Vítejte, dnes je
sobota 16.
listopad
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Předcházení poruchám dříve, než k nim dojde, velmi zásadně ovlivňuje náklady a čas na výměnu a údržbu strojů či jejich dílů. Je mnohem snazší takové akce naplánovat, než reagovat na náhlé poruchy. Užitečným zařízením umožňujícím podrobná měření, která usnadňují diagnostiku, a test opotřebení součástí, je vibrometr. V tomto článku si popíšeme, jak funguje, a představíme některé populární modely.
Vibrační diagnostika, tj. testování vibrací, je jedním ze základů mechanické diagnostiky strojů. Je nezbytná při posuzování vyvážení stroje a jeho jednotlivých prvků, a v první řadě při posuzování ložisek a soustřednosti. Kromě toho umožňuje zachytit jakékoli změny stavu základny stroje. Mechanické vibrace jsou velmi rychlé oscilační pohyby konkrétního mechanického systému kolem jeho rovnovážné osy a jejich příčinou je inertní pohyb jednotlivých prvků (vratný pohyb) nebo nevyváženost (vychýlení) rotujících částí. Měření vibrací se obvykle provádí v místě, kde je stroj nainstalován, a to pomocí různých typů měřičů a senzorů. Podrobné studie ukazují posuny, rychlosti a zrychlení vibrací a frekvenční analýza vibrací umožňuje rozklad signálu na jeho komponenty. Tato data v kombinaci s provozními parametry stroje a jeho konstrukcí umožňují diagnostikům přiřadit konkrétním složkám spektra konkrétní prvky stroje anebo určit jeho stavy v konkrétním okamžiku.
Výše popsané informace diagnostici získávají pomocí nejmodernějších generací vibrometrů, které tvoří podstatnou součást nabídky TME. Rozdíly v této skupině měřičů jsou velké a samotná zařízení jsou natolik zajímavá, že si zaslouží podrobnější popis a prezentaci.
Senzory, měřiče a analyzátory vibrací, nejčastěji nazývané vibrometry, jsou přenosná zařízení, která díky různým metodám detekce vibrací - na základě akcelerometrů nebo laserové technologie - měří úroveň vibrací stroje nebo jeho součástí. Vibrometr odráží technický stav a důkladná analýza umožňuje diagnostikovat poruchy nebo opotřebení ložisek, určit možnou nesoustřednost nebo asymetrii a detekovat vůli a házení. Stálé nebo pravidelně opakované monitorování úrovně vibrací také umožňuje předvídat poruchy dříve, než k nim dojde.
V současné době vyráběné mobilní vibrometry často vzhledem připomínají typické měřiče elektrických parametrů: mají podobný tvar a jsou vybaveny podobnými víceřádkovými LCD displeji. Nejmodernější vibrometry kombinují funkce měřiče a analyzátoru vibrací, tachometru a vyvažovače. Díky nim může diagnostik provádět obecná měření vibrací, vyhodnotit stav stroje na základě konkrétních norem, zkontrolovat opotřebení valivých ložisek, určit teplotu a rychlost otáčení rotujícího prvku, a také vyvážit rotor. Během těchto procesů moderní vibrometr ukládá všechna data do své paměti a poté je odesílá do počítače nebo mobilního zařízení vybaveného dedikovaným softwarem pro jejich analýzu a archivaci.
Vibrometry založené na akcelerometru
Nejběžnější vibrometry dostupné na trhu patří k jednomu ze dvou typů: vibrometrům založeným na akcelerometrech anebo laserovým vibrometrům. První měří jak posun, tak zrychlení, což umožňuje namontovat senzor přímo na stroj a s vysokou přesností udávat velikost vibrací. Senzor může být jejich integrální součástí - stejně jako může být malým příslušenstvím připojeným speciálním konektorem k měřiči a poté upevněné magnetem na stroj, což funguje dobře i ve stísněných prostorech. Jejich klíčový prvek - akcelerometr, nebo spíše měnič v něm použitý - může patřit k jednomu ze tří různých typů: piezoelektrickému, piezoodporovému nebo kapacitnímu. V piezoelektrických měničích jejich krystaly generují elektrický náboj pod vlivem mechanické zátěže, v piezoelektrických se měří elektrický odpor měnící se s mechanickým zatížením, a v kapacitních se měří změny kapacity v závislosti na poloze pohybujících se elektrod.
