Hướng dẫn chi tiết về máy đo độ rung (Vibration Meter)

Theo quy định từ các nhà sản xuất, mỗi loại thiết bị (động cơ) sau khi xuất xưởng hoạt động đều có rung trong một mức độ cho phép. Khi vượt quá ngưỡng cho phép này có nghĩa máy móc của bạn đang hoạt động một cách bất thường. Để nhận biết được thông số này, bạn cần phải có một thiết bị chuyên dụng để được độ rung, vậy máy đo độ rung là gì và cách sử dụng như thế nào mời bạn tham khảo trong bài viết dưới đây

1️⃣ Máy đo độ rung là gì?

Máy đo độ rung (Vibration meter) là thiết bị được sử dụng để kiểm tra rung động của máy móc (động cơ) ở các thông số như: vận tốc rung (mm/s), gia tốc rung (m/s²), tần số rung (Hz) hoặc biên độ rung (mm) từ đó có thể đối chiếu được so với thông số quy định từ nhà sản xuất để biết được động cơ có đang hoạt động bình thường hay không

Máy đo độ rung thường có thiết kế nhỏ gọn và có nhiều dạng thiết kế. Dạng cơ bản nhất mà bạn có thể thấy bao gồm một bộ điều khiển được kết nối với dây cáp ở phần đầu là một sensor đo độ rung . Ngoài ra, bạn có thể thấy loại thiết bị này ở dạng bộ thu thập dữ liệu (Data logger) gắn trực tiếp lên các động cơ cần đo độ rung để thu thập hoặc theo dõi thiết bị trong thời gian dài

Dạng cơ bản

Dạng Sensor gắn trực tiếp lên thiết bị

Dạng thu thập dữ liệu qua wireless

Giải thích thông số

- Vận tốc rung (Vibration velocity): đặc trưng cho độ nhanh chậm của chuyển động (đơn vị: mm/s, cm/s)
- Gia tốc rung (Vibration acceleration): đặc trưng cho phương, chiều, giá trị của vận tốc chất điểm chuyển động (đơn vị: mm/s², G)
- Tần số rung (Vibration frequency): số lần rung động trên một đơn vị thời gian (đơn vị: Hetz)
- Biên độ rung (Vibration amplitube): độ lệch lớn nhất so với vị trí cân bằng (mm)

2️⃣ Ứng dụng của máy đo độ rung

Kiểm tra tình trạng hoạt động của máy móc

Đây được xem là ứng dụng cơ bản nhất của máy đo độ rung và thường thấy ở các nhà máy, công xưởng nơi có nhiều máy móc hoạt động. Các nhân viên kỹ thuật, bảo trì sẽ sử dụng thiết bị đo rung để kiểm tra định kỳ hoặc kiểm tra lập tức đối với các cá thể hoạt động bất thường. Giúp kiểm tra và bảo trì kịp thời trước khi có hỏng hóc xảy ra tránh việc hư hỏng theo dây chuyền gây thất lớn cho doanh nghiệp

Kết hợp với máy đo độ ồn để kiểm tra âm thanh khi làm việc của động cơ một cách chính xác. Đây là bộ thiết bị mạnh mẽ nhất để có thể chuẩn đoán được các bệnh có thể xảy ra cho động cơ

Kiểm định chất lượng sản phẩm trước khi xuất xưởng

Từ lâu các doanh nghiệp thường chịu các phàn nàn từ khách hàng rằng sản phẩm của họ quá rung khi hoạt động và được trả về cho nhà sản xuất để bảo trì, từ việc kiểm tra rung động của các sản phẩm này, các doanh nghiệp nhận ra các sản phẩm có độ rung lớn hơn so với mức hoạt động tiêu chuẩn thường dễ gặp các lỗi khi sử dụng

Sau này, họ sử dụng độ rung là một yếu tố quan trọng trong khâu kiểm tra chất lượng trước khi đưa sản phẩm xuất xưởng nhất là đối với các sản phẩm có động cơ lớn. Ngày nay, các loại động cơ thường có một chuẩn độ rung được đưa ra bởi nhà sản xuất để có thể dễ dàng kiểm tra tình trạng làm việc của nó

Tham khảo danh mục máy đo độ rung

Đo lường các yếu tốt dân dụng

Ngoài các mục đích kiểm tra về máy móc như trên,máy đo độ rụng còn được sử dụng cho các phép kiểm tra liên quan đến con người như: kiểm tra độ rung để xác định được cấu  trúc của các tòa nhà, kiểm tra cầu đường...

