Pochopení zesilovačů náboje
Definice: Co je to zesilovač náboje?
Zesilovač náboje je elektronické zařízení pro úpravu signálu, které převádí vysokoimpedanční nábojový výstup (měřeno v pikocoulombech, pC) z nabíjecího režimu piezoelektrické akcelerometry na nízkoimpedanční napěťový výstup vhodný pro přenos po kabelech a zpracování měřicími přístroji. Zesilovač náboje funguje jako impedanční převodník a zesilovač, což umožňuje použití senzorů v režimu náboje, které mohou pracovat za extrémních teplot a náročných podmínek, kde Akcelerometry IEPE by selhalo.
I když jsou v běžném průmyslovém monitorování méně běžné (nahrazeny jednoduššími IEPE senzory), nábojové zesilovače zůstávají nezbytné pro specializované aplikace vyžadující extrémní teplotní odolnost (nad 175 °C), jaderné prostředí nebo situace, kde nelze elektroniku senzorů tolerovat. Pochopení fungování nábojového zesilovače je důležité pro vysokoteplotní... vibrace monitorovací a historické měřicí systémy.
Princip fungování
Převod náboje na napětí
- Piezoelektrický senzor generuje náboj (Q) úměrný zrychlení
- Náboj sbíraný na speciálním nízkošumovém kabelu s kapacitou
- Zesilovač náboje integruje náboj pomocí zpětnovazebního kondenzátoru
- Výstupní napětí V = Q / C zpětná vazba
- Výsledek: Nízkoimpedanční napěťový výstup (obvykle ±10 V v plném rozsahu)
Klíčové vlastnosti obvodu
- Velmi vysoká vstupní impedance (>10^12 ohmů) pro zamezení úniku náboje
- Zpětnovazební kondenzátor definuje zesílení/citlivost
- Zpětnovazební rezistor nastavuje nízkofrekvenční odezvu
- Nízkošumová konstrukce je kritická pro slabé signály
- Více nastavení zesílení pro různé citlivosti senzoru
Výhody systémů nabíjecího režimu
Extrémní teplotní odolnost
- Snímače v režimu nabíjení fungují do 650 °C (některé až do 1000 °C)
- Žádná elektronika v senzoru by selhala vlivem tepla
- Nezbytné pro výfukové systémy, pece, motory
- IEPE omezena na maximálně ~175°C
Odolnost proti záření
- Žádná aktivní elektronika v senzoru
- Vhodné pro jaderné prostředí
- Elektronika IEPE poškozená radiací
Zaměnitelnost kabelů
- Lze změnit délku kabelu bez nutnosti rekalibrace
- Náboj necitlivý na kapacitu kabelu (v rámci limitů)
- Flexibilita při instalaci
Nevýhody a výzvy
Složitost systému
- Vyžaduje samostatný externí zesilovač náboje (cena, velikost)
- Více komponent = více potenciálních bodů selhání
- Nastavení a konfigurace složitější než IEPE
Požadavky na kabely
- Nutné použití speciálního kabelu s nízkým šumem
- Pohyb kabelu může generovat šum (triboelektrický jev)
- Kabel musí být zajištěn, aby se zabránilo vibracím
- Dražší než standardní koaxiální kabel
- Praktický limit délky obvykle ~100 m
Citlivost na vlhkost
- Vysoká impedance citlivá na izolační odpor
- Vlhkost může způsobit posun signálu nebo šum
- Vyžaduje dobré utěsnění a stav kabelu
Kdy použít režim nabíjení
Požadované aplikace
- Vysoká teplota: >175 °C (výfukové systémy, pece, vypalovací komory, testování motorů)
- Jaderné prostředí: Záření překračující toleranci elektroniky
- Výbušné atmosféry: Jiskrově bezpečné senzory bez aktivní elektroniky
- Výzkum: Specializované testování vyžadující charakteristiky nabíjecího režimu
Nedoporučuje se, když
- Standardní průmyslové monitorování (použijte místo toho IEPE)
- Dlouhé kabely v prostředí s elektrickým šumem
- Rozpočtová omezení (drahé zesilovače náboje)
- Rutinní monitorování stavu (složitost není odůvodněná)
Funkce zesilovače náboje
Nastavení zesílení/citlivosti
- Nastavitelné podle citlivosti senzoru
- Typické rozsahy: 0,1–1000 mV/pC
- Umožňuje použití různých senzorů se stejným zesilovačem
- Pro použitý senzor je nutné jej kalibrovat
Řízení frekvenční odezvy
- Nastavitelné omezení horní propusti (typicky 0,1–10 Hz)
- Nízkoprůchodový filtr pro anti-aliasing
- Integrační/derivační funkce
- Optimalizováno pro požadavky aplikace
Možnost kabelového pohonu
- Nízkoimpedanční výstup pohání dlouhé kabely k nástrojům
- Typický výstup ±10 V
- V případě potřeby lze ovládat více nástrojů
Nastavení a kalibrace
Konfigurace
- Připojte senzor k zesilovači nabíjení pomocí kabelu s nízkým šumem
- Nastavení zesílení zesilovače tak, aby odpovídalo citlivosti senzoru
- Nastavení frekvenčního rozsahu (hornoprůchodové a dolnoprůchodové filtry)
- Připojte výstup zesilovače k měřicímu přístroji
- Ověřte kalibraci od začátku do konce se známým buzením
Ověření kalibrace
- Kalibrace třepacího stolu
- Přenosný kalibrátor (ruční budič)
- Porovnání s referenčním senzorem
- Zkontrolujte citlivost a frekvenční odezvu
Moderní trendy
Klesající užívání
- IEPE nahradil režim nabíjení ve většině aplikací
- Jednodušší, levnější, snadnější použití
- Režim nabíjení je odsunut do specializovaných aplikací
- Některá zařízení postupně vyřazují systémy nabíjecího režimu
Zbývající aplikace
- Monitorování vysokých teplot (plynové turbíny, motory)
- Jaderné elektrárny
- Výzkumné laboratoře
- Přesná měření vyžadující výhody nabíjecího režimu
- Údržba starších systémů
Nábojové zesilovače jsou specializovaná zařízení pro úpravu signálu, která umožňují použití piezoelektrických akcelerometrů v nábojovém režimu v extrémních podmínkách, kde nemohou fungovat IEPE senzory. I když je jejich složitost a cena omezují na specializované aplikace, pochopení fungování nábojových zesilovačů zůstává důležité pro monitorování vibrací při vysokých teplotách a údržbu starších měřicích systémů v průmyslových zařízeních.
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 