스피드 센서 점검 가이드

JAQUET 스피드 센서 : DSD, DSE, DSF, DSH, DSY & IQ 시리즈

1. 개요

스피드 센서는 측정 계통에서 하나의 구성 요소입니다. 측정 계통은 일반적으로 다음과 같습니다.

  • 회전축 (Shaft)
  • 치차 (Pole Wheel)
  • 공극 (Air Gap)
  • 센서 (Sensor)
  • 케이블 (Cable)
  • 커넥터 (Connectors)
  • 터미날 블록 (Terminals)
  • 입력 신호처리장치 (Input Interface)
  • 기능별 감시장치 (Instrument Function)
  • 출력 신호처리장치 (Output Interface)
  • 공정 (Process)

측정 계통의 품질은 가장 취약한 부분에서 결정됩니다. 설치된 측정 계통이 설계된 목적과 같이 동작하지 않는다면 여러 가지 요인이 존재할 수 있습니다. 본 지침서는 세부적인 문제를 분석하는데 도움일 되는데 목적이 있습니다. 과정을 진행하는 동안 모든 데이타를 기록하시기 바랍니다.

 

2. 회전축 (Shaft)

회전축은 치차가 포함된 pole wheel 또는 pole band가 설치되어 각 목적에 부합하는 회전속도를 신호를 생성할 수 있도록 합니다.

어떤 경우에는 축 표면에 평평한 면 또는 홈을 가공하거나 구멍 또는 플랜지에 나사를 이용하여 자체적으로 신호를 생성할 수도 있습니다.

비 접촉식 스피드 센서는 측정 대상과 정확한 정렬이 필요합니다. 기계적 거동 또는 열팽창에 의해 회전축의 축방향 움직임은 측정 대상의 위치를 변화시키고, 이로 인해 센서가 동작하지 않을 수 있습니다.

이러한 현상이 발생하는 경우에는 간헐적인 측정 오류 문제가 발생할 수 있습니다.

2.1 축방향 움직임 점검

모든 종류의 전자기식 센서의 생성 전압은 공극에 따라 결정됩니다. 만약 회전축이 실제로 회전하지 않거나 진동이 존재하는 경우, 센서의 출력 전압은 1회전 동안 변화할 것입니다. 최악의 경우에는 잘못된 펄스를 생성할 수도 있습니다. 동일한 개념은 앰프가 없는 DSH 모델에도 적용됩니다.

2.2 축 표면의 오차 및 진동

앰프가 내장된 DSD / DSF / DSH / DSY 및 IQ 센서의 경우, 과도한 축 표면의 오차로 인해 설치 가능한 공극의 범위를 초과할 수도 있습니다. 이러한 설치는 간헐적인 신호 상실을 유발할 수 있습니다.

2.3 축 비틀림에 의한 백래시 점검

축 또는 커플링에서 발생할 수 있는 비틀림에 의한 백래시는 회전하는 치차에서 신호 난조를 초래할 수 있으며, 이는 센서에서 추가적인 펄스를 발생시킬 수 있습니다.

 

3. 치차 (Pole Wheel)

Pole Wheel, Pole Band 등 어떤 종류의 회전속도 측정용 치차는 측정 센서에서 적절한 자속의 변화를 생성할 수 있어야 합니다. 이러한 특성에 따라 일반적으로 영구자석이 센서에 포함됩니다. JAQUET사의 자석 치차를 이용하여 회전속도를 측정하는 특정 센서를 제외하고는 축에 설치된 치차는 운전중 반드시 자화되거나 자화 되지 않아야 합니다.

3.1 재질 및 치차의 자화 여부 점검

이러한 이유로 치차는 반드시 강자성체 (Ferro-Magnetic)이어야 하며, 낮은 잔류 자성을 가져야 합니다. 스테인레스 스틸 및 니켈/크롬으로 도금된 재질은 적절히지 않습니다.