Một số ứng dụng thực tế của máy đo độ rung

3️⃣ Nguyên lý hoạt động của máy đo độ rung

Để đo được rung động, ta phải dựa vào cảm biến gia tốc trên thiết bị đo độ rung. Loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp là cảm biến gia tốc loại áp suất điện với độ nhạy 100mV/g.

Dưới tác động của độ rung, các tinh thể áp điện (piezoelectric crystal) (2) sẽ biến dạng và tạo ra điện tích đây gọi là hiện tượng áp điện -> Để đảm bảo độ biến dạng của tinh thể áp điện bên trong cảm biến được đặt sẵn một vật nặng (3) lên nó -> Điện tích được chuyển vào một mạch điện (4) bên trong cảm biến và biến đổi thành điện áp -> Điện áp được chuyển vào máy đo độ rung thông qua connector (5) và cáp để chuyển đổi thành dữ liệu đo

Nói cách khác, máy phân tích rung hoạt động dựa trên việc xử lý các tín hiệu điện áp thu được. Có thể tưởng tượng nó như một vôn kế, nhưng thiết bị sẽ không hiển thị thông số điện áp. Mà tín hiệu điện áp sẽ được xử lý và hiển thị dưới dạng các giá trị như gia tốc và vận tốc

4️⃣ Những phép đo rung thường được sử dụng

Giá trị rung giới hạn

Giá trị rung giới hạn được coi là mức giá trị mà ở đó tình trạng có máy đang dần xấu đi có thể dẫn đến hư hỏng. Giá trị này được rút ra từ kinh nghiệm đối với một số loại máy nhất định, theo quy định của nhà sản xuất hoặc theo theo tiêu chuẩn ISO 10816-3

Rung tần số thấp

Tất cả những lỗi cơ học liên quan đến tốc độ của máy như mất cân bằng, lệch trục hoặc động cơ bị nới lỏng đều được coi là phép đo rung tần số thấp

Những rung động này được được đo bằng vận tốc tính bằng mm/s hoặc inch/s (có thể bạn sẽ tự hỏi làm thế nào để đo được vận tốc với cảm biến gia tốc, đồng hồ của máy sẽ có thể tính toán được điều này). Dải tần số phổ biến nhất của phép đo này là 10 - 1000 Hz và củng được áp dụng theo tiêu chuẩn ISO 10816-3 (tiêu chuẩn này có tính đến kích thước máy và cấu tạo của nó)

Một số nhà cung cấp củng xác định giới hạn rung liên quan đến tốc độ của máy chứ không liên quan đến kích thước máy. Tuy nhiên, tần số áp dụng vẫn là 10 - 1000 Hz

Lưu ý: Cho dù bạn sử dụng tiêu chuẩn nào cho phép kiểm tra của mình, luôn cần phải tìm hiểu các giá trị giới hạn độ rung cụ thể của máy móc mà bạn cần đo (tìm hiểu điều kiện hoạt động tối ưu của máy). Bạn có thể làm điều đó bằng cách đo và so sánh nhiều máy cùng loại (chạy cùng tốc độ, cùng tải) hoặc nhờ các chuyên gia trong ngành để có những biện pháp phân tích tối ưu hơn

Chú ý! Đừng cho rừng một thiết bị vừa được lắp đặt đã có thể hoạt động ở điều kiện tối ưu của nó! Điều gì xảy ra nếu nó được lắp đặt chưa đúng kỹ thuật? Nó có thể mất cân bằng ngay từ đầu

Thiết bị đo độ rung công trình Vibra+	Thiết bị đo độ rung Omnidots	Bộ thu thập dữ liệu độ rung	Phân tích độ rung ghế ô tô

Đo vận tốc tổng thể

Như vậy, việc kiểm tra các rung động cơ học liên quan đến tốc độ trục của máy, vận tốc tổng thể được tính bằng mm/s (hoặc ips) trong dải từ 10 - 1000Hz. Đây là giá trị tĩnh vì nó biểu hiện bằng một số duy nhất

Rung tần số cao

Một bộ phân cụ thể của máy mà bạn có thể theo dõi ở tần số cao đó chính là ổ trục. Vòng bi tạo ra rung động ở tần số cao hơn là do cấu trúc của chúng