Laserové vibrometry
Laserové vibrometry používají úplně jinou technologii. Fungují tak, že detekují a analyzují laserové záření, které je rozptýleno na vibrujícím prvku stroje. Využívá se zde efekt známý jako Dopplerův jev: když objekt vibruje, mění se frekvence světla a měření rozdílu ve frekvencích dává základ pro výpočet rychlosti pohybu zkoumaného objektu, amplitudy jeho vibrací nebo zrychlení.
Vibrace lze měřit pomocí vibrometrů na jakýchkoli částech strojů, které jsou diagnostikovány, doporučení příslušných norem však uvádějí hlavně nejcitlivější místa, kterými jsou ložisková tělesa, protože úroveň vibrací a amplitudy vznikajících sil jsou tam obvykle nejvyšší. Je však třeba pamatovat na základní principy spolehlivého měření vibrací: testovat vždy za stejných podmínek, na stejném místě (bodu) a přikládat vibrační měřič stejným způsobem. Bez toho je obtížné porovnávat výsledky mezi jednotlivými měřeními, posuzovat eventuální zhoršení stavu stroje ve srovnání s předchozími výsledky, nemluvě o zachycení trendu změn úrovně vibrací v čase.
Nejtypičtějším použitím vibrometrů je posouzení stupně opotřebení ložiska. Takové opotřebení se vždy zvyšuje v důsledku radiální nebo axiální vůle anebo v důsledku defektů v oblasti koše udržujícího valivé prvky. Jak se stav ložiska stále zhoršuje, zvyšuje se odpor proti pohybu a tření a také teplota, což dále urychluje proces degradace součástí. Dalším typickým použitím vibrometrů je diagnostika ozubených kol, která generováním nadměrných vibrací signalizují své opotřebení v důsledku efektu důlkové koroze (pitting). Ta spočívá ve tvorbě mikrotrhlin na styku dvou kovových povrchů, jejich dislokaci a konečném odtržení částic materiálu z povrchu ozubeného kola. Třetím nejběžnějším použitím vibrometrů je detekce nevyváženosti rotoru stroje nebo součásti. Rotor, který není správně vyvážený, má tendenci otáčet se kolem středové osy hmoty, ale je omezen ložisky. Tento nesoulad způsobený odstředivými silami se projevuje charakteristickými vibracemi, které mohou nakonec poškodit ložiska nebo samotný rotor.
Otázka senzoru vibrací spočívá na prvním místě v rozhodnutí, zda ke správné diagnóze stačí dotykový vibrometr, anebo nás podmínky nutí sáhnout po bezkontaktním laserovém vibrometru. V případě prvního z nich se může ukázat, že typický přenosný vibrometr vždy nedosáhne na všechny měřicí body kvůli těsné konstrukci stroje - pak je třeba sáhnout po modelu vybaveném připojenými senzory a sondami, které lze snadno připojit i ve velmi těsných prostorách. Další otázky spojené s výběrem jsou podmíněny možnostmi samotného zařízení a očekáváními diagnostiků: nejjednodušší modely poskytují informace o měření, ale pokud je zapotřebí hlubší (3D) analýza, je nutné použít pokročilejší modely od renomovaných výrobců.
Podívejte se na nabídku vibrometrů a příslušenství u TME
Řadu výrobků TME v oboru vibrometrů otevírá vibrometr UNI-T označený symbolem UT312. Tento praktický, lehký - pouze 0,25 kg - a přenosný měřič je základní zařízení, které mechanicky měří posun, zrychlení a lineární rychlost a výsledky zobrazuje na LCD displeji. Měřicí rozsah tohoto vibrometru je 199,9 m/s2, 199,9 m/s a 1999 µm s přesností +/- 5 % a frekvencí 0,01 - 1,5 kHz. Mezi další funkce patří pozastavení displeje (Auto-Hold), indikace vybíjející se baterie (typ 9V 6F22) a automatické vypnutí měřiče.
