Comprensión de los acelerómetros de modo voltaje
A acelerómetro en modo de tensión es un acelerómetro piezoeléctrico con electrónica de acondicionamiento de señal incorporada que convierte la carga eléctrica de alta impedancia del cristal piezoeléctrico en una salida de tensión de baja impedancia. El término es esencialmente sinónimo de Acelerómetro IEPE (Integrated Electronics Piezo-Electric) y con ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, una marca comercial de PCB Piezotronics). La etiqueta “modo tensión” simplemente subraya que el sensor suministra una tensión (normalmente milivoltios por g) en lugar de una carga (picoculombios por g), lo que lo diferencia del antiguo diseño de modo carga. Reconociendo que el modo de voltaje, IEPE e ICP describen fundamentalmente lo mismo transductor facilita enormemente la navegación por las fichas técnicas y la documentación técnica de los productos.
Las unidades de modo de tensión se han convertido en la norma dominante en la industria. vibración medición -más de 95% de aplicaciones- gracias a su sencillez (no requieren amplificador externo), su facilidad de uso (una simple conexión de dos hilos) y su bajo coste. Son los sensores más utilizados en la mayoría de las aplicaciones modernas. monitoreo de vibraciones y diagnósticos.
1. Funcionamiento de la electrónica integrada
La característica definitoria es un amplificador microelectrónico integrado en la carcasa del sensor, situado inmediatamente después del elemento piezoeléctrico:
- Conversión de carga a voltaje: un FET o un pequeño amplificador IC convierte la carga de alta impedancia del cristal en una tensión de baja impedancia justo en la fuente, antes de que la señal llegue a viajar por un cable.
- Potencia de corriente constante: el amplificador se alimenta con una corriente constante suministrada por el instrumento de medición: los mismos dos cables transportan tanto la corriente continua de entrada como la señal de corriente alterna de salida.
- Sesgo y señal juntos: el aceleración La señal se transmite como un voltaje de CA sobre un voltaje de polarización de CC en esa única salida.
Dado que la conversión de impedancia se produce en el interior del sensor, se elimina el largo y frágil cable portador de carga que afectaba a los diseños anteriores, y con él la mayor parte del ruido y la sensibilidad de manejo que lo acompañaban.
2. Formato de salida y requisitos de alimentación
Formato de salida
- Sensibilidad: normalmente 10-1000 mV/g.
- Valor común: 100 mV/g es la norma del sector.
- Tipo de señal: Tensión alterna proporcional a la aceleración.
- Impedancia de salida: baja, generalmente inferior a 100 ohmios.
Requisitos de energía
- Corriente constante: 2-20 mA típico, con 4 mA por defecto común.
- Tensión de alimentación: 18-30 VDC.
- Tensión de polarización: 8-12 VDC en la salida.
- Esquema de dos hilos: la alimentación y la señal comparten un cable coaxial.
3. Ventajas
Simplicidad del sistema
- Sin externo amplificador de carga se requiere.
- El sensor se conecta directamente al instrumento.
- Menor coste total del sistema.
- Menos componentes y, por tanto, menos puntos de fallo.
Capacidad del cable
- La baja impedancia de salida permite largas tiradas de cable de hasta 300 m.
- Se puede utilizar un cable coaxial estándar de bajo coste.
- Buena inmunidad al ruido eléctrico captado a lo largo del recorrido.
- Instalación flexible y tolerante.
Facilidad de uso
- Funcionamiento plug-and-play sencillo.
- Configuración mínima.
- Una interfaz normalizada y ampliamente soportada.
- Amplia compatibilidad entre instrumentos y recopiladores de datos.
4. Comparación con los acelerómetros de carga
El equilibrio entre el modo de tensión y el modo de carga depende del entorno operativo.
| Aspecto | Modo de tensión (IEPE/ICP) | Modo de carga |
|---|---|---|
| Complejidad del sistema | Sencillo: sin amplificador externo | Requiere un amplificador de carga externo |
| Costo | Más bajo | Más alto |
| Cable | Recorridos largos, coaxial estándar, buena inmunidad al ruido | Cable corto especial de bajo ruido |
| Temperatura máxima | Hasta ~175°C (límite de la electrónica) | A ~650°C |
| Entornos especiales | Limitado | Resistente a la radiación (nuclear); sin componentes electrónicos activos que fallen |
En resumen, el modo de tensión cubre el 95%+ de las aplicaciones industriales, mientras que el modo de carga está reservado para el nicho en el que la temperatura de funcionamiento supera los 175°C o hay radiaciones ionizantes que destruirían la electrónica incorporada.
