Cảm biến rung là thiết bị chuyển đổi rung động của máy thành tín hiệu điện để hệ thống giám sát đọc, hiển thị và phân tích. Trong công nghiệp, cảm biến đo rung thường được gắn lên động cơ, bơm, quạt, máy nén, hộp giảm tốc hay tuabin để theo dõi tình trạng cơ khí.

Phần lớn các dự án giám sát rung không hiệu quả không phải vì thiết bị kém chất lượng. Nguyên nhân thường nằm ở chỗ cảm biến không phù hợp với nhu cầu thực tế. Để tránh mắc phải trường hợp này, Sensors Việt Nam mách bạn vài “mẹo” giúp bạn chọn lựa được cảm biến rung đúng, chuẩn, vận hành hiệu quả với hệ thống. 

CÁCH CHỌN CẢM BIẾN RUNG - XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU SỬ DỤNG

Có ba nhóm mục tiêu thường gặp và mỗi nhóm có một cách tiếp cận khác nhau.

Cách chọn cảm biến rung cho mục tiêu giám sát tổng thể

Ở nhóm này, nhu cầu khá đơn giản, chỉ cần biết máy có đang rung trong giới hạn cho phép hay không, thường áp dụng cho quạt công nghiệp, bơm ly tâm, máy nén khí, động cơ điện và băng tải. Giá trị cần theo dõi thường là vận tốc rung RMS (giá trị hiệu dụng, phản ánh mức năng lượng rung tổng thể), gia tốc tổng hoặc độ dịch chuyển, sau đó đưa về PLC, HMI, SCADA hoặc bộ báo động tại chỗ.

Mục tiêu chính là phát ra cảnh báo kịp thời khi mức rung vượt ngưỡng. Nhờ vậy, những cảm biến rung có đầu ra tín hiệu đơn giản như 4-20mA với giá thành hợp lý thường được lựa chọn khi số điểm đo lớn.

Cách chọn cảm biến rung cho mục tiêu bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán cần theo dõi dữ liệu rung trong thời gian dài để phát hiện những thay đổi bất thường của máy móc. Vì vậy, cảm biến cần cho kết quả đo ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và được lắp cố định tại cùng một vị trí. Nhờ đó, người dùng có thể nhận biết độ rung tăng dần, từ đó phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng vòng bi, bánh răng hoặc các bộ phận quay trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng. 

Cách chọn cảm biến rung cho mục tiêu chẩn đoán chuyên sâu

Chẩn đoán rung chuyên sâu cần cảm biến ghi nhận chính xác tín hiệu rung và các tần số xuất hiện trong quá trình máy hoạt động. Vì vậy, cảm biến cần có dải tần rộng, độ nhạy cao và ít nhiễu. Hệ thống thu thập dữ liệu cũng phải đủ nhanh để không bỏ sót các rung động tần số cao. 

Ứng dụng này thường gặp ở vòng bi, tuabin, hộp giảm tốc, máy nén ly tâm, máy CNC và các thiết bị quay tốc độ cao. 

Xem thêm: Cảm biến rung 4-20ma: giải pháp giám sát độ rung máy móc liên tục

CÁCH CHỌN CẢM BIẾN RUNG MÁY MÓC CÔNG NGHIỆP THEO DẤU HIỆU HƯ HỎNG CẦN THEO DÕI

Mỗi sự cố cơ khí sẽ tạo ra dấu hiệu rung khác nhau. Vì vậy, khi chọn cảm biến rung, cần xác định trước lỗi cần phát hiện để chọn loại cảm biến có dải đo phù hợp.

Cách chọn cảm biến rung để phát hiện mất cân bằng rotor

Khi rotor bị mất cân bằng, máy thường rung mạnh ở tần số bằng tốc độ quay của trục (1X). Nếu trục bị lệch, rung động có thể xuất hiện ở tần số 1X, 2X hoặc theo phương dọc trục. Trong khi đó, chân đế lỏng hoặc bu lông bị lỏng có thể khiến máy rung bất thường và xuất hiện nhiều thành phần rung ở các bội số của tần số quay.

Với các lỗi này, cảm biến rung vận tốc hoặc cảm biến gia tốc có dải tần phù hợp đến khoảng 1 kHz thường có thể đáp ứng nhu cầu giám sát. Riêng với quạt hoặc máy quay tốc độ thấp, cần kiểm tra giới hạn tần số thấp của cảm biến để bảo đảm thiết bị đo được rung động ở tốc độ vận hành thực tế.

Cách chọn cảm biến rung để phát hiện hư hỏng vòng bi

Khi vòng bi bị mòn hoặc hư hỏng, các bề mặt bên trong có thể va đập vào nhau, tạo ra những rung động ngắn ở tần số cao. Vì vậy, để phát hiện sớm lỗi vòng bi, nên chọn cảm biến gia tốc có khả năng đo tần số cao, thường từ vài kHz đến hàng chục kHz tùy loại máy và vòng bi. 

