진동 센서 배선 및 케이블링
이 기술 문서는 가속도계 및 기타 진동 센서의 기본 배선 및 케이블 설치 기술에 대해 설명합니다. 이를 통해 자격을 갖춘 현장 기술자가 다양한 응용 분야 및 환경에서 진동 센서를 연결할 수 있도록 합니다. 일부 기술은 모든 설치에 일반적이지만 기타 내용은 특정 응용분야에 적용됩니다. 추가 정보가 필요한 경우 Wilcoxon 전문가에게 문의하십시오.
설치 프로세스는 측정 지점에 대해 적절한 센서가 선택되었는지 확인하는 것으로 시작됩니다. 도움이 필요하면 Wilcoxon 기술 노트 “센서 선택 가이드”를 참조하십시오.
진동 분석가가 수행해야 하는 센서 요구 사항, 기능 및 제한 사항에 대한 확고한 이해와 함께 특정 기계를 기반으로 개별 센서의 장착 위치를 평가하고 결정했습니다. 모니터링할 진동원. Wilcoxon 기술 문서 “진동에 대한 장착 고려 사항”을 참조하십시오. 센서”를 참조하여 적절한 센서 장착을 지원하십시오.
센서가 제대로 장착되면 설치 배선을 수행할 수 있습니다. 이 기술 노트는 영구적으로 장착된 센서의 적절한 센서 배선과 관련된 문제를 해결합니다.
배선 설치 후 설치를 완료하려면 작동 확인 및 문제 해결이 필요할 수 있습니다. 과정. Wilcoxon 기술 자료 “산업 가속도계 설치 문제 해결”을 참조하십시오. 보조. 이 기술 노트에는 센서 작동 및 전원 공급에 대한 자세한 설명도 포함되어 있습니다.
전력 요구 사항
대부분의 내부 증폭 진동 센서에는 정전류 DC 전원이 필요합니다. 일반적으로 전원 공급 장치 2 ~ 10mA 정전류 다이오드(CCD)가 있는 18 ~ 30V 소스를 포함합니다(그림 1 참조). 다른 전원을 공급하는 경우
방식을 사용하는 경우 센서 제조업체와 상의하는 것이 좋습니다. 전원 요구 사항은 다음과 같습니다.
AC 커플링 및 DC 바이어스 전압
센서 출력은 적용된 진동에 비례하는 AC 신호입니다. 이 AC 신호는 DC에 중첩됩니다. 바이어스 전압, 바이어스 출력 전압(BOV) 또는 휴식 전압이라고도 합니다. 신호의 DC 성분은 다음과 같습니다. 커패시터에 의해 차단되어 AC 출력 신호를 남깁니다. 대부분의 진동 데이터 수집기, 모니터 및 센서 전원 장치에는 AC 커플링을 위한 내부 차단 커패시터가 포함되어 있습니다. 진폭 범위 및 공급 전압
센서 제조업체는 일반적으로 바이어스 전압을 절반으로 설정합니다. 공칭 공급 전압. 바이어스와 컷오프의 차이점 전압은 출력에서 사용할 수 있는 전압 스윙을 결정합니다. 센서. 출력 전압 스윙이 피크 진동을 결정합니다. 진폭 범위(그림 2 참조). 따라서 가속도계는 100mV/g의 감도와 5볼트의 피크 출력 스윙은 50g 피크의 진폭 범위. 일부 가속도계는 일반적으로 가정하는 5볼트보다 더 큰 전압 스윙을 달성합니다.
전압 스윙에 대한 자세한 내용은 센서 제조업체에 문의하십시오. 고려 중인 센서에 대해 허용됩니다. 18볼트보다 낮은 전압 소스를 사용하는 경우 진폭 범위 따라 낮아집니다. 맞춤형 바이어스 전압은 더 낮거나 더 높은 전압 공급 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.
정전류 다이오드(CCD)
거의 모든 내부 증폭 진동 센서에는 CCD에 의해 조절되는 전원 공급 장치가 필요합니다. CCD 센서에 공급되는 전류를 제한합니다. 무제한 전원 공급 전류를 사용하면 가장 내부적으로 손상됩니다. 증폭된 센서. 이러한 이유로 대부분의 상용 데이터 수집기 및 진동 모니터에는 전원이 있습니다. 센서에 공급되는 전원을 조절하는 CCD를 포함하는 공급 회로. 공급되는 전원은 거의 항상 2-10mA 범위에서. 대부분의 배터리 전원 공급 장치에는 긴 배터리 수명을 보장하기 위해 2mA CCD가 포함되어 있습니다. 라인 전원 공급 장치(전력 소비가 문제가 되지 않는 경우)에는 긴 케이블을 구동하기 위해 6 ~ 10mA CCD가 포함되어야 합니다. 을 위한 100°C 이상에서 작동하는 경우 가속도계 내부의 과열을 줄이기 위해 전류를 6mA 미만으로 제한합니다. 증폭기. 사용되는 일반적인 CCD는 Vishay Siliconix의 J500 시리즈(J507, J509)입니다. CCD는 다음 위치에 배치해야 합니다. 적절한 다이오드 극성이 관찰되는지 확인하면서 공급 장치의 전압 출력과 직렬로 연결하십시오.
