震動量測是設備預防維護的重要技術。本文完整解析震動量測原理、三大指標、ISO 10816標準與故障判斷方法，幫助理解設備健康狀態。

一、前言：為什麼震動量測如此重要

在工業設備維護中，震動量測就像是機器的「心跳」與「脈搏」。
當設備運轉正常時，震動應該是穩定且可預期的；當內部零件開始異常，震動狀態就會改變。

白話來說，機器不會說話，但會透過震動表現出它的狀況。

多數設備並不是突然損壞，而是逐漸劣化，而這個過程通常會先反映在震動變化上。

震動量測的價值在於讓我們能夠提早發現問題，而不是等到故障發生才處理。

因此，建立完整的震動量測機制，是實現預知保養(Predictive Maintenance)的關鍵基礎。

二、震動量測原理：聽懂機器的語言

2.1 震動如何產生

在進行震動量測之前，必須先理解：

機器為什麼會震動？

震動的本質，是設備內部零件進行「來回往復運動」的結果。理想狀態下，設備應平穩運轉且無異音，但當內部出現異常時，就會產生不正常的作用力，使機殼產生晃動。

常見原因包括：

·  不平衡（重量分布不均）

·  不對心（軸心偏移）

·  結構鬆動（固定不良）

·  軸承損壞（內部磨損）

關鍵觀念：震動是結果，不是原因

震動通常不是問題本身，而是設備內部故障所產生的反應。可以把震動想成發燒，它代表身體出了問題，但不是病因本身。

震動的本質：力與抗力的拉鋸戰

震動量測本質上是在觀察：設備內部故障所產生的力量，以及設備本身結構所提供的抗力之間的關係。當內部缺陷產生作用力時，設備結構會嘗試吸收或抵抗這些力量。震動的大小，取決於這兩者之間的平衡。當破壞力增加，或結構剛性不足時，震動量測數值就會明顯上升。

實務比喻

不對心的情況下，轉軸每轉一圈都會產生不均勻的拉扯力，使設備持續晃動。不平衡則像洗衣機脫水時衣物集中在一側，每轉一圈都會產生一次明顯震動。

小結：震動量測在觀察什麼

震動量測實際上是在觀察三件事：

·  設備內部是否存在異常力量

·  這些力量的強度

·  設備結構是否仍能承受

三、震動量測三大指標

在震動量測分析中，三個關鍵參數分別代表不同的物理意義與故障特徵。

3.1 位移（Displacement）—晃動的距離

·  單位：μm (微米)

·  適用：低頻、低轉速設備

位移是用來測量物體移動的距離，也就是設備晃動的幅度有多大。

通常用於低轉速設備，因為轉速較慢時，震動幅度較大，甚至可以用肉眼觀察到。

從工程角度來看，位移是在監測設備是否因為反覆變形而產生「應力破壞」。

例子：折迴紋針
當彎曲幅度越大，金屬越容易產生疲勞斷裂。設備中位移越大，代表零件承受的「拉扯」越嚴重。

3.2 速度（Velocity）—震動的能量

·  單位：mm/s (毫米/秒)

·  ISO 10816國際標準依據

速度代表震動的能量，也就是設備在晃動時所帶來的破壞力。可以理解為設備晃動的「強度」，是最常用的評估指標。

它能反映出長期運轉下，機器是否會因為「疲勞」而損壞，適合大多數的中型馬達、泵浦與風機 。

例子：車輛撞擊
如果車子慢慢開去撞牆(速度低)，牆壁可能沒事；但如果車子開很快去撞牆(速度高)，破壞力就很大。

3.3 加速度（Acceleration）—衝擊的強度

·  單位：g (重力加速度)或m/s²

·  用於軸承與齒輪診斷

加速度用來量測震動變化的快慢，也就是：衝擊的力道有多猛。特別適合用來偵測「高頻」的異常，是判斷軸承損壞(Bearing Fault)與齒輪磨損的最佳指標。

在實務上，當看到加速度數值明顯上升時，往往代表軸承內部已經開始出現損傷，即使整台機器看起來還沒有明顯晃動，問題其實已經發生。

為什麼要看加速度？

加速度抓的是「瞬間衝擊」，而不是整體晃動。

也就是說：位移可能很小/ 速度看起來不高/ 但衝擊非常尖銳。這種「小動作但大衝擊」的情況，只有加速度能有效偵測。

例子：鐵鎚與軸承
當用鐵鎚敲釘子時，鐵鎚在接觸釘子的那一瞬間會急停，產生非常大的衝擊力，這就是加速度。
在軸承中，如果鋼珠或滾道出現刮痕或損傷，鋼珠每滾過缺陷時，就會產生「喀、喀、喀」的微小撞擊。這些撞擊具有以下特性：動作很小(位移小)/ 整體晃動不明顯(速度低)/ 但衝擊非常尖銳(加速度高)。因此，如果只看位移或速度，往往無法發現早期問題，必須透過加速度才能提早偵測。

