راهنمای جامع تحلیل و کاربرد سیستم های شتاب سنج پیزوالکتریک ویبرومتر

مقدمه: نقش محوری مانیتورینگ ارتعاش و فناوری سنجش پیزوالکتریک در صنعت مدرن

در سیستم‌های صنعتی مدرن، نظارت بر وضعیت و پیش‌بینی خطای تجهیزات مکانیکی برای اطمینان از ایمنی تولید و بهبود کارایی عملیاتی حیاتی شده‌اند. به ویژه ماشین آلات دوار مانند توربین ها، کمپرسورها و ژنراتورها دارای ویژگی های ارتعاشی هستند که به طور مستقیم سلامت عملیاتی تجهیزات را منعکس می کند. فناوری مانیتورینگ لرزش سیگنال‌های ارتعاش مکانیکی را شناسایی و تجزیه و تحلیل می‌کند تا علائم اولیه عدم تعادل، ناهماهنگی، سایش یاتاقان‌ها، خطاهای چرخ دنده و سایر مسائل را شناسایی کند، در نتیجه از خرابی‌های فاجعه‌بار جلوگیری می‌کند و امکان تعمیر و نگهداری پیش‌بینی را فراهم می‌کند.

در میان فن‌آوری‌های مختلف حسگر ارتعاش، شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک به دلیل مزایای عملکرد منحصربه‌فردشان به پرکاربردترین دستگاه‌های حسگر در نظارت بر ارتعاشات صنعتی تبدیل شده‌اند. Vibro-Meter SA سوئیس به عنوان ارائه دهنده فنی تخصصی در این زمینه، سیستم های شتاب سنج پیزوالکتریک سری CA XXX و CE XXX خود را ارائه می دهد. این سیستم ها که به دلیل قابلیت اطمینان بالا، سازگاری با محدوده دمایی گسترده و مناسب برای استفاده در جوهای بالقوه انفجاری شناخته شده اند، به طور گسترده در صنایع مهم جهانی مانند انرژی، مواد شیمیایی، هوانوردی و دریایی استفاده می شوند.

بر اساس 'دستورالعمل برای شتاب سنج های پیزوالکتریک سری CA XXX/CE XXX' (ویرایش 4) منتشر شده توسط Vibro-Meter، این مقاله به طور سیستماتیک اصول فنی، طبقه بندی مدل ها، مشخصات نصب، الزامات ایمنی، و شیوه های کاربردی این سری محصول را تجزیه و تحلیل می کند. هدف، ارائه مرجع فنی جامع و عمیق برای پرسنل مهندسی و فنی، پشتیبانی از طراحی بهینه و عملکرد قابل اعتماد سیستم های نظارت بر ارتعاش تجهیزات صنعتی است.

فصل 1: اصول فنی شتاب سنج های پیزوالکتریک و سیستم محصول ویبرومتر

1.1 اصل اندازه گیری اثر پیزوالکتریک و شتاب

اساس فیزیکی اصلی یک شتاب‌سنج پیزوالکتریک، اثر پیزوالکتریک است - یک پدیده فیزیکی که در آن مواد کریستالی خاصی (مانند کوارتز یا سرامیک) هنگامی که تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، بار الکتریکی تولید می‌کنند. شتاب‌سنج‌های ویبرومتر از طرح‌های ساختاری از نوع فشرده‌سازی یا برشی استفاده می‌کنند و دقیقاً عناصر کریستالی پیزوالکتریک را با جرم اینرسی مونتاژ می‌کنند. هنگامی که سنسور با جسم اندازه گیری شده ارتعاش می کند، جرم اینرسی به کریستال پیزوالکتریک تنش دوره ای وارد می کند و یک سیگنال شارژ متناسب با شتاب تولید می کند.

همانطور که در شکل های راهنمای 1-4 و 1-5 نشان داده شده است، در ساختار نوع فشاری، سلول های کریستالی در امتداد محور حساس تحت نیروی فشاری قرار می گیرند، در حالی که در ساختار نوع برشی، تحت نیروی برشی قرار می گیرند. هر دو ساختار مزایای خود را دارند: انواع فشرده سازی معمولاً سفتی و فرکانس تشدید بالاتری را ارائه می دهند که برای اندازه گیری های فرکانس بالا مناسب است. انواع برشی نسبت به کرنش پایه و تغییرات دما حساسیت کمتری دارند و سازگاری محیطی بهتری را ارائه می دهند.

محدوده پاسخ فرکانسی شتاب سنج های پیزوالکتریک معمولاً از 3 هرتز تا بالای 20 کیلوهرتز است که ویژگی های فرکانس ارتعاش اکثر ماشین آلات دوار صنعتی را پوشش می دهد. محدوده دمای عملیاتی آنها می تواند از -196 درجه سانتیگراد تا +620 درجه سانتیگراد باشد، این ویژگی به آنها اجازه می دهد تا به طور قابل اعتماد در محیط های با دمای شدید، مانند منابع گرمایی نزدیک در توربین های گاز یا تجهیزات پمپاژ برودتی کار کنند.

1.2 سیستم طبقه بندی محصولات شتاب سنج ویبرومتر

ویبرومتر سیستم های شتاب سنج پیزوالکتریک خود را بر اساس روش ادغام الکترونیک تهویه سیگنال با سر حسگر به سه دسته اصلی دسته بندی می کند:

1.2.1 شتاب‌سنج‌ها با تهویه‌کننده الکترونیکی جداگانه (سری CA)
این شتاب‌سنج‌ها (به عنوان مثال، CA 134, CA 135, CA 136, CA 201, CA 216, CA 902, CA 905) فقط حاوی المان‌های حسگر سیگنال خروجی پیزوالکتریک هستند. معمولاً در pC/g بیان می شود). سیگنال شارژ از طریق یک کابل اختصاصی کم نویز به یک مبدل شارژ جداگانه (مثلا سری IPC XXX) منتقل می شود، جایی که به سیگنال مدوله شده با جریان تبدیل می شود. مزیت اصلی این طراحی این است که هد سنسور می تواند در محیط های دمای بسیار بالا یا بسیار پایین (از -54 درجه سانتیگراد تا +620 درجه سانتیگراد، بسته به مدل خاص) مقاومت کند و آن را برای نقاط اندازه گیری نزدیک به منابع گرما یا سرما مناسب می کند.