3.2 치차의 형상 및 기하 점검

JAQUET사의 DSE 시리즈 센서는 이러한 목적으로 사용될 수 있습니다. 상세한 내용은 JAQUET사와 협의하시기 바랍니다. 가능한 치차의 형상, 모듈 번호 등을 포함한 상세한 모든 기술자료를 제공받을 수 있습니다. 1:1의 이와 홈을 가진 인볼루트 기어 치차가 가장 선호됩니다. 상세한 내용은 JAQUET사의 응용기술을 참조하시거나 다른 형상을 사용하고자 하는 경우 이/홈의 비에 대해 JAQUET 엔지니어와 협의하시시기 바랍니다.

3.3 센서 정렬 상태 점검

모든 운전 상태에서 센서의 중심을 기준으로 양 끝에는 최소 3 mm 이상의 공간이 확보되어야 합니다. 10mm 이하의 폭을 가진 치차는 권고되지 않으며, 이는 설치와 운전 중 적정한 허용 범위를 유지할 수 없습니다.

3.4 기어박스 백래시 점검

측정 계통이 과속 보호 목적으로 사용되는 경우 각 측정 구간에서는 단지 몇개의 치차에서 신호를 취득하여 사용할 수 있습니다. 기어 가공 오차는 순간적인 회전속도의 변화를 발생시킵니다. JAQUET사의 과속 보호 제품은 이러한 문제를 측정 시간을 늘리므로써 해결할 수 있습니다. 또한, 불시정지 제어용으로 사용되는 치차의 이를 증가시킬 수도 있습니다. 기어박스에서의 백래시는 센서에서 더 많은 펄스를 발생시킬 수 있습니다.

 

4. 공극 (Air Gap)

차차가 사용되는 경우 모든 운전 조건하에서 센서와 치차 사이의 공극은 허용 범위내로 항상 유지되어야 합니다. 특히, 치차와 센서가 마찰하는 경우는 회피하여야 합니다.

4.1 센서에 적합한 공극 설정 점검

DSE 센서의 출력 전압은 공극에 부분적으로 비례합니다. 센서 카타로그에서 제시하는 데이터, 그래프 및 공식은 출력 전압의 범위를 산출하는데 사용될 수 있습니다. 이는 주어진 응용 분야에서 센서가 동작하는 최소 측정 회전속도를 추정할 수 있도록 합니다.

 

5. 센서 (Sensor)

센서는 반드시 명시된 성능, 전기적 특성, 온도 범위, 진동 및 환경 조건 내에서 사용되어야 합니다.

DSD, DSY 및 IQ 시리즈 센서는 치차와 정확한 정렬이 필요합니다.

  • 정렬 점검 (Check alignment)
  • 공급 전압 범위 점검 (Check supply voltage range
  • 공급 전원의 흔들림 및 노이즈 점검 (Check supply ripple & noise
  • 공급 전류 점검 (Check current drawn
  • 모든 스피드 범위에서의 출력 신호 점검 (Check output signal levels over the speed range
  • 온도 범위 점검 (Check temperature range
  • 진동 및 충격 범위 점검 (Check vibration and shock levels

특히, 짧은 시간내에서의 온도 변화 및 진동의 조합은 특정 재질과 구조적인 문제를 발생시킬 수 있습니다. 이러한 특수한 조건에는 환경에 대한 검증이 수행된 센서를 적용하여야 합니다.

대부분의 JAQUET 센서는 출력단에는 단락 보호 기능을 내장하고 있습니다. 그러나, 예를 들어 50 Ohm 이하의 낮은 저항이 결선되는 경우 출력 전류가 보호용 회로로 인입될 수 있으며, 매우 느린 반응을 보일 수 있습니다. 시험 계기를 이용하여 센서 계통에서 50 Ohm 이하의 입력 저항을 가진 모든 회로를 차단할 것을 권고 드립니다.

