ویبریشن سنسور چیست؟ چه کاربردهایی در صنعت دارد؟

تصورکنید ما انسان‌ها می‌توانستیم با یک زبان مشترک با ماشین‌آلات اطرافمان ارتباط برقرار کنیم و از کارکرد درست آن‌ها مطلع شویم، در این‌صورت هم زندگی انسان‌ها راحت‌تر می‌شد و هم اینکه طول عمر ماشین‌آلات افزایش پیدا می‌کرد. اما آیا این تصور واقعاً عملی است؟ بله. این زبان مشترک در واقع لرزش یا ارتعاش است. وقتی که میزان ارتعاشات یک ماشین دوار افزایش می‌یابد و از حد مشخصی می‌گذرد در واقع ماشین ما را از حالت خرابی خود آگاه می‌کند. این ارتعاشات توسط ویبریشن سنسور اندازه‌گیری می‌شوند. در این مطلب که توسط شرکت آرکا کنترل برای شما عزیزان مهیا شده است، به معرفی ویبریشن سنسور، طرز کار سنسور ویبریشن و انواع آن می‌پردازیم.

تاریخچه اندازه‌گیری ارتعاشات

در گذشته اندازه‌گیری ارتعاشات با دو روش ابتدایی که در شکل زیر نشان داده شده است انجام می‌شد. شکل (الف) روش Fish tail method را نشان می‌دهد یکی از روش‌هایی بود که با استفاده از آن لرزش را اندازه می‌گرفتند. در این روش وسیله‌ای که با استفاده از آن ارتعاش اندازه گرفته می‌شد، یک قطعه چوب بود که آن را به شکل حرف (V) و شبیه دم یک ماهی برش میدادند. یک تکنسین باید این قطعه چوب را با دقت زیادی روی شفت موتور نگه می‌داشت و مقدار لرزشی که حس میکرد را در طول زمان گزارش می‌داد.

شکل (ب) یکی دیگر از روش‌های اندازه‌گیری ارتعاش را نشان می‌دهد. در این روش که روش Screw driver نیز نامیده می‌شود، یک پیچ گوشتی را روی بدنه موتور قرار می‌دادند. این پیچ‌گوشتی یک مسیر رسانا برای انتقال لرزش ایجاد می‌کرد. یک تکنسین همواره باید به صدای لرزش‌ها گوش می‌کرد و کم و زیاد شدن آن‌ها را گزارش می‌داد.

در این روش‌ها دقت اندازه‌گیری به تجربه و حافظه‌ی تکنسین بستگی داشت. این روش‌ها  به تغییرات کوچک حساس نبودند؛ و داده‌های کمی قابل اطمینانی را فراهم نمی‌کردند. با پیشرفت روزافزون صنایع، ماشین‌های دوار بخش اعظمی از سرمایه‌ی شرکت‌ها را تشکیل دادند که حفاظت از آن‌ها ضروری بود. ازاین رو نیاز به ابداع ویبریشن سنسورهایی متناسب با فرایندهای صنعتی بیش از پیش احساس شد و ویبرشن سنسورهای مختلفی برای اندازه‌گیری ارتعاشات ساخته شدند.

مفهوم ارتعاش

ارتعاش، لرزش، نوسان یا Vibration همگی مفهوم پدیده‌ای مکانیکی هستند که در تمامی سیستم‌های متحرک صنعتی همواره در حال رخ دادن است. ارتعاشِ ابزارها و ماشین‌های دوار از قبیل توربین‌ها، ژنراتورها، پمپ‌ها، موتورها، فن‌ها و … در حین کارکرد آنها امری طبیعی است. اما اگر این نوسانات از حد معینی فراتر روند به بروز حوادث و یا حداقل خرابی تجهیز منتج می‌شوند. به‌همین علت اندازه‌گیری این ارتعاشات به‌وسیله‌ی سنسور ارتعاش (ارتعاش‌سنج – سنسور ویبریشن- ویبریشن سنسور) از اهمیت بالایی برخوردار است.

کاربرد ویبریشن سنسور در صنعت:

در هر سیستمی که دارای قطعات مکانیکی و متحرک باشد، پای ویبریشن سنسور نیز به آنجا باز خواهد شد. تمام کارخانه‌ها از جمله کارخانه‌های تولیدی مانند تولید سیمان، تولید کاغذ، تولید موادغذایی، تمام سیستم‌های نیروگاهی، پالایشگاهی و پتروشیمی که همگی دارای سیستم‌های مکانیکی هستند، به ویبریشن سنسور و مانیتورینگ آن نیازمند هستند. چه‌بسا در سیستم‌های اتوماسیون گسترده معمولاً بسیاری از ماشین‌های صنعتی به‌صورت متوالی به یکدیگر متصل هستند.

