سنسور لرزش یا ارتعاش چیست و چه کاربردی دارد؟
سنسور لرزش یا ارتعاش (vibration sensor) یکی از تجهیزات کلیدی در صنایع مختلف برای نظارت و پیشگیری از خسارات ناشی از حرکت و ارتعاشات تجهیزات، به ویژه ماشین‌آلات دوار است. این سنسورها دستگاه‌هایی اندازه گیری هستند که قادرند لرزش یا حرکت رفت و برگشت یک تجهیز یا سیستم را حس کرده و گزارش دهند. آن‌ها همچنین دامنه و فرکانس ارتعاش سیستم مورد مطالعه را اندازه گیری می‌کنند.
اهمیت و مزایای استفاده از سنسور لرزش
| مزیت‌ها | توضیحات |
| تحلیل علت خرابی | شناسایی سریع منشاء مشکلات در تجهیزات دوار |
| پیشگیری از توقف ناگهانی خطوط تولید | تشخیص زودهنگام ارتعاشات غیرمعمول |
| کاهش هزینه نگهداری | برنامه‌ریزی مناسب برای تعمیرات پیشگیرانه |
| افزایش طول عمر دستگاه‌ها | بهینه‌سازی عملکرد و کاهش استهلاک |
| ارزیابی سلامت کلی تجهیزات | مشاهده وضعیت عمومی عملکرد ماشین‌آلات |
| افزایش ایمنی صنعتی | جلوگیری از خطرات ناشی از خرابی ناگهانی |
ارتعاش در تجهیزات صنعتی گاهی بخشی از عملکرد طبیعی است، اما در مواقع دیگر می‌تواند نشان‌دهنده یک مشکل جدی باشد. از آنجایی که ارتعاش بر قابلیت اطمینان و دوام سیستم در شرایط کاری تأثیر می‌گذارد، لازم است کنترل و پایش شود.سنسورهای لرزش صنعتی در نظارت بر مسائل ارتعاشی سیستمها کمک می‌کنند و چندین مزیت مهم را به همراه دارند:
- تحلیل علت ریشه‌ای هر مشکلی در تجهیزات دوار
- تصمیم‌گیری در مورد نیازهای تعمیر
- بررسی وضعیت کلی کارخانه یا تجهیزات
- کاهش هزینههای عملیاتی کارخانه با جلوگیری از تعطیلی پرهزینه از قبل
- تشخیص هرگونه عدم تعادل یا وجود اشکال در تجهیزات به منظور پیش‌بینی وضعیت سیستم
- کمک به کاهش زمان خرابی برنامه‌ریزی نشده و بهینه‌سازی عملکرد دستگاه
- کاهش هزینههای نگهداری و تعمیر
به طور کلی، استفاده از سنسور لرزش به پیش‌بینی خرابیهای آینده کمک میکند.
انواع ارتعاشات تحت پایش
در نظارت بر ماشین‌آلات، معمولاً با دو نوع ارتعاش اصلی روبرو هستیم:
- ارتعاش محوری رانش: (Axial Vibration) این لرزش در جهت طولی یا موازی با شفت موتور رخ میدهد. عدم انطباق شفت می‌تواند باعث لرزش محوری شود.
- ارتعاش شعاعی :(Radial Vibration) این ارتعاش به صورت نیرویی که از شفت به سمت خارج وارد می‌شود، تعریف می‌شود. وجود چرخش سنگین یا تغییر شکل در قطعات دوار (مانند تیغه فن) می‌تواند باعث لرزش شعاعی شود.
نحوه عملکرد سنسورهای لرزش
سنسور لرزش از بخش‌هایی مانند عنصر حساس، مبدل سیگنال و الکترونیک قرائت تشکیل شده است. عنصر حساس به ارتعاشات حساس است و تغییرات فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند. مبدل سیگنال ، سیگنال حاصل را تقویت و تبدیل میکند و الکترونیک قرائت آن را تجزیه و تحلیل میکند.
سنسورهای لرزش بر اساس اصول مکانیکی، الکترومغناطیسی یا نوری برای تشخیص لرزش تجهیزات کار می‌کنند. بسیاری از آن‌ها، به ویژه شتابسنجها، از اثر پیزوالکتریک استفاده می‌کنند؛ کریستالی از مواد پیزوالکتریک که جرمی لرزه‌ای به آن متصل است. هنگامی که کریستال تحت فشار ناشی از ارتعاش قرار می‌گیرد، یک سیگنال الکتریکی تولید می‌شود که به عنوان داده خروجی اندازه‌گیری می‌گردد. این سنسورها معمولاً قوی بوده و قابلیت اطمینان بالا و پایداری طولانی‌مدت را ارائه می‌دهند.