小結：該看哪個指標？

在實務震動量測中，不同指標代表不同的物理意義，也對應不同類型的故障。

可以用以下方式快速理解與選擇：

指標	關注焦點	像是在問機器…	最適合偵測問題
位移	距離	你晃得有多寬？	地基鬆動、管路變形、低轉速不平衡
速度	能量（最常用）	你晃得有多快？	馬達過載、不對心、整體健康度（ISO標準）
加速度	衝擊	你被打得有多痛？	軸承磨損、齒輪損壞、潤滑不足

四、震動量測方法與感測技術

4.1 感測器選擇

在實務震動量測應用中，加速度感測器(Accelerometer)為主流方案，特別是在高頻診斷需求(如軸承監測)中更顯重要。

以實務應用來看，若需進行早期軸承故障偵測，震動量測設備需具備足夠的高頻量測能力。部分設備(如 G-TECH vPod 系列)即針對高頻診斷需求進行設計，適用於此類應用場景。

4.2 安裝方式對震動量測的影響

安裝方式	特性	建議
螺絲固定	最穩定	精密震動量測
磁吸式	高效率	巡檢應用
手持探針	誤差較大	限低頻使用

在實務震動量測中，高頻訊號極易受到安裝方式影響，因此專業設備(如G-TECH vPod系列)多採用磁吸或固定式設計，以確保訊號能穩定傳遞並維持數據可靠性。

五、ISO 10816 標準介紹：震動量測判斷依據

在完成震動量測之後，接下來最關鍵的問題是：

量測到的數值，多少才算正常？多少又代表設備已經出現問題？

為了讓判斷有一致的依據，國際上最通用的標準是 ISO 10816。此標準主要以震動速度的 RMS 值(單位：mm/s)作為評估基準。

為什麼需要分級？不同設備的震動容許範圍並不相同。ISO 10816 會依據機器的「體型大小」和安裝方式(地基剛性)將設備分為不同等級(Class)。

可以用一個簡單原則理解：

機器越大、地基越柔軟，容許的震動量就越大；
機器越小、結構越剛性，震動容許值就越嚴格。

5.1 機器分級（Class）

ISO 10816 會依據設備的尺寸與安裝方式，將機器分為四個等級。

·    Class I（小型設備）：15kW(20hp)以下的獨立驅動機器。所謂的「獨立驅動」或「耦合機組」，就是指馬達和它帶動的設備（例如小水泵、小風機）是各自獨立或簡單連接的 。這類機器通常體型小，直接鎖在一般平地或簡單機架上，沒有特別做減震。

·    Class II（中型設備）：15kW ~ 75kW (20~100hp)之間，沒有特殊地基的馬達、或是功率高達 300kW (約400hp)，但有安裝在「特殊地基」上的剛性機器，工廠內最常見的中型設備。什麼是「特殊地基」？就是為了承受較大的震動，特別用水泥灌漿加厚、打地樁，或是加裝了專屬減震墊的底座。

·    Class III（大型剛性設備）：具有大型旋轉組件的大型原動機和其他大型機械，安裝在堅固且沉重的地基上，在震動方向上非常「剛硬」。這是工廠裡的重裝甲部隊。「剛性」的意思是，它的水泥地基超級厚實、超級重，機器在上面轉的時候，地基幾乎不會跟著晃動。因為地基很硬，所以機器本身必須轉得很平穩、容許的震動值比較嚴格。

·    Class IV（大型柔性設備）：包含輸出功率大於10MW (約 13500hp)的大型渦輪發電機和燃氣輪機，安裝在測量震動方向上相對較「軟」的地基上。這是發電廠等級的巨獸。「柔性」的意思並不是說地基是軟木塞，而是相對於這台機器的巨大重量與震動，它的鋼構地基或支撐架被設計成具有「彈性」，允許地基稍微跟著機器一起晃動來釋放能量。因此，這類機器的容許震動數值是最大的。

5.2 嚴重度分區（Severity Zones）

在確認設備等級後，就可以根據震動速度(mm/s RMS)判斷設備狀態將機器的健康狀態分為四個顏色區塊。以下為ISO 10816-1的規範數值：

• Zone A(優良-Good)：全新安裝或剛保養完畢的優良狀態 。
• Zone B(可接受 - Satisfactory)：機器有微小磨損，但仍可長期安全運轉。
• Zone C(警報 - Alert / Unsatisfactory)：機器出現明顯異常，不適合長期運轉，但可以撐到下次排定的維修日；應密切監控。
• Zone D(危險 - Danger / Unacceptable)：震動過大，可能隨時造成零件斷裂或嚴重損壞，應立即停機檢查。