Những rung động này được đo với giá trị gia tốc mm/s² (G), dải tần cho phép đo này củng tương đối rộng và có thể thay đổi đa dạng nên bạn cần phải tìm hiểu từ từ để tìm được giá trị nào là tốt nhất cho ổ trục của bạn. Thông thường, nó sẽ nằm trong dải từ 500 - 16000 Hz

Lưu ý: Số lượng và kích thước vòng bi là không thể đếm xuể vì mỗi loại máy đều cần vòng bị với thông số kỹ thuật riêng của nó. Nên tham khảo thông số rung tiêu chuẩn cho loại vòng bi bạc đạn của bạn từ nhà sản xuất hoặc các chuyên gia để có thể biết được tình trạng hoạt động của nó và đề phòng các lỗi có thể xảy ra. Tuy nhiên, điều này củng chỉ mang tính tham khảo vì độ rung còn dựa vào nhiều yếu tố khác như: tốc độ vận hành, lượng tải hoặc cách lắp ổ trục vào máy

Đo gia tốc tổng thể

Do đó, phép đo thứ hai nên đưa vào phép đo máy móc thông thường sẽ là giá trị gia tốc tổng thể tính bằng "G" trong dải tần số từ 500 - 16000 Hz. Đây củng là giá trị tĩnh và được biểu diễn bằng một số

Tham khảo danh mục máy đo độ rung

5️⃣ Hướng dẫn sử dụng máy đo độ rung

Đo độ rung là một quá trình cần phải chuẩn bị qua nhiều bước khác nhau, trong mỗi bước sẽ có những điểm riêng cần lưu ý để làm sao cho phép đo đạt hiệu quả tốt nhất, dưới đây là các bước chuẩn bị cho một quá trình đo độ ồn mà bạn nên tham khảo 

1. Chọn máy ưu tiên

Trong một nhà máy sản xuất, có rất nhiều máy móc nên xem xét máy nào là quan trọng để ưu tiên kiểm tra và đo lường chúng một cách thường xuyên. Điều kiện kiểm soát lý tưởng nhất là kiểm tra chúng vào mỗi tuần, nếu không có thời gian các thiết bị quan trọng này nên được kiểm tra một lần mỗi tháng

2. Chuẩn bị máy đo rung

Dĩ nhiên rồi, không có máy đo độ rung thì không thể nào thực hiện một phép đo rung. Máy đo rung có nhiều dạng khác nhau dạng cơ bản nhất bạn có thể tham khảo ở phần dưới đây

• Phần thân thiết bị
• Cảm biến gia tốc
• Cáp nối giữa thân và cảm biến

3. Chọn điểm đo lường

Điểm đo lường là vị trí trên máy (thường là vỏ ổ trục) nơi đặt cảm biến rung là nơi bạn sẽ thực hiện phép đo. Vị trí đo phải cho phép bạn thực hiện các phép đo lặp lại và trong một điều kiện như nhau

Thông thường trên máy sẽ đo từ 3 - 6 điểm tùy thuộc vào kích thước của động cơ

Làm thế nào để chuẩn bị điểm đo chính xác?

Để đo được các phép đo chất lượng và lặp lại, bạn nên chuẩn bị sẵn điểm đo của mình trên vỏ ổ trục. Cách tốt nhất để phép đạt được độ chính xác cao nhất đó chính là chuẩn bị một miếng đo. Một miếng đo sẽ có bề mặt phẳng, được làm bằng thép không rỉ và có từ tính tốt hoặc kết nối bằng một loại keo đặc biệt. (có đặc tính kim loại khi khô) đảm bảo truyền dẫn tốt. Thông thường các cảm biến đo độ rung hiện nay được gắn trên bị một bề mặt với từ tính mạnh nên bạn chỉ cần chuẩn bị một bề mặt phẳng là tốt cho phép đo

Đặt đúng

Đặt sai

Đế từ hỗ trợ gắn bề mặt cong

Các trường hợp đo sai

Không đo trên phần vỏ quạt của động cơ, vỏ quạt yếu và chúng không được truyền các rung động thực tế nhất, rung động của của bạc đạn không có ở đó	- Không đo trên vỏ bạc đạn bị rỉ hoặc sơn (hoặc cả hai). Rỉ sét và sơn có thể làm giảm đáng kể truyền động rung tần số cao
Lắp trên các bề mặt không bằng phẳng, cong vênh khiến bề mặt cảm biến không tiếp xúc được hoàn toàn với bề mặt cần đo sẽ gây sai số khi đo	Các bề mặt thô xấu, xù xì, xước củng ảnh hưởng không nhỏ đến kết quả đo
Ngoài ra, củng không nên đặt cảm biến trên các bề mặt có đặc tính mềm, dẻo, đàn hồi như nhựa, cao su... củng khiến phép đo không thực sự chính xác