سنسورها می‌توانند به طور مستقیم روی تجهیزات نصب شده یا به صورت بی‌سیم برای نظارت استفاده شوند. خروجی آن‌ها بسته به نوع سنسور، می‌تواند جابجایی، سرعت یا شتاب ارتعاش را اندازه گیری کند. این داده‌ها سپس می‌توانند با داده‌های قابل قبول استاندارد سازندگان تجهیزات یا کدهای استاندارد مقایسه شوند تا مشخص شود آیا ارتعاش نیاز به توجه دارد یا خیر.
انواع سنسورهای لرزش
|
نوع سنسور |
ویژگی‌ها | کاربردها | مزایا | محدودیت‌ها |
|
شتاب‌سنج (Accelerometer) |
اندازه‌گیری شتاب ارتعاش | خطاهای بلبرینگ، ناهماهنگی، شفت خمیده | فرکانس بالا، بادوام، قیمت مناسب |
نصب حساس |
|
سنسور سرعت (Velocity Sensor) |
اندازه‌گیری سرعت ارتعاش | تجهیزات دوار با فرکانس متوسط | عدم نیاز به منبع تغذیه |
دقت متوسط |
|
سنسور جابجایی (Displacement Sensor) |
اندازه‌گیری تغییر مکان | بررسی خروج از مرکز، ارتعاش محوری | مناسب محیط آلوده، بادوام |
مناسب برای فرکانس پایین |
| استرین گیج (Strain Gauge) | اندازه‌گیری فشار و کشش | تشخیص تنش سازه‌ای و اجزا | دقت بالا، حساسیت بالا | نیاز به تنظیم دقیق |
| سنسور میکروفونی (Microphone Sensor) | ثبت ارتعاشات صوتی | تحلیل ارتعاشات فرکانس بالا | ارزان، ساده |
اطلاعات محدود |
سنسورهای لرزش مورد استفاده در صنایع را می‌توان به انواع اصلی زیر دسته بندی کرد:
- شتابسنجها (Accelerometers): این سنسورها شتاب حرکت یک سیستم را اندازه گیری می‌کنند. آن‌ها معمولاً از اثر پیزوالکتریک برای تبدیل نیروی مکانیکی لرزش به سیگنال الکتریکی استفاده می‌کنند. شتابسنجها در انواع امپدانس بالا و امپدانس پایین موجود هستند. نوع امپدانس پایین که سیگنال را به ولتاژ با امپدانس پایین تبدیل میکند، به راحتی با ابزار استاندارد ارتباط برقرار کرده و در صنعت رایج‌تر است.
شتابسنجها قابلیت فرکانس بالا گسترده‌تری نسبت به انواع دیگر مبدل‌های ارتعاش دارند. آن‌ها به طور خاص برای تشخیص خطاهای یاتاقان‌های غلتشی، چرخ دنده‌ها، عدم تعادل، ناهماهنگی، محور خمیده و غیره استفاده می‌شوند. شتابسنجها به دلیل محدوده فرکانس خوب، قیمت مقرون به صرفه و دوام بالا رایج‌ترین نوع هستند و معمولاً مستقیماً روی دستگاه نصب می‌شوند.
- سنسورهای سرعت (Velocity Sensors): این سنسورها برای نظارت بر تجهیزات دوار و رفت و برگشتی و اندازه‌گیری کلی ارتعاش مناسب هستند. آن‌ها برای اندازه‌گیری فرکانس متوسط استفاده می‌شوند و مزیت اصلی‌شان این است که الکترودینامیک هستند و نیازی به نیروی خارجی ندارند.
- سنسورهای جابجایی (Displacement Sensors): این سنسورها که با نام‌های سنسور مجاورت، سنسور جریان گردابی یا مبدل مجاورتی نیز شناخته می‌شوند. آن‌ها جابجایی‌ها را اندازه گیری می‌کنند. سنسورهای جابجایی برای اندازه‌گیری ارتعاش شعاعی، حرکت محوری، خروج از مرکز و غیره مناسب هستند. این نوع سنسور برای محدوده‌های فرکانس پایین مناسب است. سنسورهای جریان گردابی دقت متوسطی دارند اما بسیار بادوام هستند و گزینه خوبی برای محیط‌های کثیف محسوب می‌شوند؛ آن‌ها نیز باید مستقیماً روی دستگاه تحت نظارت نصب شوند.