1.2.2 شتاب‌سنج‌ها با تهویه‌کننده الکترونیکی متصل (سری CE 134/136)
این شتاب‌سنج‌ها تهویه‌کننده الکترونیکی را به‌عنوان یک ماژول جداگانه متصل به انتهای کابل سر حسگر (که در یک محفظه ادغام نشده است) نشان می‌دهند. سیگنال شارژ به یک سیگنال مدوله شده با جریان درون تهویه کننده متصل تبدیل می شود. این طراحی سازگاری دما و ساده‌سازی سیستم را متعادل می‌کند: سر حسگر می‌تواند در محیط‌هایی از -70 درجه سانتی‌گراد تا +350 درجه سانتی‌گراد (CE 134) یا -54 درجه سانتی‌گراد تا +260 درجه سانتی‌گراد (CE 136) کار کند، در حالی که تهویه‌کننده الکترونیکی بین -30 درجه سانتی‌گراد و +100 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند.

1.2.3 شتاب‌سنج‌ها با تهویه‌کننده الکترونیکی تعبیه‌شده (سری CE 310)
این شتاب‌سنج‌ها دارای مدار تهویه الکترونیکی هستند که به طور کامل در محفظه سر حسگر یکپارچه شده است، و مستقیماً سیگنال مدوله‌شده با جریان را خروجی می‌کند و نیاز به مبدل شارژ خارجی را از بین می‌برد. آن‌ها فشرده‌ترین ساختار و ساده‌ترین نصب را ارائه می‌دهند، اما محدوده دمای عملیاتی آن‌ها توسط الکترونیک داخلی محدود شده است: -30 درجه سانتی‌گراد تا +150 درجه سانتی‌گراد برای نسخه استاندارد و -30 درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد برای نسخه ضد انفجار.

1.3 راهنمای انتخاب مدل: متعادل کردن دما و فرکانس

شکل های دستی 1-1 تا 1-3 راهنمای انتخاب دقیقی را ارائه می دهند که محدوده دمای عملیاتی و ویژگی های پاسخ فرکانسی مدل های مختلف را نشان می دهد. انتخاب نیاز به بررسی همه جانبه دارد:

1. دمای نقطه اندازه گیری: مقاومت در برابر دما بین مدل ها به طور قابل توجهی متفاوت است. به عنوان مثال، CA 905 می تواند تا 620 درجه سانتیگراد را تحمل کند، در حالی که استاندارد CE 310 به 150 درجه سانتیگراد محدود شده است.

2. محدوده فرکانس ارتعاش: همه شتاب سنج های پیزوالکتریک محدوده پایه 3 هرتز تا 20 کیلوهرتز را پوشش می دهند، اما مدل های مختلف دارای تغییرات فرکانس تشدید و فواصل پاسخ خطی هستند.

3. شرایط محیطی: وجود جوهای بالقوه انفجاری (نیاز به نسخه Ex i)، رطوبت، خورندگی و غیره.

4. محدودیت های فضای نصب: نوع گنجانده شده فشرده ترین است. نوع جداگانه به فضای اضافی برای مبدل شارژ نیاز دارد.

5. فاصله انتقال سیگنال: سیگنال‌های مدوله‌شده با جریان (بر اساس اصل 4-20 میلی آمپر) می‌توانند بیش از 1000 متر بدون اعوجاج قابل‌توجه منتقل شوند و برای سایت‌های صنعتی بزرگ ایده‌آل هستند.

فصل 2: ​​معماری سیستم زنجیره اندازه گیری و فناوری انتقال سیگنال

2.1 ترکیب یک سیستم کامل مانیتورینگ ارتعاش

زنجیره اندازه‌گیری ارتعاش ویبرومتر یک سیستم کامل برای دریافت سیگنال، شرطی‌سازی، انتقال و پردازش است که معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:

1. سر حسگر شتاب سنج: لرزش مکانیکی را به سیگنال شارژ خام تبدیل می کند.

2. کابل اتصال: کابل کواکسیال کم نویز. برخی از مدل ها دارای غلاف بافته شده از جنس استنلس استیل (نوع BOA) برای محافظت مکانیکی هستند.

3. تنظیم کننده سیگنال:

• مبدل شارژ (IPC XXX): سیگنال شارژ را به سیگنال مدوله شده با جریان تبدیل می کند.

• یا مدار تهویه مطبوع داخلی/ضمیمه شده: تبدیل سیگنال را مستقیماً انجام می دهد.

4. کابل انتقال: کابل محافظ دو هسته ای (سری K 2XX) برای انتقال سیگنال مدوله شده با جریان.

5. واحد جداسازی گالوانیک (GSI XXX): تداخل حلقه زمین را از بین می برد، برق ایمن را به قسمت جلویی ارائه می دهد و سیگنال جریان را به سیگنال ولتاژ تبدیل می کند.

6. سیستم پردازش الکترونیکی: مانند سیستم های نظارت بر MMS یا VM 600 ویبرومتر، برای تجزیه و تحلیل سیگنال، هشدار و ضبط.

2.2 مزایای فناوری تبدیل و انتقال سیگنال

خروجی خام یک شتاب سنج پیزوالکتریک یک سیگنال شارژ با امپدانس بالا است که به شدت در برابر ظرفیت کابل، تداخل الکترومغناطیسی و حلقه های زمین حساس است. سیستم ویبرومتر این مسائل را از طریق تبدیل دو مرحله ای برطرف می کند:

مرحله اول: تبدیل شارژ به جریان

• در مبدل شارژ (IPC) یا تهویه‌کننده داخلی انجام می‌شود.

• از فناوری مدولاسیون فعلی (شبیه به اصل فرستنده 4-20 میلی آمپر) استفاده می کند.

• نسبت تبدیل معمولاً 4 میلی آمپر مربوط به 0 گرم و 20 میلی آمپر به شتاب در مقیاس کامل است.

مرحله دوم: تبدیل جریان به ولتاژ

• در واحد جداسازی گالوانیک (GSI) انجام می شود.

• همچنین برق حلقه دو سیم (معمولاً 24 VDC) را فراهم می کند.

