Qu'est-ce qu'un amplificateur de charge ? Conditionnement de signaux piézoélectriques • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Qu'est-ce qu'un amplificateur de charge ? Conditionnement de signaux piézoélectriques • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Qu'est-ce qu'un amplificateur de charge ? Conditionnement du signal piézoélectrique

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Comprendre les amplificateurs de charge

Définition : Qu'est-ce qu'un amplificateur de charge ?

Amplificateur de charge est un dispositif de conditionnement de signal électronique qui convertit la sortie de charge à haute impédance (mesurée en picocoulombs, pC) du mode de charge accéléromètres piézoélectriques en une sortie de tension basse impédance, adaptée à la transmission par câbles et au traitement par instruments de mesure. L'amplificateur de charge agit comme un convertisseur d'impédance et un amplificateur, permettant l'utilisation de capteurs en mode charge capables de fonctionner à des températures extrêmes et dans des conditions difficiles. Accéléromètres IEPE échouerait.

Bien que moins courants dans la surveillance industrielle de routine (remplacés par des capteurs IEPE plus simples), les amplificateurs de charge restent essentiels pour les applications spécialisées nécessitant une résistance aux températures extrêmes (supérieures à 175 °C), les environnements nucléaires ou les situations où l'électronique des capteurs est inadéquate. Il est important de comprendre le fonctionnement des amplificateurs de charge pour les hautes températures. vibration systèmes de surveillance et de mesure historique.

Principe de fonctionnement

Conversion de charge en tension

  • Le capteur piézoélectrique génère une charge (Q) proportionnelle à l'accélération
  • Charge collectée sur une capacité de câble spéciale à faible bruit
  • L'amplificateur de charge intègre la charge à l'aide d'un condensateur de rétroaction
  • Tension de sortie V = Q / Cfeedback
  • Résultat : sortie de tension à faible impédance (généralement ± 10 V à pleine échelle)

Caractéristiques principales du circuit

  • Impédance d'entrée très élevée (> 10^12 ohms) pour éviter les fuites de charge
  • Le condensateur de rétroaction définit le gain/la sensibilité
  • La résistance de rétroaction définit la réponse basse fréquence
  • Une conception à faible bruit est essentielle pour les signaux faibles
  • Plusieurs réglages de gain pour différentes sensibilités de capteur

Avantages des systèmes en mode charge

Capacité de température extrême

  • Les capteurs en mode charge fonctionnent jusqu'à 650°C (certains jusqu'à 1000°C)
  • Aucun composant électronique du capteur susceptible de tomber en panne à cause de la chaleur
  • Indispensable pour les systèmes d'échappement, les fours, les moteurs
  • IEPE limité à ~175°C maximum

Résistance aux radiations

  • Aucune électronique active dans le capteur
  • Adapté aux environnements nucléaires
  • Électronique IEPE endommagée par les radiations

Interchangeabilité des câbles

  • Peut changer la longueur du câble sans recalibrage
  • Charge insensible à la capacité du câble (dans certaines limites)
  • Flexibilité d'installation

Inconvénients et défis

Complexité du système

  • Nécessite un amplificateur de charge externe séparé (coût, taille)
  • Plus de composants = plus de points de défaillance potentiels
  • Installation et configuration plus complexes que IEPE

Exigences relatives aux câbles

  • Doit utiliser un câble spécial à faible bruit
  • Le mouvement du câble peut générer du bruit (effet triboélectrique)
  • Le câble doit être fixé pour éviter les vibrations
  • Plus cher que le câble coaxial standard
  • Limite de longueur pratique ~100 m généralement

Sensibilité à l'humidité

  • Haute impédance sensible à la résistance d'isolement
  • L'humidité peut provoquer une dérive du signal ou du bruit
  • Nécessite une bonne étanchéité et un bon état du câble

Quand utiliser le mode de charge

Candidatures requises

  • Haute température : >175°C (systèmes d'échappement, fours, fours, essais de moteurs)
  • Environnements nucléaires : Rayonnement dépassant la tolérance électronique
  • Atmosphères explosives : Capteurs de sécurité intrinsèque sans électronique active
  • Recherche: Tests spécialisés nécessitant des caractéristiques de mode de charge

Non recommandé lorsque

  • Surveillance industrielle standard (utilisez plutôt IEPE)
  • Longs câbles dans un environnement électriquement bruyant
  • Contraintes budgétaires (amplificateurs de charge chers)
  • Surveillance de l'état de routine (complexité non justifiée)

Caractéristiques de l'amplificateur de charge

Paramètres de gain/sensibilité

  • Réglable pour correspondre à la sensibilité du capteur
  • Plages typiques : 0,1 à 1 000 mV/pC
  • Permet d'utiliser différents capteurs avec le même amplificateur
  • Doit être calibré pour le capteur utilisé

Contrôle de la réponse en fréquence

  • Coupure du filtre passe-haut réglable (0,1-10 Hz typique)
  • Filtre passe-bas pour l'anticrénelage
  • Fonctions d'intégration/différenciation
  • Optimisé pour les exigences des applications

Capacité d'entraînement par câble

  • La sortie à faible impédance alimente de longs câbles vers les instruments
  • Sortie typiquement ±10 V
  • Peut piloter plusieurs instruments si nécessaire

Configuration et étalonnage

Configuration

  1. Connectez le capteur à l'amplificateur de charge avec un câble à faible bruit
  2. Réglez le gain de l'amplificateur en fonction de la sensibilité du capteur
  3. Définir la plage de fréquences (filtres passe-haut et passe-bas)
  4. Connectez la sortie de l'amplificateur à l'instrument de mesure
  5. Vérifier l'étalonnage de bout en bout avec une excitation connue

Vérification de l'étalonnage

  • Calibrage de la table vibrante
  • Calibrateur portable (excitateur portatif)
  • Comparaison dos à dos avec le capteur de référence
  • Vérifiez la sensibilité et la réponse en fréquence

Tendances modernes

Utilisation en déclin

  • L'IEPE a remplacé le mode de charge dans la plupart des applications
  • Plus simple, moins cher, plus facile à utiliser
  • Mode de charge relégué aux applications spécialisées
  • Certaines installations abandonnent progressivement les systèmes en mode charge

Applications restantes

  • Surveillance des hautes températures (turbines à gaz, moteurs)
  • centrales nucléaires
  • Laboratoires de recherche
  • Mesures de précision nécessitant des avantages en mode de charge
  • Maintenance des systèmes hérités

Les amplificateurs de charge sont des dispositifs de conditionnement de signaux spécialisés qui permettent l'utilisation d'accéléromètres piézoélectriques en mode charge dans des conditions extrêmes où les capteurs IEPE ne peuvent pas fonctionner. Bien que leur complexité et leur coût les aient limités à des applications spécialisées, la compréhension du fonctionnement des amplificateurs de charge reste essentielle pour la surveillance des vibrations à haute température et la maintenance des systèmes de mesure existants dans les installations industrielles.

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