- فشارسنج‌ها (Strain Gauge): این سنسورها مقاومتشان با نیروی اعمال شده متفاوت است و نیرو، فشار، تنش یا وزن را به تغییر در مقاومت الکتریکی تبدیل می‌کنند. آن‌ها با اندازه‌گیری تغییر مقاومت ناشی از کشش یا فشار، میزان فشار (استرین) را در اجزای دستگاه اندازه می‌گیرند.
- حسگرهای میکروفون (Microphone Sensors): ارتعاشات صدا ایجاد می‌کنند و این سنسورها که سنسورهای فشار صوتی نیز نامیده می‌شوند، می‌توانند اطلاعات اساسی در مورد تغییرات ارتعاشات با فرکانس بالا را ارائه دهند. آن‌ها مقرون به صرفه هستند اما اطلاعات نسبتاً محدودی ارائه می‌دهند.
تکنولوژی‌های پیشرفته در سنسورهای لرزش
در ساخت سنسورهای لرزش از تکنولوژی‌های مختلفی استفاده می‌شود. علاوه بر تکنولوژی‌های پیزوالکتریک و مغناطیسی که در عملکرد برخی سنسورها نقش دارند، تکنولوژی‌های اپتیکی (استفاده از تغییرات نوری) و نانوتکنولوژی نیز بکار گرفته می‌شوند. استفاده از نانوتکنولوژی به طور خاص منجر به بهبود حساسیت، دقت و عملکرد این سنسورها شده است. این پیشرفت‌ها در نهایت دقت تشخیص و کارایی صنایع مختلف را بهبود می‌بخشند.
کاربردهای سنسور لرزش در صنایع مختلف
سنسورهای ارتعاش در همه صنایعی که امکان لرزش وجود داشته و نیاز به نظارت برای بهبود عملکرد تجهیزات دارند، به کار گرفته می‌شوند. صنایع زیر کاربرد گسترده‌ای از سنسور لرزش پیدا می‌کنند:
- نفت و گاز: بسیار مهم برای تضمین عملیاتی بودن تجهیزات تولید، جلوگیری از خرابی، کاهش زمان خرابی و بهینه‌سازی عملکرد. این سنسورها موتورهای پمپ، فن‌ها، گیربکس‌ها و کمپرسورهای مهم را پایش می‌کنند. همچنین در تشخیص لرزش‌های ناشی از عملیات حفاری و استخراج.
- خودرو و حمل و نقل: نظارت بر سلامت ماشین‌آلات خط تولید، تضمین کیفیت محصول و ثبات عملیات تولید، اطمینان از عملکرد مناسب تجهیزات فلزکاری، ماشین‌های خودکار و رباتیک. تشخیص ارتعاشات ناشی از اجزای مختلف خودرو.
- صنایع پالایشی، شیمیایی، پتروشیمی: تشخیص زودهنگام مشکلاتی مانند لرزش، عدم تعادل، ناهماهنگی و روغن‌کاری نادرست برای بهینه‌سازی عملکرد کارخانه‌ها. استفاده برای بهبود کارایی نگهداری، افزایش سودآوری، هشدارهای ایمنی و حداقل رساندن هزینههای عملیاتی. در مراکز پردازش شیمیایی مرسوم، نظارت موثر در فرکانس ۱۰ تا ۱۰۰۰۰ هرتز ضروری است.
- انرژی و صنعت برق: تشخیص تنش و کرنش، عدم تقارن آیرودینامیکی روتور، زبری سطح، عدم تعادل و عملکرد کلی.ضروری برای اطمینان از منبع ثابت برق با قیمت مقرون به صرفه و پایش هرگونه پیشرفت ناخواسته.
- هوافضا: تشخیص ارتعاشات سیستم‌های فضایی و موشکی.
- ساختمان‌ها: تشخیص لرزش‌های زمینی و ارزیابی خطر زلزله.
- معدن، خوردنی و آشامیدنی، خمیر و کاغذ، فلزکاری، برخی صنایع تولیدی، نیروی باد و سایر انرژی‌های تجدیدپذیر، سیمان، تحقیق و توسعه.
