Trillingssensoren

Wat is een trillingssensor?

Een trillingssensor meet mechanische trillingen van een machine, lagerhuis, motor, pomp, ventilator of andere installatie.

Trillingen zijn een normaal gevolg van bewegende en roterende machineonderdelen. De sterkte en het patroon van deze trillingen kunnen echter veranderen wanneer de mechanische conditie van een machine verandert.

Door trillingen periodiek of continu te meten kan informatie worden verkregen over de conditie van bijvoorbeeld:

• elektromotoren;
• pompen;
• ventilatoren;
• compressoren;
• tandwielkasten;
• lagers;
• transporteurs;
• rollen en assen;
• industriële aandrijvingen;
• productie-installaties.

Trillingssensoren worden daarom veel gebruikt voor condition monitoring, machine condition monitoring, vibration monitoring en predictive maintenance.

Waarom trillingen van een machine meten?

Een machine hoeft niet direct stil te vallen wanneer een mechanisch probleem ontstaat.

Veel afwijkingen ontwikkelen zich geleidelijk. Het trillingsgedrag kan daardoor veranderen voordat een storing tot productieverlies of uitval leidt.

Een verandering in trillingsniveau of frequentie-inhoud kan onder andere samenhangen met:

• onbalans;
• verkeerde uitlijning;
• mechanische speling;
• lagerslijtage;
• beschadigde tandwielen;
• veranderende belasting;
• resonantie;
• bevestigingsproblemen;
• andere veranderingen in de mechanische toestand.

Een trillingssensor stelt de besturing of het condition-monitoringsysteem in staat om dergelijke veranderingen over langere tijd te volgen.

Het constateren van verhoogde trillingen betekent daarbij niet automatisch dat één specifieke storing aanwezig is. Voor een betrouwbare diagnose kunnen aanvullende analyse en kennis van de machine noodzakelijk zijn.

Condition monitoring met trillingssensoren

Condition monitoring betekent dat de technische conditie van een machine wordt gevolgd op basis van meetgegevens.

Trillingsmeting is hiervoor een veelgebruikte techniek bij roterende machines.

In plaats van uitsluitend periodiek onderhoud uit te voeren kan bijvoorbeeld een trend van het trillingsniveau worden opgebouwd. Wanneer de waarde gedurende langere tijd verandert, kan dit aanleiding zijn om de machine nader te inspecteren.

Hiermee kan onderhoud beter worden afgestemd op de daadwerkelijke conditie van de installatie.

Afhankelijk van de toepassing kan condition monitoring relatief eenvoudig worden uitgevoerd met een 4–20 mA vibration transmitter of uitgebreider met IEPE accelerometers en een gespecialiseerd trillingsanalysesysteem.

4–20 mA trillingssensor voor PLC

Een 4–20 mA trillingssensor is interessant wanneer trillingsbewaking rechtstreeks in een PLC, DCS, BMS of SCADA-systeem moet worden geïntegreerd.

De sensor verwerkt de gemeten trillingen en zet deze om in een industrieel 4–20 mA-signaal.

De PLC kan dit signaal gebruiken om bijvoorbeeld:

• het actuele trillingsniveau weer te geven;
• trends op te slaan;
• een waarschuwingsniveau in te stellen;
• een alarm te genereren;
• onderhoud te signaleren;
• een machineactie te starten wanneer een grens wordt overschreden.

Hierdoor kan machinebewaking worden toegevoegd zonder dat voor iedere installatie een afzonderlijke vibration analyser nodig is.

4–20 mA vibration transmitters worden hiervoor ook door Hansford Sensors specifiek gepositioneerd voor koppeling aan PLC-, BMS- en SCADA-systemen.

IEPE accelerometers voor trillingsanalyse

Voor uitgebreidere trillingsanalyse zijn IEPE accelerometers beschikbaar.

Een IEPE accelerometer levert een dynamisch trillingssignaal waarmee veel meer informatie over het trillingsgedrag beschikbaar blijft dan bij een reeds omgerekende 4–20 mA-proceswaarde.

Dit signaal kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld:

• frequentieanalyse;
• FFT-analyse;
• periodieke route-based condition monitoring;
• online vibration monitoring;
• data acquisition;
• trillingsanalyse;
• diagnose van machinegedrag.

IEPE accelerometers zijn daarom interessant wanneer niet alleen moet worden vastgesteld dát het trillingsniveau verandert, maar ook nader onderzocht moet worden waaruit het trillingssignaal bestaat.

4–20 mA of IEPE trillingssensor?

Welke uitvoering het beste past hangt vooral af van wat u met de meetgegevens wilt doen.

Voor veel OEM- en retrofittoepassingen is een 4–20 mA trillingssensor een praktische oplossing omdat het signaal direct in een bestaande industriële besturing kan worden verwerkt.

Trillingssnelheid meten in mm/s

Een veelgebruikte meetgrootheid voor algemene machinebewaking is trillingssnelheid, ook wel vibration velocity.

Deze wordt doorgaans uitgedrukt in mm/s.

Trillingssnelheid wordt veel gebruikt om het algemene mechanische trillingsniveau van roterende machines te volgen.

Denk bijvoorbeeld aan:

• elektromotoren;
• centrifugaalpompen;
• ventilatoren;
• blowers;
• compressoren;
• tandwielkasten;
• algemene industriële aandrijvingen.

Voor trendbewaking kan een velocity sensor daarom een praktische keuze zijn.

Wat betekent mm/s RMS?

Bij trillingsmetingen wordt regelmatig mm/s RMS gebruikt.

RMS staat voor Root Mean Square en is een manier om het effectieve trillingsniveau over een bepaalde periode weer te geven.

Een vibration transmitter kan bijvoorbeeld het gemeten dynamische trillingssignaal verwerken tot één representatieve velocity-waarde die vervolgens via 4–20 mA aan de PLC wordt doorgegeven.

Dit maakt mm/s RMS bijzonder praktisch voor:

• continue trendbewaking;
• alarmgrenzen;
• vergelijking van machineconditie over langere tijd;
• eenvoudige condition monitoring vanuit een PLC.

De betekenis van een bepaalde absolute waarde is echter afhankelijk van onder andere het type machine, vermogen, toerental, constructie, montage en gebruikte beoordelingsmethode.

ISO 20816 en machinevibratie

Voor het meten en beoordelen van trillingen van machines wordt in industriële toepassingen onder andere de ISO 20816-serie gebruikt.

Deze normen behandelen het meten en evalueren van machinevibratie en kijken onder andere naar trillingsniveau en veranderingen in trillingsniveau tijdens bedrijf.

Welke criteria toepasbaar zijn hangt af van het specifieke type machine en de betreffende toepassing.

Een universele alarmwaarde in mm/s voor iedere machine bestaat daarom niet. Bij het bepalen van alarm- en grenswaarden moet rekening worden gehouden met de machine, bedrijfscondities, meetpositie en relevante norm of fabrikantgegevens.

Acceleratie meten in g

Naast trillingssnelheid kan ook acceleratie worden gemeten.

Acceleratie wordt bij industriële trillingssensoren vaak weergegeven in g.

Acceleratiemeting is gevoeliger voor hogere frequentiecomponenten en wordt daarom veel gebruikt bij dynamische trillingsanalyse en toepassingen waar lager- of tandwielgedrag relevant is.

Een accelerometer kan daardoor interessant zijn voor:

• lagerbewaking;
• tandwielkasten;
• hogesnelheidsmachines;
• gedetailleerde frequentieanalyse;
• diagnose van mechanische trillingen.

Welke meetrange en welk frequentiebereik nodig zijn hangt sterk af van het machinegedrag.

Trillingssensor voor lagerbewaking

Lagers zijn belangrijke meetpunten binnen condition monitoring.

Een verandering in de conditie van een lager kan invloed hebben op de gemeten trillingen. Door een accelerometer of andere geschikte trillingssensor op of nabij het lagerhuis te monteren kunnen veranderingen worden gevolgd.

Bij lagerbewaking zijn vooral belangrijk:

• sensorlocatie;
• mechanische montage;
• frequentiebereik;
• acceleratiemeting;
• toerental;
• type lager;
• gebruikte analysemethode.

Voor eenvoudige algemene bewaking kan een proceswaarde voldoende zijn. Voor uitgebreide lagerdiagnose wordt meestal meer informatie uit het dynamische trillingssignaal gebruikt.

Trillingssensor voor elektromotor

Elektromotoren behoren tot de meest voorkomende toepassingen voor industriële trillingsbewaking.

Een sensor kan bijvoorbeeld op het lagerhuis van de motor worden geplaatst om veranderingen in mechanisch gedrag te volgen.