5.1 센서 측정면 손상 여부 점검

센서의 측정면은 매우 얇은 보호판을 가지고 있습니다. 만약 허용 온도 범위를 초과하는 경우, 작은 돌출부가 생성되며 이는 온도 범위를 초과하였다는 증거가 됩니다. 내부 재질이 팽창하여 불룩하게 돌출된 것입니다. 만약 센서가 치차와 접촉하였다면 통상 흔적 또는 흠집이 발생합니다. DSD, DSF, DSY 및 IQ 시리즈 센서들의 홀 소자는 측정면 바로 아래에 위치하여 작은 흠집에도 쉽게 손상될 수 있습니다. 이러한 이유로 센서는 선적될 때, 전면에 보호용 캡을 씌워 공급됩니다.

5.2 오실로스코프를 이용하여 필요한 위상각이 생성되는 센서 위치 점검

여러개의 센서가 치차 주위에 설치될 수 있으며 위상각이 변화된 신호를 생성합니다. 전기적인 위상 변화는 치차 이의 위치에 비례하여 옵셋을 설정함으로써 구현될 수 있습니다. 120도 간격으로 설치된 3개의 센서에서 위상 변화는 각 센서가 설치된 곳에서 120도의 값을 가진다는 의미는 아닙니다. 상세한 내용은 JAQUET사의 Phase Shift에 대한 응용 지침을 참고하시기 바랍니다.

5.3 센서 주변의 자기장 점검

대형 전동기와 같이 강한 자기장 또는 전기장을 형성하는 기계에서 센서의 동작은 영향을 받을 수 있습니다.

 

6. 케이블

센서는 커넥터 또는 케이블 일체형으로 공급될 수 있습니다. 어떤 경우라도 적합한 온도 범위, 환경 및 기계적 조건과 더불어 신호 전송 거리를 고려하여야 합니다.

6.1 센서에서부터 감시장치까지의 신호 전송 케이블에 대한 차폐 점검

단락 또는 단선과 같은 명확한 고장이 발생한 경우, 대부분의 공통된 문제는 케이블에 차폐가 적절히 되지 않았다는 것입니다. 신호선의 차폐는 단선이나 기계의 접지 및 케이블 트레이 등에 접촉되지 않도록 하고 제공된 커넥터 터미날을 이용하여 감시장치에 결선되어야 합니다. 부적절한 차폐는 심각한 신호 간섭을 발생시킬 수 있습니다.

6.2 가능한 케이블 포설 점검

센서 카타로그에서 제시하는 다른 일반적인 사항과 특별한 케이블 포설에 대한 권고사항을 참고하시기 바랍니다. 표준 PVC 케이블은 기름이 존재하는 환경에는 사용할 수 없습니다. 테프론 케이블이 사용되어야 하는 것과 같은 내용입니다.

기계적으로 열악한 환경에 설치되는 경우, 신호 전송용 케이블을 보호하기 위한 전송관을 사용할 것을 권고 드립니다. 상세한 내용은 JAQUET 엔지니어와 협의하시기 바랍니다.

JAQUET 데이터 시트에는 케이블의 최소 곡률 반경이 명시되어 있습니다. 이것은 고정되어 있을 경우의 값입니다. 동적인 상태에서의 곡률 반경에 대해서는 JAQUET 엔지니어와 협의하시기 바랍니다. 이것은 케이블의 수명과 센서의 밀폐에 심각한 영향을 줄 수 있습니다.

케이블이 센서로부터 분리되었습니까?

 

7. 커넥터 (Connectors)

어떤 종류의 단자도 문제의 소지를 내재하고 있습니다. 기계적 또는 환경적인 손상은 일반적인 증거들입니다.