케이블 연결 요구 사항
케이블 연결은 진동 센서 설치의 가장 중요한 측면 중 하나입니다. 4가지에 세심한 주의가 필요합니다. 주요 고려 사항: 케이블 길이 및 정전 용량, 라우팅, 접지 및 고정.
긴 케이블 구동
최신 산업용 압전 센서는 일반적으로 전압 모드 장치입니다. 즉, 그들은 전압을 생성합니다. 측정되는 진동 신호에 따라 다릅니다. 이 진동 신호 전압은 교류(AC) 전압 및 따라서 AC 신호의 모든 제한이 적용됩니다. 고주파 AC 신호는 AC 회로의 커패시턴스로 인해 커패시턴스 리액턴스가 발생합니다. 많은 사용자가 진동 신호가 고주파 신호는 무선 주파수 신호에 비해 여전히 용량성 리액턴스의 영향을 받습니다.
회로.
이것은 전압 모드 진동 센서 사용자에게 무엇을 의미합니까? 센서 전원 공급 장치 사이의 케이블이 센서가 짧고(30미터 미만) 회로 커패시턴스는 일반적으로 진동에 눈에 띄는 영향을 미치지 않습니다. 데이터 신호. 그러나 긴 케이블은 진동을 허용하기 위해 센서 회로에 충분한 정전 용량을 도입할 가능성이 있습니다. 신호를 왜곡하여 스퓨리어스 신호를 생성합니다. 이 추가 커패시턴스는
센서 증폭기의 출력에 부하를 가합니다. 증폭기는 상당히 많은 양의 전류를 싱크할 수 있지만 정전 용량을 구동하기 위해 무한정 전류를 제공할 수 없습니다.
그림 2의 회로에서 CCD는 모든 전류를 제공해야 합니다. 신호 전압이 다음과 같을 때 케이블의 커패시턴스를 충전하기 위해 긍정적인. 센서에서 생성되는 AC 신호의 각 주기 증폭기는 적절하게 구동할 수 있는 충분한 전류가 있어야 합니다. 케이블 커패시턴스. 증폭기 자체에는 약 1mA가 필요합니다. 자체적으로 사용할 수 있는 전류. 케이블을 구동하는 데 필요한 전류와 결합된 온보드 앰프의 전류 요구 사항이 있는 경우 충분하지 않으면 증폭기 출력 전압이 “슬루율”이 됩니다. 제한된.” 실용적인 의미에서 이것은 출력 신호가 AC 정현파는 실제 신호를 정확하게 반영할 수 없습니다.
그림 3은 슬루율이 제한된 정현파를 보여줍니다. 사인파 신호의 양의 방향 부분은 신호를 케이블로 구동하는 데 사용할 수 있는 전류에 의해 제한됩니다. 제한적이기 때문에 “직선” 라인이 됩니다. 케이블 커패시턴스를 구동하는 데 사용할 수 있는 전류. 사인파의 음으로 가는 부분 동안 증폭기는 커패시터에서 방전되는 전류를 “싱크”하거나 “흡수”해야 합니다. 증폭기는 이 방전 전류를 흡수하므로 고주파 작동의 제한 요소는 CCD가 다음을 수행할 수 있는 능력이 됩니다. 케이블 커패시턴스를 충전하는 데 필요한 전류를 제공하십시오.
전류 제한 지점에 도달하면 영향을 받는 신호의 양의 방향 부분만 영향을 받습니다. 그만큼 이 조건의 실제 효과는 신호가 실제로 왜곡되고 고조파가 생성된다는 것입니다. 이것 실제로 다음과 같은 경우 진동 신호가 강한 고조파 성분을 갖는 것으로 잘못 해석될 수 있습니다. 그러한 고조파가 존재하지 않습니다. 극단적인 경우 신호 파형은 실제로 삼각형을 닮기 시작합니다. 파형. 삼각형 파형은 기본 주파수의 모든 배수에서 강한 고조파 성분을 가지고 있습니다.