Hướng và vị trí của điểm đo

Hướng và điểm đo được chia thành hai loại: hướng tâm và hướng theo trục quay đây củng là một thành phần giúp phép đo đạt độ chính xác cao. Bạn có thể thực hiện phép đo theo hướng xuyên tâm dọc hoặc xuyên tâm ngang trên mỗi bộ phận của máy nhưng điều này sẽ là tăng gấp đôi thời gian để thu thập dữ liệu

Để đạt hiệu quả tối ưu hãy đặt cảm biến ở góc 45º ở vị trí xuyên tâm, bạn sẽ có thông tin về cả hai hướng dọc + ngang và bạn sẽ dành ít thời gian thực hiện phép đo hơn

Một số phương pháp gắn cảm biến vào thiết bị cần đo

- Kết nối bằng đinh tán, mặt bích cách điện có đinh tán hoặc bằng tấm keo
- Sử dụng các loại đế nam châm
- Có thể kết nối bằng các chất kết dính như sáp ong, cyanoacrylate (ví dụ như Loctite 454) hoặc keo epoxy
- Đầu chia để đo ba trục cho các loại cảm biến đo gia tốc thông thường
- Đấu nối cảm biến bằng que đo để thực hiện phép đo bằng áp lực tay
- Gia tốc kế với đầu đo có thể di chuyển được

Cảm biến đo rung phổ thông	Cảm biến đo rung dùng cho công nghiệp	Cảm biến kích thước nhỏ	Cảm biến đo rung siêu nhạy
Sensor đo lực kéo	Sensor đo rung 3 trục	Sensor đo rung cho ứng dụng đặc biệt	Xem danh mục cảm biến đo rung

4. Tiến hành đo và phân tích kết quả

Sau khi đã chuẩn bị sẵn sàng tiến hành khởi động thiết bị và đọc thông số đo. Các thông số về vận tốc (mm/s), gia tốc (mm/s²) và tần số (Hz) được thể hiện trên màn hình thiết bị. Tiến hành so sánh các kết quả đo lường và ghi nhận kết quả để theo dõi cho các lần kiểm tra tiếp theo

Sau khi tiến hành đo đạt việc tạo một biểu đồ dạng cây để thể hiện đầy đủ các kết quả đo sẽ giúp bạn tiện quản lý các tệp đo lường của mình hơn. Hầu hết các hãng sản xuất thiết bị đo rung chuyên nghiệp đều cung cấp phần mềm cho phép bạn làm điều này

Theo dõi xung hướng rung động

Kết luận

Bảo trì dự đoán và đo độ rung là một trong những phương pháp tốt nhất để biết tình trạng thực tế của máy móc của bạn. Nó cho phép bạn theo dõi tình trạng của máy theo thời gian và lên lịch sửa chữa bảo trì định kỳ máy. Tuy nhiên, không bao giờ có thể dự đoán 100% và một số sự cố máy móc đột ngột vẫn có thể xảy ra.

Để giữ cho máy móc hoạt động tốt và ổn định ngoài các biện pháp kiểm tra định kỳ, cần phải tiến hành bảo quản một cách thường xuyên

• Làm quen với máy móc của bạn
• Giữ máy móc của bạn sạch sẽ
• Quan sát máy, tìm kiếm rò rỉ dầu tiềm ẩn, rò rỉ không khí...
• Tìm kiếm các vết nứt nền tiềm năng, vết nứt cấu trúc, bu lông lỏng
• Nghe máy, đặc biệt là tìm kiếm sự thay đổi tiếng ồn đột ngột.
• Chia sẻ thông tin về máy khi sử dụng khi xem qua hệ thống. Nói cách khác, nếu bạn phát hiện ra một số hành vi bất thường của bất kỳ máy nào, hãy nói với bạn bè trong công việc của bạn. Không chỉ bạn có thể tránh được một sự cố bất ngờ, mà bạn còn có thể cứu mạng đồng nghiệp của mình!