في هذه المقالة، نقدم لكم المزيد من المعلومات حول مقياس التسارع IEPE ومقياس التسارع الشحني (المعروف أيضًا باسم مقياس التسارع) وكيفية استخدامهما لقياس الاهتزازات في الآلات الدوارة.
يوجد العديد من الطرق لقياس الاهتزازات، وعادةً ما تتم عبر مستشعر كهرضغطية أو مقياس تسارع. مقياس التسارع هو مستشعر يحول الاهتزازات الديناميكية لجسم مادي إلى جهد كهربائي. مقياس التسارع عبارة عن محول طاقة كامل التلامس يتم توصيله مباشرةً بالعنصر الذي يُتوقع حدوث اهتزاز فيه. ومن الأمثلة على ذلك المحامل الكروية وناقلات الحركة التروسية. يمكن استخدام هذا المستشعر متعدد الاستخدامات لقياس الاهتزازات عالية التردد ومنخفضة التردد على حد سواء. تتمثل مزايا مقياس التسارع في خطيته على نطاق ترددي واسع ونطاقه الديناميكي الواسع.
كيف يعمل مقياس التسارع؟
تستخدم معظم أجهزة قياس التسارع التأثير الكهرضغطي، مما يعني أن البلورة الموجودة في المستشعر تصدر جهدًا كهربائيًّا تحت الضغط. تنتقل تسارع الغلاف إلى كتلة معايرة (كتلة زلزالية)، وبعد ذلك يُمارس ضغط متناسب على البلورة الكهرضغطية. يولد الجهد الخارجي على البلورة مقاومة كهربائية ذات معاوقة عالية تتناسب مع القوة المطبقة، وبالتالي تتناسب مع التسارع.
كيف أختار مقياس التسارع المناسب؟
نظرًا لتعدد استخدامات أجهزة قياس التسارع، فإنها تتوفر بأشكال وأحجام ونطاقات متنوعة، بالإضافة إلى خصائص محددة أخرى. من خلال تكوين فكرة عن الإشارة المتوقع قياسها بالاقتران مع العوامل البيئية (مثل درجة الحرارة والحساسية للانفجار)، يمكن النظر في نماذج محددة. وبالطبع، يمكنك دائمًا الاتصال بنا للحصول على المشورة عند اختيار المستشعر المناسب، لكننا سنشرح أدناه العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار.
Vibration amplitude
تحدد السعة القصوى، أو النطاق الأقصى للاهتزاز الذي تقوم بقياسه، نطاق المستشعر المطلوب. وعندما يتم قياس الاهتزاز باستخدام مستشعر لا يتطابق مع النطاق المطلوب، تصبح النتيجة إشارة غير موثوقة. وعادةً ما تتميز مقياس التسارع المستخدمة لمراقبة الاهتزازات عالية التردد بحساسية وكتلة أقل.
الحساسية
تعد الحساسية معلمة مهمة عند اختيار مقياس التسارع المناسب. الحساسية هي العلاقة بين الاهتزاز والجهد عند تردد مرجعي. يتم تحديد الحساسية الدقيقة من خلال المعايرة، وعادةً ما يتم إدراجها في شهادة المعايرة المرفقة مع المستشعر. تعتمد الحساسية أيضًا على التردد (المتوقع). وفي النهاية، يلزم إجراء معايرة كاملة على نطاق التردد القابل للاستخدام بأكمله لتحديد كيفية ارتباط الحساسية بالتردد.
بشكل عام، يُستخدم مقياس التسارع ذو الحساسية المنخفضة لقياس الإشارات ذات السعة/التردد العالي، ويُستخدم مقياس التسارع ذو الحساسية العالية لقياس الإشارات ذات السعة المنخفضة/التردد المنخفض. وهناك جانب آخر يتمثل في تردد الرنين الذاتي للمستشعر، ويمكن القول إن أقصى تردد قابل للقياس يجب أن يكون دائمًا أقل بمقدار الضعف من تردد الرنين الذاتي للمستشعر.
عدد المحاور
من حيث اتجاه القياس، هناك نوعان من مقياس التسارع. يقيس مقياس التسارع الأكثر شيوعًا الاهتزاز في اتجاه واحد. وغالبًا ما يُستخدم هذا النوع لقياس مستويات الاهتزاز الميكانيكي في المنشآت والآلات. أما النوع الثاني فهو مقياس التسارع ثلاثي المحاور. يمكن لهذا المقياس إنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد للتسارع.
الوزن
يجب أن يكون وزن مقياس التسارع أقل بكثير من وزن الهيكل الذي يتم مراقبته. إذا زادت كتلة الجسم الذي يتم تثبيت مقياس التسارع عليه بشكل كبير بسبب المستشعر، فقد يؤثر ذلك على خصائص الاهتزاز. وقد يؤدي ذلك إلى بيانات قياس غير دقيقة. بشكل عام، يجب ألا تتجاوز كتلة مقياس التسارع 10% من وزن الجسم. هناك حل محدد لكل تطبيق.
