Hướng dẫn ứng dụng và phân tích toàn diện cho hệ thống gia tốc kế áp điện Vibro-Meter

Giới thiệu: Vai trò trọng tâm của công nghệ giám sát rung động và cảm biến áp điện trong ngành công nghiệp hiện đại

Trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, việc giám sát tình trạng và dự đoán lỗi của thiết bị cơ khí đã trở nên quan trọng để đảm bảo an toàn sản xuất và nâng cao hiệu quả vận hành. Đặc biệt, các máy móc quay như tua-bin, máy nén và máy phát điện có đặc tính rung phản ánh trực tiếp tình trạng hoạt động của thiết bị. Công nghệ giám sát độ rung phát hiện và phân tích các tín hiệu rung cơ học để xác định sớm các dấu hiệu mất cân bằng, lệch trục, mòn vòng bi, lỗi bánh răng và các vấn đề khác, từ đó ngăn ngừa những hỏng hóc nghiêm trọng và cho phép bảo trì dự đoán.

Trong số các công nghệ cảm biến rung khác nhau, gia tốc kế áp điện đã trở thành thiết bị cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất trong giám sát rung động công nghiệp nhờ những ưu điểm về hiệu suất độc đáo của chúng. Vibro-Meter SA của Thụy Sĩ, với tư cách là nhà cung cấp kỹ thuật chuyên ngành trong lĩnh vực này, cung cấp các hệ thống gia tốc kế áp điện dòng CA XXX và CE XXX. Được biết đến với độ tin cậy cao, khả năng thích ứng trong phạm vi nhiệt độ rộng và sự phù hợp để sử dụng trong môi trường có khả năng gây nổ, các hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp quan trọng trên toàn cầu như năng lượng, hóa chất, hàng không và hàng hải.

Dựa trên 'Sổ tay hướng dẫn sử dụng Gia tốc kế áp điện CA XXX/CE XXX Series' (Phiên bản 4) do Vibro-Meter xuất bản, bài viết này phân tích một cách có hệ thống các nguyên tắc kỹ thuật, phân loại model, thông số kỹ thuật lắp đặt, yêu cầu an toàn và thực tiễn ứng dụng của dòng sản phẩm này. Mục đích là cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật toàn diện và chuyên sâu cho nhân viên kỹ thuật và kỹ thuật, hỗ trợ thiết kế tối ưu và vận hành đáng tin cậy của hệ thống giám sát độ rung của thiết bị công nghiệp.

Chương 1: Nguyên lý kỹ thuật của gia tốc kế áp điện và hệ thống sản phẩm máy đo độ rung

1.1 Nguyên lý đo hiệu ứng áp điện và gia tốc

Cơ sở vật lý cốt lõi của gia tốc kế áp điện là hiệu ứng áp điện - một hiện tượng vật lý trong đó một số vật liệu tinh thể (như thạch anh hoặc gốm) tạo ra điện tích khi chịu tác dụng cơ học. Gia tốc kế Vibro-Meter sử dụng thiết kế cấu trúc kiểu nén hoặc kiểu cắt, lắp ráp chính xác các phần tử tinh thể áp điện có khối lượng quán tính. Khi cảm biến rung cùng với vật được đo, khối lượng quán tính sẽ tác dụng ứng suất định kỳ lên tinh thể áp điện, tạo ra tín hiệu điện tích tỷ lệ với gia tốc.

Như được hiển thị trong Hình 1-4 và 1-5 bằng tay, trong cấu trúc kiểu nén, các tế bào tinh thể phải chịu lực nén dọc theo trục nhạy cảm, trong khi ở cấu trúc kiểu cắt, chúng phải chịu lực cắt. Cả hai cấu trúc đều có ưu điểm: loại nén thường có độ cứng và tần số cộng hưởng cao hơn, phù hợp với các phép đo tần số cao; các loại cắt ít nhạy cảm hơn với biến dạng cơ sở và sự thay đổi nhiệt độ, mang lại khả năng thích ứng môi trường tốt hơn.

Dải đáp ứng tần số của gia tốc kế áp điện thường từ 3 Hz đến trên 20 kHz, bao gồm các đặc tính tần số rung của hầu hết các máy móc quay công nghiệp. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của chúng có thể rộng từ -196°C đến +620°C, một tính năng cho phép chúng hoạt động đáng tin cậy trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, chẳng hạn như gần nguồn nhiệt trong tuabin khí hoặc trên thiết bị bơm đông lạnh.

1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm gia tốc kế Vibro-Meter

Vibro-Meter phân loại hệ thống gia tốc kế áp điện của mình thành ba loại chính, dựa trên phương pháp tích hợp của thiết bị điện tử điều hòa tín hiệu với đầu cảm biến:

1.2.1 Gia tốc kế với bộ điều hòa điện tử riêng biệt (Dòng CA)
Những gia tốc kế này (ví dụ: CA 134, CA 135, CA 136, CA 201, CA 216, CA 902, CA 905) chỉ chứa phần tử cảm biến áp điện, xuất ra tín hiệu điện tích tỷ lệ với gia tốc (độ nhạy thường được biểu thị bằng pC/g). Tín hiệu sạc được truyền qua cáp có độ ồn thấp chuyên dụng đến bộ chuyển đổi sạc riêng (ví dụ: dòng IPC XXX), tại đó tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu được điều chế dòng điện. Ưu điểm chính của thiết kế này là đầu cảm biến có thể chịu được môi trường nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp (từ -54°C đến +620°C, tùy thuộc vào kiểu máy cụ thể), khiến nó phù hợp với các điểm đo gần nguồn nhiệt hoặc nguồn lạnh.

1.2.2 Gia tốc kế có bộ điều hòa điện tử đi kèm (Dòng CE 134/136)
Các gia tốc kế này có bộ điều hòa điện tử như một mô-đun riêng biệt được gắn vào đầu cáp đầu cảm biến (không được tích hợp vào cùng một vỏ). Tín hiệu sạc được chuyển đổi thành tín hiệu điều chế dòng điện trong bộ điều hòa kèm theo. Thiết kế này cân bằng giữa khả năng thích ứng nhiệt độ và đơn giản hóa hệ thống: đầu cảm biến có thể hoạt động trong môi trường từ -70°C đến +350°C (CE 134) hoặc -54°C đến +260°C (CE 136), trong khi bộ điều hòa điện tử hoạt động trong khoảng từ -30°C đến +100°C.

