Czujnik drgań 4-20 mA czy akcelerometr IEPE (ICP®, AC)?

Dowiedz się, czym się różni czujnik drgań 4-20mA od akcelerometra IEPE oraz jakie czujniki należy dobrać do pomiarów wentylatorów, pomp, silników i przekładni.

1. CZUJNIK DRGAŃ 4-20 mA CZY AKCELEROMETR IEPE (ICP®, AC)?

Dla wielu wybór jest prosty, ale wciąż część użytkowników czujników drgań nie do końca rozróżnia obszar zastosowania dla czujników drgań z wbudowanym przetwornikiem 4..20 mA oraz znaczenie dynamicznego sygnału wibracji, otrzymywanego z akcelerometru typu IEPE. Czujnik drgań z wyjściem 4..20 mA, na przykład taki HS-420 podłączymy prosto do wejścia analogowego sterownika PLC, rejestratora lub falownika, w pętli 4..20mA. IEPE to system zasilania stałym prądem akcelerometru piezoelektrycznego, z wbudowanym wzmacniaczem ładunkowym, z jednoczesną transmisją sygnału napięciowego w układzie dwuprzewodowym. Oznacza to, że akcelerometru, na przykład takiego HS-150, nie podłączymy do typowego wejścia analogowego PLC, ponieważ musimy zapewnić zasilanie akcelerometru – typowo 2..20 mA. Różni producenci czujników drgań zdefiniowali firmowe nazwy dla systemu IEPE, a najpopularniejsze z nich to akcelerometry ICP® oraz AC i oznaczenia te używane są wymiennie.

2. JAK DZIAŁA CZUJNIK DRGAŃ Z WYJŚCIEM 4..20mA?

W czujniku 4..20mA, drgania mechaniczne maszyny przetwarzane są na sygnał elektryczny, za pomocą elementu piezoelektrycznego (rzadziej MEMS) i dostarczane do wbudowanego w czujniku przetwornika drgań. Najczęściej czujnik z przetwornikiem zasila się z pętli 4..20 mA, w układzie dwuprzewodowym, ze sterownika PLC, falownika lub innego układu automatyki, a sygnałem wyjściowym jest wartość skuteczna prędkości drgań V_RMS, w zakresie częstotliwości od 10 Hz do 1 kHz, zgodnie z normą ISO 10816 (ISO 20816). Dla maszyn o obrotach poniżej 600 obr/min zakres częstotliwości to 2 Hz do 1 kHz. Typowy zakres pomiarowy czujnika drgań 4..20 mA to 0..25 mm/s (1 cal/s), albo 0..20 mm/s, rzadziej 0..10 mm/s lub 0..12 mm/s (0,5 cala/s), proporcjonalny do sygnału prądowego 4..20mA. Montując taki czujnik na oprawie łożyskowej maszyny, zabezpieczymy: wentylator, silnik, pompę lub przekładnię przed nieprzewidzianą awarią, a poziomy ostrzeżenia i alarmu dobierzemy wg tabeli z normy ISO, stosownie do mocy i sposobu posadowienia monitorowanej maszyny.

3. AKCELEROMETR IEPE (ICP®, AC) JAK GO UŻYWAĆ?

Czujnikiem 4..20 mA zmierzymy ogólny poziom drgań, w szerokim zakresie częstotliwości i dowiemy się, czy poziom ten jest niski, czy wysoki – sygnalizujący awarię. Aby jednak zdiagnozować problem i ustalić w szczegółach, co jest przyczyną podwyższonego poziomu drgań, musimy dokonać analizy sygnału wibracji i to jest moment, gdy musimy skorzystać z drganiowego sygnału dynamicznego, który otrzymamy wyłącznie za pośrednictwem akcelerometru IEPE (ICP®, AC), podłączonego do analizatora drgań, wibrometru, czy systemu diagnostycznego. Wykonując zaawansowane analizy, filtracje i wykreślając widmo drgań, możemy zdiagnozować dokładną przyczynę wzrostu drgań, czyli odpowiedzieć na pytania o: niewyważanie wirnika, niewspółosiowość współpracujących wałów, luzy posadowienia, problemy z fundamentowaniem, czy też uszkodzenia łożysk. Czujnik 4..20 mA nie daje nam takiej możliwości, ponieważ sygnał przetworzony na wartość prądu w pętli obrazuje jedynie ogólny pogląd, o wartości wibracji, bez informacji, o konkretnej przyczynie wzrostu poziomu drgań.

4. JAKI CZUJNIK DO WENTYLATORA, POMPY, SILNIKA, PRZEKŁADNI?

Musimy najpierw rozważyć, jakie oczekiwania mamy względem pomiarów wibracji danej maszyny i jak ważna jest ona w procesie produkcji. Jeżeli celem jest jedynie zabezpieczenie maszyny na skutek przekroczenia ogólnego poziomu drgań V_RMS, zgodnie z normą ISO 10816, możemy skorzystać z czujnika drgań 4..20mA. Należy jednak pamiętać, że czujniki drgań z wbudowanym przetwornikiem są w pewnym stopniu uproszczone i sposób ich przetwarza nie zawsze jest wystarczająco odporny na wymagające otoczenie przemysłowe, pod kątem na przykład zakłóceń falownikowych. Jeśli mamy kilkudziesięciokilowatowy wentylator, którego wirnik oblepia się na skutek zanieczyszczeń tłoczonego medium – czujnik 4..20 mA będzie idealnym zabezpieczeniem, przed wzrostem niewyważenia wirnika. Natomiast główna pompa zasilania kotła w elektrowni, o mocy kilkuset kW, powinna być zabezpieczona wyższej klasy rozwiązaniem, z akcelerometrem IEPE (ICP®, AC) i pełnym systemem wibrodiagnostycznym. Silniki elektryczne i przekładnie, to kolejny obszar zastosowań czujników drgań. Gdy mamy niezbyt znaczący napęd urządzenia pomocniczego – czujnik 4..20 mA będzie optymalny. Gdy jest to nawet kilkukilowatowy napęd z przekładnią zębatą kluczowego przenośnika, zatrzymującego proces produkcyjny – nasz wybór należy skierować w kierunku akcelerometru i zaawansowanego systemu diagnostycznego, lub analizatora drgań, aby dokonywać dogłębnej diagnostyki łożysk tocznych i stanu zazębienia.