최대 주파수 계산
커패시터를 통과하는 전류는 다음 미분에 의해 결정됩니다.
여기서 v(t) = V 사인 ωt, ω = 2πf, f는 관심 주파수이고 V는 피크 전압입니다.
v(t) 함수를 미분하면 다음이 생성됩니다.
그러나 피크 전압을 충족하는 데 필요한 전류만 보고 있으므로 이 방정식을 평가해야 합니다. 값이 정점에 있는 지점에서. 전압은 cos ωt = 1일 때 최고점에 있습니다. 이제 방정식은 제한 주파수를 결정하는 것은 다음과 같습니다.
여기서 I는 커패시터에 필요한 전류입니다.
그러나 커패시터에 필요한 전류는 전체 전류의 일부일 뿐입니다. 총 전류에 대한 방정식 회로는 다음과 같이 표현됩니다.
방정식을 재정렬하면 다음이 산출됩니다.
그러나 커패시터에 필요한 전류는 전체 전류의 일부일 뿐입니다. 총 전류에 대한 방정식 회로는 다음과 같이 표현됩니다.
여기서 Iccd는 정전류 공급 장치에 의해 공급되는 전류이고 1mA는 센서의 온보드 전자 장치에 전원을 공급하는 데 필요합니다.
방정식을 재정렬하면 다음이 산출됩니다.
이러한 방정식을 결합하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.
주파수 f를 풀기 위해 항을 재배열하여 다음 방정식을 얻습니다.
이것은 주파수 한계를 산출하는 방정식입니다. 그러나 우리는 이 용어를 다시 재정렬하고 추가할 것입니다. 응용 프로그램에 일반적인 단위로 계산을 수행할 수 있도록 하는 배율 인수.
케이블의 최대 길이 계산
여기서 fmax = 최대 주파수(Hz),
C = 케이블 커패시턴스(pF),
V = 센서의 피크 신호 출력(볼트),
Iccd = 신호 조절기의 정전류,
그리고 109
= 단위를 동일시하는 배율 인수.
이 방정식은 케이블 커패시턴스가 증가할 때 정전류 값이 증가하거나 방정식의 균형을 유지하고 신호 왜곡을 방지하려면 최대 사용 가능한 주파수를 줄여야 합니다.
그림 4의 차트는 케이블 길이 제한 공식을 적용한 결과를 그래픽으로 보여줍니다.
이 그래프에서 최대 전압 스윙은 피트당 5볼트 및 케이블 커패시턴스 30pF로 가정되었습니다. 5볼트는 하나 가속도계 동적 범위 계산에 사용되는 일반적으로 허용되는 스윙인 반면 30pF/피트는 상당히 일반적입니다. Wilcoxon 케이블용 커패시턴스. 예를 들어 사용자가 100mV/g의 가속도계를 사용하려는 경우 감도, 최대 50g 수준에서 진동 측정(50g x 100mV/g = 5볼트), 가속도계에 4 전원 공급 mA 정전류 소스이고 10,000Hz에서 신호를 측정할 수 있으려면 케이블의 길이가 얼마나 될까요?
차트 하단의 10,000Hz 위치에서 시작하여 4mA 라인에 도달할 때까지 위로 이동할 수 있습니다. 그 시점에서 우리는 케이블 길이가 300피트를 조금 넘습니다. 따라서 위에서 설명한 조건에서 사용자는 최대
300피트의 케이블과 안정적인 진동 측정을 수행합니다.
진폭 과부하
이전의 기술적 논의는 기본적으로 고주파수 높은 진폭 신호가 신호를 생성할 수 있음을 의미합니다. 왜곡을 유발하고 낮은 주파수에서 잘못된 신호가 나타나게 합니다. 고주파 과부하의 다른 원인은 다음과 같습니다. 기어 충격 또는 증기 방출 밸브의 광대역 히스. 대부분의 Wilcoxon 센서는 중간 정도의 워시오버 필터에 의한 고주파 과부하.
더 높은 온도에서 센서에 전원 공급
센서 온도가 100°C(212°F) 이상인 환경에서 전류는 6을 넘지 않아야 합니다. 가속도계의 내부 증폭기에 대한 과열 손상을 방지하기 위한 mA
케이블 라우팅 및 전자기 간섭
워키토키, 전력선 및 전기 스파크는 신호 간섭의 원인입니다. 다음 지침은 전자기 간섭(EMI) 및 정전기 방전(ESD)으로 인한 많은 측정 오류를 제거합니다.