1.2.3 Gia tốc kế có bộ điều hòa điện tử tích hợp (Dòng CE 310)
Những gia tốc kế này có mạch điều hòa điện tử được tích hợp hoàn toàn bên trong vỏ đầu cảm biến, phát trực tiếp tín hiệu được điều chế dòng điện và loại bỏ nhu cầu về bộ chuyển đổi sạc bên ngoài. Chúng có cấu trúc nhỏ gọn nhất và cách lắp đặt đơn giản nhất nhưng phạm vi nhiệt độ hoạt động bị giới hạn bởi các thiết bị điện tử bên trong: -30°C đến +150°C đối với phiên bản tiêu chuẩn và -30°C đến +100°C đối với phiên bản chống cháy nổ.

1.3 Hướng dẫn lựa chọn model: Cân bằng nhiệt độ và tần số

Hướng dẫn sử dụng Hình 1-1 đến 1-3 cung cấp hướng dẫn lựa chọn chi tiết, hiển thị phạm vi nhiệt độ hoạt động và đặc tính đáp ứng tần số của các kiểu máy khác nhau. Lựa chọn đòi hỏi phải xem xét toàn diện về:

1. Nhiệt độ điểm đo: Khả năng chịu nhiệt độ thay đổi đáng kể giữa các model. Ví dụ: CA 905 có thể chịu được nhiệt độ lên tới 620°C, trong khi CE 310 tiêu chuẩn bị giới hạn ở 150°C.

2. Dải tần số rung: Tất cả các gia tốc kế áp điện đều có dải tần cơ bản 3 Hz - 20 kHz, nhưng các mẫu khác nhau có sự thay đổi về tần số cộng hưởng và khoảng đáp ứng tuyến tính.

3. Điều kiện môi trường: Sự hiện diện của môi trường có khả năng gây nổ (yêu cầu phiên bản Ex i), độ ẩm, độ ăn mòn, v.v.

4. Hạn chế về không gian lắp đặt: Loại tích hợp nhỏ gọn nhất; loại riêng biệt yêu cầu thêm không gian cho bộ chuyển đổi sạc.

5. Khoảng cách truyền tín hiệu: Tín hiệu được điều chế hiện tại (dựa trên nguyên lý 4-20mA) có thể được truyền đi trên 1000 mét mà không bị biến dạng đáng kể, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các khu công nghiệp lớn.

Chương 2: Kiến trúc hệ thống chuỗi đo lường và công nghệ truyền tín hiệu

2.1 Thành phần của Hệ thống Giám sát Độ rung Hoàn chỉnh

Chuỗi đo độ rung Vibro-Meter là một hệ thống hoàn chỉnh để thu thập, điều hòa, truyền và xử lý tín hiệu, thường bao gồm các thành phần sau:

1. Đầu cảm biến gia tốc: Chuyển đổi rung động cơ học thành tín hiệu sạc thô.

2. Cáp kết nối: Cáp đồng trục có độ ồn thấp; một số mẫu có vỏ bọc bằng thép không gỉ (loại BOA) để bảo vệ cơ học.

3. Điều hòa tín hiệu:

• Bộ chuyển đổi sạc (IPC XXX): Chuyển đổi tín hiệu sạc thành tín hiệu được điều chế dòng điện.

• Hoặc Mạch điều hòa tích hợp/đính kèm: Thực hiện chuyển đổi tín hiệu trực tiếp.

4. Cáp truyền: Cáp được bảo vệ hai lõi (dòng K 2XX) để truyền tín hiệu được điều chế dòng điện.

5. Bộ tách điện (GSI XXX): Loại bỏ nhiễu vòng lặp nối đất, cung cấp nguồn điện an toàn cho mặt trước và chuyển đổi tín hiệu dòng điện thành tín hiệu điện áp.

6. Hệ thống xử lý điện tử: Chẳng hạn như hệ thống giám sát MMS hoặc VM 600 của Vibro-Meter, để phân tích tín hiệu, cảnh báo và ghi lại.

2.2 Ưu điểm của công nghệ truyền và chuyển đổi tín hiệu

Đầu ra thô của gia tốc kế áp điện là tín hiệu điện tích có trở kháng cao, rất dễ bị ảnh hưởng bởi điện dung cáp, nhiễu điện từ và vòng lặp nối đất. Hệ thống Vibro-Meter giải quyết các vấn đề này thông qua chuyển đổi hai giai đoạn:

Giai đoạn đầu tiên: Chuyển đổi từ điện tích sang dòng điện

• Được thực hiện trong Bộ chuyển đổi sạc (IPC) hoặc dầu xả tích hợp.

• Sử dụng công nghệ điều chế dòng điện (tương tự nguyên lý máy phát 4-20mA).

• Tỷ lệ chuyển đổi thường là 4mA tương ứng với 0 g và 20mA để tăng tốc toàn thang.

Giai đoạn thứ hai: Chuyển đổi dòng điện sang điện áp

• Được thực hiện trong Đơn vị tách Galvanic (GSI).

• Cũng cung cấp nguồn điện vòng hai dây (thường là 24 VDC).

• Xuất ra tín hiệu điện áp có thể được kết nối trực tiếp với PLC, DCS hoặc hệ thống giám sát chuyên dụng.

Ưu điểm của kiến ​​trúc chuyển đổi hai giai đoạn này:

• Khả năng miễn nhiễm tiếng ồn mạnh: Tín hiệu hiện tại không nhạy cảm với nhiễu điện từ.

• Khoảng cách truyền dài: Có thể vượt quá 1000 mét mà không bị suy giảm tín hiệu đáng kể.

• Đi dây đơn giản: Chỉ cần cáp hai lõi cho cả tín hiệu và nguồn.

• An toàn nội tại: Thích hợp với môi trường có khả năng gây nổ (khi sử dụng với các rào chắn được chứng nhận).