Trillingsmonitoring kan daarbij informatie geven over veranderingen die samenhangen met bijvoorbeeld:

• onbalans;
• uitlijning;
• lagers;
• bevestiging;
• mechanische koppeling.

Voor eenvoudige motorbewaking via een PLC kan een 4–20 mA velocity sensor interessant zijn.

Wanneer gedetailleerdere diagnose gewenst is kan een IEPE accelerometer worden toegepast.

Trillingssensor voor pomp

Ook pompen worden veel met trillingssensoren bewaakt.

Bij een pompinstallatie kunnen zowel pomp als elektromotor relevante meetpunten bevatten.

Afhankelijk van de installatie kan trillingsmonitoring worden gebruikt om veranderingen in de conditie van:

• motor;
• pomp;
• koppeling;
• lagerhuizen;
• bevestiging;

te volgen.

Voor permanente pompmonitoring kan een 4–20 mA vibration transmitter rechtstreeks op een PLC of SCADA-systeem worden aangesloten.

Trillingssensor voor ventilator en blower

Ventilatoren en blowers bevatten relatief grote roterende onderdelen en zijn gevoelig voor veranderingen in mechanische balans en lagerconditie.

Een trillingssensor kan worden gebruikt om het vibration level continu te volgen.

Een toenemende trend kan aanleiding zijn om bijvoorbeeld bevestiging, vervuiling, lagers, uitlijning of balans nader te controleren.

Hierdoor kan trillingsbewaking onderdeel worden van preventief of conditiegestuurd onderhoud.

Trillingssensor voor tandwielkast

Tandwielkasten kunnen een complex trillingspatroon produceren doordat verschillende assen, lagers en tandwieloverbrengingen aanwezig zijn.

Wanneer uitsluitend het algemene trillingsniveau moet worden gevolgd kan velocity monitoring worden toegepast.

Voor uitgebreidere analyse zijn IEPE accelerometers vaak interessanter omdat het dynamische signaal verder kan worden geanalyseerd.

Bij selectie zijn onder andere frequentiebereik, gevoeligheid, montagepunt en toerentallen van de aandrijving belangrijk.

Dual-output trillingssensoren

Sommige vibration sensors leveren meer dan één uitgangssignaal.

Een dual-output trillingssensor kan bijvoorbeeld een proceswaarde combineren met een tweede meetwaarde of dynamisch signaal.

Afhankelijk van het gekozen model kan dit interessant zijn wanneer zowel eenvoudige machinebewaking als aanvullende diagnose gewenst is.

Ook combinaties van trilling en temperatuur kunnen interessant zijn, omdat beide parameters informatie kunnen geven over de conditie van een lager of machineonderdeel.

Trillingssensor met alarm of trip

Voor bepaalde toepassingen is niet alleen een meetwaarde nodig, maar moet een machine direct reageren wanneer trillingen een ingestelde grens overschrijden.

Hiervoor zijn vibration transmitters en vibration trip sensors beschikbaar.

Afhankelijk van de uitvoering kan een systeem bijvoorbeeld:

• trillingen continu bewaken;
• een analoge waarde doorgeven;
• een alarmuitgang activeren;
• een relais schakelen;
• een machine-stop initiëren via de daarvoor ontworpen besturing.

Bij kritische toepassingen moet de complete beveiligings- en besturingsarchitectuur worden beoordeeld en mag niet alleen naar de sensor worden gekeken.

Meerassige trillingssensoren

Een standaard trillingssensor meet meestal hoofdzakelijk in één richting.

Met meerassige trillingssensoren kan vanuit één montagepunt in twee of drie richtingen worden gemeten.

Een triaxiale accelerometer meet bijvoorbeeld trillingen over de X-, Y- en Z-as.

Dit kan voordelen bieden wanneer:

• de dominante trillingsrichting vooraf niet bekend is;
• meerdere richtingen tegelijk moeten worden bewaakt;
• weinig montageruimte beschikbaar is;
• één montagepunt meerdere sensoren moet vervangen.

Er zijn zowel triaxiale IEPE-sensoren als meerassige 4–20 mA-oplossingen beschikbaar.

Montage van een trillingssensor

De manier waarop een trillingssensor wordt gemonteerd heeft grote invloed op de kwaliteit van de meting.