5. Especificaciones comunes
Opciones de sensibilidad
- 10 mV/g: vibraciones y choques fuertes (en torno a ±500 g).
- 50 mV/g: uso general (rango de ±100 g).
- 100 mV/g: estándar de la industria (alrededor de ±50 g de rango).
- 500-1000 mV/g: trabajo de precisión con pocas vibraciones (intervalo aproximado de ±5-10 g).
El valor correcto depende de las amplitudes que espere; convertir entre un voltaje de salida y una aceleración física para un dispositivo dado es exactamente lo que un Calculadora de sensibilidad de sensores de vibración sirve, y se relaciona directamente con la sensibilidad declarada del sensor sensibilidad.
Respuesta en frecuencia
- Límite de baja frecuencia: aproximadamente 0,5-5 Hz en el punto de -3 dB (acoplado a CA).
- Límite de alta frecuencia: aumenta hacia la resonancia montada, que se sitúa entre 10 y 70 kHz en función del tamaño del sensor.
- Banda utilizable: generalmente hasta aproximadamente un tercio de la frecuencia de resonancia.
Temperatura nominal
- Estándar: -50 a +120°C.
- Extendido: -50 a +150°C.
- Alta temperatura: -50 a +175°C.
- Por encima de 175°C se requiere un sensor de modo de carga.
6. Variantes, envases y términos equivalentes
Variaciones de diseño
- IEPE en modo de compresión (la más común, económica).
- Modo de corte IEPE (premium, con mejor inmunidad a la deformacion de la base y a los transitorios termicos).
- Salida diferencial (rechazo en modo común mejorado).
- Variantes de bajo ruido (ruido de fondo ultrabajo para mediciones de precisión).
Tipos de envases
- Industrial (hermético y resistente).
- En miniatura (para lugares con espacio limitado).
- Triaxial (tres ejes ortogonales en un cuerpo).
- Subminiatura (menos de 10 gramos, para estructuras ligeras).
Términos equivalentes que encontrará
- Modo tensión: el descriptor genérico.
- IEPE: Electrónica integrada Piezoeléctrica: el término genérico estándar.
- ICP®: Circuito integrado piezoeléctrico: marca registrada de PCB Piezotronics.
- CCLD: Accionamiento de línea de corriente constante - Terminología Brüel & Kjær.
- Deltatron®: una marca de Brüel & Kjær.
- Todas las anteriores: fundamentalmente la misma tecnología: un elemento piezoeléctrico y un sistema electrónico integrado que funcionan con corriente constante.
7. Buenas prácticas sobre el terreno
Para el trabajo diario con maquinaria rotativa, un sensor hermético de 100 mV/g de calidad industrial es la opción más sensata; elija la temperatura adecuada para el lugar y un cuerpo sellado para entornos contaminados o húmedos. El montaje es muy importante, ya que la forma en que se fija el sensor determina la frecuencia superior utilizable:
- Montaje de perno para las mediciones de mayor frecuencia y repetibilidad.
- Adhesivo para instalaciones semipermanentes.
- Base magnética para inspecciones rápidas de rutas - práctico, pero reduce la resonancia y, por tanto, el ancho de banda utilizable.
- Correcto montaje del sensor por ISO 5348 es fundamental; puede estimar cómo un método de montaje determinado desplaza la resonancia de montaje con un Calculadora de resonancia para el montaje de acelerómetros.
Mantenga el sensor calibrado - anualmente para máquinas críticas - inspeccione los cables, verifique el montaje y realice una comprobación rápida del funcionamiento antes de cualquier medición importante; periódica calibración es lo que mantiene la trazabilidad de las lecturas. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A está diseñado para alimentar exactamente estos modos de tensión IEPE/ICP acelerómetros a través de su cable de dos hilos, suministrando la corriente constante y leyendo directamente la señal de milivoltios por g, por lo que se puede utilizar directamente un sensor estándar de 100 mV/g para la medición y el equilibrado de vibraciones sobre el terreno.
Los acelerómetros en modo tensión (IEPE/ICP) son los sensores más utilizados en la moderna monitorización industrial de vibraciones, ya que combinan el alto rendimiento de la transducción piezoeléctrica con la electrónica integrada para ofrecer simplicidad y fiabilidad. Su predominio refleja el equilibrio óptimo entre rendimiento, coste y facilidad de uso en la gran mayoría de aplicaciones de diagnóstico y control del estado de maquinaria rotativa.