2.3 Bốn cấu hình chuỗi đo lường điển hình

Hướng dẫn sử dụng Chương 2 nêu chi tiết bốn cấu hình điển hình:

2.3.1 Gia tốc kế có đầu nối + Bộ điều hòa điện tử riêng
Thích hợp cho các model như CA 902, CA 905, CA 135 và một số phiên bản CA 134/136. Gia tốc kế có đầu nối 7/16'-27 UNS-2A và yêu cầu cáp kết nối chuyên dụng. Bộ chuyển đổi sạc được đặt trong vỏ polyester chống thấm nước, có các tuyến cáp đảm bảo chỉ số bảo vệ.

2.3.2 Gia tốc kế với cáp tích hợp + Bộ điều hòa điện tử riêng biệt
Thích hợp cho các model như CA 201, CA 216 và một số phiên bản CA 134/136. Gia tốc kế được kết nối tại nhà máy bằng cáp có độ ồn thấp có vỏ BOA, kết nối trực tiếp với bộ chuyển đổi sạc. Điều này giúp đơn giản hóa việc cài đặt tại hiện trường và giảm nguy cơ lỗi điểm kết nối.

2.3.3 Gia tốc kế kèm bộ điều hòa điện tử
Phù hợp với CE 134 và CE 136. Bộ điều hòa được cố định ở đầu cáp và không thể tháo rời khỏi đầu cảm biến. Cáp được hàn vào cả hai vỏ, đảm bảo độ bền cơ học và độ kín.

2.3.4 Gia tốc kế với bộ điều hòa điện tử tích hợp
Phù hợp với CE 310. Mạch điều hòa được tích hợp hoàn toàn vào đầu cảm biến và hộp nối (JB XXX) được sử dụng để kết nối cáp truyền động. Điều này cung cấp cấu trúc nhỏ gọn nhất và cài đặt đơn giản nhất.

Chương 3: Kỹ thuật lắp đặt và những cân nhắc về cơ khí

3.1 Nguyên tắc chọn vị trí lắp đặt

Chọn vị trí lắp đặt chính xác là điều cơ bản để có được dữ liệu rung động chính xác. Hình 4-1 minh họa các điểm lắp được khuyến nghị:

1. Càng gần vòng bi càng tốt: Vòng bi là điểm kết nối giữa rôto và stato, phản ánh tốt nhất trạng thái rung của máy.

2. Trên các bộ phận kết cấu cứng: Tránh lắp trên vỏ máy hoặc các cấu trúc không đủ độ cứng vì chúng có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng cục bộ làm khuếch đại hoặc làm giảm độ rung thực tế.

3. Khả năng tiếp cận và an toàn: Cân bằng nhu cầu đo lường với sự thuận tiện trong bảo trì và đảm bảo lắp đặt và tháo dỡ an toàn.

4. Các yếu tố môi trường: Xem xét nhiệt độ, sự ăn mòn, nhiễu điện từ, v.v.

3.2 Yêu cầu chuẩn bị bề mặt lắp đặt

Việc chuẩn bị bề mặt thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép đo:

1. Độ phẳng bề mặt: Trong vòng 0,01 mm (Hướng dẫn sử dụng Hình 5-2, 6-2, 7-2).

2. Độ nhám bề mặt: Cấp N7 trở lên.

3. Vuông góc với trục nhạy cảm: Bề mặt lắp phải vuông góc với trục nhạy cảm của gia tốc kế.

4. Độ sạch: Không có dầu, rỉ sét, lớp phủ, v.v.

Các bước gia công cụ thể (lấy CA 201 làm ví dụ):

• Đánh dấu vị trí cho bốn lỗ ren tại vị trí đã chọn.

• Khoan bốn lỗ: đường kính 4,8 mm, sâu 20 mm.

• Nhấn ren M6 đến độ sâu 14 mm.

• Chuẩn bị vít có đầu lục giác M6 x 35 và vòng đệm khóa lò xo.

• Bôi keo khóa LOCTITE 241 vào các vít.

• Siết chặt bằng cờ lê lực, không quá 15 Nm.

3.3 Ảnh hưởng của phương pháp lắp đặt đến độ chính xác của phép đo

Hướng dẫn sử dụng Chương 3 phân tích một cách có hệ thống ảnh hưởng của các phương pháp lắp đặt khác nhau đến đáp ứng tần số, tham khảo tiêu chuẩn ISO 5348:

3.3.1 Gắn ren (Tối ưu)

• Sử dụng các giá trị mô-men xoắn do nhà sản xuất khuyến nghị (thường là 2-15 Nm, tùy thuộc vào kiểu máy).

• Cung cấp dải tần hiệu quả rộng nhất (lên đến 30 kHz).

• Biến dạng pha tối thiểu.

3.3.2 Gắn keo

• Xi măng Methyl cyanoacrylate: Tối đa 80°C, đáp ứng tần số chấp nhận được.

• Băng dính hai mặt: Tối đa 95°C, đáp ứng tần số hạn chế, đặc biệt với băng dày.

• Màng sáp ong: Tối đa 40°C, chỉ thích hợp cho các phép đo tần số thấp tạm thời.

3.3.3 Các phương pháp lắp đặt tạm thời khác

• Đế từ: Tối đa 150°C, đáp ứng tần số bị hạn chế nghiêm trọng.

• Đầu dò cầm tay: Chỉ thích hợp để kiểm tra sơ bộ, đáp ứng tần số giảm xuống dưới 2 kHz.

Hình 3-1 thể hiện một cách định lượng sai số biên độ và độ lệch pha gây ra bởi các phương pháp lắp đặt khác nhau. Để đo chính xác và so sánh dữ liệu từ nhiều điểm, phương pháp lắp đặt nhất quán là rất cần thiết.