Značku Fluke - zastoupenou v nabídce TME třemi modely - není třeba představovat. Katalog TME obsahuje dva kompaktní a přenosné velmi příbuzné modely - Fluke 805 a 805 FC - a jeden větší model - Fluke 810, který provádí pokročilejší analýzy na základě provedených měření. Níže stručně probereme jednotlivé vibrometry Fluke v nabídce TME.
Fluke 805 je vibrační měřič pro techniky údržby, kteří potřebují opakovatelná měření vibrací a kontrolu stavu ložisek podle stupnice závažnosti. Váží pouhých 400 g, vyžaduje 2 baterie AA a patří k poměrně kompaktním zařízením díky svým rozměrům: 58 x 241 x 71 mm. Toto zařízení se používá k měření mechanických vibrací a dalších parametrů, například stavu ložiska a teploty (bezdotykově), a díky kombinaci senzoru vibrací a měřícího hrotu zajišťuje reprodukovatelné výsledky při různých úhlech nebo tlaku. Čtyři úrovně na stupnici významnosti prezentují výsledky jasným způsobem prostřednictvím textových zpráv (dobré, uspokojivé, neuspokojivé a nepřijatelné). Vibrační senzor čte široký frekvenční rozsah (10 až 1 000 Hz a 4 000 až 20 000 Hz) pokrývající většinu typů strojů. Měření jím podporuje intuitivní uživatelské rozhraní.
Samotný postup měření dále usnadňuje barevná LED dioda (zelená, červená) a pomoc na obrazovce, která napovídá odpovídající tlačítko potřebné pro správné měření. Fluke 805 nabízí také podporu externího senzoru, který je užitečný na těžko přístupných místech.
Téměř identický model 805 FC je identický vibrometr, ale vybavený možností propojení s aplikací Fluke Connect®, díky níž technik může sdílet výsledky svých testů a potvrzovat jednotlivé akce při práci v terénu. Tato funkce také specialistovi umožňuje spravovat měření podle zdrojů na libovolném místě pomocí záznamu historie EquipmentLogTM, a také se bezdrátově spojovat s dalšími techniky (vybavenými zařízeními se stejnou funkcí), aby jim ve videohovoru ukázal, co v reálném čase před sebou vidí.
Další klíčové parametry tohoto modelu jsou následující: rozsah měření zrychlení od 0,01 do 50 G, měření teploty (infračerveně) v rozsahu od -20 do + 200 °C a provozní teplota od -20 do + 50 °C.
Důležitou funkcí je možnost exportovat data (paměť až 3 500 měření) přes USB a vizualizace trendů v Microsoft® Excel pomocí vestavěných šablon. Funkce „Crest Factor+“ umožňuje poměrně přesné vyhodnocení stavu ložiska pomocí přímého měření hrotem senzoru v rozsahu 4 000 až 20 000 Hz. Je rovněž třeba ocenit zvukový výstup pro přímé naslouchání hluku ložisek a funkci baterky pro osvětlení měřicích míst za špatných světelných podmínek.
Fluke 810 je pokročilejší diagnostický nástroj, který poskytuje okamžité výsledky měření. Díky jedinečné technologii Fluke toto zařízení rychle identifikuje mechanické problémy a navrhuje priority pro jejich řešení. V zásadě Fluke 810 hlásí defekty testovaného stroje již při prvním měření, aniž by konzultoval historii předchozích měření, a poté vyhodnotí závažnost defektů a doporučí nápravná opatření. Tento model je vzhledem ke své váze (18,6 x 7 x 26,7 cm při hmotnosti 1,9 kg) poměrně kompaktní, ale také mnohem větší než praktický vibrometr Fluke 805.