حال فرض کنید یکی از این اجزاء به‌علت لرزش نامتعارف و بیش‌ازحد دچار خرابی شود. قطعاً این خرابی به سیستم‌های مجاور هم منتقل می‌شود و احتمالاً ضررهای هنگفت مالی و حتی جانی به‌دنبال خواهد داشت. پس اهمیت نظارت و کنترل بر نوسانات سیستم‌های صنعتی از واجبات است. حال که با اهمیت این سنسورها  آشنا شدیم، مفهوم فیزیکی ارتعاش را بررسی کرده و به مطالعه‌ی انواع صنعتی سنسور ویبریشن می‌پردازیم.

مفهوم فیزیکی ارتعاش چیست؟

احتمالاً از فیزیک پایه، مفاهیمی همچون سیستم جرم و فنر را در خاطر داشته باشید. در این سیستم یک جسم به جرم m توسط یک فنر با ضریب سختی k بسته شده‌ است. اگر جابجایی را X در نظر بگیریم، با کشیدن این سیستم، در واقع در حال ایجاد جابجایی برای جسم هستیم. چرا که شیء m نسبت به حالت سکون شروع به حرکت می‌کند. با توجه به خاصیت کشسانی فنر، بعد از اعمال نیرو و در واقع کشیدن جسم در راستای فنر، سیستم شروع به نوسان می‌کند. اگر حرکت جسم در راستای فنر را در این سیستم توسط یک کاغذ متحرک ثبت کنیم به شکل یک موج سینوسی می‌رسیم.

همین مثال را در ماشین‌های دوار صنعتی لحاظ کنید. ماشین روشن می‌شود و در حال کار است. به‌واسطه‌ی حرکت ماشین در جهت‌های مختلف، نوساناتی ایجاد می‌شود. این نوسانات موج‌های سینوسی دارند و انگار در داخل ماشین یک سیستم جرم و فنر تا زمان کارکرد ماشین، در حال نوسان است.

ارتعاش چگونه اندازه گرفته می‌شود؟

ارتعاش در یک تعریف خاص، حرکت نوسانی در واحد زمان می‌باشد، مانند چیزی که در سیستم جرم و فنر دیدیم. طبق مفاهیم فیزیکی، اگر از جابجایی در بازه ی زمان مشتق بگیریم، سرعت لحظه‌ای (V) به‌دست خواهد آمد. همچنین اگر از سرعت هم در بازه‌ی زمان مشتق بگیریم، شتاب لحظه‌ای (a) به‌دست می‌آید. پس پارامترهای سرعت و شتاب هم دریک  بازه‌ی زمانی تفاوت چندانی با پارامتر جابجایی ندارند و تنها با مشتق گرفتن از شکل موج مربوطه‌شان می‌توان به شکل موج سینوسی برای سرعت و شتاب در واحد زمان رسید.

شرکت‌های تولید‌کننده‌ی سنسور ارتعاش با کمک همین مفاهیم پایه‌ای فیزیک و نمودارهای سینوسی به تحلیل رفتار اجسام مدور می‌پردازند. همین امر سبب تولید انواع ویبریشن سنسور در دسته‌بندی‌های متفاوت بر اساس خروجی سنسورها شده‌است.

انواع ویبریشن سنسور:

• ویبریشن سنسور جابجایی
• ویبریشن سنسور سرعت
• ویبریشن سنسور شتاب

واحدهای اندازه‌گیری ویبریشن:

همان‌طور که گفتیم ارتعاش ماشین‌آلات از طریق سه کمیت جابجایی، سرعت و یا شتاب اندازه گرفته می‌شود. بنابراین واحد های متفاوتی هم برای آن‌ها تعریف می‌شود.

جابجایی: اگر بخواهیم میزان جابجایی یک اتومبیل را اندازه بگیریم از کمیت‌هایی مثل کیلومتر یا مایل استفاده می‌کنیم. اما اگر بخواهیم جابجایی و لرزش یک موتور را بسنجیم به واحدهای خیلی کوچکتری مثل microns و mils نیاز داریم.

سرعت: برای اندازه‌گیری سرعت یک اتومبیل از واحد‌های بزرگی مثل km/h استفاده می‌کنیم. اما برای اندازه‌گیری لرزش به واحدهای کوچکتری مثل mm/s و IPS نیازمندیم.

شتاب: برای اندازه‌گیری شتاب یک اتومبیل از واحد‌های بزرگی مثل m/s² استفاده می‌کنیم. در صورتی که برای اندازه‌گیری لرزش از واحدهای کوچکتری مثل m/sec²  و in/sec2 و یا شتاب گرانش (G) استفاده می‌کنیم.

ویبریشن سنسور جابجایی یا جریان گردابی (Eddy current):

این دسته از ویبریشن سنسور که سیستم‌های ارتعاش مجاورتی نیز نامیده می‌شوند، بر اساس فاصله‌ی فیزیکی با منبع ارتعاش یا به عبارتی بر مبنای موقعیت مکانی کار می‌کنند. این نوع ویبریشن سنسور از سه قسمت پراکسیمیتور، کابل اکستنشن و پراب تشکیل شده است. هر پراکسیمیتور و پراب با کابلی به طول مشخص کالیبره شده اند.

وقتی ولتاژ 24VDC به پراکسیمیتور وارد شود یک سیگنال با فرکانس رادیویی (RF) تولید می‌شود. این سیگنال از طریق کابل  اکستنشن به پراب وارد می‌شود. در نوک پراب سم‌پیچ هایی قرار دارد که این سیگنال را بصورت میدان مغناطیسی ضعیفی در مقابل خود منتشر می‌کند. این سیگنال رادیویی دارای یک دامنه‌ی ثابت است. تا زمانی که فاصله شفت از نوک پراب تغییر نکند دامنه ثابت خواهد ماند. هنگامی که شفت به نوک پراب نزیک می‌شود مقداری از میدان مغناطیسی به داخل این جسم رسانا نفوذ می‌کنند و این باعث می‌شود جریان گردابی بوجود بیاید و از دامنه سیگنال رادیویی کاسته شود.

این جابجاییِ فاصله شفت با نوک پراب باعث ایجاد ولتاژها و در نتیجه خروجی‌ها و همچنین شکل موج‌های متفاوتی می‌شود. این خروجی‌ها به اپراتور تجهیزات کمک می‌کند تا منطبق با استانداردهای جهانی، بیش از حد بودن این نوسانات را تشخیص دهد و اقدامات لازم را انجام دهد.

ویبریشن سنسور سرعت (Velocity Sensor):

این دسته از سنسور ویبریشن که با نام  Velocity Sensors نیز شناخته می‌شوند، بر اساس پارامتر سرعت، در بازه‌ی زمان کار می‌کنند. این سنسورها مستقیماً بر روی شیء در حال دوران نصب می‌شوند و نیازی به منبع تغذیه خارجی ندارند. در بسیاری موارد این ترانسمیترها سیگنال 4 الی 20 میلی‌آمپر را به‌عنوان خروجی تحویل می‌دهند.

ویبریشن سنسور شتاب (Accelerometers):

دسته‌ی سوم ویبریشن سنسور بر پایه‌ی کمیت شتاب کار می‌کنند. خروجی این سنسورها بر حسب شتاب جاذبه‌ی زمین می‌باشد. این گروه نیز مستقیماً بر روی تجهیز نصب می‌شوند. فاکتور حساسیت در سنسورهای ارتعاشِ از نوع شتاب سنج، از اهمیت بالای برخوردار است.

راهنمای خرید ویبریشن سنسور:

در مطلب عنوان شده با مفاهیم فیزیکی و صنعتی سنسور ویبریشن آشنا شدیم. در همین راستا لازم به ذکر است شرکت آرکا کنترل شریف در زمینه‌ی مشاوره، مهندسی و فروش انواع ویبریشن سنسور، از انواع برندهای مطرح بازار جهانی، از جمله ویبریشن سنسور Bently Nevada و B&K و METRIX و FFE و Hansford و دیگر کمپانی‌های مطرح بین‌المللی با بهترین قیمت و کیفیت آماده‌ی خدمت‌رسانی می‌باشد.

جهت ارتباط با کارشناسان ما می‌توانید با شماره تلفن 88302413-021 و همچنین شماره واتساپ 3344170-0903 و یا آدرس پست الکترونیک  info@arkacontrols.com در تماس باشید.