Trong lĩnh vực bảo trì công nghiệp, cảm biến rung và cảm biến gia tốc thường được gộp chung làm một. Thực tế thì hai thiết bị này không hoàn toàn giống nhau trong mọi trường hợp. Cảm biến gia tốc là một dạng cảm biến rung, nhưng ở chiều ngược lại thì không phải mọi cảm biến rung đều là cảm biến gia tốc.
Sự khác biệt lớn nhất của hai thiết bị này nằm ở đại lượng đo, cơ chế xuất tín hiệu, dải tần hoạt động và mục tiêu ứng dụng. Việc chọn sai giữa cảm biến rung và cảm biến gia tốc không chỉ có thể gây sai số đo, mà còn khiến hệ thống giám sát bỏ sót dấu hiệu hư hỏng của ổ bi, bánh răng, động cơ, máy nén…
CẢM BIẾN RUNG LÀ GÌ?
Cảm biến rung là thiết bị được dùng để đo lường, giám sát và chuyển đổi dao động cơ học của máy móc/cơ cấu thành tín hiệu điện có thể đo lường, cảnh báo hoặc phân tích. Cảm biến đo độ rung là cơ sở giúp phát hiện sớm sự mất cân bằng rotor, lệch trục, lỏng chân đế, mòn bánh răng, hỏng ổ bi, cộng hưởng kết cấu hoặc hiện tượng xâm thực ở bơm.
Trong thực tế ứng dụng, cảm biến rung có nhiều loại khác nhau: cảm biến đo vận tốc rung, cảm biến đo sự dịch chuyển, cảm biến gia tốc, cảm biến rung dạng công tắc, cảm biến đo độ rung MEMS và các module phát hiện biên độ rung đơn giản khác. Vì vậy, khi mua cảm biến độ rung thì cần phải hỏi rõ: thiết bị đo đại lượng gì, dải tần hoạt động là bao nhiêu, tín hiệu đầu ra là gì và dùng cho mục đích bảo vệ hay phân tích, chẩn đoán?
Giá trị lớn nhất của cảm biến rung nằm ở việc biến mức rung động thành dữ liệu có thể đọc, phân tích và làm cơ sở để hành động. Một hệ thống giám sát rung động tốt và phù hợp sẽ giúp các kỹ sư bảo trì biết chính xác tình trạng rung (mức độ, vị trí), nguyên nhân gây rung và lên kế hoạch bảo trì dự đoán kịp thời.
Đối với các nhà máy vận hành bơm, quạt, động cơ, máy nén khí, hộp giảm tốc hoặc dây chuyền sản xuất liên tục, việc lựa chọn đúng cảm biến đo độ rung sẽ quyết định trực tiếp đến khả năng phát hiện sự cố từ sớm, trước khi bị hư hỏng nghiêm trọng hay máy dừng đột ngột.
Xem thêm: Cảm biến rung và ứng dụng trong hệ thống tự động hoá
CẢM BIẾN GIA TỐC LÀ GÌ?
Cảm biến gia tốc là một dạng cảm biến rung, thiết bị này chuyên dùng để đo gia tốc tức thời của vật thể, đại lượng này thường được biểu diễn theo đơn vị g hoặc m/s². Khi khối lượng bên trong thiết bị chịu lực do chuyển động gia tốc, phần tử cảm biến (có thể là áp điện hoặc MEMS) sẽ sinh ra tín hiệu điện tương ứng với gia tốc đó. Đây là nguyên lý hoạt động phổ biến hàng đầu trong các cảm biến gia tốc đo độ rung công nghiệp hiện nay.
Trong ứng dụng giám sát máy móc, cảm biến gia tốc đo độ rung thường được lắp trực tiếp trên vỏ gối đỡ vòng bi, thân máy, bệ động cơ hoặc hộp số. Nhiệm vụ chính của nó là ghi nhận sự biến thiên gia tốc theo trục đo, sau đó chuyển tín hiệu thu được thành các chỉ số như gia tốc hiệu dụng (RMS acceleration), giá trị đỉnh (peak), hệ số đỉnh (crest factor), phổ tần số (spectrum), đường bao phổ (envelope spectrum) và hệ số nhọn (Kurtosis).