고품질의 잘 차폐된 케이블을 사용하십시오. 케이블이 연결되면 완전한 차폐가 이루어져야 합니다. 유지. 적절한 케이블 라우팅도 권장됩니다. AC 전원 라인을 따라 센서 케이블을 배선하지 마십시오. 케이블은 AC 전원 라인과 직각으로 교차해야 합니다. 가능하면 별도의 접지 도관을 제공하여 센서 케이블. 또한 케이블을 무선 전송 장비, 모터, 발전기 및 변압기. 마지막으로 ESD가 발생하기 쉬운 영역을 통해 케이블을 배선하지 마십시오. 센서가 보호되어 있음에도 불구하고 ESD 장애에 대비하여 심각한 ESD의 결과로 일시적인 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다.
전기 모터 근처에서 케이블을 연결할 때 항상 케이블이 모터에 수직으로 모터에 접근하도록 하십시오. 로터 축. 케이블은 항상 모니터링 지점에서 직접 떨어져 있어야 하며 최대로 유지되어야 합니다. 고정자 권선 자기장의 영향을 피하기 위해 모터 케이스로부터의 거리. DC 모터에서 케이블 광대역 무선 주파수 노이즈를 피하기 위해 실행은 브러시에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 합니다. 모터 브러시에 의해 생성됩니다.
케이블 접지 및 접지 루프
계측 회로에서 접지는 전력 배선 회로와 다른 기능을 수행합니다. 전기 같은 전원 배선 접지는 주로 안전을 위한 것이며 높은 사이에 장벽을 제공하여 감전을 방지합니다. 잠재적인 전선 및 인력. 전기 접지는 또한 많은 설비에서 전류의 일부를 전달합니다. 을 위한 전기적 목적을 위해 적절한 접지는 보호를 위한 좋은 접지입니다.
계측 회로는 민감한 계측 장비를 차폐 및 보호하기 위해 접지를 사용합니다. 분석 중인 신호의 일부로 노이즈와 표유 전자기장을 실수로 측정하지 않도록 합니다. ~ 안에 계측, 유일한 적절한 접지는 접지가 없는 것입니다. 루프 – 즉, 접지로 가는 경로는 단 하나뿐입니다. 계측 접지 시스템의 모든 접지 지점. 이것은 고전적인 구조를 가지고 있기 때문에 종종 그라운드 트리라고도합니다. 다리가 교차하거나 만지지 않는 나무. 계측 회로 또한 모든 전선을 쉴드로 감싸서 보호하십시오. 전자기 픽업. 쉴드는 절대 허용되어서는 안됩니다. 도관 벽 또는 접속 배선함과 접촉하십시오. 그렇지 않으면 접지 루프가 실수로 생성됩니다.
계측 회로에 접지 루프가 있으면 허용됩니다. 접지 시스템을 통해 흐르는 전류. 언제라도 그곳에서 계장 배선의 루프 회로인 경우 전류는 많은 소스 중 하나에 의해 해당 와이어에 유도됩니다. 산업 장비 주변에서 발견되는 전자기장. 실드에 흐르는 이러한 루프 전류는 그림 5와 같이 진동 측정 회로에 전자기 결합. 전력선, 모터 고정자 필드, 모터 로터 필드 및 무선 주파수 장비는 산업 설비 내의 일반적인 소스입니다.
모든 온라인 모니터링 시스템 및 기타 영구적으로 연결된 계측 시스템에는 자체 연결이 있습니다. 플랜트 계측 그라운드로. 계장 접지는 전력 회로에 사용해서는 안 됩니다. 접지. 사용하는 경우 일반적으로 계측 접지의 무결성을 손상시키고 전체 계측 시스템에 노이즈. 진동 모니터링 설치에 사용하기 가장 좋은 케이블은 차폐되어 있습니다. 꼬인 쌍. 이 케이블에는 케이블 길이만큼 서로 꼬인 두 개의 도체가 있습니다. 꼬인 도체는 자기장에 노출될 때 유도된 와이어 루프를 상쇄하는 교대 와이어 루프를 생성합니다. 와이어의 전류, 자기 픽업 감소. 이 동일한 기술은 통신 산업에서 다음을 위해 사용됩니다. 전화 배선. 고전압 송전선도 비슷한 이유로 꼬여 있습니다.
진동 모니터링 시스템에 사용되는 계측 실드는 케이블 런의 한쪽 끝에만 연결해야 합니다. 그림 6은 케이블의 데이터 수집 장비 끝에 연결된 실드를 보여줍니다. 연결의 센서 끝.