Diagnostickou spolehlivost tohoto modelu zvyšuje laserový tachometr pro přesné měření rychlosti práce stroje a 3axiální akcelerometr. Místo pro ukládání výsledků poskytuje interní 2 GB paměť, kterou lze rozšířit a odkud lze výsledky přenést do počítače pomocí konektoru Mini USB 2.0. Cennou funkcí je také schopnost provádět autotest zařízení, což přispívá k delšímu provozu a vysokému výkonu měřiče. Fluke 810 analyzuje zařízení, jako jsou motory, ventilátory, řemenové a řetězové pohony, převodovky, spojky, čerpadla a kompresory různých typů, jakož i vřetena a stroje s uzavřenou smyčkou. Mezi jeho nejdůležitější technické parametry patří: automatické přepínání rozsahu, použitelná šířka pásma od 2 Hz do 20 kHz (vzorkování při 51 kHz), komplexní funkce zpracování digitálního signálu (antialiasingový filtr, filtr s horní propustí, decimace, překrytí, okénkování, rychlá Fourierova transformace (FFT) a průměrování. Za zmínku stojí, že zařízení je napájeno baterií Li-Ion 2,55 Ah, která zajišťuje skutečně dlouhý provoz na jedno nabití. Fluke 810 - stejně jako všechny vibrometry v této třídě - poskytuje konkrétní číselné údaje popisující skutečný stav součásti, umožňuje rozpoznat a lokalizovat nejběžnější mechanické poruchy (typ poruchy - ložiska, nesoustřednost, asymetrie, vůle), nabízí 4stupňovou stupnici závažnosti poruch (jako modely 805/805 FC) a předkládá konkrétní nápravná opatření nebo rady (užitečné pro nové uživatele) v reálném čase.
Podívejte se na nabídku vibrometrů Fluke v TME
Vibrometry společnosti Extech, patřící k americkému koncernu FLIR, představuje šest přenosných modelů vibrometrů, přičemž dva z nich - SDL 800 a SDL 800-NIST - jsou téměř identické výrobky, z nichž ten druhý je verze obohacená o kalibrační certifikát výrobce NIST. Dalšími modely jsou: klasický EX 407860, jeden z nejmenších modelů na trhu VB 300, o něco větší VB 400 a VB 450 střední velikosti.
Za zmínku stojí zejména EX 407860 a VB 300, z nichž první je klasický vibrometr s displejem LCD a funkcí HOLD, který lze ovládat jednou rukou. Tento model pracuje ve třech rozsazích: měření zrychlení (200 m/s2), rychlost (200 m/s) a posun (2 mm) díky dálkovému magnetickému senzoru vibrací namontovanému na kabelu o délce 1 metr. Frekvenční rozsah pokrývá rozsah od 10 Hz do 1 kHz a základní přesnost měření je +/- 5 %. Zařízení má možnost ukládání hodnot Max a Min, které lze později vyvolat z interní paměti. Zmínit je třeba také režim měření efektivní nebo maximální hodnoty a vestavěné komunikační rozhraní RS-232 s volitelným softwarem pro distribuci dat. EX 407860 se dodává v kufříku s baterií, pouzdrem na opasek a testovací sondou.
Na rozdíl od EX 407860 není miniaturní model VB 300 ve skutečnosti vibrometr, ale spíše tříosý akcelerometr s datovým záznamníkem, který je vybaven USB rozhraním pro přenos dat. Nezkušený uživatel jej může dokonce považovat za flash disk, ale samozřejmě jde o úplně jiné zařízení.
Tento vibrační zapisovač, možná nejmenší na trhu, analyzuje vibrace ve frekvenční doméně FTT, zaznamenává přes 100 000 vzorků na osu (volitelné osy X, Y, Z nebo jakákoli jejich kombinace) nebo přes 150 000 běžných vzorků, nabízí nastavitelnou dobu vzorkování (50 ms -24 h) a manuální nebo programovatelný režim spuštění. Sada nabízená společností TME obsahuje akcelerometr, malou Li-Ion baterii a software pro analýzu dat kompatibilní s prostředím Windows®.
Odkaz na web TME