Điểm mạnh lớn nhất của cảm biến gia tốc là nhạy với rung ở tần số cao. Nó phù hợp cho các ứng dụng phát hiện hư hỏng khởi phát ở ổ bi, bánh răng, vòng bi tốc độ cao hoặc các bộ phận có xung lực ngắn. Thông thường, khi vết nứt/peeling trên vòng bi mới xuất hiện thì năng lượng rung sẽ nằm ở dải tần cao, lúc này biên độ vận tốc có thể chưa tăng rõ rệt nhưng cảm biến gia tốc đã có thể bắt được tín hiệu bất thường.
Xem thêm: Cảm biến đo độ rung động và nguyên lý hoạt động
CẢM BIẾN RUNG VÀ CẢM BIẾN GIA TỐC KHÁC NHAU THẾ NÀO?
Rất nhiều người thường nhầm lẫn giữa cảm biến rung và cảm biến gia tốc. Điều này cũng dễ hiểu vì cảm biến gia tốc chính là một dạng cảm biến rung được sử dụng phổ biến hàng đầu trong công nghiệp.
Thậm chí, có nhiều nhà cung cấp còn ghi nhãn “vibration sensor” (cảm biến rung) trên sản phẩm cảm biến gia tốc. Ngược lại, có một số cảm biến rung gia tốc có thể không đo trực tiếp giá trị gia tốc mà tích phân tín hiệu để cho ra giá trị vận tốc (đơn vị thường gặp là mm/s).
Cách phân biệt cảm biến rung và cảm biến gia tốc nhanh chóng, đáng tin cậy nhất là nhìn vào ba thông số chính: đại lượng đo, giá trị đầu ra và dải tần. Bạn có thể tham khảo thông tin chi tiết trong bảng sau đây:
| Tiêu chí | Cảm biến rung | Cảm biến gia tốc |
| Bản chất | Tên nhóm chung | Một loại cảm biến rung |
| Đại lượng đo | Rung động nói chung: Gia tốc, vận tốc, dịch chuyển | Gia tốc |
| Đơn vị | mm/s, µm, g, m/s² tùy loại | g, m/s², mV/g, pC/g |
| Dải tần | Thay đổi theo công nghệ | Rộng, thường từ vài Hz đến vài kHz hoặc cao hơn |
| Ứng dụng điển hình | Bảo vệ, cảnh báo, giám sát tổng thể | Phân tích rung, chẩn đoán ổ bi, bánh răng, máy tốc độ cao |
| Đầu ra | 4-20 mA, relay, Modbus, analog | IEPE, 4-20 mA, 0-10 V, Modbus, digital |
KHI NÀO NÊN CHỌN CẢM BIẾN RUNG THÔNG THƯỜNG?
Nên chọn cảm biến rung vận tốc, cảm biến rung 4-20 mA, cảm biến rung dạng công tắc khi ứng dụng yêu cầu giám sát mức rung tổng thể, cảnh báo vượt ngưỡng và tích hợp trực tiếp cảm biến đo độ rung vào PLC, DCS hoặc SCADA. Các thiết bị này là lựa chọn hợp lý cho bơm, quạt, động cơ công nghiệp quay với tốc độ trung bình, băng tải, máy khuấy và các thiết bị không yêu cầu phân tích phổ chi tiết.
Cảm biến rung dạng công tắc lý tưởng nhất cho các ứng dụng cần một tầng bảo vệ độc lập - tức là khi mức rung vượt ngưỡng cài đặt thì relay sẽ đóng/mở để kích hoạt đèn còi cảnh báo hoặc ngắt liên động. Tuy nhiên, loại cảm biến độ rung này không được khuyến khích sử dụng để làm công cụ chẩn đoán chính.
Với các máy móc thiết bị chạy liên tục, giải pháp kinh tế và được nhiều doanh nghiệp lựa chọn nhất là phân tầng cảm biến: lắp cảm biến gia tốc ở các điểm quan trọng/nguy cơ cao như bearing NDE/DE của động cơ, bearing hộp số, đầu hút và đầu xả bơm; bố trí cảm biến rung mức/công tắc ở các điểm phụ.