5.3 震動判斷速查表（mm/s RMS）

震動狀態	Class I (小型)	Class II (中型)	Class III (大型剛性)	Class IV (大型柔性)
優良 (A)	0.71 以下	1.12 以下	1.80 以下	2.80 以下
可接受 (B)	0.71 ~ 1.80	1.12 ~ 2.80	1.80 ~ 4.50	2.80 ~ 7.10
警示 (C)	1.80 ~ 4.50	2.80 ~ 7.10	4.50 ~ 11.20	7.10 ~ 18.00
危險 (D)	大於 4.50	大於 7.10	大於 11.20	大於 18.00

六、市售基礎商品比較與適用場景

針對市面上常見的G-TECH、Fluke與TPI品牌，我們依據功能定位將其分為「篩選點檢型」與「進階診斷型」。

6.1 快速篩選與趨勢管理：

機型	Fluke 805	TPI 9080	G-TECH vPod Lite
定位	震動烈度點檢儀 (Screening)	智慧型趨勢儀 (Trending)	基礎微電腦震動計 (Basic)
核心特色	Crest Factor+ (CF+): 獨家演算法，解決傳統波峰因數無法線性反映軸承損壞的問題。	BDU (軸承損壞單元): 專為軸承監測設計的簡易指標。	精密量測: 顯示位移可達 0.1 μm，適合精密機械業者。
軸承檢測	CF+ (1~16等級)	BDU 讀值	內建 500Hz 高通濾波器
適用場景	快速判斷 Go/No-Go，需要標準化作業流程的工廠。	需要大量佈點、預算有限且重視長期趨勢管理的場域。	現場快速單點量測，強調數值精準度與性價比。

6.2 進階分析與診斷：

機型	Fluke 810	vPod Pro
定位	自動診斷專家系統 (Diagnostic)	智慧型資料蒐集/頻譜分析儀 (Analyzer)
核心特色	專家診斷引擎：直接告訴你是「不平衡」、「不對心」還是「鬆動」，並給出嚴重度與維修建議。	True Peak (實際峰值): 特別針對早期的軸承損壞檢測優化，比一般RMS更能抓到軸承敲擊訊號 。
功能亮點	內建雷射轉速計、三軸加速規(效率高)。	支援路徑巡檢、頻譜分析(FFT)、內建照相機記錄現場。
適用場景	預算充足，需要立即得知故障原因但缺乏資深震動專家的團隊。	需要深入分析頻譜、執行例行巡檢路徑，且追求高C/P值的專業團隊。

七、常見故障與震動量測手法

當震動量測數值超出標準（例如進入 ISO Zone C 或 Zone D）時，我們只知道設備「出現異常」，但仍無法判斷問題發生在哪個部位。

此時就需要進一步進行「頻率分析」，也就是透過 FFT（頻譜分析）來找出故障來源。

在實務上，這通常需要具備頻譜分析功能的設備，例如：vPod Pro/ TPI 9080/ Fluke 810

為什麼需要頻譜分析？

可以將震動想像成一場合唱。當某個人走音時，整體聽起來會變得混亂，但無法直接判斷是哪個人出了問題。
頻譜分析的作用，就是將聲音拆解成不同頻率，讓我們可以辨識：是在哪一個頻率（對應哪個零件）發生異常。

7.1 四大常見故障特徵

在分析震動時，通常會以設備的轉速（1X RPM）作為基準，觀察問題出現在幾倍轉速的位置。

（1）不平衡（Unbalance）

• 頻譜特徵：震動主要集中在 1 倍轉速（1X RPM）
• 現象：如同洗衣機脫水時衣物集中在同一側。轉軸每轉一圈，那個「重物」就會甩出來甩去，重重地捶打機殼一次。偏重點就會對機殼產生一次作用力。
• 分析重點：如果頻譜圖上，1X 振幅特別高，其他頻率相對較低。常見原因髒污積灰塵，或是配重塊掉了。

（2）不對心（Misalignment）

• 頻譜特徵：常出現在 1X、2X、3X 轉速，尤其是2X (2倍頻)最明顯。
• 現象：馬達與負載設備軸心未對齊，連接處在每轉一圈時會產生兩次拉扯。就像兩個人牽手但手臂被扭扯。
  轉軸每轉一圈，連接器就會互相「折」兩次（上下一次、左右一次），產生2倍速的拉扯力。
• 分析重點：不對心通常會產生很強的「軸向震動」(沿著轉軸方向)。如果量測時發現軸向震動大於徑向（垂直/水平），這台機器絕對需要重新對心。

（3）機械鬆動（Looseness）

• 頻譜特徵：頻譜上出現大量的諧波 (Harmonics) (3X, 4X, 5X...)，頻譜看起來很雜亂。
• 現象：當結構鬆動時，運轉中會產生反覆撞擊與間隙振動。
  想像你拿一個鐵鎚在鐵桌上敲，因為沒鎖緊，每敲一下就會產生一連串「喀啦喀啦」的連續回音。
• 分析重點：頻譜圖看起來會像一把「梳子」，有很多根間距相同的柱子排排站。趕快去檢查底座或外殼的螺絲！