3.4 Thông số định tuyến cáp

Định tuyến cáp không đúng cách có thể gây ra nhiễu và méo tín hiệu:

1. Bán kính uốn tối thiểu: Không nhỏ hơn 50 mm.

2. Cố định khoảng cách: Sử dụng kẹp mỗi 100-200 mm.

3. Tránh căng thẳng: Cáp phải thoát ra khỏi mặt phẳng rung chứ không phải trực tiếp từ cảm biến (Hình 3-8).

4. Tránh xa các nguồn gây nhiễu: Tránh chạy song song với cáp điện áp cao hoặc đường dây truyền tải tần số cao.

5. Bảo vệ cơ khí: Sử dụng ống mềm inox KS 106 ở những khu vực dễ bị hư hỏng.

3.5 Những điểm chính để lắp đặt các thiết bị điện tử

Bộ chuyển đổi điện tích (IPC):

• Nên lắp đặt ở vị trí có độ rung tối thiểu hoặc không có.

• Phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh: -25°C đến +70°C.

• Thường được lắp đặt trong nhà ở công nghiệp ABA 160 với mức bảo vệ IP65.

Bộ phận tách điện (GSI):

• Phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh: 0°C đến +55°C.

• Thường được lắp đặt trên thanh ray DIN bên trong tủ.

• Có sẵn bộ lắp đặt chuyên dụng (giá đỡ, vấu định vị, vít cố định M4).

Hộp nối (JB):

• Phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh: -20°C đến +90°C.

• Xếp hạng bảo vệ IP65.

• Được sử dụng để chuyển đổi cáp cho các gia tốc kế tích hợp như CE 310.

Chương 4: Kết nối điện và kỹ thuật nối đất

4.1 Kỹ thuật kết nối cáp

Kết nối điện đúng cách là chìa khóa để đảm bảo chất lượng tín hiệu và độ tin cậy của hệ thống:

4.1.1 Các bước kết nối chung

1. Dải cách điện cáp khi cần thiết (thường là 4-6 mm).

2. Luồn cáp qua tuyến cáp vào vỏ.

3. Kết nối với khối thiết bị đầu cuối tương ứng.

4. Lắp vòng tránh Ø8 để tránh trượt cáp.

5. Siết chặt tuyến cáp để đảm bảo bịt kín.

4.1.2 Chi tiết lắp đặt tuyến cáp (Hình 5-12, 7-11)

• Tháo phần tử 1 ngược chiều kim đồng hồ (không tháo phần tử 5 ra khỏi vỏ).

• Kéo phần tử 2 và 3 ra (những phần tử này thích ứng với các đường kính cáp khác nhau).

• Luồn cáp qua các phần tử.

• Lắp ráp lại và siết chặt các bộ phận tuyến.

• Kiểm tra xem cáp có được giữ chắc chắn để đảm bảo bịt kín chống thấm nước hay không.

4.2 Chiến lược che chắn và nối đất

Che chắn và nối đất thích hợp là rất quan trọng để ngăn ngừa nhiễu điện từ:

1. Kết nối lá chắn ở đầu cảm biến:

• Tấm chắn cáp phải được kết nối với vỏ cảm biến ở đầu cảm biến.

• Đối với các cảm biến được gắn cách điện, một dây ngắn phải được nối giữa cực âm (-) và cực bảo vệ bên trong hộp nối hoặc đầu nối (Hình 6-10, 7-10).

2. Xử lý tấm chắn cáp truyền tải:

• Tấm chắn không được kết nối ở đầu Bộ tách điện (GSI).

• Điều này tránh tạo ra các vòng lặp trên mặt đất.

3. Kiến trúc nối đất hệ thống:

• Thực hiện theo nguyên tắc nối đất một điểm.

• Bộ tách điện cung cấp sự cách ly giữa mặt đất tín hiệu và mặt đất tủ.

• Vỏ công nghiệp phải được nối đất chắc chắn bằng các bu lông lắp đặt.

4.3 Thông số kỹ thuật lắp ráp đầu nối

Đối với các model có đầu nối (ví dụ: CG 134), việc lắp ráp cần đặc biệt chú ý:

1. Tháo cụm đầu nối.

2. Hàn dây cáp vào các chân tương ứng (A, B, C) theo Hình 6-9.

3. Hàn một dây nhảy giữa các chân B và C (để loại bỏ dòng điện rò rỉ và nhiễu vòng lặp nối đất khi cảm biến được nối đất chính xác).

4. Bôi keo khóa LOCTITE 241 vào ren.

5. Lắp lại đầu nối, đảm bảo cáp không bị xoắn.

6. Chèn vào đầu nối giao phối, siết chặt đến mô-men xoắn 7-11 Nm.

4.4 Kết nối bộ tách điện

1. Tước dây cáp truyền tải và uốn các đầu cuối AMP Faston 6.3.

2. Chèn vào các thiết bị đầu cuối tương ứng trên GSI (Hình 5-13, 6-11, 7-12).

3. Kết nối cáp phía hệ thống với các đầu cuối được uốn cong tương tự.

4. Quan sát các dấu phân cực: thường là '+' cho nguồn dương, '-' cho tín hiệu/nguồn âm.

Chương 5: Thông số kỹ thuật ứng dụng cho môi trường có khả năng gây nổ

5.1 Chỉ thị ATEX và Chứng nhận chống cháy nổ

Các sản phẩm Vibro-Meter đã trải qua chứng nhận nghiêm ngặt để sử dụng trong môi trường có khả năng gây nổ, tuân thủ các yêu cầu của Chỉ thị ATEX 94/9/EC của Châu Âu. Hướng dẫn sử dụng Phụ lục B cung cấp Chứng chỉ kiểm tra loại EC hoàn chỉnh:

5.1.1 Các loại bảo vệ an toàn nội tại

• Cấp độ 'ia': Phù hợp với Vùng 0 (nơi có bầu không khí bùng nổ liên tục hoặc trong thời gian dài).

• Cấp độ 'ib': Thích hợp cho Vùng 1 (nơi đôi khi có khả năng xảy ra bầu không khí dễ nổ trong hoạt động bình thường).

5.1.2 Phân loại nhóm khí

• Nhóm IIC: Đại diện cho các loại khí dễ bắt lửa nhất (ví dụ hydro, axetylen).

• Nhóm IIB: Khí có nguy cơ cháy trung bình.

• Nhóm IIA: Các loại khí có nguy cơ cháy chung.

5.1.3 Cấp nhiệt độ

• T1 đến T6: Cho biết nhiệt độ bề mặt tối đa của thiết bị, trong đó T6 là nghiêm ngặt nhất (<85°C).