De sensor moet de mechanische trillingen van het relevante machineonderdeel zo direct mogelijk kunnen volgen.

Belangrijke aandachtspunten zijn:

• montage op een stijve constructie;
• positie ten opzichte van het lager;
• meetrichting;
• montagedraad;
• vlak en schoon montageoppervlak;
• top-exit of side-exit kabel;
• beschikbare ruimte.

Voor permanente condition monitoring wordt vaak een vaste mechanische montage toegepast.

Wanneer de sensor slecht gekoppeld is aan de machine kan de gemeten waarde afwijken van het daadwerkelijke trillingsgedrag.

Frequentiebereik van een trillingssensor

Het frequentiebereik geeft aan binnen welk gebied een sensor trillingen betrouwbaar kan meten.

Niet iedere machine produceert relevante trillingen binnen hetzelfde frequentiegebied.

Bij selectie moet daarom rekening worden gehouden met:

• toerental;
• lagerfrequenties;
• tandwieloverbrengingen;
• machineconstructie;
• gewenste diagnose;
• gebruikte meetgrootheid.

Een sensor met een zeer breed frequentiebereik is niet automatisch de beste keuze. Het bereik moet aansluiten bij de trillingen die voor de toepassing relevant zijn.

ATEX en intrinsiek veilige trillingssensoren

In procesindustrie en andere omgevingen kan een trillingssensor in een explosiegevaarlijke zone worden gemonteerd.

Voor dergelijke toepassingen zijn intrinsiek veilige trillingssensoren en uitvoeringen met relevante ATEX- of IECEx-certificering beschikbaar.

Bij selectie moet onder andere worden gecontroleerd:

• zone;
• gas- of stofomgeving;
• gewenste certificering;
• aansluiting;
• eventuele intrinsiek veilige barrière;
• temperatuurklasse;
• volledige installatieconfiguratie.

De certificering moet altijd aansluiten bij de daadwerkelijke toepassing.

Trillingssensor vervangen

Een bestaande trillingssensor vervangen vereist meer dan alleen het kiezen van een sensor met dezelfde aansluiting.

Bij een technische vergelijking kijken we onder andere naar:

• fabrikant en typenummer;
• velocity of acceleratie;
• 4–20 mA, IEPE of AC-output;
• meetbereik;
• gevoeligheid;
• frequentiebereik;
• RMS- of andere signaalverwerking;
• aantal meetassen;
• voedingsprincipe;
• connector;
• kabel;
• montagebout en schroefdraad;
• top- of side-exit;
• IP-beschermingsklasse;
• temperatuurbereik;
• ATEX/IECEx-eisen.

Hiermee kan worden bepaald of een alternatieve vibration sensor technisch aansluit op het bestaande meetsysteem.

Heb je een bestaande trillingssensor waarvan je een alternatief zoekt? Stuur ons het merk, volledige typenummer en informatie over de huidige aansluiting of besturing.

Hansford Sensors trillingssensoren

Indusen is Sales Partner van Hansford Sensors in Nederland.

Hansford Sensors is gespecialiseerd in industriële vibration monitoring en levert onder andere:

• 4–20 mA vibration transmitters;
• IEPE accelerometers;
• AC velocity sensoren;
• dual-output sensoren;
• biaxiale en triaxiale sensoren;
• intrinsiek veilige uitvoeringen;
• sensoren voor verhoogde temperaturen;
• oplossingen voor permanente condition monitoring.

Binnen deze productfamilies zijn verschillende meetbereiken, gevoeligheden, aansluitingen en montage-uitvoeringen beschikbaar.

Welke trillingssensor past bij uw machine?

Bij Indusen ondersteunen wij machinebouwers, onderhoudsbedrijven en industriële eindgebruikers bij het selecteren en vervangen van trillingssensoren voor condition monitoring en machinebewaking.

Voor een goede selectie ontvangen we bij voorkeur:

• type machine;
• toerental;
• wat u wilt bewaken;
• velocity of acceleratie;
• gewenst uitgangssignaal;
• PLC, SCADA of vibration analyser;
• beschikbare montage;
• omgevingstemperatuur;
• eventuele ATEX/IECEx-eisen.

Op basis daarvan kunnen we bepalen of bijvoorbeeld een 4–20 mA vibration transmitter, IEPE accelerometer, velocity sensor of meerassige trillingssensor het beste bij de toepassing past.