Spannungsmodus-Beschleunigungsmesser verstehen
Definition: Was ist ein Spannungsmodus-Beschleunigungsmesser?
Spannungsmodus-Beschleunigungsmesser ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser mit eingebauter Signalaufbereitungselektronik, die die hochohmige Ladung des piezoelektrischen Elements in eine niederohmige Ausgangsspannung umwandelt. Dieser Begriff ist im Wesentlichen gleichbedeutend mit IEPE-Beschleunigungsmesser (Integrated Electronics Piezo-Electric) und ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, eine Marke von PCB Piezotronics). Die Bezeichnung “Spannungsmodus” betont, dass die Ausgabe Spannung (normalerweise mV pro g) und keine Ladung (pC pro g) ist, was sie von Beschleunigungsmessern im Ladungsmodus unterscheidet.
Spannungsmodus-Beschleunigungssensoren sind zum überwältigenden Standard in der Industrie geworden Vibration Überwachung, die aufgrund ihrer Einfachheit (kein externer Verstärker erforderlich), Benutzerfreundlichkeit (einfache Zweidrahtverbindung) und Kosteneffizienz für über 95% Anwendungen eingesetzt wird. Das Verständnis, dass sich Spannungsmodus, IEPE und ICP im Wesentlichen auf dieselbe Technologie beziehen, erleichtert die Navigation in Produktspezifikationen und Literatur.
Hauptmerkmale
Integrierte Elektronik
- Im Sensorgehäuse eingebauter mikroelektronischer Verstärker
- Wandelt hochohmige Ladung in niederohmige Spannung um
- Verwendet normalerweise FET- oder IC-Verstärker
- Stromversorgung durch Konstantstrom vom Messgerät
Ausgabeformat
- Empfindlichkeit: Typischerweise 10–1000 mV/g
- Gemeinsam: 100 mV/g Industriestandard
- Signaltyp: Wechselspannung proportional zur Beschleunigung
- Impedanz: Niedrig (< 100 Ohm Ausgangsimpedanz)
Strombedarf
- Konstantstrom: 2–20 mA typisch (4 mA gemeinsam)
- Versorgungsspannung: 18-30 VDC
- Vorspannung: 8-12 VDC am Ausgang
- Zweidraht: Strom und Signal auf demselben Kabel
Vorteile
System-Einfachheit
- Keine externen Ladungsverstärker erforderlich
- Direkte Verbindung zum Instrument
- Niedrigere Gesamtsystemkosten
- Reduzierte Komplexität und Fehlerquellen
Kabelkapazität
- Niederohmige Antriebe für lange Kabel (bis 300 m)
- Standardmäßiges, preiswertes Koaxialkabel
- Gute Störfestigkeit
- Flexible Installation
Benutzerfreundlichkeit
- Einfache Plug-and-Play-Bedienung
- Minimale Einrichtung erforderlich
- Standardisierte Schnittstelle
- Weitgehend kompatibel mit Instrumenten
Vergleich mit dem Lademodus
Vorteile des Spannungsmodus (IEPE).
- Einfacheres System (kein externer Verstärker)
- Geringere Kosten
- Lange Kabellängen möglich
- Bessere Störfestigkeit
- Einfacher zu verwenden
Vorteile des Lademodus
- Höhere Temperaturbeständigkeit (bis 650 °C statt 175 °C)
- Strahlungshärte (nukleare Anwendungen)
- Keine aktive Elektronik, die ausfallen kann
- Nur für Spezialanwendungen
Auswahl
- Spannungsmodus: 95%+ für industrielle Anwendungen
- Lademodus: Nur bei Temperaturen > 175°C oder Strahlung
Gemeinsame Spezifikationen
Empfindlichkeitsoptionen
- 10 mV/g: Starke Vibrationen, Stöße (±500 g Bereich)
- 50 mV/g: Allgemeiner Zweck (±100 g Bereich)
- 100 mV/g: Industriestandard (±50 g Bereich)
- 500-1000 mV/g: Geringe Vibration, Präzision (±5–10 g Bereich)
Frequenzgang
- Niedrige Frequenz: 0,5–5 Hz (-3 dB, AC-gekoppelt)
- Hochfrequenz: bis zur Resonanz (10-70 kHz je nach Größe)
- Nutzbar bis 1/3 Resonanzfrequenz
Temperaturbereich
- Standard: -50 bis +120 °C
- Erweitert: -50 bis +150 °C
- Hohe Temperatur: -50 bis +175 °C
- Über 175 °C: Lademodus erforderlich
Varianten und Technologien
Designvarianten
- Kompressionsmodus IEPE (am häufigsten und wirtschaftlichsten)
- Schermodus IEPE (Premium, bessere Leistung)
- Differenzieller Ausgang (bessere Gleichtaktunterdrückung)
- Geräuscharm (extrem niedriges Grundrauschen für Präzision)
Pakettypen
- Industriell (hermetisch abgedichtet, robust)
- Miniatur (kleine Größe für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot)
- Triaxial (drei orthogonale Achsen in einem Paket)
- Subminiatur (< 10 Gramm)
Klärung der Terminologie
Gleichwertige Begriffe
- Spannungsmodus: Generischer Deskriptor
- IEPE: Integrierte Elektronik Piezoelektrisch (Standardbegriff)
- ICP®: Integrierter piezoelektrischer Schaltkreis (Marke PCB Piezotronics)
- CCLD: Konstantstrom-Leitungsantrieb (Brüel & Kjær-Begriff)
- Deltatron: Markenname Brüel & Kjær
- Alle: Grundsätzlich gleiche Technologie mit eingebauter Elektronik und Konstantstromversorgung
Bewährte Methoden
Auswahl
- 100 mV/g Empfindlichkeit für allgemeine Maschinen
- Industrietaugliches Gehäuse für raue Umgebungen
- Geeignete Temperaturklasse für die Anwendung
- Hermetisch abgedichtet für kontaminierte Umgebungen
Einrichtung
- Bolzenhalterung für Hochfrequenzmessungen
- Klebstoff für semipermanente Installationen
- Magnetisch für Streckenvermessungen
- Richtig Montage entscheidend für die Leistung
Wartung
- Periodisch Kalibrierung (jährlich bei kritischen Fällen)
- Kabelinspektion
- Montageprüfung
- Funktionsprüfungen vor kritischen Messungen
Spannungsbeschleunigungssensoren (IEPE/ICP) sind die wichtigsten Sensoren der modernen industriellen Schwingungsüberwachung. Sie kombinieren die Vorteile der piezoelektrischen Wandlertechnik mit integrierter Elektronik für einfache Handhabung und Zuverlässigkeit. Ihre Vorherrschaft in diesem Bereich spiegelt das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung, Kosten und Benutzerfreundlichkeit für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen zur Zustandsüberwachung und Diagnose rotierender Maschinen wider.
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