Laadimisvõimendi mõistmine
A laadimisvõimendi on elektrooniline signaalitöötlusseade, mis muundab laengurežiimianduri väikese suure impedantsiga laenguväljundi - mida mõõdetakse pikokulombides (pC) - piesoelektriline kiirendusmõõtur madala impedantsiga pingeks, mis sobib kaabeldamiseks ja mõõteriista jaoks. Sisuliselt on see täppislaengu-pinge muundur ja võimendi ning just see teeb laengurežiimis mõõtmise praktiliseks. Laengurežiimi andurites ei ole sisseehitatud elektroonikat, mistõttu need taluvad äärmuslikke temperatuure ja raskeid keskkonnatingimusi, kus IEPE kiirendusmõõtur tavaline IEPE-andur lihtsalt ei töötaks.
Laenguvõimendid on tavapärases tööstuslikus seires palju vähem levinud kui varem - iseseisev IEPE-andur on need peaaegu kõikjal välja tõrjunud -, kuid nad on endiselt olulised kõikjal, kus andurielektroonika ei saa üle elada: üle 175 °C, tuumakiirgusväljadel ja teatud iseenesest ohututes seadeldistes. Seetõttu on laenguvõimendi toimimise mõistmine oluline nii kõrge temperatuuriga vibratsioon järelevalve ja vanemate mõõtesüsteemide töös hoidmiseks.
1. Tööpõhimõte
Laadimis-pinge muundamine
Piesoelektriline kristall tekitab elektrilise laengu Q proportsionaalselt kiirendus vastavalt sellele, kui suur jõud sellele mõjub. See laeng liigub mööda spetsiaalset madala müratasemega kaablit võimendisse, kus operatsioonivõimendi integreerib selle tagasisidekondensaatorile. Väljundpinge on siis lihtsalt:
V = Q / Ctagasiside
Kuna võimenduse määrab tagasisidekondensaator - mitte kaabel -, saadakse puhas madala impedantsiga pinge, tavaliselt kuni ±10 V täisskaalal, mis suudab toita pikki kaablitrasse ilma täpsust kaotamata.
Peamised vooluahela omadused
- Väga kõrge sisendimpedants (suurem kui 1012 Ω), et väärtuslik laeng ei lekiks enne mõõtmist ära.
- Tagasiside kondensaator määratleb võimenduse ja seega ka süsteemi tundlikkus.
- Tagasisidetakisti määrab madalate sageduste ärajuhtimise (kõrgpääsunurk).
- Madala müratasemega disain, mis on kriitiline, sest sisendsignaal on nii nõrk.
- Mitu võimenduse seadistust nii et üks võimendi võib teenindada erineva tundlikkusega andureid.
2. Miks valida laadimisrežiimiga süsteem
Kogu põhjus, miks leppida laenguvõimendi lisariistvaraga, on selle kaudu kasutatava anduri võimekus:
- Ekstreemne temperatuur: Laadimisrežiimiga andurid töötavad kuni 650 °C ja mõned kuni 1000 °C, sest nende sees ei ole pooljuhte, mis küpseksid. See on hädavajalik heitgaasisüsteemide, ahjude, põletusahjude ja mootoritestide puhul - IEPE-andur on piiritletud 175 °C lähedal.
- Kiirguskindlus: kuna anduri peas puudub aktiivne elektroonika, sobivad laengurežiimiseadmed tuumakeskkonda, kus IEPE-elektroonika häviks.
- Kaablite vahetatavus: kuna võimendus sõltub pigem tagasiside kondensaatorist kui kaablist, saab kaabli pikkust muuta piirides ilma ümberkalibreerimiseta - see on kasulik paindlikkus paigaldamise ajal.
3. Puudused ja praktilised probleemid
Nendel eelistel on reaalne hind, mistõttu on laengurežiim nüüd pigem spetsialistide valik:
- Süsteemi keerukus: eraldi väline võimendi lisab kulusid, lisab mahtu ja lisarikkeid ning seadistamine on keerulisem kui plug-and-play IEPE ahelas.
- Nõuded kaablile: süsteem nõuab spetsiaalset madala müratasemega kaablit, sest tavaline kaabli liikumine tekitab kõrvalise laengu läbi triboelektriline efekt. Kaabel tuleb kinni klammerdada, et vältida selle paindumist, see maksab rohkem kui tavaline koaksiaalkaabel ja on üldiselt piiratud umbes 100 m pikkusega.
