Latausvahvistimien ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on latausvahvistin?
Latausvahvistin on elektroninen signaalinmuokkauslaite, joka muuntaa lataustilan korkeaimpedanssisen varauslähdön (mitattuna pikocoulombeina, pC) pietsosähköiset kiihtyvyysanturit matalaimpedanssiseen jännitelähtöön, joka soveltuu kaapeleiden kautta tapahtuvaan siirtoon ja mittauslaitteiden käsittelyyn. Latausvahvistin toimii impedanssimuuntimena ja vahvistimena, mikä mahdollistaa lataustilan antureiden käytön, jotka voivat toimia äärimmäisissä lämpötiloissa ja ankarissa olosuhteissa, joissa IEPE-kiihtyvyysanturit epäonnistuisi.
Vaikka varausvahvistimet ovat harvinaisempia rutiininomaisessa teollisuusvalvonnassa (korvattu yksinkertaisemmilla IEPE-antureilla), ne ovat edelleen välttämättömiä erikoissovelluksissa, jotka vaativat äärimmäistä lämpötilankestävyyttä (yli 175 °C), ydinvoimaympäristöissä tai tilanteissa, joissa anturielektroniikkaa ei voida sietää. Varausvahvistimen toiminnan ymmärtäminen on tärkeää korkeiden lämpötilojen valvonnassa. tärinä seuranta- ja historialliset mittausjärjestelmät.
Toimintaperiaate
Latauksen muuntaminen jännitteeksi
- Pietsosähköinen anturi tuottaa kiihtyvyyteen verrannollisen varauksen (Q)
- Varaus kerätään erityisellä matalakohinaisella kaapelikapasitanssilla
- Latausvahvistin integroi varauksen takaisinkytkentäkondensaattorin avulla
- Lähtöjännite V = Q / Ctakaisinkytkentä
- Tulos: Matalaimpedanssinen jännitelähtö (tyypillisesti ±10 V täydellä skaalalla)
Keskeiset piirin ominaisuudet
- Erittäin korkea tuloimpedanssi (>10^12 ohmia) varausvuotojen välttämiseksi
- Takaisinkytkentäkondensaattori määrittää vahvistuksen/herkkyyden
- Takaisinkytkentävastus asettaa matalataajuisen vasteen
- Vähäkohinaisen suunnittelun ansiosta heikko signaali on ratkaisevan tärkeää
- Useita vahvistusasetuksia eri anturiherkkyyksille
Lataustilajärjestelmien edut
Äärimmäisten lämpötilojen kestävyys
- Lataustilan anturit toimivat 650 °C:seen asti (jotkut 1000 °C:seen asti)
- Anturissa ei ole elektroniikkaa, joka voisi vikaantua kuumuuden vuoksi
- Välttämätön pakokaasujärjestelmille, uuneille ja moottoreille
- IEPE rajoitettu enintään ~175°C:een
Säteilynkestävyys
- Anturissa ei ole aktiivista elektroniikkaa
- Sopii ydinvoimaympäristöihin
- Säteilyn vaurioittamat IEPE-elektroniikkalaitteet
Kaapelien vaihdettavuus
- Kaapelin pituutta voi muuttaa ilman uudelleenkalibrointia
- Varaus ei ole herkkä kaapelin kapasitanssille (rajoissa)
- Joustavuutta asennuksessa
Haitat ja haasteet
Järjestelmän monimutkaisuus
- Vaatii erillisen ulkoisen latausvahvistimen (hinta, koko)
- Enemmän komponentteja = enemmän potentiaalisia vikaantumiskohtia
- Asennus ja konfigurointi monimutkaisempaa kuin IEPE
Kaapelivaatimukset
- On käytettävä erityistä matalakohinaista kaapelia
- Kaapelin liike voi aiheuttaa kohinaa (triboelektrinen ilmiö)
- Kaapeli on kiinnitettävä tärinän estämiseksi
- Kalliimpi kuin tavallinen koaksiaalikaapeli