• سیگنال ولتاژی را خروجی می دهد که می تواند مستقیماً به PLC ها، DCS ها یا سیستم های نظارت اختصاصی متصل شود.

مزایای این معماری تبدیل دو مرحله ای:

• ایمنی قوی نویز: سیگنال های فعلی به تداخل الکترومغناطیسی حساس نیستند.

• فاصله انتقال طولانی: می تواند بیش از 1000 متر بدون کاهش قابل توجه سیگنال باشد.

• سیم کشی ساده: فقط یک کابل دو هسته ای برای سیگنال و برق مورد نیاز است.

• ایمنی ذاتی: مناسب برای اتمسفرهای بالقوه انفجاری (در صورت استفاده با موانع تایید شده).

2.3 چهار پیکربندی زنجیره اندازه گیری معمولی

فصل 2 کتابچه راهنمای چهار پیکربندی معمولی را شرح می دهد:

2.3.1 شتاب سنج با کانکتور + تهویه مطبوع الکترونیکی جداگانه
مناسب برای مدل هایی مانند CA 902، CA 905، CA 135، و برخی از نسخه های CA 134/136. شتاب سنج دارای یک کانکتور 7/16'-27 UNS-2A است و به یک کابل اتصال اختصاصی نیاز دارد. مبدل شارژ در یک محفظه پلی استر ضدآب قرار گرفته است، با غده های کابلی که درجه حفاظتی را تضمین می کند.

2.3.2 شتاب سنج با کابل یکپارچه + تهویه مطبوع الکترونیکی جداگانه
مناسب برای مدل هایی مانند CA 201، CA 216 و نسخه های خاص CA 134/136. شتاب‌سنج به‌صورت کارخانه با کابل کم‌صدا و دارای غلاف BOA که مستقیماً به مبدل شارژ متصل می‌شود، متصل می‌شود. این کار نصب میدانی را ساده می کند و خطر خرابی نقطه اتصال را کاهش می دهد.

2.3.3 شتاب سنج با تهویه کننده الکترونیکی متصل
مناسب برای CE 134 و CE 136. تهویه کننده به انتهای کابل ثابت است و از سر حسگر جدا نمی شود. کابل به هر دو محفظه جوش داده می شود و از استحکام مکانیکی و آب بندی اطمینان می دهد.

2.3.4 شتاب سنج با تهویه کننده الکترونیکی تعبیه شده
مناسب برای CE 310. مدار تهویه به طور کامل در سر حسگر یکپارچه شده است و یک جعبه اتصال (JB XXX) برای اتصال کابل انتقال استفاده می شود. این فشرده ترین ساختار و ساده ترین نصب را ارائه می دهد.

فصل 3: تکنیک های نصب و ملاحظات مکانیکی

3.1 اصول انتخاب محل نصب

انتخاب محل نصب صحیح برای به دست آوردن داده های ارتعاش دقیق اساسی است. شکل 4-1 راهنما نقاط نصب توصیه شده را نشان می دهد:

1. تا جایی که ممکن است به یاتاقان ها: یاتاقان ها نقطه اتصال بین روتور و استاتور هستند که به بهترین شکل وضعیت ارتعاش دستگاه را منعکس می کنند.

2. در قطعات سازه ای صلب: از نصب بر روی بدنه یا سازه های دستگاه با سفتی ناکافی خودداری کنید، زیرا ممکن است رزونانس های موضعی را نشان دهند که لرزش واقعی را تقویت یا کاهش می دهد.

3. دسترسی و ایمنی: نیازهای اندازه گیری تعادل را با سهولت تعمیر و نگهداری و اطمینان از نصب و حذف ایمن.

4. عوامل محیطی: دما، خوردگی، تداخل الکترومغناطیسی و غیره را در نظر بگیرید.

3.2 الزامات آماده سازی سطح نصب

آماده سازی سطح مناسب برای دقت اندازه گیری بسیار مهم است:

1. صافی سطح: در 0.01 میلی متر (شکل های دستی 5-2، 6-2، 7-2).

2. زبری سطح: درجه N7 یا بهتر.

3. عمود بر محور حساس: سطح نصب باید عمود بر محور حساس شتاب سنج باشد.

4. تمیزی: عاری از روغن، زنگ زدگی، پوشش و غیره.

مراحل خاص ماشینکاری (با استفاده از CA 201 به عنوان مثال):

• موقعیت های چهار سوراخ رزوه ای را در محل انتخاب شده علامت گذاری کنید.

• چهار سوراخ دریل کنید: قطر 4.8 میلی متر، عمق 20 میلی متر.

• روی نخ های M6 تا عمق 14 میلی متر ضربه بزنید.

• پیچ درپوش سر سوکت شش گوش M6 x 35 و واشر قفل فنری را آماده کنید.

• چسب قفل کننده LOCTITE 241 را روی پیچ ها بمالید.

• با استفاده از آچار گشتاور، حداکثر 15 نیوتن متر سفت کنید.

3.3 تأثیر روش نصب بر دقت اندازه گیری

کتابچه راهنمای فصل 3 به طور سیستماتیک تأثیر روش های مختلف نصب بر پاسخ فرکانسی را با ارجاع به استاندارد ISO 5348 تجزیه و تحلیل می کند:

3.3.1 نصب رزوه ای (بهینه)

• از مقادیر گشتاور توصیه شده توسط سازنده استفاده کنید (معمولاً 2-15 نیوتن متر، بسته به مدل).

• گسترده ترین محدوده فرکانس موثر (تا 30 کیلوهرتز) را ارائه می دهد.

• حداقل اعوجاج فاز

3.3.2 نصب با چسب

• سیمان متیل سیانواکریلات: حداکثر 80 درجه سانتی گراد، پاسخ فرکانسی قابل قبول.

• نوار چسب دو طرفه: حداکثر 95 درجه سانتیگراد، پاسخ فرکانس محدود، به خصوص با نوار ضخیم.

• فیلم موم زنبور عسل: حداکثر 40 درجه سانتیگراد، مناسب فقط برای اندازه گیری های موقت فرکانس پایین.

3.3.3 سایر روش های نصب موقت

• پایه مغناطیسی: حداکثر 150 درجه سانتیگراد، پاسخ فرکانسی به شدت محدود.