• Các thành phần khác nhau có thể có các loại nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào vị trí và nhiệt độ hoạt động của chúng.

5.2 Nhận dạng và đánh dấu sản phẩm chống cháy nổ

Các sản phẩm phù hợp để sử dụng trong môi trường có khả năng gây nổ có các dấu hiệu đặc biệt phải tương ứng với Chứng chỉ kiểm tra loại EC:

Ví dụ đánh dấu điển hình:

• MÁY VIBRO-METER SA

• Kiểu: CA 134

• Số sê-ri: ...

• Năm xây dựng: ...

•  II 1G (Nhóm thiết bị: II=Không khai thác, 1=Loại 1)

• EEx ia IIC T6 đến T1 (Loại bảo vệ: ia An toàn nội tại, Nhóm khí IIC, Cấp nhiệt độ T6 đến T1)

• LCIE 02 ATEX 6110 X (Số chứng chỉ)

Dấu 'X' cho biết thiết bị phải tuân theo các điều kiện đặc biệt để sử dụng an toàn, được nêu chi tiết trong phần 'Lịch trình' của chứng chỉ.

5.3 Yêu cầu về thành phần hệ thống chống cháy nổ

Một hệ thống an toàn nội tại bao gồm ba phần và toàn bộ sự kết hợp phải được chứng nhận là tương thích:

1. Thiết bị hiện trường: Cảm biến, bộ chuyển đổi, v.v., được lắp đặt trong khu vực nguy hiểm.

2. Thiết bị liên quan: Bộ tách điện, v.v., được lắp đặt trong khu vực an toàn.

3. Cáp kết nối: Các thông số của nó (điện dung, điện cảm) phải nằm trong giới hạn cho phép của hệ thống.

Xác minh tính tương thích của hệ thống:

• Thông số thiết bị hiện trường: Ui, Ii, Ci, Li.

• Thông số thiết bị liên quan: Uo, Io, Co, Lo.

• Các thông số phân bố của cáp (điện dung, điện cảm trên một đơn vị chiều dài).

• Phải thỏa mãn: Ui ≥ Uo, Ii ≥ Io, Ci + Ccable ≤ Co, Li + Lcable ≤ Lo.

5.4 Yêu cầu lắp đặt đặc biệt cho môi trường dễ cháy nổ

1. Kết nối thiết bị: Chỉ có thể kết nối với thiết bị an toàn nội tại đã được chứng nhận.

2. Kiểm soát thông số cáp: Điện dung và điện cảm phân phối của cáp phải được đưa vào tính toán hệ thống.

3. Nối đất và liên kết đẳng thế: Vỏ phải được kết nối với hệ thống liên kết đẳng thế.

4. Không có sửa đổi trái phép: Bất kỳ sửa đổi nào mà không có sự cho phép bằng văn bản của nhà sản xuất sẽ làm mất hiệu lực chứng nhận và bảo hành.

5. Hạn chế bảo trì: Không được sửa chữa thiết bị chống cháy nổ tại chỗ; nó phải được gửi lại cho trung tâm dịch vụ được ủy quyền.

Chương 6: Phụ kiện và linh kiện lắp đặt phụ trợ

6.1 Đinh tán gắn

Khi không thể lắp trực tiếp lên bề mặt gia công, các đinh tán lắp chuyên dụng sẽ được sử dụng:

Nghiên cứu TA 102 (Hình 8-1):

• Đối với CA 201 và CE 310.

• Cung cấp khả năng điều chỉnh góc 30°.

• Chất liệu thép không gỉ, chịu được môi trường ăn mòn.

Nghiên cứu TA 104 (Hình 8-2):

• Đối với CA 134, CA 135, CA 136, CE 134 và CE 136.

• Góc lắp 90°.

• Cải thiện chất lượng gắn trên bề mặt không bằng phẳng.

Nghiên cứu TA 106 (Hình 8-3):

• Được thiết kế đặc biệt cho CA 216.

• Góc lắp 92°.

• Thiết kế nhỏ gọn cho các vị trí bị hạn chế về không gian.

6.2 Giá đỡ cách điện

6.2.1 Giá đỡ cách điện (TA 101) (Hình 8-4)

• Đối với CA 201 và CE 310.

• Bao gồm ống lót cách điện và tấm cách nhiệt.

• Ngăn chặn các vòng lặp mặt đất và nhiễu điện.

• Yêu cầu bu lông và vòng đệm cách điện để lắp đặt.

6.2.2 Giá đỡ cách nhiệt (TA 105) (Hình 8-5)

• Đối với CA 135, CA 136 và CE 136.

• Khả năng chịu nhiệt độ tối đa: 300°C.

• Tấm cách nhiệt dày 5mm có 3 lỗ khoan cách đều nhau.

• Giảm sự dẫn nhiệt từ thiết bị nóng đến cảm biến.

6.3 Phụ kiện bảo vệ cáp

Vỏ bện bằng thép không gỉ (BOA):

• Cung cấp bảo vệ cơ học và tính linh hoạt hạn chế.

• Chịu nhiệt và ăn mòn.

• Được cài đặt sẵn trên các mẫu có cáp tích hợp.

Ống luồn dây điện KS 106:

• Chất liệu thép mạ kẽm hoặc thép không gỉ.

• Cung cấp bảo vệ cơ học bổ sung cho cáp truyền tải.

• Đặc biệt hữu ích ở những khu vực dễ bị va đập hoặc mài mòn.

Gắn Clip:

• Dành cho cáp/ống dẫn có đường kính khoảng 8 mm.

• Cố định ở khoảng cách 100-200 mm.

• Ngăn ngừa rung cáp và ma sát.

Chương 7: Bảo trì, khắc phục sự cố và hỗ trợ kỹ thuật

7.1 Nguyên tắc bảo trì cơ bản

Hệ thống gia tốc kế áp điện Vibro-Meter được thiết kế như một thiết bị không cần bảo trì, nhưng việc kiểm tra thích hợp có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng:

7.1.1 Danh sách kiểm tra định kỳ

• Kiểm tra trực quan: Kiểm tra hư hỏng vật lý, ăn mòn.