ماشین‌آلات خاصی که از لرزش‌سنج استفاده می‌کنند شامل پمپ‌های آب، موتورها، گیربکس‌ها، تسمه‌ها، فن‌ها، کمپرسورها، توربین‌های بادی و یاتاقان‌های غلتشی هستند. لرزش‌سنج‌ها در یاتاقان‌های غلتشی به تشخیص نیاز به روغن‌کاری قبل از وقوع آسیب جدی کمک می‌کنند.
نحوه انتخاب سنسور لرزش
هنگام انتخاب یک سنسور ارتعاش برای کاربرد خود، مهم است که به عوامل زیر دقت کنید:
- برد و دقت
- شرایط محیطی مانند دما، رطوبت، آلودگی
- شکل سطح اندازه گیری
همانطور که اشاره شد، شتابسنجها به دلیل محدوده فرکانس وسیع و دوام بالا گزینه رایجی هستند. سنسورهای جریان گردابی نیز برای محیط‌های کثیف مناسب می‌باشند.
استانداردهای صنعتی
چندین استاندارد صنعتی وجود دارد که اندازه گیری ارتعاش را برای صنایع کنترل میکند9. برخی از آن‌ها عبارتند از:
- ISO 48669
- ISO 208169
- AS 2625.19
نتیجه گیری
در دنیای امروز که بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و ایمنی صنعتی از اهمیت بالایی برخوردارند، استفاده از سنسورهای لرزش به یکی از ارکان اصلی پایش وضعیت تجهیزات تبدیل شده است. این سنسورها با تشخیص سریع و دقیق ارتعاشات غیرعادی، به صنعتگران امکان می‌دهند تا پیش از وقوع خرابیهای بزرگ، نسبت به تعمیر یا تعویض قطعات اقدام کنند. این فرآیند نه تنها مانع از توقف‌های ناگهانی تولید می‌شود، بلکه باعث افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینههای نگهداری نیز خواهد شد.
انتخاب سنسور مناسب، بسته به شرایط محیطی، نوع کاربرد و دقت موردنیاز، نقش مهمی در اثربخشی سیستم پایش دارد.
آکام صنعت؛ همراه مطمئن صنعتگران کشور
گروه آکام صنعت با تکیه بر دانش فنی، تجربه تخصصی و رویکرد مشتری‌محور خود، در کنار صنعتگران عزیز کشور ایستاده است. ما علاوه بر تأمین انواع سنسورهای صنعتی،شامل خرید سنسور صنعتی SICK و خرید سنسور صنعتی ifm خدمات مشاوره تخصصی، نصب و راه‌اندازی تجهیزات را نیز ارائه می‌دهیم. برخی از محصولات و خدمات ما عبارتند از:
- سنسورهای لرزش (ویبره سنسور)
- سنسورهای مغناطیسی
- سنسورهای القایی
- سنسورهای خازنی
- سنسورهای تشخیص فاصله
- انکودرهای صنعتی
- تجهیزات ابزار دقیق
سوالات متداول
- سنسور لرزش چیست؟
سنسور لرزش دستگاهی است که حرکت رفت و برگشت یا ارتعاش تجهیزات را حس کرده و شدت و فرکانس آن را اندازه گیری میکند.
- چرا نظارت بر لرزش تجهیزات صنعتی مهم است؟
نظارت بر لرزش به تشخیص زودهنگام مشکلات مانند عدم تعادل و ناهماهنگی کمک میکند، از خرابیهای پرهزینه جلوگیری کرده، هزینههای عملیاتی و نگهداری را کاهش میدهد و قابلیت اطمینان و دوام سیستمها را افزایش میدهد.
- انواع اصلی سنسورهای لرزش کدامند؟
انواع اصلی شامل شتابسنجها (Accelerometers)، سنسورهای سرعت (Velocity Sensors) و سنسورهای جابجایی (Displacement Sensors یا Proximity Sensors) هستند. سنسورهای فشارسنج و میکروفون نیز انواع دیگری هستند.
- سنسورهای لرزش در چه صنایعی کاربرد دارند؟
کاربرد این سنسورها بسیار گسترده است و شامل صنایع نفت و گاز، خودرو، شیمیایی، انرژی و برق، هوافضا، ساختمان، معدن و بسیاری دیگر می‌شود.
- هنگام انتخاب سنسور لرزش به چه نکاتی باید توجه کرد؟
عوامل مهم شامل برد و دقت مورد نیاز، شرایط محیطی نصب سنسور و شکل سطح اندازه‌گیری هستند.