Xem thêm: Cảm biến độ rung động và 4 phân loại phổ biến
KHI NÀO NÊN CHỌN CẢM BIẾN GIA TỐC ĐO ĐỘ RUNG?
Nên ưu tiên sử dụng cảm biến gia tốc đo rung động khi thiết bị cần theo dõi có tốc độ vòng quay cao, có ổ bi/bánh răng, cần phân tích phổ chi tiết hoặc phát hiện hư hỏng từ giai đoạn sớm. Các ứng dụng điển hình của cảm biến gia tốc đo độ rung gồm: động cơ điện, bơm ly tâm, quạt ly tâm, máy nén khí, máy cắt, máy nghiền, hộp giảm tốc, tuabin và các trục truyền động quan trọng.
Khi ứng dụng tại ổ bi, cảm biến gia tốc giúp các kỹ sư phát hiện các dải tần đặc trưng như tần số hỏng vòng ngoài (BPFO), tần số hỏng vòng trong (BPFI), tần số quay của viên bi/con lăn (BSF) và tần số lồng bi/vòng giữ (FTF).
Với hộp số, cảm biến gia tốc đo độ rung theo dõi tần số ăn khớp răng và các sideband quanh tần số đó.
Còn với động cơ, cảm biến rung gia tốc hỗ trợ nhận diện tình trạng mất cân bằng, lệch trục, lỏng cơ khí và các vấn đề điện (điển hình như lực từ bất đối xứng).
KINH NGHIỆM CHỌN MUA - LẮP ĐẶT CẢM BIẾN RUNG VÀ CẢM BIẾN GIA TỐC
Dưới đây là kinh nghiệm thực tế rất hữu ích khi chọn mua cũng như lắp đặt cảm biến rung và cảm biến gia tốc, nhằm đảm bảo khả năng đo chính xác, ổn định và tuổi thọ của thiết bị.
Lưu ý quan trọng khi mua cảm biến rung và cảm biến gia tốc
Độ nhạy là thông số đầu tiên cần xem xét khi chọn mua cảm biến rung và cảm biến gia tốc. Với cảm biến gia tốc công nghiệp, độ nhạy lý tưởng thường nằm trong khoảng 10-500 mV/g (100 mV/g là mức phổ biến nhất). Độ nhạy càng cao đồng nghĩa với tín hiệu càng lớn, điều này rất hữu ích cho các máy rung nhẹ.
Kế tiếp, người dùng nên chọn dải tần của cảm biến rung và cảm biến gia tốc theo tần số lỗi dự kiến, không nên chăm chăm chọn theo tốc độ vòng quay. Một cảm biến rung có dải tần phẳng rộng sẽ cho ra kết quả ổn định hơn (vùng đáp ứng phẳng thường là trong khoảng ±3 dB). Với ổ bi và bánh răng, nên ưu tiên cảm biến rung/cảm biến gia tốc đo độ rung có dải tần đủ cao và độ nhiễu thấp.
Ngoài ra, cần kiểm tra thêm các thông số như: dải đo gia tốc, nhiệt độ làm việc, cấp bảo vệ IP, vật liệu cấu thành vỏ, giới hạn sốc, chuẩn kết nối, tín hiệu đầu ra, chiều dài cáp và khả năng chống nhiễu. Với môi trường ngoài trời, có hóa chất ăn mòn hoặc độ ẩm cao, đầu nối và cáp phải đạt khuyến nghị của nhà sản xuất, vì đây được xem là điểm yếu quan trọng hơn cả phần tử cảm biến. Với các khu vực có dễ cháy nổ, cảm biến rung cần có chứng chỉ Ex phù hợp.
Kinh nghiệm lắp đặt cảm biến rung và cảm biến gia tốc để đo chính xác
Vị trí lắp cảm biến rung và cảm biến gia tốc càng gần ổ đỡ càng tốt, có thể theo hướng xuyên tâm hoặc dọc trục (tùy mục tiêu chẩn đoán). Với động cơ và bơm, thường sẽ cần đo xuyên tâm tại bearing DE (đầu truyền động) và NDE (đầu không truyền động). Với hộp số, cần bổ sung trục dọc ở vị trí có nguy cơ lệch trục/hư bánh răng cao.
