Датчик вибрации: как выбрать (акселерометр, датчик скорости, вихретоковый)

Датчик вибрации выбирают по тому, что нужно измерить. Перемещение вала в подшипниках скольжения меряет вихретоковый датчик. Общую вибрацию корпуса в среднем диапазоне частот даёт датчик скорости. Для подшипников качения и зубчатых передач, где важны высокие частоты, нужен акселерометр. Верхнюю рабочую частоту ограничивает и способ крепления: шпилька, клей, магнит или щуп.

Три типа датчиков и что они измеряют

Тип	Величина	Где стоит	Для чего
Вихретоковый (бесконтактный)	Перемещение вала относительно датчика	Напротив вала, в корпусе подшипника	Радиальная вибрация вала, осевое положение, отметчик фазы и частота вращения
Датчик скорости	Виброскорость корпуса	Корпус подшипника, корпус машины	Общая вибрация корпуса, защита и мониторинг
Акселерометр	Виброускорение корпуса	Корпус подшипника, корпус машины	Высокие частоты: ранние дефекты подшипников качения, зубчатое зацепление

Forbes Marshall сводит это к простому правилу: вихретоковые датчики меряют перемещение вала, датчики скорости — вибрацию корпуса на средних частотах, акселерометры — высокочастотные дефекты. Скорость удобна как общий показатель состояния машины, ускорение — для раннего выявления дефектов подшипников качения и зубчатых передач.

Вихретоковый датчик

Система 3300 XL 8 мм у Bently Nevada состоит из трёх частей: зонд, удлинительный кабель и преобразователь Proximitor. Выходное напряжение пропорционально расстоянию от торца зонда до проводящей поверхности, поэтому система меряет и постоянную составляющую (положение), и переменную (вибрацию).

Параметр 3300 XL 8 мм	Значение по даташиту
Чувствительность	7,87 В/мм (200 мВ/mil)
Линейный диапазон	2 мм (80 mil), примерно от 0,25 до 2,3 мм от цели
Частотная характеристика	0–10 кГц, +0/−3 дБ, при длине полевой линии до 305 м
Минимальный диаметр вала	50,8 мм, рекомендуемый минимум 76,2 мм
Расстояние между зондами	не меньше 38 мм для радиальной вибрации, 40 мм для осевого положения

Основное применение, по данным Bently Nevada, — вибрация и положение вала на машинах с подшипниками скольжения, а также отметчик фазы (Keyphasor) и частота вращения. Стандартная система 3300 XL 8 мм с длиной 5 м соответствует API 670 по конструкции, линейному диапазону, точности и температурной стабильности.

Когда без вихретокового датчика не обойтись

1. Подшипники скольжения. Нужно знать движение вала относительно подшипника, а не корпуса. Bently Nevada называет машины с подшипниками скольжения основной областью применения системы 3300 XL.
2. Турбины. По данным Forbes Marshall, вихретоковые датчики обязательны для контроля перемещения вала в подшипнике: радиальной вибрации, осевого сдвига и относительного расширения. Акселерометр на корпусе этих величин не даёт.
3. Нужна фаза и частота вращения. Отметчик фазы (Keyphasor) и измерение частоты вращения тоже делают вихретоковым датчиком, это прямо указано в даташите 3300 XL.

Пример такой установки на крупных вентиляторах разобран в статье «Вихретоковые датчики 3300 XL на крупных вентиляторах».

Датчик скорости

Классический датчик скорости — катушка и магнит: при вибрации их взаимное движение наводит напряжение, пропорциональное скорости. Bently Nevada Velomitor 330500 устроен иначе: это пьезоэлектрический акселерометр со встроенной электроникой, которая выдаёт сигнал скорости. Движущихся частей нет, поэтому датчик не изнашивается и ставится в любом положении.

Параметр Velomitor 330500	Значение по даташиту
Что меряет	Абсолютную вибрацию корпуса подшипника, корпуса машины, конструкции
Чувствительность	3,94 мВ/(мм/с) (100 мВ/(дюйм/с)) ±5 %
Частотная характеристика	4,5 Гц – 5 кГц (±3 дБ); 6 Гц – 2,5 кГц (±0,9 дБ)
Диапазон	1270 мм/с пик
Резонанс в установленном состоянии	выше 12 кГц
Момент затяжки	32–46 кг·см (24–40 дюйм·фунт) максимум

Акселерометр

Акселерометр выдаёт сигнал, пропорциональный ускорению. Его выбирают для высоких частот: ранние дефекты подшипников качения, зубчатое зацепление. Частоты дефектов подшипника и как их искать в огибающей разобраны в статье «Частоты дефектов подшипника BPFO, BPFI, BSF, FTF».