• کاوشگر دستی: فقط برای بررسی های خشن مناسب است، پاسخ فرکانس به زیر 2 کیلوهرتز کاهش می یابد.

شکل 3-1 به صورت کمی خطای دامنه و تغییر فاز ناشی از روش های مختلف نصب را نشان می دهد. برای اندازه‌گیری دقیق و مقایسه داده‌ها از چند نقطه، روش‌های نصب ثابت ضروری است.

3.4 مشخصات مسیریابی کابل

مسیریابی نامناسب کابل می تواند باعث ایجاد نویز و اعوجاج سیگنال شود:

1. حداقل شعاع خمشی: حداقل 50 میلی متر.

2. فاصله ثابت: هر 100-200 میلی متر از گیره ها استفاده کنید.

3. اجتناب از استرس: کابل باید از صفحه ارتعاش خارج شود، نه مستقیماً از سنسور (شکل 3-8).

4. از منابع تداخل دوری کنید: از حرکت موازی با کابل های ولتاژ بالا یا خطوط انتقال فرکانس بالا خودداری کنید.

5. حفاظت مکانیکی: از لوله انعطاف پذیر فولاد ضد زنگ KS 106 در مناطق مستعد آسیب استفاده کنید.

3.5 نکات کلیدی برای نصب واحدهای الکترونیکی

مبدل شارژ (IPC):

• باید در مکانی با حداقل یا بدون لرزش نصب شود.

• محدوده دمای محیط: -25 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد.

• معمولاً در محفظه صنعتی ABA 160 با درجه حفاظت IP65 نصب می شود.

واحد جداسازی گالوانیک (GSI):

• محدوده دمای محیط: 0 تا 55+ درجه سانتی گراد.

• معمولاً روی ریل DIN در داخل کابینت نصب می شود.

• یک کیت نصب اختصاصی در دسترس است (براکت، لول موقعیت، پیچ ثابت M4).

جعبه اتصال (JB):

• محدوده دمای محیط: -20 تا +90 درجه سانتیگراد.

• درجه حفاظت IP65

• برای انتقال کابل برای شتاب سنج های داخلی مانند CE 310 استفاده می شود.

فصل 4: اتصالات الکتریکی و تکنیک های زمین

4.1 تکنیک های اتصال کابل

اتصالات الکتریکی صحیح کلید تضمین کیفیت سیگنال و قابلیت اطمینان سیستم هستند:

4.1.1 مراحل اتصال عمومی

1. عایق کابل را در صورت نیاز (معمولاً 4-6 میلی متر) بردارید.

2. کابل را از طریق لوله کابل به داخل محفظه هدایت کنید.

3. به بلوک ترمینال مربوطه وصل شوید.

4. برای جلوگیری از لغزش کابل، گیره Ø8 را نصب کنید.

5. برای اطمینان از آب بندی، لوله کابل را سفت کنید.

4.1.2 جزئیات نصب کابل گلند (شکل های 5-12، 7-11)

• عنصر 1 را در خلاف جهت عقربه های ساعت باز کنید (عنصر 5 را از محفظه جدا نکنید).

• عناصر 2 و 3 را بیرون بکشید (اینها با قطرهای مختلف کابل سازگار می شوند).

• کابل را از طریق عناصر عبور دهید.

• اجزای غده را دوباره جمع و سفت کنید.

• بررسی کنید که کابل به طور ایمن نگه داشته شود تا از آب بندی ضد آب اطمینان حاصل شود.

4.2 استراتژی های محافظ و زمین

محافظ و زمین مناسب برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی بسیار مهم است:

1. اتصال محافظ در انتهای سنسور:

• محافظ کابل باید به محفظه سنسور در انتهای سنسور متصل شود.

• برای سنسورهای نصب شده روی عایق، یک سیم کوتاه باید بین ترمینال منفی (-) و ترمینال محافظ در داخل جعبه اتصال یا رابط متصل شود (شکل های 6-10، 7-10).

2. درمان محافظ کابل انتقال:

• سپر نیست . در انتهای واحد جداسازی گالوانیک (GSI) متصل

• این از ایجاد حلقه های زمینی جلوگیری می کند.

3. معماری سیستم زمین:

• از اصل زمین یک نقطه پیروی کنید.

• واحد جداسازی گالوانیک ایزوله بین زمین سیگنال و زمین کابینت را فراهم می کند.

• محفظه های صنعتی باید به طور قابل اعتماد از طریق پیچ و مهره های نصب کننده خود به زمین متصل شوند.

4.3 مشخصات مونتاژ کانکتور

برای مدل های دارای رابط (مانند CG 134)، مونتاژ نیاز به توجه ویژه دارد:

1. مجموعه کانکتور را جدا کنید.

2. سیم های کابل را مطابق شکل 6-9 به پین ​​های مربوطه (A، B، C) لحیم کنید.

3. یک سیم جامپر را بین پایه های B و C لحیم کنید (برای از بین بردن جریان نشتی و تداخل حلقه زمین وقتی سنسور به درستی زمین شده است).

4. چسب قفل کننده LOCTITE 241 را روی نخ ها بمالید.

5. کانکتور را دوباره سرهم کنید، مطمئن شوید که کابل پیچ خورده نیست.

6. در کانکتور جفت گیری قرار دهید و با گشتاور 7-11 نیوتن متر سفت کنید.

4.4 اتصالات واحد جداسازی گالوانیکی

1. سیم های کابل انتقال را بردارید و پایانه های AMP Faston 6.3 را منقبض کنید.

2. در پایانه های مربوطه در GSI قرار دهید (شکل های 5-13، 6-11، 7-12).

3. کابل سمت سیستم را با ترمینال هایی که به طور مشابه فشرده شده اند وصل کنید.

4. علامت‌های قطبی را رعایت کنید: معمولاً '+' برای توان مثبت و '-' برای سیگنال / توان منفی.