（4）軸承損壞（Bearing Fault）

• 頻譜特徵：落在非常高的頻率區段，而且常常不是整數倍（非同步），還會伴隨「邊頻 (Side-band)」。
• 現象：軸承內部出現缺陷時，滾動體經過缺陷位置會產生衝擊。軸承的軌道上出現了坑洞，裡面的幾十顆鋼珠每滾過那個坑洞一次，就會「喀」一聲。因為鋼珠很多顆，所以頻率極高。
• 分析重點：軸承剛壞時，整體的低頻震動完全看不出來，必須依賴高頻的「加速度峰值」或特殊技術來抓漏。(如：G-TECH 的「True Peak」或Fluke的「CF+」數值升高)

7.2 快速判斷原則

·  1X 明顯 → 不平衡

·  2X 明顯 → 不對心

·  多倍頻 → 鬆動

·  高頻衝擊 → 軸承問題

八、常見問題（FAQ）

Q1：震動感測器應量測在哪裡？

A: 應量測在軸承座 (Bearing Housing) 上，因為這裡是支撐轉軸受力最大的地方。測點應包含：垂直(V)、水平(H)與軸向(A)三個方向，以全面診斷問題 。

Q2：為什麼軸承要看加速度而不是速度？

A: 速度(RMS)反映的是整體的破壞能量，但軸承早期的損傷（如微小剝落）產生的是短暫、高頻的衝擊波。這些衝擊波在RMS平均下會被稀釋，必須用加速度的峰值(True Peak / Crest Factor) 才能敏銳地捕捉到。

Q3：量測頻率應該怎麼安排？

A: 這取決於設備的重要性。

• 關鍵設備: 建議安裝在線監測或每週/每月巡檢。
• 一般設備: 每月或每季巡檢。
• 重點是建立趨勢(Trending) : 單次的數值高低不如「數值是否在短期內急劇升高」來得重要 。

Q4：震動量測設備選購重點是什麼？

A: 挑選時請務必看懂以下三個決定性的規格差異：

1. 高頻分析能力(抓軸承的關鍵)：許多便宜的震動計只能測到1000 Hz（只能看ISO標準）。若要提早抓到軸承與齒輪的初期損壞，感測器與儀器的高頻寬段能力必須達10,000Hz甚至更高。
2. 專家診斷演算法：請選擇具有「自動診斷引擎」的機種（如：Fluke 810會直接顯示結果：不對心-嚴重），或是具備單一評估指數的機種（如：Fluke的CF+指數、TPI的 BDU數據或G-TECH的True-peak數據），讓第一線人員能快速判斷好壞。
3. 感測器的類型(決定數據的真實性)：平價機型通常是金屬探針，靠人手用力壓，角度稍微偏掉或力道不同，就會影響數值的準確性。專業的高階機型會透過硬體設計來徹底消除「人為誤差」。選購時請看機台是否具備以下硬體特徵：
   
        -高強度磁吸式底座： 確保感測器能牢牢吸附在機殼上，穩定精準地傳遞來自軸承或齒輪的高頻微弱訊號，避免手震干擾（例如:G-TECH vPod Pro的配置）。
         -壓力感測與補償設計： 探頭內部具備感測器，結合機身的彩光指示燈（綠色/紅色），主動提醒巡檢員按壓的力道與角度對不對，將人為測量偏差降到最低（例如:Fluke 805的創新探頭設計）。
   -三軸加速規設計：測一次同時抓取垂直、水平、軸向三個維度的數據，量測時間比傳統單軸感測器大幅減少2/3（例如:Fluke 810的硬體配置）。

Q5：TPI 9080 的BDU 是什麼？

A: BDU (Bearing Damage Unit) 是 TPI 定義的軸承損壞單位。

• 100 BDU=1g (RMS)的高頻震動。

一般標準：低於50 BDU為良好；超過100 BDU則表示軸承可能已磨損，需密切監控。

九、結論

震動量測的目的，不只是取得數據，而是透過數據理解設備的運轉狀態。

透過位移、速度與加速度三種指標，可以從不同層面觀察設備行為，並結合頻譜分析與標準判讀，進一步找出問題來源。

在實務應用中，應建立持續監測與趨勢分析機制，並搭配適當的量測工具與診斷方法，以提升設備可靠度並降低停機風險。

---

版權所有，翻印必究

※欲知更多歡迎電洽02-2286-0188或是 email: sales@pdic.com.tw

※更多產品詳情：
機械振動/狀態檢測 G-TECH
機械振動/狀態檢測 BENSTONE