계측 배선에 대한 또 다른 접지 가능성은 센서 끝에서 차폐를 접지하는 것입니다. 케이블. 이 옵션은 그림 7에 나와 있습니다. 데이터 수집 장비의 접지에 차폐를 연결하지 마십시오. 케이블의 센서 끝이 접지된 경우.
휴대용 데이터 수집기를 사용하여 영구적으로 장착된 진동 센서에서 데이터를 수집할 때 접지 문제는 그렇게 중요하지 않습니다. 휴대용 데이터 수집기에는 회로 공통에 사용되는 자체 내부 참조가 있습니다. 데이터 수집기는 배터리 전원으로 작동하므로 데이터 수집기에서 접지에 연결되지 않습니다. 전원 시스템. 접지에 대한 모든 연결은 센서 배선을 통해서만 이루어집니다. 에 연결한 이후로 접지는 하나의 경로를 통해서만 존재하므로 접지 루프를 생성할 수 없습니다.
케이블의 종류
영구적으로 설치된 진동 센서에 사용하는 최적의 케이블은 트위스트 페어 차폐 케이블입니다. 차폐, 꼬임 페어 케이블은 일반적으로 공정 제어를 위한 플랜트 계측 배선에도 사용됩니다. 그것은 두 개의 전선을 제공합니다 진동 센서의 전원/신호 및 계측 완료를 위한 회로 공통 연결 회로. 이 꼬인 전선 쌍의 바깥쪽에는 실드가 있습니다. 편조 차폐는 최적의 차폐 유형입니다. 진동 센서의 경우 포일 쉴드보다 저주파 차폐 기능이 약간 더 우수합니다. 호일이 자주 사용된다 RF 차폐가 필요한 곳.
동축 케이블은 때때로 임시 또는 휴대용 응용 프로그램에 사용됩니다. 동축 케이블은 절대 사용해서는 안됩니다. 케이블을 당겨야 하는 도관 또는 기타 밀폐된 케이블을 통한 영구 설치. 케이블의 경우 재킷 절연이 벗겨지면 차폐가 접지된 도관이나 트레이와 접촉할 수 있으며 즉시 접지 루프를 유발합니다. 동축 실드는 실제로 감지 회로의 일부이기 때문에 진동에서 노이즈 픽업이 측정 장비는 가혹할 것입니다. 가장 두드러진 주파수 선택은 전력선 주파수, 진동 신호를 휩쓸고 모든 데이터를 쓸모없게 만들 가능성이 높습니다.
접합부를 통해 영구적으로 장착된 센서를 배선하는 경우 상자, 항상 상자를 통과하지 않고 방패를 휴대하십시오. 접지에 연결. 쉴드는 다음으로부터 격리된 상태를 유지해야 합니다. 센서 회로의 양쪽 끝 사이의 접지 연결. 그림 8은 정션 박스의 올바른 배선을 보여줍니다. 그만큼 접지 연결만 센서 또는 측정 장비.
케이블 고정
센서를 장착한 후 케이블을 고정해야 합니다. 케이블 종단에서 스트레스를 줄이고 오류를 방지하기 위해 케이블 진동 및 두드리는 소리로 인한 신호. 케이블 과도한 움직임을 허용하면 결국 금속을 경험할 것입니다. 및 절연 피로. 피로는 와이어 가닥 파손을 유발합니다. 및 절연 실패로 인해 소음이 발생하거나 연결이 끊어집니다. 케이블을 고정할 때 여유 공간이 생길 수 있도록 충분히 느슨하게 둡니다. 진동 기계에서 가속도계의 움직임(참조 그림 9). 케이블 고정을 위한 이러한 기술은 매우 변위 진폭이 큰 기계에 중요합니다.
요약
진동 모니터링을 위한 케이블 설치는 진동에서 바람직하지 않은 소음을 최소화하기 위해 신중하게 계획해야 합니다. 신호 측정. 케이블 런의 위치는 잠재적인 전자기 간섭 소스를 피해야 합니다. 접지 루프가 생성되고 노이즈가 발생하지 않도록 계측 회로를 적절하게 접지해야 합니다. 케이블 길이가 200피트를 초과하거나 진동 신호 진폭이 큰 경우 케이블 길이의 영향 더 면밀히 검토해야 합니다. 모든 진동 센서 설치에는 차폐 연선을 사용하는 것이 좋습니다. 배선. 동축 케이블은 임시 또는 휴대용 데이터 수집 목적으로만 사용해야 합니다.