فصل 5: مشخصات کاربردی برای جوهای بالقوه انفجاری

5.1 دستورالعمل ATEX و گواهی ضد انفجار

محصولات Vibro-Meter برای استفاده در اتمسفرهای بالقوه انفجاری، مطابق با الزامات دستورالعمل ATEX 94/9/EC اروپا، دارای گواهینامه دقیقی هستند. ضمیمه کتابچه راهنمای B گواهینامه های کامل آزمون نوع EC را ارائه می دهد:

5.1.1 انواع حفاظت ایمنی ذاتی

• سطح 'ia': مناسب برای منطقه 0 (جایی که یک جو انفجاری به طور مداوم یا برای مدت طولانی وجود دارد).

• سطح 'ib': مناسب برای منطقه 1 (جایی که احتمال دارد گاهی اوقات یک جو انفجاری در عملکرد عادی رخ دهد).

5.1.2 طبقه بندی گروه گاز

• گروه IIC: نشان دهنده گازهایی است که به راحتی مشتعل می شوند (به عنوان مثال، هیدروژن، استیلن).

• گروه IIB: گازهای خطر اشتعال متوسط.

• گروه IIA: گازهای خطر اشتعال عمومی.

5.1.3 کلاس دما

• T1 تا T6: حداکثر دمای سطح تجهیزات را نشان می دهد که T6 دقیق ترین (≤85 درجه سانتی گراد) است.

• اجزای مختلف ممکن است بسته به مکان و دمای کارکردشان کلاس های دمایی متفاوتی داشته باشند.

5.2 شناسایی و علامت گذاری محصولات ضد انفجار

محصولات مناسب برای استفاده در اتمسفرهای بالقوه انفجاری دارای علامت‌های خاصی هستند که باید با گواهی معاینه نوع EC مطابقت داشته باشند:

نمونه علامت گذاری معمولی:

• VIBRO-METER SA

• نوع: CA 134

• شماره سریال: ...

• سال ساخت: ...

•  II 1G (گروه تجهیزات: II = غیر معدنی، 1 = رده 1)

• EEx ia IIC T6 تا T1 (نوع حفاظت: ia ایمنی ذاتی، گروه گاز IIC، کلاس دما T6 تا T1)

• LCIE 02 ATEX 6110 X (شماره گواهی)

علامت 'X' نشان می دهد که تجهیزات مشمول شرایط خاصی برای استفاده ایمن هستند که در بخش 'زمانبندی' گواهی توضیح داده شده است.

5.3 الزامات برای ترکیب سیستم ضد انفجار

یک سیستم ذاتا ایمن از سه بخش تشکیل شده است و کل ترکیب باید به عنوان سازگار تأیید شود:

1. دستگاه میدانی: سنسورها، مبدل‌ها و غیره نصب شده در منطقه خطرناک.

2. دستگاه های مرتبط: واحدهای جداسازی گالوانیکی و غیره، نصب شده در منطقه امن.

3. کابل اتصال: پارامترهای آن (خازن، اندوکتانس) باید در محدوده مجاز سیستم باشد.

تایید سازگاری سیستم:

• پارامترهای دستگاه فیلد: Ui، Ii، Ci، Li.

• پارامترهای دستگاه مرتبط: Uo، Io، Co، Lo.

• پارامترهای توزیع کابل (خازن، اندوکتانس در واحد طول).

• باید برآورده شود: Ui ≥ Uo، Ii ≥ Io، Ci + Ccable ≤ Co، Li + Lcable ≤ Lo.

5.4 الزامات نصب ویژه برای اتمسفرهای انفجاری

1. تطبیق تجهیزات: فقط می تواند به دستگاه ذاتاً ایمن گواهی شده متصل شود.

2. کنترل پارامتر کابل: ظرفیت و اندوکتانس توزیع شده کابل باید در محاسبات سیستم لحاظ شود.

3. اتصال به زمین و هم پتانسیل: مسکن ها باید به یک سیستم اتصال پتانسیل همسان متصل شوند.

4. بدون تغییر غیرمجاز: هرگونه تغییر بدون اجازه کتبی سازنده، گواهی و گارانتی را باطل می کند.

5. محدودیت های نگهداری: تجهیزات ضد انفجار نباید در محل تعمیر شوند. باید به یک مرکز خدمات مجاز بازگردانده شود.

فصل 6: لوازم جانبی و اجزای نصب کمکی

6.1 گل میخ های نصب

هنگامی که نصب مستقیم بر روی سطح ماشینکاری شده امکان پذیر نیست، از ناودانی های نصب اختصاصی استفاده می شود:

TA 102 Stud (شکل 8-1):

• برای CA 201 و CE 310.

• تنظیم زاویه 30 درجه را فراهم می کند.

• جنس فولاد ضد زنگ، مقاوم در برابر محیط های خورنده.

TA 104 Stud (شکل 8-2):

• برای CA 134، CA 135، CA 136، CE 134، و CE 136.

• زاویه نصب 90 درجه

• کیفیت نصب بر روی سطوح ناهموار را بهبود می بخشد.

TA 106 Stud (شکل 8-3):

• به طور خاص برای CA 216 طراحی شده است.

• زاویه نصب 92 درجه

• طراحی جمع و جور برای مکان های با محدودیت فضا.

6.2 پشتیبانی عایق

6.2.1 پشتیبانی عایق الکتریکی (TA 101) (شکل 8-4)

• برای CA 201 و CE 310.

• شامل بوش های عایق و صفحه عایق.

• از حلقه های زمین و تداخل الکتریکی جلوگیری می کند.

• برای نصب به پیچ و مهره عایق و واشر نیاز دارد.

6.2.2 پشتیبانی عایق حرارتی (TA 105) (شکل 8-5)

• برای CA 135، CA 136، و CE 136.

• حداکثر مقاومت دما: 300 درجه سانتیگراد.

• صفحه عایق به ضخامت 5 میلی متر با سه سوراخ سوراخ با فاصله یکسان.

• انتقال حرارت از تجهیزات داغ به سنسور را کاهش می دهد.

6.3 لوازم جانبی محافظ کابل

غلاف بافته شده از جنس استنلس استیل (BOA):

• حفاظت مکانیکی و انعطاف پذیری محدود را فراهم می کند.

• مقاوم در برابر حرارت و خوردگی.

• از قبل بر روی مدل های دارای کابل یکپارچه نصب شده است.

لوله انعطاف پذیر KS 106:

• فولاد گالوانیزه یا مواد فولادی ضد زنگ.