- Käytännön pituusraja ~100 m tyypillisesti
Herkkyys kosteudelle
- Korkea impedanssi on herkkä eristysvastukselle
- Kosteus voi aiheuttaa signaalin ajautumista tai kohinaa
- Edellyttää hyvää tiivistystä ja kaapelin kuntoa
Milloin lataustilaa käytetään
Vaaditut sovellukset
- Korkea lämpötila: >175 °C (pakokaasujärjestelmät, uunit, polttouunit, moottorien testaus)
- Ydinympäristöt: Säteily ylittää elektroniikan sietokyvyn
- Räjähdysherkät ilmakehät: Luonnostaan turvalliset anturit ilman aktiivista elektroniikkaa
- Tutkimus: Lataustilan ominaisuuksia vaativat erikoistestit
Ei suositella, kun
- Teollisuuden vakiovalvonta (käytä IEPE:tä)
- Pitkät kaapelit kulkevat sähköisesti kohinaisessa ympäristössä
- Budjettirajoitukset (latausvahvistimet kalliita)
- Rutiinimainen kunnonvalvonta (monimutkaisuutta ei perusteltu)
Latausvahvistimen ominaisuudet
Vahvistus-/herkkyysasetukset
- Säädettävissä anturin herkkyyden mukaan
- Tyypilliset mittausalueet: 0,1–1000 mV/pC
- Mahdollistaa eri antureiden käytön samalla vahvistimella
- Anturi on kalibroitava käyttöä varten
Taajuusvasteen säätö
- Ylipäästösuodattimen katkaisutaso säädettävissä (tyypillisesti 0,1–10 Hz)
- Alipäästösuodin anti-aliasingiin
- Integrointi-/differentiointifunktiot
- Optimoitu sovellusvaatimuksiin
Kaapelikäyttöominaisuus
- Matalaimpedanssinen lähtö ohjaa pitkät kaapelit instrumentteihin
- Tyypillisesti ±10 V lähtö
- Voi tarvittaessa ohjata useita instrumentteja
Asennus ja kalibrointi
Kokoonpano
- Kytke anturi latausvahvistimeen hiljaisella kaapelilla
- Aseta vahvistimen vahvistus vastaamaan anturin herkkyyttä
- Aseta taajuusalue (ylipäästö- ja alipäästösuodattimet)
- Kytke vahvistimen lähtö mittauslaitteeseen
- Varmista päästä päähän -kalibrointi tunnetulla herätteellä
Kalibroinnin varmennus
- Tärytyspöydän kalibrointi
- Kannettava kalibraattori (kädessä pidettävä heräte)
- Peräkkäinen vertailu referenssianturin kanssa
- Tarkista herkkyys ja taajuusvaste
Nykyaikaiset trendit
Vähenevä käyttö
- IEPE on korvannut lataustilan useimmissa sovelluksissa
- Yksinkertaisempi, halvempi, helpompi käyttää
- Lataustila rajoitettu erikoissovelluksiin
- Jotkut laitokset luopuvat asteittain lataustilajärjestelmistä
Jäljellä olevat sovellukset
- Korkean lämpötilan valvonta (kaasuturbiinit, moottorit)
- Ydinvoimalat
- Tutkimuslaboratoriot
- Tarkat mittaukset, jotka edellyttävät lataustilan etuja
- Vanhojen järjestelmien ylläpito
Varausvahvistimet ovat erikoistuneita signaalinmuokkauslaitteita, jotka mahdollistavat varaustilassa toimivien pietsosähköisten kiihtyvyysantureiden käytön äärimmäisissä olosuhteissa, joissa IEPE-anturit eivät voi toimia. Vaikka niiden monimutkaisuus ja kustannukset ovat rajoittaneet niiden käytön erikoistuneisiin sovelluksiin, varausvahvistimien toiminnan ymmärtäminen on edelleen tärkeää korkean lämpötilan värähtelyn seurannassa ja vanhojen mittausjärjestelmien ylläpidossa teollisuuslaitoksissa.
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 