Tránh lắp cảm biến rung và cảm biến gia tốc đo độ rung trên nắp che, tấm ốp, khung mỏng hoặc bề mặt có sơn dày vì có thể làm suy giảm tín hiệu tần số cao. Bề mặt lắp phải phẳng, sạch, không rỉ, không có dầu và đủ cứng chắc.
Bên cạnh đó, bắt vít stud là phương pháp cho đáp ứng tần số tốt nhất; có thể sử dụng keo dán cho những vị trí không thể khoan/bắt ren; còn nam châm là cách lắp đặt tiện lợi nhất cho ứng dụng đo lưu động nhưng sẽ bị giới hạn dải tần; máy đo độ rung cầm tay thì chỉ nên dùng cho nhu cầu khảo sát nhanh/định kỳ.
Cáp kết nối của cảm biến đo độ rung và cảm biến gia tốc đo rung động cần được cố định chắc chắn để tránh chuyển động và nhiễu do ma sát, không đi cáp song song với cáp động lực. Với cảm biến rung IEPE, cần dùng nguồn dòng và bộ thu thập tương thích. Còn với cảm biến rung 4-20 mA thì phải xác nhận trở kháng tải và khoảng cách truyền tín hiệu.
Sau khi lắp đặt cảm biến rung và cảm biến gia tốc xong, kỹ thuật viên nên ghi lại baseline rung khi máy còn trong trạng thái tốt nhất. Đây là cơ sở để phân biệt một giá trị rung là bình thường hay là dấu hiệu bất thường đối với máy đó.
Xem thêm: Cảm biến rung vòng bi giám sát và phòng ngừa hư hỏng thiết bị
MUA CẢM BIẾN RUNG ECO-VS (ECOSENSE) CHÍNH HÃNG - GIÁ TỐT TẠI SENSORS VIỆT NAM
Sensors Việt Nam là đơn vị chuyên cung cấp cảm biến, thiết bị điều khiển và thiết bị tự động hoá. Chúng tôi hiện phân phối chính hãng dòng cảm biến rung ECO-VS (được sản xuất bởi ECOSENSE - Pháp). Đây là thiết bị chuyên dùng cho các hệ thống giám sát rung động công nghiệp, được cung cấp với đầy đủ CO/CQ, mức giá cạnh tranh, bảo hành uy tín, giao hàng nhanh toàn quốc và tư vấn kỹ thuật trực tiếp theo ứng dụng thực tế.
Dòng cảm biến đo độ rung ECO-VS sử dụng nguyên lý đo vận tốc rung RMS, có nhiều tùy chọn dải đo (0-10, 0-25, 0-50 và 0-100 mm/s), phù hợp với bơm, quạt, động cơ, máy nén khí, hộp giảm tốc hoặc các thiết bị quay phổ biến trong dây chuyền sản xuất.
Điểm mạnh của cảm biến độ rung ECO-VS là ngõ ra tín hiệu 4-20mA (2 dây), cho phép kết nối trực tiếp với PLC, DCS, BMS hoặc SCADA mà không cần thiết bị trung gian. Với dải tần làm việc 10-1000 Hz, thiết bị có thể ghi nhận rung tần số thấp để chẩn đoán sớm tình trạng mất cân bằng rotor, lệch trục, lỏng chân đế hoặc các dải rung liên quan đến ổ bi và bánh răng.
Khi mua cảm biến rung ECO-VS tại Sensors Việt Nam, khách hàng sẽ được đội ngũ kỹ thuật hỗ trợ chọn model theo dải đo, điều kiện môi trường, chuẩn đầu nối và yêu cầu tích hợp hệ thống điều khiển. Bên cạnh đó, các chuyên viên cũng có thể tư vấn vị trí lắp, phương án đi dây, cách thiết lập ngưỡng cảnh báo, tần suất bảo trì định kỳ và định hướng thu thập dữ liệu rung phục vụ công tác bảo trì dự đoán.
Mọi thông tin chi tiết về cảm biến rung và cảm biến gia tốc hoặc có nhu cầu mua cảm biến rung ECO-VS, khách hàng vui lòng liên hệ trực tiếp cho Sensors Việt Nam qua website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ nhanh chóng và báo giá chính xác nhất!