• حفاظت مکانیکی اضافی برای کابل های انتقال فراهم می کند.

• به ویژه در مناطق مستعد ضربه یا ساییدگی مفید است.

گیره های نصب:

• برای کابل ها / مجراهای با قطر تقریباً 8 میلی متر.

• در فواصل 100-200 میلی متر ثابت می شود.

• از لرزش و پارگی کابل جلوگیری می کند.

فصل 7: تعمیر و نگهداری، عیب یابی و پشتیبانی فنی

7.1 اصول اساسی تعمیر و نگهداری

سیستم‌های شتاب‌سنج پیزوالکتریک ویبرومتر به‌عنوان دستگاه‌های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری طراحی شده‌اند، اما بازرسی‌های مناسب می‌تواند عمر مفید را افزایش دهد:

7.1.1 چک لیست بازرسی دوره ای

• بازرسی بصری: آسیب فیزیکی، خوردگی را بررسی کنید.

• بازرسی کابل: یکپارچگی غلاف، امنیت اتصال را بررسی کنید.

• بازرسی نصب: سفتی پیچ را برای هر گونه شل شدن بررسی کنید.

• بازرسی سیگنال: نویز پایه، تغییرات حساسیت را بررسی کنید.

7.1.2 توصیه های تمیز کردن

• محفظه ها را با یک پارچه نرم پاک کنید.

• از مواد شوینده خورنده اجتناب کنید.

• برای کانکتورها از پاک کننده تماس الکترونیکی اختصاصی استفاده کنید.

7.1.3 الزامات ویژه برای تجهیزات ضد انفجار

• هر گونه تعمیر و نگهداری باید با الزامات گواهی معاینه نوع EC مطابقت داشته باشد.

• تجهیزات ضد انفجار نباید در محل اصلاح یا تعمیر شوند.

• فقط باید از قطعات یدکی اصلی استفاده کرد.

7.2 راهنمای عیب یابی

7.2.1 علائم خطای رایج و علل احتمالی

7.2.2 روش های تست پایه

1. بررسی مقاومت: مقاومت را در سرتاسر پایانه های سنسور (معمولاً > 1 MΩ) جدا کرده و اندازه گیری کنید.

2. بررسی عایق: مقاومت عایق بین سنسور و زمین را اندازه گیری کنید (باید بیش از 100 MΩ باشد).

3. تست عملکرد: به آرامی روی سنسور ضربه بزنید و پاسخ سیگنال را مشاهده کنید.

4. تست تعویض: برای آزمایش با یک سنسور خوب شناخته شده جایگزین کنید.

7.3 کالیبراسیون و صدور گواهینامه مجدد

7.3.1 فواصل کالیبراسیون توصیه شده

• کاربردهای عمومی: هر 24 ماه یکبار.

• کاربردهای حیاتی: هر 12 ماه یکبار.

• محیط های شدید: هر 6 ماه یا کمتر.

7.3.2 موارد کالیبراسیون

• حساسیت (pC/g یا mV/g).

• پاسخ فرکانس (دامنه و فاز).

• خطی بودن.

• حساسیت عرضی

• پاسخ دما (اختیاری).

7.3.3 صدور گواهینامه مجدد برای تجهیزات ضد انفجار

• پس از هر گونه تعمیر مورد نیاز است.

• فقط باید توسط مراکز خدمات مجاز انجام شود.

• گواهی ضد انفجار و علائم را به روز می کند.

فصل 8: زمینه های کاربردی و نمونه های انتخاب

8.1 مناطق کاربردی صنعتی معمولی

بخش 1.2 دفترچه راهنما، حوزه های کاربردی گسترده شتاب سنج های پیزوالکتریک را فهرست می کند:

8.1.1 ماشین آلات دوار / عناصر محرک

• موتورهای الکتریکی: موتورهای القایی، سنکرون، DC.

• موتورهای احتراقی: موتورهای دیزلی، گازی.

• توربین های گازی: مشتق از هواپیما، صنعتی سنگین.

• توربین های بخار: برای تولید برق، درایوها.

• توربین های هیدرولیک: انواع فرانسیس، کاپلان، پلتون.

• گیربکس ها: شفت موازی، سیاره ای، چرخ دنده حلزونی.

8.1.2 ماشین های دوار / عناصر رانده

• فن ها: گریز از مرکز، محوری.

• پمپ ها: گریز از مرکز، جابجایی مثبت، رفت و برگشتی.

• کمپرسورها: گریز از مرکز، محوری، پیچی، رفت و برگشتی.

• ژنراتورها: توربو ژنراتور، هیدروژنراتور، دیزل ژنراتور.

8.1.3 سایر برنامه ها

• مانیتورینگ ارتعاش سازه: پل ها، ساختمان ها، برج ها.

• نظارت بر قطعات شل در ماشین‌های دوار: تشخیص شل شدن تیغه‌ها، پیچ‌ها و غیره

• نظارت بر ماشین آلات فرآیند: اکسترودر، سنگ شکن، صفحه نمایش.

8.2 تجزیه و تحلیل نمونه انتخاب

مثال 1: مانیتورینگ ارتعاش در منطقه با دمای بالا یک توربین گاز

• ویژگی های محیطی: دمای بالا (تا 600 درجه سانتیگراد)، بالقوه انفجار (خطر نشت سوخت).

• توصیه انتخاب: CA 905 (در دمای 620 درجه سانتیگراد مقاوم است) یا CA 134 نسخه Ex i (در دمای 450 درجه سانتیگراد مقاوم است).

• پیکربندی: مبدل شارژ جداگانه نصب شده در یک منطقه خنک تر، با استفاده از کابل های عایق معدنی.

• الزامات صدور گواهینامه: EEx ia IIC T1-T6، مطابق با ATEX و IECEx.

مثال 2: مانیتورینگ ارتعاش در کمپرسور تبرید

• ویژگی های محیطی: دمای پایین (تا 50- درجه سانتیگراد)، مبرد بالقوه قابل اشتعال وجود دارد.

• توصیه انتخاب: نسخه برودتی CA 134 (در برابر 200- تا 450+ درجه سانتیگراد مقاومت می کند).

• پیکربندی: کابل یکپارچه برای به حداقل رساندن نقاط اتصال در منطقه سرد.

