הבנת מדי תאוצה במצב מתח
הגדרה: מהו מד תאוצה במצב מתח?
מד תאוצה במצב מתח הוא מד תאוצה פיזואלקטרי עם אלקטרוניקה מובנית לעיבוד אותות אשר ממירה את המטען בעל העכבה הגבוהה מהאלמנט הפיאזואלקטרי לפלט מתח בעל עכבה נמוכה. מונח זה הוא למעשה שם נרדף ל מד תאוצה IEPE (Integrated Electronics Piezo-Electric) ו-ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, סימן מסחרי של PCB Piezotronics). הכינוי "מצב מתח" מדגיש שהפלט הוא מתח (בדרך כלל mV לגרם) ולא מטען (pC לגרם), ובכך מבדיל אותו ממדי תאוצה במצב טעינה.
מדי תאוצה במצב מתח הפכו לסטנדרט המכריע בתעשייה רֶטֶט ניטור, המהווה למעלה מ-95% של יישומים בשל פשטותם (אין צורך במגבר חיצוני), קלות השימוש (חיבור דו-גיטי פשוט) וחסכוניותם. ההבנה שמצב מתח, IEPE ו-ICP מתייחסים כולם למעשה לאותה טכנולוגיה עוזרת לנווט בין מפרטי המוצר והספרות.
מאפיינים עיקריים
אלקטרוניקה משולבת
- מגבר מיקרואלקטרוני מובנה בתוך בית החיישן
- ממיר מטען בעל עכבה גבוהה למתח בעל עכבה נמוכה
- בדרך כלל משתמש במגבר FET או IC
- מופעל על ידי זרם קבוע ממכשיר מדידה
פורמט פלט
- רְגִישׁוּת: בדרך כלל 10-1000 mV/g
- מְשׁוּתָף: תקן תעשייתי של 100 mV/g
- סוג אות: מתח AC פרופורציונלי לתאוצה
- עַכָּבָּה: נמוך (עכבת יציאה < 100 אוהם)
דרישות חשמל
- זרם קבוע: 2-20 מיליאמפר טיפוסי (4 מיליאמפר משותף)
- מתח אספקה: 18-30 וולט DC
- מתח הטיה: 8-12 וולט DC על הפלט
- שני חוטים: חשמל ואות באותו כבל
יתרונות
פשטות המערכת
- אין חיצוני מגבר מטען דָרוּשׁ
- חיבור ישיר למכשיר
- עלות מערכת כוללת נמוכה יותר
- מורכבות מופחתת ונקודות כשל
יכולת כבלים
- עכבה נמוכה מניעה כבלים ארוכים (עד 300 מטר)
- כבל קואקסיאלי סטנדרטי וזול
- חסינות טובה לרעש
- התקנה גמישה
קלות שימוש
- פעולה פשוטה של חיבור והפעל
- נדרשת התקנה מינימלית
- ממשק סטנדרטי
- תואם באופן נרחב עם מכשירים
השוואה עם מצב טעינה
יתרונות מצב מתח (IEPE).
- מערכת פשוטה יותר (ללא מגבר חיצוני)
- עלות נמוכה יותר
- יכולת כבל ארוך
- חסינות טובה יותר לרעש
- קל יותר לשימוש
יתרונות מצב טעינה
- יכולת עמידה בטמפרטורה גבוהה יותר (עד 650°C לעומת 175°C)
- קשיות קרינה (יישומים גרעיניים)
- אין אלקטרוניקה אקטיבית שתכשל
- יישומים ייעודיים בלבד
בְּחִירָה
- מצב מתח: 95%+ של יישומים תעשייתיים
- מצב טעינה: רק כאשר הטמפרטורה מעל 175 מעלות צלזיוס או כאשר קיימת קרינה
מפרטים נפוצים
אפשרויות רגישות
- 10 מיליוולט/גרם: רטט גבוה, הלם (טווח ±500 גרם)
- 50 מיליוולט/גרם: שימוש כללי (טווח ±100 גרם)
- 100 מיליוולט/גרם: תקן בתעשייה (טווח ±50 גרם)
- 500-1000 מיליוולט/גרם: רטט נמוך, דיוק (טווח ±5-10 גרם)
תגובת תדר
- תדר נמוך: 0.5-5 הרץ (-3 dB, מצומד AC)
- תדר גבוה: עד תהודה (10-70 קילוהרץ בהתאם לגודל)
- שמיש עד 1/3 תדר תהודה
דירוג טמפרטורה
- תֶקֶן: -50 עד 120 מעלות צלזיוס
- מוּרחָב: -50 עד 150 מעלות צלזיוס
- טמפרטורה גבוהה: -50 עד 175 מעלות צלזיוס
- מעל 175°C: נדרש מצב טעינה
וריאנטים וטכנולוגיות
וריאציות עיצוב
- IEPE במצב דחיסה (הנפוץ ביותר, חסכוני)
- מצב גזירה IEPE (פרימיום, ביצועים טובים יותר)
- פלט דיפרנציאלי (דחיית מצב משותף טובה יותר)
- רעש נמוך (רצפת רעש נמוכה במיוחד לדיוק)
סוגי חבילות
- תעשייתי (אטום הרמטית, עמיד)
- מיניאטורי (גודל קטן ליישומים מוגבלים במקום)
- טריאקסיאלי (שלושה צירים אורתוגונליים בחבילה אחת)
- תת-מיניאטורה (< 10 גרם)
הבהרת טרמינולוגיה
מונחים מקבילים
- מצב מתח: תיאור כללי
- IEPE: אלקטרוניקה משולבת פיזו-אלקטרית (מונח סטנדרטי)
- ICP®: מעגל משולב פיזואלקטרי (סימן מסחרי של PCB Piezotronics)
- CCLD: כונן קו זרם קבוע (מונח בריאל וקיר)
- דלתאטרון: שם המותג Brüel & Kjær
- כֹּל: אותה טכנולוגיה באופן בסיסי עם אלקטרוניקה מובנית והספק זרם קבוע
שיטות עבודה מומלצות
בְּחִירָה
- רגישות של 100 mV/g עבור מכונות כלליות
- דיור ברמה תעשייתית לסביבות קשות
- דירוג טמפרטורה מתאים ליישום
- אטום הרמטית לסביבות מזוהמות
הַתקָנָה
- תושבת בורג למדידות בתדר גבוה
- דבק להתקנות חצי קבועות
- מגנטי לסקרי מסלול
- תָקִין הַרכָּבָה קריטי לביצועים
תַחזוּקָה
- תְקוּפָתִי כִּיוּל (שנתי עבור בדיקות קריטיות)
- בדיקת כבלים
- אימות הרכבה
- בדיקות תפקוד לפני מדידות קריטיות
מדי תאוצה במצב מתח (IEPE/ICP) הם חיישני העבודה המודרניים של ניטור רעידות תעשייתי, המשלבים את היתרונות של התמרה פיזואלקטרית עם אלקטרוניקה משולבת לפשטות ואמינות. הדומיננטיות שלהם בשטח משקפת את האיזון האופטימלי בין ביצועים, עלות וקלות שימוש עבור הרוב המכריע של יישומי ניטור ואבחון מצב של מכונות מסתובבות.