• Kiểm tra cáp: Kiểm tra tính nguyên vẹn của vỏ bọc, độ an toàn của kết nối.

• Kiểm tra lắp đặt: Kiểm tra độ chặt của bu lông, xem có bị lỏng không.

• Kiểm tra tín hiệu: Kiểm tra nhiễu cơ bản, thay đổi độ nhạy.

7.1.2 Khuyến nghị làm sạch

• Lau sạch vỏ bằng vải mềm.

• Tránh các chất tẩy rửa có tính ăn mòn.

• Sử dụng chất tẩy rửa tiếp điểm điện tử chuyên dụng cho các đầu nối.

7.1.3 Yêu cầu đặc biệt đối với thiết bị chống cháy nổ

• Mọi hoạt động bảo trì đều phải tuân thủ các yêu cầu của Chứng chỉ kiểm tra loại EC.

• Thiết bị chống cháy nổ không được sửa đổi hoặc sửa chữa tại chỗ.

• Chỉ được sử dụng các phụ tùng thay thế chính hãng.

7.2 Hướng dẫn khắc phục sự cố

7.2.1 Triệu chứng lỗi thường gặp và nguyên nhân có thể xảy ra

7.2.2 Phương pháp thử nghiệm cơ bản

1. Kiểm tra điện trở: Ngắt kết nối và đo điện trở trên các đầu cực cảm biến (thường >1 MΩ).

2. Kiểm tra cách điện: Đo điện trở cách điện giữa cảm biến và mặt đất (phải >100 MΩ).

3. Kiểm tra chức năng: Chạm nhẹ vào cảm biến và quan sát phản hồi tín hiệu.

4. Kiểm tra thay thế: Thay thế bằng một cảm biến tốt để kiểm tra.

7.3 Hiệu chuẩn và chứng nhận lại

7.3.1 Khoảng thời gian hiệu chuẩn được khuyến nghị

• Ứng dụng chung: Cứ sau 24 tháng.

• Các ứng dụng quan trọng: 12 tháng một lần.

• Môi trường khắc nghiệt: 6 tháng một lần hoặc ít hơn.

7.3.2 Mục hiệu chuẩn

• Độ nhạy (pC/g hoặc mV/g).

• Đáp ứng tần số (biên độ và pha).

• Tuyến tính.

• Độ nhạy ngang.

• Phản ứng nhiệt độ (tùy chọn).

7.3.3 Chứng nhận lại thiết bị chống cháy nổ

• Cần thiết sau mỗi lần sửa chữa.

• Chỉ được thực hiện bởi các trung tâm dịch vụ được ủy quyền.

• Cập nhật chứng chỉ và nhãn hiệu chống cháy nổ.

Chương 8: Trường ứng dụng và ví dụ lựa chọn

8.1 Các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp điển hình

Hướng dẫn sử dụng Phần 1.2 liệt kê các lĩnh vực ứng dụng rộng rãi của gia tốc kế áp điện:

8.1.1 Máy quay/Bộ phận dẫn động

• Động cơ điện: Động cơ cảm ứng, đồng bộ, DC.

• Động cơ đốt: Động cơ Diesel, động cơ xăng.

• Tua bin khí: Công nghiệp nặng, có nguồn gốc từ máy bay.

• Tua bin hơi nước: Để phát điện, truyền động.

• Tua bin thủy lực: các loại Francis, Kaplan, Pelton.

• Hộp số: Trục song song, bánh răng hành tinh, bánh răng sâu.

8.1.2 Máy quay/Các bộ phận được dẫn động

• Quạt: Ly tâm, hướng trục.

• Máy bơm: Ly tâm, chuyển động dương, chuyển động qua lại.

• Máy nén: Ly tâm, trục vít, pittông.

• Máy phát điện: Máy phát điện Turbo, máy phát điện hydro, máy phát điện diesel.

8.1.3 Các ứng dụng khác

• Giám sát rung động kết cấu: Cầu, tòa nhà, tháp.

• Giám sát các bộ phận lỏng lẻo trong máy quay: Phát hiện các lưỡi dao, bu lông bị lỏng, v.v.

• Giám sát máy móc quá trình: Máy đùn, máy nghiền, màn hình.

8.2 Phân tích ví dụ lựa chọn

Ví dụ 1: Giám sát rung động ở vùng nhiệt độ cao của tuabin khí

• Đặc tính môi trường: Nhiệt độ cao (lên tới 600°C), có khả năng gây nổ (nguy cơ rò rỉ nhiên liệu).

• Khuyến nghị lựa chọn: CA 905 (chịu được 620°C) hoặc phiên bản CA 134 Ex i (chịu được 450°C).

• Cấu hình: Bộ chuyển đổi sạc riêng được lắp đặt ở khu vực mát hơn, sử dụng cáp cách điện bằng khoáng chất.

• Yêu cầu chứng nhận: EEx ia IIC T1-T6, tuân thủ ATEX và IECEx.

Ví dụ 2: Giám sát độ rung trên máy nén lạnh

• Đặc điểm môi trường: Nhiệt độ thấp (xuống tới -50°C), có khả năng chứa chất làm lạnh dễ cháy.

• Khuyến nghị lựa chọn: Phiên bản đông lạnh CA 134 (chịu được -200°C đến +450°C).

• Cấu hình: Tích hợp cáp giúp hạn chế tối đa các điểm kết nối ở vùng lạnh.

• Cân nhắc: Ngăn chặn sự ngưng tụ, đóng băng của cáp.

Ví dụ 3: Giám sát tổ máy bơm trên giàn khoan ngoài khơi

• Đặc điểm môi trường: Ăn mòn cao, độ ẩm cao, hạn chế về không gian, yêu cầu chống cháy nổ.

• Khuyến nghị lựa chọn: Phiên bản CE 310 Ex i (điều hòa tích hợp, cấu trúc nhỏ gọn).

• Cấu hình: Vỏ thép không gỉ, cấp bảo vệ IP65, kết nối qua hộp nối.

• Lắp đặt: Sử dụng chốt TA 102 để lắp dễ dàng hơn trên các bề mặt không bằng phẳng.