• ملاحظات: جلوگیری از تراکم کابل، یخ زدن.

مثال 3: نظارت بر مجموعه پمپ در یک سکوی دریایی

• ویژگی های محیطی: خوردگی زیاد، رطوبت بالا، محدودیت فضا، الزامات ضد انفجار.

• توصیه انتخاب: نسخه CE 310 Ex i (تهویه مطبوع، ساختار فشرده).

• پیکربندی: محفظه فولادی ضد زنگ، حفاظت IP65، اتصال از طریق جعبه اتصال.

• نصب: از گل میخ TA 102 برای نصب راحت تر روی سطوح ناهموار استفاده کنید.

مثال 4: نظارت آنلاین گیربکس بحرانی

• الزامات: پاسخ فرکانس بالا (برای نظارت بر فرکانس های مش دنده)، قابلیت اطمینان بالا.

• توصیه انتخاب: CA 201 (طراحی برشی، غیر حساس به کرنش پایه).

• نصب: نصب رزوه ای برای پاسخ فرکانسی بهینه.

• پردازش سیگنال: مبدل شارژ با فیلتر پایین گذر برای سرکوب نویز فرکانس بالا.

8.3 تبدیل پارامتر ارتعاش و استفاده از نوموگرام

ضمیمه دستی A، نوموگرام های شتاب-سرعت-جابجایی را برای تبدیل پارامتر ارتعاش ارائه می دهد:

Nomogram L 1347 (واحد متریک):

• محور X: فرکانس ارتعاش (Hz).

• محور Y چپ: دامنه جابجایی (قله به اوج، میکرومتر).

• محور Y میانی: دامنه سرعت (پیک، میلی متر بر ثانیه).

• محور Y راست: دامنه شتاب (پیک، g).

مثال استفاده:
داده شده: شتاب 1 گرم پیک، فرکانس 157 هرتز.
از نمودار: سرعت 10 میلی متر بر ثانیه قله، جابجایی 20 میکرومتر اوج به قله.

اهمیت مهندسی:

• جابجایی: منعکس کننده ارتعاشات با فرکانس پایین و جرم زیاد، مربوط به شکاف ها و تغییر شکل است.

• سرعت: نشانگر شدت ارتعاش پذیرفته شده بین المللی، انرژی ارتعاش را منعکس می کند.

• شتاب: شوک و ارتعاشات با فرکانس بالا را منعکس می کند، به خستگی و بارهای ضربه ای مربوط می شود.

فصل 9: انطباق با استانداردها و سیستم های صدور گواهینامه

9.1 مطابقت با استانداردهای بین المللی

محصولات ویبرومتر با استانداردهای بین المللی متعددی مطابقت دارند:

9.1.1 استانداردهای سنسور لرزش

• ISO 5348: دستورالعمل هایی برای نصب سنسورهای لرزش.

• ISO 10816: دستورالعمل های کلی برای ارزیابی ارتعاش ماشین.

• API 670: سیستم های حفاظت از ماشین آلات (برای صنایع نفت و شیمیایی).

9.1.2 استانداردهای ایمنی الکتریکی

• EN 61010-1: الزامات ایمنی برای تجهیزات الکتریکی برای اندازه گیری، کنترل و استفاده آزمایشگاهی.

• EN 50014: دستگاه های الکتریکی برای جوهای بالقوه انفجاری - الزامات عمومی.

• EN 50020: دستگاه الکتریکی برای جوهای بالقوه انفجاری - ایمنی ذاتی 'i'.

9.2 مروری بر سیستم های صدور گواهینامه

9.2.1 گواهینامه ATEX (اروپا)

• دستورالعمل: 94/9/EC (دستورالعمل تجهیزات)، 1999/92/EC (دستورالعمل محل کار).

• سازمان های اطلاع رسانی: LCIE (فرانسه)، KEMA (هلند).

• مثال گواهی: LCIE 02 ATEX 6110 X (برای CA 134/136/160/201).

9.2.2 گواهینامه IECEx (بین المللی)

• بر اساس استانداردهای سری IEC 60079.

• شناسایی متقابل بین المللی، کاهش صدور گواهینامه های تکراری.

9.2.3 گواهی cCSAus (آمریکای شمالی)

• الزامات CSA (کانادا) و UL (ایالات متحده آمریکا) را ترکیب می کند.

• مثال گواهی: 1636188 (برای CA 134).

• استانداردهای سازگار: CSA C22.2 No. 157, UL 913, UL 61010C-1.

9.2.4 سایر گواهینامه های منطقه ای

• INMETRO (برزیل).

• NEPSI (گواهینامه ضد انفجار چین).

• TIIS (ژاپن).

• کوشا (کره).

9.3 تفسیر پارامترهای گواهی

با استفاده از گواهی LCIE 02 ATEX 6110 X به عنوان مثال:

پارامترهای دستگاه:

• مدل‌ها: CA 134/CA 136/CA 160/CA 201.

• نوع حفاظت: ایمنی ذاتی 'ia'.

• گروه گاز: IIC (بالاترین سطح).

• کلاس دما: T6 تا T1 (CA 134)، T6 تا T2 (سایر).

پارامترهای الکتریکی (فقط حسگر):

• Ci: ظرفیت داخلی (0.3 nF برای CA 134، 8 nF برای CA 136).

• Li: اندوکتانس داخلی (0، ناچیز).

محدودیت های دستگاه مرتبط:

• Uo ≤ 28 V.

• Io ≤ 100 میلی آمپر (منبع خطی) یا 25 میلی آمپر (تامین غیر خطی).

• Po ≤ 0.7 W.

فصل 10: روندهای فناوری و چشم انداز آینده

10.1 تکامل فناوری سنجش پیزوالکتریک

10.1.1 پیشرفت در علم مواد

• سرامیک های پیزوالکتریک جدید: حساسیت بالاتر، محدوده دمایی گسترده تر.

• مواد پیزوالکتریک تک کریستال: خطی بودن و پایداری بهبود یافته.

• مواد کامپوزیت: سنسورهای پیزوالکتریک انعطاف پذیر برای نصب سطح منحنی.

10.1.2 ادغام با فناوری MEMS

• شتاب سنج MEMS: هزینه کمتر، اندازه کوچکتر.