Параметр	330400	330425
Чувствительность	10,2 мВ/(м/с²) (100 мВ/g) ±5 %	2,5 мВ/(м/с²) (25 мВ/g) ±5 %
Диапазон	50 g пик	75 g пик
Частотная характеристика	10 Гц – 15 кГц (±3 дБ); 30 Гц – 10 кГц (±10 %)	так же
Резонанс в установленном состоянии	выше 30 кГц	выше 30 кГц
Поперечная чувствительность	меньше 5 % от осевой	меньше 5 % от осевой
Питание	−24 ±0,5 В пост. тока	−24 ±0,5 В пост. тока

По данным Bently Nevada, 330400 разработан под требования API 670 к акселерометрам и предназначен для измерений ускорения корпуса, например для контроля зубчатого зацепления.

Как читать чувствительность

Чувствительность 100 мВ/g означает, что 1 g ускорения даёт на выходе 100 мВ. Более высокая чувствительность лучше выделяет слабые сигналы, но уменьшает диапазон: у пары 330400 и 330425 это хорошо видно — 100 мВ/g при 50 g против 25 мВ/g при 75 g. Для машин с сильными ударами берут датчик с меньшей чувствительностью и большим диапазоном.

Как крепление влияет на рабочий диапазон частот

Датчик меряет только то, что ему передаёт крепление. Чем жёстче и легче крепление, тем выше резонанс системы и тем выше частота, до которой можно доверять измерениям.

Способ крепления	Ориентировочная верхняя частота (Istec)
Шпилька	10 000–20 000 Гц
Клей	7 000–10 000 Гц
Магнит на плоской поверхности	5 000–7 000 Гц (чистый магнит с каплей масла — до 10 000 Гц)
Магнит на изогнутой поверхности	2 000–2 500 Гц
Щуп (удлинитель)	около 500 Гц

Это ориентиры. Точный предел зависит от конкретного датчика, массы магнита и состояния поверхности. Что ещё важно:

1. Шпилька — лучший вариант. Endevco: крепление на шпильке даёт наибольшую передачу вибрации из всех способов. Для 330400 Bently Nevada указывает шероховатость посадочной поверхности 32 микродюйма rms и момент затяжки 4,1 Н·м.
2. Тонкий слой смазки под основанием. Endevco рекомендует тонкий слой лёгкой смазки: он заполняет микронеровности и повышает жёсткость стыка. Это особенно важно для измерений выше 2 кГц.
3. Клей. Ни один клей не жёсткий, как шпилька. Endevco отмечает, что при комнатной температуре лучшие характеристики у цианоакрилата, а термоклей из пистолета наименее эффективен.
4. Магнит. Удобен на маршрутах, но массивные магнитные адаптеры Endevco называет пригодными только для частот ниже нескольких сотен герц. При установке магнит притягивается с ударом, который может повредить датчик. Istec советует осторожно трактовать данные выше 1000 Гц на лёгких машинах из-за массы магнита.
5. Щуп. Самый узкий диапазон. Подходит для быстрой проверки общего уровня на низких частотах, но не для анализа подшипников.

Если планируете искать дефекты подшипников качения по огибающей, ставьте датчик на шпильку или приклеенную площадку, а не на щуп.

Как выбрать: пошагово

1. Определите тип подшипников. Подшипники скольжения на ответственной машине — вихретоковые датчики на вал. Подшипники качения — датчики на корпус.
2. Определите частоты. Общая вибрация корпуса в рабочем диапазоне — датчик скорости. Подшипники качения, редукторы, высокие частоты — акселерометр.
3. Проверьте диапазон амплитуд. Сильные удары — датчик с меньшей чувствительностью и большим диапазоном.
4. Выберите крепление под нужную верхнюю частоту (таблица выше).
5. Проверьте совместимость со вторичной аппаратурой: питание (например, −24 В для 330400), длину кабеля, требования API 670, если машина защищается по этому стандарту.

Если датчик нужен для переносного прибора, а не для стационарной системы, сначала решите, какой прибор вам нужен: об этом статья «Виброметр или виброанализатор».

Какой датчик выбрать

• Ускорение корпуса, зубчатые передачи, высокие частоты — акселерометр Bently Nevada 330400/330425.
• Общая вибрация корпуса подшипника — датчик скорости Velomitor.
• Вибрация и положение вала на подшипниках скольжения — вихретоковая система 3300 XL.

KEG TRK поставляет датчики Bently Nevada в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• Bently Nevada. 3300 XL 8 mm Proximity Transducer System Datasheet 141194.
• Bently Nevada. 330400 and 330425 Accelerometer Datasheet 141638.
• Bently Nevada. 330500 Velomitor Piezo-velocity Sensor Datasheet 141632.
• Endevco (PCB Piezotronics). Guide to Accelerometer Installation, TP319.
• Istec. Choosing the right accelerometer mount: 6 effective methods explained.
• Forbes Marshall. Vibration sensor types.