  • 풀림/꺽인 접촉 점검 (Check for loose/bent contacts)
  • 습기 침투 점검 (Check for moisture ingress)
  • 케이블에서 커넥터가 분리되었는가? (Connector pulled from the cable?)
  • 케이블 분리 가능성 점검 (Check possible connector pull figures)

 

8. 입력 신호처리장치 (Input Interface)

입력 신호처리장치는 센서의 출력단에서 케이블이 포설되어 제너 베리어와 같은 중간 신호처리장치를 거쳐 최종 감시장치로 신호를 입력하도록 구성됩니다. DSD, DSF, DSH, DSY 및 IQ 시리즈 센서의 데이터 시트에는 최대 전류 소모 상태에서의 최소/최대 신호 레벨이 명시되어 있습니다.

이것은 최악의 경우 값을 나타냅니다. 입력 동작 및 트리거 레벨은 센서에서 생성된 신호가 전송용 케이블을 통과한 최종 값에 좌우 됩니다.

8.1 신호 출력 레벨과 입력 트리거 레벨 점검

높은 입력 임피던스는 센서의 전류 소모를 감소시키며 최소의 높은 출력을 증가시키며 최대 낮은 출력을 감시킵니다. 센서에서 사각형 신호를 생성할 때, 일반적인 전송 규칙이 적용됩니다. 신호전송용 케이블의 길이가 길어지는 경우 높은 케이블 캐패시턴스가 존재하는 경우 센서에는 매우 높은 부하가 인가되며, 신호의 감도와 형태가 변형될 수 있습니다.

8.2 최소/최대 전압 점검

DSE 센서가 사용되는 경우, 2개의 운전값이 점검되어야 합니다. 측정하고자 하는 회전수 범위에서 가장 낮은 회전속도에서 센서의 생성 최소 전압과 가장 높은 회전속도에서의 최대 전압입니다.

8.3 고속에서의 이중 펄스 발생 여부 점검

입력 임피던스는 센서에 높은 부하를 인가하고 출력 전압에 영향을 준다고 설명하였습니다. DSE 시리즈 센서를 사용하고 사각형 형태의 치차를 사용하는 경우에는 특별한 주의가 필요합니다. 매우 고속인 경우 사각형 끝에서 급격한 자속 변화가 발생하고 높은 임피던스로 인해 신호가 울림 현상과 동시에 감시장치에서 2번의 입력 신호로 인지하는 문제가 발생할 수 있습니다.

 

9. 기능별 감시장치 (Instrument Function)

상기에서 명시한 모든 사항을 점검하였다면 감시장치의 동작 상태가 목적에 부합하는 점검하여야 합니다. 상세한 내용은 JAQUET 엔지니어와 협의하여 관련 메뉴얼, 데이터시터 및 응용 지침서를 제공 받기 바랍니다.

 

10. 출력 신호처리장치 (Output Interface)

상기의 모든 점검 항목을 수행하였다면 최종적으로 보호/감시 장치에서 수행된 결과인 출력 신호처리장치를 점검합니다. 상세한 내용은 JAQUET 엔지니어와 협의하여 관련 메뉴얼, 데이터시터 및 응용 지침서를 제공 받기 바랍니다.

 

JAQUET사로부터 더욱 상세한 지원과 의견을 얻고자 하는 경우, 다음의 시험 결과를 공유함으로써 더욱 신속한 문제 해결이 가능합니다.

  • Signal screening all the way from the sensor to the instrument?
  • Air gap setting:
  • Tooth profile and geometry:
  • Shaft axial movement:
  • Shaft run out and vibration:
  • Torsional backlash:
  • Sensor alignment:
  • Gearbox backlash:
  • Supply voltage range:
  • Supply ripple & noise:
  • Current drawn:
  • Output signal levels over the speed range:
  • Temperature range:
  • Vibration and shock levels:
  • Front wall damaged:
  • Sensor positions to generate required phase shift:
  • Magnetic fields around the sensor:
  • Cable pull figures:
  • Loose/bent contacts:
  • Moisture ingress:
  • Connector pull figures:
  • Signal levels vs. input trigger levels - min / max voltages:
  • Double pulses at high speed: