی خاص، مانند ارتفاع بالا یا در حضور میدان‌های مغناطیسی، کار کنند.
معایب شتاب‌سنج پتانسیومتری
- برخی شتاب‌سنج‌های پتانسیومتری تحت تأثیر دما قرار می‌گیرند و ممکن است دقت آن‌ها در دماهای مختلف تغییر کند.
- در برخی شرایط ممکن است سیگنال‌های نویزی در خروجی ایجاد شود که بر دقت اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد.
- در برخی موارد، این نوع سنسورها ممکن است در اثر ضربه یا شرایط محیطی نامناسب دچار آسیب شوند.
- در مقایسه با برخی انواع شتاب‌سنج، ممکن است قیمت نسبتاً بالاتری داشته باشند.
انتخاب شتاب‌سنج پتانسیومتری به نوع کاربرد و نیازهای اندازه‌گیری بستگی دارد. بنابراین، هنگام انتخاب سنسور باید شرایط کاری و محدودیت‌های موردنظر را در نظر گرفت.
روش نصب شتاب‌سنج
انتخاب روش مناسب برای نصب ویبریشن سنسور شتاب روی سازه، تأثیر مستقیمی بر دقت اندازه‌گیری دارد. روش‌های متداول نصب این سنسورها شامل نصب مغناطیسی، پیچی یا رزوه‌ای، چسبی و دستی (پراب) هستند.
روش نصب سنسور شتاب باید متناسب با محدوده فرکانسی اندازه‌گیری و شرایط سطح محل نصب انتخاب شود. همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌شود، خارج از محدوده فرکانسی کاری سنسور، رابطه بین حساسیت و فرکانس می‌تواند از حالت خطی خارج شود.
برای دستیابی به دقت بالاتر، به‌ویژه در اندازه‌گیری ارتعاشات با فرکانس بالا، سنسور باید به‌صورت محکم و صلب به سازه متصل شود. این کار باعث می‌شود حرکت نسبی (x-y) بین سنسور و سازه به حداقل یا صفر برسد و انتقال ارتعاش با دقت بیشتری انجام شود.
ینابراین استفاده از پیچ و رزوه برای نصب شتاب‌سنج گزینه مناسب‌تری است؛ زیرا باعث اتصال محکم سنسور به سازه می‌شود. استفاده از یک لایه نازک گریس بین دو سطح نیز می‌تواند به بهبود تماس آن‌ها کمک کند.
در فرکانس‌های بالاتر از ۱ کیلوهرتز، معمولاً نمی‌توان به نتایج شتاب‌سنج نصب‌شده با آهنربا اعتماد کرد. این موضوع به‌ویژه زمانی اهمیت دارد که سطح سازه دارای زنگ‌زدگی، رنگ، گردوغبار یا آلودگی روغنی باشد.
نصب با چسب یا موم ساده‌تر است، اما دقت اندازه‌گیری به شدت به شرایط سطح اتصال وابسته است. همچنین موم به دلیل کاهش استحکام تماس در فرکانس‌های بالا، برای این محدوده مناسب نیست. بنابراین، محدوده فرکانسی یکی از عوامل اصلی در انتخاب روش نصب ویبریشن سنسور شتاب است.
انواع نصب ویبریشن سنسور شتاب
با رسم پاسخ سازه در حوزه فرکانس، می‌توان مشخصه‌های دینامیکی سازه را بررسی کرد. نقاط قله در این نمودار بیانگر فرکانس‌های رزونانس سازه هستند. در حول‌وحوش این نقاط، میرایی سازه غالب است و با روش‌های ساده‌ای نظیر قله‌گزینی (Peak-Picking) می‌توان تخمین اولیه‌ای از فرکانس رزونانس به دست آورد.
نموداری که کاهش پهنای باند را از روش‌های مختلف نصب نشان می‌دهد.
کاربرد سنسور شتاب در صنعت
سنسور شتاب برای اندازه‌گیری حرکت و ارتعاشات بدنه یا سیستم استفاده می‌شود. این سنسورها اطلاعات مربوط به شتاب و ارتعاش را جمع‌آوری کرده و به سیستم‌های کنترل و نظارت منتقل می‌کنند. در ادامه، برخی از مهم‌ترین کاربردهای ویبریشن سنسور شتاب در صنعت و ابزار دقیق بررسی می‌شود.
- اندازه‌گیری و کنترل ارتعاشات: از ویبریشن سنسور شتاب برای اندازه‌گیری ارتعاشات و تغییرات شتاب در ماشین‌آلات دوار، سیستم‌های الکترونیکی و سازه‌ها استفاده می‌شود. داده‌های به‌دست‌آمده می‌توانند برای تشخیص مشکلات احتمالی و بررسی عملکرد تجهیزات مورد استفاده قرار گیرند.
- مانیتورینگ وضعیت سازه‌ها: در صنعت ساخت و ساز، ویبریشن سنسورها برای مانیتورینگ وضعیت سازه‌های عظیم مانند پل‌ها، ساختمان‌ها و سازه‌هایی که نیاز به نظارت و تشخیص وضعیت ارتعاشات دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- پیشگیری از خرابی و نقص‌ها: با تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده توسط ویبریشن سنسورها، می‌توان به پیشگیری از خرابی‌های زودرس و نقص‌های ممکن در تجهیزات صنعتی و ماشین‌آلات پرداخت و اقدامات تعمیر و نگهداری مناسب را انجام داد.
- سنجش عملکرد دستگاه‌ها: از ویبریشن سنسور شتاب برای سنجش و ارزیابی عملکرد ماشین‌آلات صنعتی نیز استفاده می‌شود. در این ارزیابی، پارامترهایی مانند میزان ارتعاش، شتاب و در برخی تجهیزات سرعت ارتعاش بررسی می‌شوند.
استفاده از ویبریشن سنسور شتاب در ابزار دقیق و کنترل، به بهبود کارایی، ایمنی و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمک می‌کند و از اهمیت بالایی در این صنعت‌ها برخوردار است.
🛒 خرید ویبریشن سنسور شتاب
آیا در تحقیقات علمی یا پروژه‌های صنعتی خود به دنبال یک راهکار قابل اعتماد برای اندازه‌گیری شتابِ ارتعاشات هستید؟ شرکت آرکا کنترل شریف در ارائه سنسورهای شتاب و تجهیزات اندازه‌گیری دقیق، شریک ایده‌آل شماست. برای سفارش انواع سنسور شتاب یا مشاوره بیشتر می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی زیر با ما در تماس باشید.
📞 تلفن: 88302413-021
📲 واتس اپ: 3344170-0903
📧 ایمیل: info@arkacontrols.com