Cách chọn cảm biến rung để phát hiện vấn đề ở bánh răng, tuabin và máy quay tốc độ cao

Khi bánh răng bị mòn hoặc hư hỏng, tín hiệu rung có thể xuất hiện bất thường tại tần số ăn khớp giữa các răng. Với tuabin và máy quay tốc độ cao, rung động có thể xuất hiện trên một dải tần rộng, bao gồm cả những tần số cao. Do đó, cần chọn cảm biến có dải tần phù hợp, lắp chắc chắn lên máy và kết hợp với hệ thống thu thập dữ liệu đủ nhanh để ghi nhận chính xác tín hiệu rung.

Trong các ứng dụng này, cảm biến gia tốc IEPE thường được sử dụng để đo và phân tích rung động. Với những vị trí có nhiệt độ cao như tuabin hoặc máy nén, có thể lựa chọn cảm biến gia tốc áp điện đầu ra điện tích.

HƯỚNG DẪN CÁCH CHỌN CẢM BIẾN RUNG THEO ĐẠI LƯỢNG ĐO

Rung động của máy móc thường được đánh giá qua ba đại lượng: gia tốc, vận tốc và li độ. Cả ba đều mô tả chuyển động rung nhưng phù hợp với những mục đích đo khác nhau. 

Gia tốc rung

Cảm biến gia tốc rung thường tính bằng g hoặc m/s², phù hợp để phát hiện các rung động tần số cao và những va đập nhỏ. Vì vậy, cảm biến gia tốc thường được dùng để kiểm tra tình trạng vòng bi, bánh răng và phân tích chi tiết tín hiệu rung. Một số cảm biến gia tốc MEMS nhỏ gọn cũng được sử dụng để giám sát rung động tổng thể, tùy theo dải tần và độ nhạy của thiết bị.

Vận tốc rung

Cảm biến vận tốc rung thường được tính bằng mm/s RMS, được sử dụng phổ biến để đánh giá mức rung tổng thể của động cơ, máy bơm, quạt và các thiết bị quay công nghiệp. Loại cảm biến rung này giúp theo dõi sự thay đổi độ rung và so sánh với các ngưỡng cảnh báo hoặc tiêu chuẩn đánh giá phù hợp. 

Li độ rung

Đại lượng này thường tính bằng µm hoặc mm, thể hiện mức dịch chuyển của vật thể khỏi vị trí cân bằng. Cảm biến đo độ rung này hữu ích khi cần theo dõi chuyển động có biên độ lớn hoặc rung động tần số thấp, chẳng hạn ở máy quay chậm, máy ép và kết cấu máy. Tùy ứng dụng, có thể sử dụng cảm biến đo trực tiếp li độ hoặc cảm biến gia tốc có khả năng đo tốt ở tần số thấp.

HƯỚNG DẪN CÁCH CHỌN CẢM BIẾN RUNG DỰA TRÊN DẢI TẦN SỐ

Dải tần số là một trong những tiêu chí dễ bị bỏ qua. Mục tiêu là chọn dải vừa đủ, có dự phòng hợp lý để vận hành hiệu quả với hệ thống và tiết kiệm chi phí. 

Có ba mức có thể tham khảo bao gồm:

• Động cơ, bơm và quạt tốc độ thấp đến trung bình: dải khoảng 0,5 đến 1 kHz, đủ để giám sát mất cân bằng, lệch tâm và mức rung tổng thể.
• Vòng bi: tối thiểu đến khoảng 5 đến 10 kHz.
• Hộp bánh răng, máy nén ly tâm, tuabin: có thể lên 20 kHz hoặc cao hơn, kèm lắp cứng và hệ thống thu thập dữ liệu tốc độ cao.

Khi lựa chọn cảm biến rung, cần lưu ý rằng dải tần đo thực tế phụ thuộc cả vào thông số cảm biến và cách lắp đặt. Cùng một cảm biến, lắp trực tiếp bằng bu lông thường cho khả năng đo ở tần số cao tốt hơn so với dùng đế nam châm, keo dán hoặc đầu dò cầm tay. 

Ngoài ra, nên chọn dải có dự phòng khoảng 30 đến 50% so với tần số cao nhất cần phân tích. Ví dụ, nếu cần phân tích rung vòng bi đến 8 kHz, nên chọn cảm biến có dải tuyến tính tối thiểu 10 đến 12 kHz và lắp bằng bu lông. Cách làm này giúp tránh vùng gần tần số cộng hưởng của chính cảm biến. 

HƯỚNG DẪN CHỌN CẢM BIẾN RUNG THEO CÔNG NGHỆ ĐO

Ba công nghệ được dùng phổ biến trong cảm biến rung công nghiệp là áp điện, IEPE và MEMS. 