• سیستم های هیبریدی: ترکیب پیزوالکتریک و MEMS برای عملکرد و هزینه متعادل.

• یکپارچه سازی چند محوره: شتاب سنج های سه محوره در یک بسته.

10.2 گرایش به سمت هوش و شبکه

10.2.1 ویژگی های سنسورهای هوشمند

• تشخیص داخلی: خودآزمایی، خود کالیبراسیون، پیش‌بینی خطا.

• خروجی دیجیتال: رابط های دیجیتال مستقیم (IEPE، اتوبوس های دیجیتال).

• ذخیره پارامتر: شماره سریال، داده های کالیبراسیون، پارامترهای پیکربندی ذخیره شده در سنسور.

10.2.2 ادغام با اینترنت اشیاء صنعتی

• انتقال بی سیم: شبکه های حسگر بی سیم با باتری.

• Edge Computing: پردازش سیگنال اولیه در گره حسگر.

• یکپارچه سازی بستر ابری: داده های ارتعاشی که برای تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و یادگیری ماشین در فضای ابری آپلود می شوند.

10.3 تکامل استراتژی های تعمیر و نگهداری

10.3.1 از نگهداری پیشگیرانه تا پیش بینی

• نگهداری مبتنی بر شرایط (CBM): زمان‌بندی تعمیر و نگهداری بر اساس شرایط واقعی.

• نگهداری پیش بینی کننده (PdM): بر اساس تحلیل روند و پیش بینی شکست.

• نگهداری پیش آگهی (PM): تشخیص نشانه های شکست اولیه.

10.3.2 کاربرد فناوری دیجیتال دوقلو

• مدل مجازی: ایجاد یک دوقلو دیجیتالی از تجهیزات.

• همگام سازی در زمان واقعی: داده های حسگر مدل دیجیتال را در زمان واقعی به روز می کند.

• شبیه سازی و پیش بینی: انجام شبیه سازی خطا و پیش بینی زندگی بر روی مدل دیجیتال.

10.4 ملاحظات زیست محیطی و پایداری

10.4.1 طراحی طولانی مدت

• فواصل کالیبراسیون گسترده: طراحی های سنسور پایدارتر.

• قابلیت تعمیر: طراحی مدولار برای تعمیر و ارتقاء آسان تر.

• انتخاب مواد: سازگار با محیط زیست، مواد قابل بازیافت.

10.4.2 بهره وری انرژی

• طراحی کم مصرف: افزایش عمر باتری برای حسگرهای بی سیم.

• برداشت انرژی: برداشت انرژی از محیط ارتعاشی برای خود نیرو دادن.

10.4.3 سازگاری با محیط های شدید

• کاربردهای عمیق تر زیر دریا: درجه بندی فشار بالاتر.

• کاربردهای فضایی: سخت شده با تشعشع، سازگار با خلاء فوق العاده بالا.

• کاربردهای زمین گرمایی: دماهای بالاتر، محیط های خورنده.

نتیجه گیری: ساخت یک سیستم پایش ارتعاش صنعتی قابل اعتماد

سیستم های شتاب سنج پیزوالکتریک ویبرومتر یک راه حل با استاندارد بالا در زمینه نظارت بر ارتعاشات صنعتی است. با درک عمیق اصول فنی آنها، انتخاب صحیح مدل‌ها، پیروی از روش‌های استاندارد نصب و نگهداری، و ترکیب آنها با پردازش سیگنال مناسب و تجزیه و تحلیل داده‌ها، می‌توان یک سیستم پایش سلامت تجهیزات قابل اعتماد و کارآمد ساخت.

عناصر کلیدی برای اجرای موفقیت آمیز یک پروژه نظارت بر ارتعاش به شرح زیر خلاصه می شود:

1. برنامه ریزی سیستماتیک: از اهداف اندازه گیری شروع کنید و به طور جامع عوامل محیطی، فنی، ایمنی و اقتصادی را در نظر بگیرید.

2. انتخاب صحیح: نوع سنسور مناسب را بر اساس دما، فرکانس، شرایط محیطی و الزامات گواهینامه انتخاب کنید.

3. نصب استاندارد: الزامات دستی را برای آماده سازی سطح، نصب و مسیریابی کابل به شدت دنبال کنید.

4. انطباق با گواهینامه دقیق: از انطباق گواهینامه کلی سیستم در جوهای بالقوه انفجاری اطمینان حاصل کنید.

5. تعمیر و نگهداری مداوم: بازرسی منظم، کالیبراسیون، و رویه های به روز رسانی اسناد را ایجاد کنید.

6. تجزیه و تحلیل داده ها: داده های ارتعاشی خام را به بینش های عملی در مورد سلامت تجهیزات تبدیل کنید.

7. آموزش پرسنل: اطمینان حاصل کنید که اپراتورها و پرسنل تعمیر و نگهداری از دانش فنی و ایمنی لازم برخوردار هستند.

با توسعه Industry 4.0 و تولید هوشمند، فناوری نظارت بر ارتعاش از سیستم‌های حفاظت ایزوله به سمت گره‌های حسگر هوشمند یکپارچه تکامل می‌یابد. سازندگان حرفه ای مانند Vibro-Meter، از طریق نوآوری های مداوم در فناوری، این زمینه را به سمت قابلیت اطمینان بالاتر، هوشمندی بیشتر و کاربرد گسترده تر سوق می دهند و پایه ای محکم برای عملکرد ایمن، کارآمد و پایدار تجهیزات صنعتی در سراسر جهان فراهم می کنند.

هدف این مقاله، بر اساس تحلیل سیستماتیک راهنمای فنی ویبرومتر، ارائه یک مرجع فنی جامع برای مهندسان و تکنسین ها است. در کاربردهای عملی، همیشه به آخرین نسخه دفترچه راهنما، برگه های اطلاعاتی و بولتن های فنی مراجعه کنید و برای اطمینان از بهینه سازی و ایمنی طراحی، نصب و بهره برداری سیستم، با پشتیبانی فنی سازنده مشورت کنید.

---

راهنمای مرجع:  دفترچه راهنمای شتاب سنج پیزوالکتریک ویبرومتر CAxxx/CExxx