التركيب
هناك اعتبار آخر عند اختيار مقياس التسارع المناسب، وهو كيفية تركيب المستشعر على السطح. هناك أربعة أنواع من خيارات التركيب:
- المحمولة
- مغناطيسي
- لاصق
- التثبيت اللولبي
يُعد التثبيت بالبراغي أفضل طريقة على الإطلاق، ولكنه يتطلب حفر ثقب في الماكينة، وهو ما يتم فقط عند الحاجة إلى تركيب دائم. وبدلاً من ذلك، يمكن لصق المستشعر، على الرغم من أن هذا يوفر خصائص نقل أقل فعالية مقارنةً بالتثبيت بالبراغي.
تُستخدم طرق التثبيت الأخرى بشكل أساسي للتركيبات المؤقتة. تؤثر كل طريقة تثبيت على مقياس التسارع بطريقة ما. بشكل عام، كلما كان التثبيت «أكثر ارتخاءً»، انخفض حد التردد القابل للقياس. تؤدي إضافة كتلة إلى مقياس التسارع، كما هو الحال في التثبيت المغناطيسي، إلى خفض تردد الرنين، مما قد يؤثر على دقة وحدود نطاق التردد القابل للاستخدام لمقياس التسارع.
العوامل البيئية
عند اختيار مقياس التسارع، يجب مراعاة العوامل البيئية مثل درجة الحرارة القصوى للتشغيل، والتعرض للمواد الكيميائية الضارة، والرطوبة. يمكن استخدام معظم مقاييس التسارع في البيئات الخطرة بفضل بنيتها القوية والموثوقة. ولتوفير حماية إضافية، يمكن تصنيع مقاييس التسارع الصناعية من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يجعلها مقاومة للتآكل والمواد الكيميائية.
يُعد مقياس التسارع الشحني مناسبًا لدرجات الحرارة القصوى. ونظرًا لأن مقياس التسارع هذا لا يحتوي على إلكترونيات مدمجة، فإن درجة الحرارة القصوى للتشغيل لا يحدها سوى عنصر المستشعر والمواد المستخدمة في التصنيع. ومع ذلك، ونظرًا لأن أجهزة قياس التسارع هذه تفتقر إلى التكييف المدمج وتضخيم الإشارة، فإنها حساسة للتداخل البيئي، مما يتطلب استخدام كابلات منخفضة الضوضاء. في حالة وجود ضوضاء بيئية مفرطة، يجب استخدام محول إشارة مدمج أو مستشعر IEPE مزود بمضخم إشارة مدمج.
تتحدد مواصفات الرطوبة حسب نوع مانع التسرب الموجود في مقياس التسارع. عادةً ما تكون موانع التسرب الشائعة مصنوعة من الزجاج أو الإيبوكسي. يمكن لمعظم هذه الموانع تحمل مستويات الرطوبة العالية والتعرض المطول للرطوبة المفرطة.
التكلفة
على الرغم من أن أسعار مقياس التسارع بنمط الشحن ومقياس التسارع IEPE متقاربة، إلا أن مقياس التسارع IEPE يكون تكلفته أقل بكثير عند استخدامه في أنظمة متعددة القنوات، حيث إنه لا يتطلب كابلات خاصة منخفضة الضوضاء ومضخمات شحن. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقياس التسارع IEPE أسهل في الاستخدام لأنه أسهل في الصيانة.
مسبار القرب مقابل مقياس التسارع
هناك نوع آخر من أجهزة الاستشعار المستخدمة لقياس اهتزازات الآلات وهو مسبار القرب ( proximity probe)، أو مستشعر المسافة. وعلى عكس أجهزة قياس التسارع، التي تقيس التسارع لاكتشاف الاهتزاز، فإن مسبارات القرب هي أجهزة استشعار غير تلامسية تقيس المسافة إلى جسم ما. تُستخدم هذه المستشعرات في المقام الأول لقياس اهتزازات العمود في الآلات الدوارة الكبيرة والثقيلة. وتُعد التوربينات البخارية من الآلات النموذجية التي تُستخدم فيها مسبارات القرب لقياس اهتزازات العمود. وينصب التركيز بشكل أساسي على قياس اهتزازات العمود داخل محمل العمود. ونظرًا لتأثير التخميد الذي يوفره طبقة الزيت التي يوضع فيها العمود، بالإضافة إلى الغلاف الثقيل، يمكن أن ترتفع اهتزازات العمود بشكل ملحوظ دون زيادة كبيرة في اهتزازات الغلاف. ولذلك، في مثل هذه الحالات، يُفضل استخدام مجسات القرب ( proximity ) التي تقيس حركة العمود مباشرةً. وغالبًا ما يتم استخدام مزيج من كلا النوعين.
