Разбиране на усилвателите на заряда
Определение: Какво е усилвател на заряд?
Усилвател на заряда е електронно устройство за обработка на сигнали, което преобразува изходния заряд с висок импеданс (измерен в пикокулони, pC) от режим на зареждане пиезоелектрични акселерометри в нискоимпедансен изходен напреженов сигнал, подходящ за предаване по кабели и обработка от измервателни уреди. Усилвателят на заряда действа като импедансен преобразувател и усилвател, което позволява използването на сензори в режим на заряд, които могат да работят при екстремни температури и тежки условия, където IEPE акселерометри би се провалил.
Макар и по-рядко срещани в рутинния индустриален мониторинг (заменени от по-прости IEPE сензори), усилвателите на заряд остават от съществено значение за специализирани приложения, изискващи екстремни температурни възможности (над 175°C), ядрени среди или ситуации, където сензорната електроника не може да се толерира. Разбирането на работата на усилвателя на заряд е важно за високотемпературни приложения. вибрация системи за мониторинг и исторически измервания.
Принцип на действие
Преобразуване на заряд в напрежение
- Пиезоелектричният сензор генерира заряд (Q), пропорционален на ускорението
- Заряд, събран върху специален нискошумов кабелен капацитет
- Усилвателят на заряда интегрира заряда, използвайки кондензатор за обратна връзка
- Изходно напрежение V = Q / Cобратна връзка
- Резултат: Изходно напрежение с нисък импеданс (обикновено ±10V пълна скала)
Ключови характеристики на веригата
- Много висок входен импеданс (>10^12 ома), за да се избегне изтичане на заряд
- Кондензаторът за обратна връзка определя усилването/чувствителността
- Резисторът за обратна връзка задава нискочестотния диапазон
- Дизайн с нисък шум, критичен за слаби сигнали
- Множество настройки на усилването за различна чувствителност на сензора
Предимства на системите за режим на зареждане
Възможност за екстремни температури
- Сензорите в режим на зареждане работят до 650°C (някои до 1000°C)
- Няма електроника в сензора, която да се повреди от топлината
- От съществено значение за изпускателните системи, пещите, двигателите
- IEPE ограничен до максимум ~175°C
Устойчивост на радиация
- Няма активна електроника в сензора
- Подходящ за ядрени среди
- IEPE електроника, повредена от радиация
Взаимозаменяемост на кабелите
- Може да променя дължината на кабела без повторно калибриране
- Заряд, нечувствителен към капацитета на кабела (в рамките на определени граници)
- Гъвкавост при монтажа
Недостатъци и предизвикателства
Сложност на системата
- Изисква отделен външен усилвател на заряд (цена, размер)
- Повече компоненти = повече потенциални точки на повреда
- Настройката и конфигурацията са по-сложни от IEPE
Изисквания за кабели
- Трябва да се използва специален кабел с ниско ниво на шум
- Движението на кабела може да генерира шум (трибоелектричен ефект)
- Кабелът трябва да бъде закрепен, за да се предотврати вибрация
- По-скъп от стандартния коаксиален
- Практическо ограничение на дължината обикновено ~100 м
Чувствителност към влага
- Висок импеданс, чувствителен към изолационното съпротивление
- Влагата може да причини отклонение на сигнала или шум
- Изисква добро уплътнение и състояние на кабела
Кога да използвате режим на зареждане
Необходими приложения
- Висока температура: >175°C (изпускателни системи, пещи, сушилни, изпитване на двигатели)
- Ядрени среди: Радиация, превишаваща допустимата стойност за електрониката
- Експлозивни атмосфери: Искробезопасни сензори без активна електроника
- Изследване: Специализирано тестване, изискващо характеристики на режим на зареждане
Не се препоръчва, когато
- Стандартен индустриален мониторинг (използвайте IEPE вместо това)
- Дълги кабелни трасета в електрически шумна среда
- Бюджетни ограничения (скъпи усилватели на заряд)
- Рутинно наблюдение на състоянието (сложността не е оправдана)
Характеристики на усилвателя на заряда
Настройки за усилване/чувствителност
- Регулируем, за да съответства на чувствителността на сензора
- Типични диапазони: 0,1-1000 mV/pC
- Позволява използването на различни сензори с един и същ усилвател
- Трябва да се калибрира за използвания сензор
Контрол на честотната характеристика
- Регулируемо срязване на високочестотния филтър (типично 0,1-10 Hz)
- Нискочестотен филтър за анти-алиасинг
- Функции за интегриране/диференциране
- Оптимизиран за изискванията на приложението
Възможност за кабелно задвижване
- Нискоимпедансният изход захранва дълги кабели към инструментите
- Типично ±10V изход
- Може да управлява няколко инструмента, ако е необходимо
Настройка и калибриране
Конфигурация
- Свържете сензора към усилвателя на заряда с нискошумов кабел
- Настройте усилването на усилвателя така, че да съответства на чувствителността на сензора
- Задаване на честотен диапазон (високочестотни и нискочестотни филтри)
- Свържете изхода на усилвателя към измервателния уред
- Проверете калибрирането от край до край с известно възбуждане
Проверка на калибрирането
- Калибриране на масата за разклащане
- Преносим калибратор (ръчен възбудител)
- Сравнение с референтен сензор
- Проверете чувствителността и честотната характеристика
Модерни тенденции
Намаляваща употреба
- IEPE е заменил режима на зареждане в повечето приложения
- По-просто, по-евтино, по-лесно за употреба
- Режимът на зареждане е ограничен до специализирани приложения
- Някои съоръжения постепенно премахват системите за режим на зареждане
Оставащи приложения
- Мониторинг на високи температури (газови турбини, двигатели)
- Атомни електроцентрали
- Изследователски лаборатории
- Прецизни измервания, изискващи предимствата на режима на зареждане
- Поддръжка на стари системи
Усилвателите на заряд са специализирани устройства за кондициониране на сигнала, които позволяват използването на пиезоелектрични акселерометри в режим на заряд в екстремни условия, където IEPE сензорите не могат да работят. Въпреки че тяхната сложност и цена ги ограничават до специализирани приложения, разбирането на работата на усилвателите на заряд остава важно за наблюдение на вибрации при висока температура и поддържане на стари измервателни системи в промишлени съоръжения.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 