Ví dụ 4: Giám sát trực tuyến hộp số quan trọng

• Yêu cầu: Đáp ứng tần số cao (để giám sát tần số lưới bánh răng), độ tin cậy cao.

• Khuyến nghị lựa chọn: CA 201 (thiết kế cắt, không nhạy cảm với biến dạng cơ sở).

• Lắp đặt: Gắn bằng ren để đáp ứng tần số tối ưu.

• Xử lý tín hiệu: Bộ chuyển đổi sạc với bộ lọc thông thấp để triệt tiêu nhiễu tần số cao.

8.3 Chuyển đổi tham số rung và sử dụng biểu đồ

Hướng dẫn sử dụng Phụ lục A cung cấp các biểu đồ Gia tốc-Vận tốc-Dịch chuyển để chuyển đổi tham số rung:

Danh pháp L 1347 (Đơn vị số liệu):

• Trục X: Tần số rung (Hz).

• Trục Y bên trái: Biên độ dịch chuyển (đỉnh đến đỉnh, μm).

• Trục Y ở giữa: Biên độ vận tốc (đỉnh, mm/s).

• Trục Y bên phải: Biên độ gia tốc (cực đại, g).

Ví dụ sử dụng:
Cho trước: Gia tốc cực đại 1 g, Tần số 157 Hz.
Từ biểu đồ: Vận tốc cực đại 10 mm/s, Độ dịch chuyển 20 μm từ đỉnh đến đỉnh.

Ý nghĩa kỹ thuật:

• Dịch chuyển: Phản ánh các rung động tần số thấp, khối lượng lớn, liên quan đến các khoảng trống và biến dạng.

• Vận tốc: Chỉ báo mức độ rung động được quốc tế chấp nhận, phản ánh năng lượng rung động.

• Gia tốc: Phản ánh chấn động và rung động tần số cao, liên quan đến hiện tượng mỏi và tải trọng va đập.

Chương 9: Hệ thống chứng nhận và tuân thủ tiêu chuẩn

9.1 Tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế

Sản phẩm Vibro-Meter tuân thủ nhiều tiêu chuẩn quốc tế:

9.1.1 Tiêu chuẩn cảm biến rung

• ISO 5348: Hướng dẫn lắp cảm biến rung.

• ISO 10816: Hướng dẫn chung để đánh giá độ rung của máy.

• API 670: Hệ thống bảo vệ máy móc (dành cho ngành dầu khí và hóa chất).

9.1.2 Tiêu chuẩn an toàn điện

• EN 61010-1: Yêu cầu an toàn đối với thiết bị điện dùng để đo lường, điều khiển và sử dụng trong phòng thí nghiệm.

• EN 50014: Thiết bị điện dùng trong môi trường có khả năng gây nổ - Yêu cầu chung.

• EN 50020: Thiết bị điện dùng trong môi trường có khả năng gây nổ - An toàn nội tại 'i'.

9.2 Tổng quan về Hệ thống Chứng nhận

9.2.1 Chứng nhận ATEX (Châu Âu)

• Chỉ thị: 94/9/EC (Chỉ thị về Thiết bị), 1999/92/EC (Chỉ thị tại Nơi làm việc).

• Cơ quan thông báo: LCIE (Pháp), Kema (Hà Lan).

• Ví dụ về chứng chỉ: LCIE 02 ATEX 6110 X (dành cho CA 134/136/160/201).

9.2.2 Chứng nhận IECEx (Quốc tế)

• Dựa trên các tiêu chuẩn sê-ri IEC 60079.

• Được quốc tế công nhận lẫn nhau, giảm chứng nhận trùng lặp.

9.2.3 Chứng nhận cCSAus (Bắc Mỹ)

• Kết hợp các yêu cầu của CSA (Canada) và UL (Hoa Kỳ).

• Ví dụ về chứng chỉ: 1636188 (đối với CA 134).

• Tiêu chuẩn tuân thủ: CSA C22.2 số 157, UL 913, UL 61010C-1.

9.2.4 Chứng chỉ khu vực khác

• INMETRO (Brazil).

• NEPSI (Chứng nhận chống cháy nổ của Trung Quốc).

• TIIS (Nhật Bản).

• KOSHA (Hàn Quốc).

9.3 Giải thích các thông số chứng chỉ

Lấy chứng chỉ LCIE 02 ATEX 6110 X làm ví dụ:

Thông số thiết bị:

• Model: CA 134/CA 136/CA 160/CA 201.

• Loại bảo vệ: An toàn nội tại 'ia'.

• Nhóm Gas: IIC (cấp cao nhất).

• Lớp nhiệt độ: T6 đến T1 (CA 134), T6 đến T2 (loại khác).

Thông số điện (chỉ cảm biến):

• Ci: Điện dung bên trong (0,3 nF đối với CA 134, 8 nF đối với CA 136).

• Li: Độ tự cảm bên trong (0, không đáng kể).

Hạn chế của thiết bị liên quan:

• Uo 28 V.

• Io ≤ 100 mA (nguồn cung cấp tuyến tính) hoặc 25 mA (nguồn cung cấp phi tuyến tính).

• Po ≤ 0,7 W.

Chương 10: Xu hướng công nghệ và triển vọng tương lai

10.1 Sự phát triển của công nghệ cảm biến áp điện

10.1.1 Những tiến bộ trong khoa học vật liệu

• Gốm áp điện mới: Độ nhạy cao hơn, phạm vi nhiệt độ rộng hơn.

• Vật liệu áp điện đơn tinh thể: Cải thiện độ tuyến tính và độ ổn định.

• Vật liệu composite: Cảm biến áp điện linh hoạt để gắn trên bề mặt cong.

10.1.2 Tích hợp với công nghệ MEMS

• Gia tốc kế MEMS: Chi phí thấp hơn, kích thước nhỏ hơn.

• Hệ thống lai: Kết hợp áp điện và MEMS để cân bằng hiệu suất và chi phí.

• Tích hợp đa trục: Gia tốc kế ba trục trong một gói duy nhất.