Cảm biến rung công nghệ áp điện

Cảm biến áp điện dùng tinh thể hoặc gốm áp điện để để tạo ra tín hiệu điện khi máy rung. Loại cảm biến này không tích hợp mạch điện tử bên trong nên có thể chịu được nhiệt độ cao và hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt. 

Tuy nhiên, cảm biến cần kết nối với bộ khuếch đại điện tích chuyên dụng để xử lý tín hiệu. Vì vậy, thiết bị thường được sử dụng để đo rung tại các vị trí nhiệt độ cao như tuabin, máy nén, lò công nghiệp và động cơ đốt trong. 

Cảm biến rung máy móc công nghiệp dạng IEPE

Cảm biến IEPE cũng sử dụng phần tử áp điện để đo rung, nhưng được tích hợp sẵn mạch khuếch đại tín hiệu bên trong. Thiết bị cần được cấp nguồn dòng không đổi từ bộ thu thập dữ liệu và xuất tín hiệu dưới dạng điện áp, giúp kết nối thuận tiện với các hệ thống đo và giảm ảnh hưởng của nhiễu trên đường truyền. 

Vì vậy, cảm biến IEPE được dùng phổ biến trong bảo trì dự đoán tại nhà máy. Tuy nhiên, do có mạch điện tử bên trong, loại cảm biến này bị giới hạn về nhiệt độ làm việc và cần chọn đúng model theo điều kiện lắp đặt. 

Cảm biến rung MEMS

Cảm biến MEMS sử dụng công nghệ vi cơ điện tử nên có kích thước nhỏ, tiêu thụ ít điện năng và dễ tích hợp vào các hệ thống giám sát không dây hoặc IoT. Loại cảm biến này phù hợp để theo dõi mức rung tổng thể, phát hiện máy dừng bất thường, cảnh báo khi độ rung vượt ngưỡng và giám sát nhiều thiết bị ở các vị trí khác nhau.

Tuy nhiên, một số cảm biến MEMS có dải tần đo hẹp hơn cảm biến áp điện. Vì vậy, nếu cần phân tích rung ở tần số cao để phát hiện sớm hư hỏng vòng bi, bánh răng hoặc các hiện tượng rung cộng hưởng, cần kiểm tra kỹ dải tần và khả năng đo của từng model trước khi lựa chọn.

Trong thực tế, nếu nhà máy có hàng trăm máy cần theo dõi nhưng chỉ cần biết máy có rung bất thường hay không, có thể sử dụng cảm biến MEMS hoặc cảm biến rung đầu ra 4-20 mA để tiết kiệm chi phí.

Ngược lại, với những thiết bị quan trọng như máy nén, tuabin, hộp giảm tốc chính hoặc bơm cấp nước, nên cân nhắc sử dụng cảm biến IEPE lắp cố định kết hợp với hệ thống phân tích phổ. Cách này giúp theo dõi rung động chi tiết hơn, hỗ trợ phát hiện sớm dấu hiệu hư hỏng và lên kế hoạch bảo trì trước khi máy gặp sự cố nghiêm trọng.

MUA CẢM BIẾN RUNG CÔNG NGHIỆP ECOSENSE TẠI SENSORS VIỆT NAM

Sensors Việt Nam cung cấp nhiều dòng cảm biến rung với đa dạng dải đo và kiểu lắp đặt, phù hợp từ hệ thống HVAC đến máy móc trong dây chuyền sản xuất công nghiệp. Nổi bật trong danh mục là dòng cảm biến rung ổ bi ECO-VS của ECOSENSE (Pháp), được thiết kế cho các ứng dụng giám sát rung động trong công nghiệp. Với tín hiệu ngõ ra 4-20 mA, thiết bị có thể kết nối với hệ thống PLC/SCADA để theo dõi mức rung, phát cảnh báo và hỗ trợ triển khai chức năng dừng máy tự động khi đạt ngưỡng nguy hiểm, tùy theo cấu hình hệ thống.

Dòng cảm biến rung công nghiệp ECO-VS được thiết kế để giám sát mức rung tổng thể của động cơ, máy bơm, quạt và máy nén. Thiết bị cung cấp nhiều tùy chọn dải đo gồm 0-10, 0-25, 0-50 và 0-100 mm/s RMS, với dải tần số từ 10 Hz đến 1.000 Hz, đáp ứng các nhu cầu giám sát rung trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

ECO-VS có vỏ bằng thép không gỉ, cấp bảo vệ IP67 và dải nhiệt độ hoạt động từ -50°C đến +90°C. Những đặc điểm này giúp thiết bị phù hợp với nhiều điều kiện vận hành công nghiệp, kể cả môi trường có độ ẩm hoặc bụi.

Để tìm hiểu thêm về cảm biến rung và nhận tư vấn, báo giá dòng cảm biến rung công nghiệp ECO-VS, vui lòng truy cập website Sensors Việt Nam hoặc Cảm biến Việt Nam.