- Tundlikkus niiskuse suhtes: väga kõrge impedants, millele konstruktsioon tugineb, on samuti haavatav isolatsioonitakistuse languse suhtes. Niiskuse sissetung põhjustab signaali triivi ja müra, seega on hea tihendus ja kaabli seisukord väga oluline.
4. Millal kasutada laadimisrežiimi - ja millal mitte
Tõeliselt vajalik
- Kõrge temperatuur: üle 175 °C - heitgaasisüsteemid, ahjud, põletusahjud, mootorite katsetamine.
- Tuumakeskkonnad: kiirgustasemed, mis ületavad sensori elektroonika taluvust.
- Plahvatusohtlikud atmosfäärid: olemuslikult ohutud andurid, mille peas puudub aktiivne elektroonika.
- Uuringud: spetsiaalsed katsed, mis sõltuvad laadimisrežiimi omadustest.
Parem vältida
- Standardne tööstuslik seisundi jälgimine - kasutage selle asemel IEPE-d.
- Pikad kaablitrassid läbi elektriliselt mürarikka tehase.
- Piiratud eelarvega projektid, kuna laadimisvõimendid on kallid.
- Rutiinne marsruudipõhine töö, mille puhul ei ole täiendav keerukus põhjendatud.
5. Omadused, seadistamine ja kalibreerimine
Tüüpiline laenguvõimendi pakub reguleeritavat võimendus/tundlikkus - tavaliselt vahemikus umbes 0,1 kuni 1000 mV/pC, nii et sama seade võib teenindada paljusid andureid, kui see on kalibreeritud kasutatava anduri järgi - ning lisaks sageduskarakteristiku juhtimine reguleeritava kõrgpääsunurga (sageli 0,1-10 Hz), madalpääsunurga kaudu aliasinguvastane filter, ja mõnikord sisseehitatud integreerimine või eristamine kiiruse või nihke edastamiseks. Selle madala impedantsiga väljund juhib pikki kaableid - tavaliselt ±10 V - ja võib toita rohkem kui ühte instrumenti.
Seadistamine käib selges järjekorras: ühendage andur õige madala müratasemega kaabliga; seadke võimendus vastavusse anduri laengutundlikkusega; määrake rakendusele sobivad kõrg- ja madalpääsu piirid; suunake väljund analüsaatorisse; ning lõpuks kontrollige kogu ahel otsast lõpuni teadaoleva ergutusega. Seda kontrolli tehakse tavaliselt vibrolaual, käsikalibraatoriga või võrdlusanduriga kõrvuti võrreldes - kontrollides nii tundlikkust kui ka sageduskarakteristikut. Uue kalibreerimissertifikaat kalibreerimistunnistuse väljastamine pärast seda sammu säilitab mõõtmiste jälgitavuse - just see distsipliin on iga usaldusväärse kalibreerimine kalibreerimisrežiimi alus.
6. Kaasaegsed suundumused ja laenguvõimendi tänapäevane sobivus
Kasutuse trajektoor on langev: IEPE on asendanud laengurežiimi valdavas enamuses rakendustes, sest see on lihtsam, odavam ja kergem kasutusele võtta, ning mõned ettevõtted lõpetavad laengurežiimi süsteemide kasutamise aktiivselt. Siiski on jäänud kindel tuumikülesannete ring — kõrgetemperatuuriline seire gaasiturbiinidel ja mootoritel, tuumaelektrijaamad, uurimislaborid, täppismõõtmised, mis kasutavad laengurežiimi omadusi, ja pärandpaigaldiste hooldus. Enamiku välitööde puhul on praktiline alternatiiv sisseehitatud elektroonikaga iseseisev andur — IEPE või MEMS kiirendusandur — mis toidab kaasaskantavat instrumenti. See Balanset-1A, näiteks tarnitakse kahe analoogse MEMS kiirendusanduriga, mida insener kasutab järgmise mõõtmiseks: amplituud ja faas ja tasakaalustada rootor oma laagrites ilma laenguvõimendi sisendetapita. Laenguvõimendi on seega spetsiaalne tööriist: keerukas ja kulukas, kuid ainus viis viia andur sinna, kuhu tavaline elektroonika ei saa kaasa minna.