10.2 Xu hướng hướng tới trí thông minh và kết nối mạng

10.2.1 Tính năng của cảm biến thông minh

• Chẩn đoán tích hợp: Tự kiểm tra, tự hiệu chỉnh, dự đoán lỗi.

• Đầu ra kỹ thuật số: Giao diện kỹ thuật số trực tiếp (IEPE, bus kỹ thuật số).

• Lưu trữ thông số: Số sê-ri, dữ liệu hiệu chuẩn, thông số cấu hình được lưu trữ trong cảm biến.

10.2.2 Tích hợp với IoT công nghiệp

• Truyền dẫn không dây: Mạng cảm biến không dây chạy bằng pin.

• Điện toán biên: Xử lý tín hiệu sơ bộ tại nút cảm biến.

• Tích hợp nền tảng đám mây: Dữ liệu rung được tải lên đám mây để phân tích dữ liệu lớn và học máy.

10.3 Sự phát triển của chiến lược bảo trì

10.3.1 Từ bảo trì phòng ngừa đến bảo trì dự đoán

• Bảo trì dựa trên tình trạng (CBM): Lên lịch bảo trì dựa trên tình trạng thực tế.

• Bảo trì dự đoán (PdM): Dựa trên phân tích xu hướng và dự đoán lỗi.

• Bảo trì tiên lượng (PM): Phát hiện các dấu hiệu lỗi sớm.

10.3.2 Ứng dụng công nghệ Digital Twin

• Mô hình ảo: Tạo bản sao kỹ thuật số của thiết bị.

• Đồng bộ hóa thời gian thực: Dữ liệu cảm biến cập nhật mô hình kỹ thuật số theo thời gian thực.

• Mô phỏng và Dự đoán: Thực hiện mô phỏng lỗi và dự đoán tuổi thọ trên mô hình số.

10.4 Tính bền vững và cân nhắc về môi trường

10.4.1 Thiết kế có tuổi thọ cao

• Khoảng thời gian hiệu chuẩn mở rộng: Thiết kế cảm biến ổn định hơn.

• Khả năng sửa chữa: Thiết kế mô-đun để sửa chữa và nâng cấp dễ dàng hơn.

• Lựa chọn vật liệu: Vật liệu thân thiện với môi trường, có thể tái chế.

10.4.2 Hiệu quả năng lượng

• Thiết kế tiêu thụ điện năng thấp: Kéo dài tuổi thọ pin cho cảm biến không dây.

• Thu hoạch năng lượng: Thu hoạch năng lượng từ môi trường rung động để tự cung cấp năng lượng.

10.4.3 Khả năng thích ứng với môi trường khắc nghiệt

• Ứng dụng dưới biển sâu hơn: Xếp hạng áp suất cao hơn.

• Ứng dụng trong không gian: Tương thích với chân không cực cao, được làm cứng bằng bức xạ.

• Ứng dụng địa nhiệt: Nhiệt độ cao hơn, môi trường ăn mòn.

Kết luận: Xây dựng hệ thống giám sát rung động công nghiệp đáng tin cậy

Hệ thống gia tốc kế áp điện của Vibro-Meter đại diện cho giải pháp tiêu chuẩn cao trong lĩnh vực giám sát độ rung công nghiệp. Bằng cách hiểu sâu sắc các nguyên tắc kỹ thuật của họ, lựa chọn chính xác các mô hình, tuân theo các quy trình cài đặt và bảo trì được tiêu chuẩn hóa, đồng thời kết hợp chúng với xử lý tín hiệu và phân tích dữ liệu phù hợp, có thể xây dựng một hệ thống theo dõi tình trạng thiết bị đáng tin cậy và hiệu quả.

Các yếu tố chính để thực hiện thành công dự án giám sát độ rung được tóm tắt như sau:

1. Lập kế hoạch có hệ thống: Bắt đầu từ các mục tiêu đo lường, xem xét toàn diện các yếu tố môi trường, kỹ thuật, an toàn và kinh tế.

2. Lựa chọn đúng: Chọn loại cảm biến thích hợp dựa trên nhiệt độ, tần số, điều kiện môi trường và yêu cầu chứng nhận.

3. Lắp đặt được tiêu chuẩn hóa: Tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu thủ công về chuẩn bị bề mặt, lắp đặt và định tuyến cáp.

4. Tuân thủ chứng nhận nghiêm ngặt: Đảm bảo tuân thủ chứng nhận hệ thống tổng thể trong môi trường có khả năng gây nổ.

5. Bảo trì liên tục: Thiết lập các quy trình kiểm tra, hiệu chuẩn và cập nhật tài liệu thường xuyên.

6. Phân tích dữ liệu: Chuyển đổi dữ liệu rung động thô thành thông tin chi tiết hữu ích về tình trạng thiết bị.

7. Đào tạo nhân sự: Đảm bảo người vận hành và nhân viên bảo trì có kiến ​​thức cần thiết về kỹ thuật và an toàn.

Với sự phát triển của Công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh, công nghệ giám sát rung động đang phát triển từ các hệ thống bảo vệ biệt lập hướng tới các nút cảm biến thông minh tích hợp. Các nhà sản xuất chuyên nghiệp như Vibro-Meter, thông qua đổi mới công nghệ liên tục, đang thúc đẩy lĩnh vực này hướng tới độ tin cậy cao hơn, trí thông minh cao hơn và khả năng ứng dụng rộng hơn, cung cấp nền tảng vững chắc cho hoạt động an toàn, hiệu quả và bền vững của thiết bị công nghiệp trên toàn thế giới.

Bài viết này dựa trên phân tích có hệ thống của sổ tay kỹ thuật Vibro-Meter, nhằm mục đích cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật toàn diện cho các kỹ sư và kỹ thuật viên. Trong các ứng dụng thực tế, hãy luôn tham khảo phiên bản mới nhất của sổ tay hướng dẫn, bảng dữ liệu và bản tin kỹ thuật, đồng thời tham khảo bộ phận hỗ trợ kỹ thuật của nhà sản xuất để đảm bảo tối ưu hóa và an toàn trong thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống.

---

Hướng dẫn tham khảo:  Hướng dẫn sử dụng gia tốc kế áp điện Vibro-Meter CAxxx/CExxx