הבנת מגברי מטען
הגדרה: מהו מגבר מטען?
מגבר טעינה הוא מכשיר אלקטרוני לעיבוד אותות הממיר את פלט המטען בעל העכבה הגבוהה (נמדד בפיקוקולומב, pC) ממצב טעינה מדי תאוצה פיזואלקטריים לפלט מתח בעל עכבה נמוכה המתאים להעברה דרך כבלים ולעיבוד על ידי מכשירי מדידה. מגבר המטען פועל כממיר עכבה ומגבר, ומאפשר שימוש בחיישני מצב טעינה שיכולים לפעול בטמפרטורות קיצוניות ובתנאים קשים שבהם מדי תאוצה IEPE ייכשל.
למרות שהם פחות נפוצים בניטור תעשייתי שגרתי (הוחלפו בחיישני IEPE פשוטים יותר), מגברי מטען נותרו חיוניים עבור יישומים מיוחדים הדורשים יכולת טמפרטורה קיצונית (מעל 175 מעלות צלזיוס), סביבות גרעיניות או מצבים בהם אלקטרוניקת חיישנים אינה ניתנת לסבול. הבנת פעולת מגבר המטען חשובה עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה. רֶטֶט מערכות ניטור ומדידה היסטוריות.
עקרון הפעולה
המרת מטען למתח
- חיישן פיזואלקטרי מייצר מטען (Q) ביחס לתאוצה
- מטען שנאסף על קיבוליות כבל מיוחדת בעלת רעש נמוך
- מגבר מטען משלב מטען באמצעות קבל משוב
- מתח יציאה V = Q / C משוב
- תוצאה: פלט מתח בעל עכבה נמוכה (בדרך כלל ±10V סקאלה מלאה)
תכונות מעגל מרכזיות
- עכבת קלט גבוהה מאוד (>10^12 אוהם) כדי למנוע דליפת מטען
- קבל משוב מגדיר הגבר/רגישות
- נגד משוב קובע תגובת תדר נמוך
- עיצוב בעל רעש נמוך קריטי לאותות חלשים
- הגדרות הגברה מרובות עבור רגישויות חיישן שונות
יתרונות מערכות מצב טעינה
יכולת טמפרטורה קיצונית
- חיישני מצב טעינה פועלים עד 650 מעלות צלזיוס (חלקם עד 1000 מעלות צלזיוס)
- אין אלקטרוניקה בחיישן שתכשל עקב חום
- חיוני למערכות פליטה, תנורים, מנועים
- IEPE מוגבל ל-~175°C לכל היותר
עמידות לקרינה
- אין אלקטרוניקה פעילה בחיישן
- מתאים לסביבות גרעיניות
- אלקטרוניקה של IEPE שניזוקה מקרינה
יכולת החלפה של כבלים
- ניתן לשנות את אורך הכבל ללא כיול מחדש
- טעינה לא רגישה לקיבול כבל (בתוך גבולות)
- גמישות בהתקנה
חסרונות ואתגרים
מורכבות המערכת
- דורש מגבר טעינה חיצוני נפרד (עלות, גודל)
- יותר רכיבים = יותר נקודות כשל פוטנציאליות
- התקנה ותצורה מורכבות יותר מ-IEPE
דרישות כבלים
- יש להשתמש בכבל מיוחד בעל רעש נמוך
- תנועת כבל יכולה ליצור רעש (אפקט טריבואלקטרי)
- יש לאבטח את הכבל כדי למנוע רעידות
- יקר יותר מקואקס רגיל
- מגבלת אורך מעשית ~100 מטר בדרך כלל
רגישות ללחות
- עכבה גבוהה רגישה להתנגדות בידוד
- לחות עלולה לגרום לסחיפה או רעש של האות
- דורש איטום טוב ומצב כבל טוב
מתי להשתמש במצב טעינה
יישומים נדרשים
- טמפרטורה גבוהה: >175°C (מערכות פליטה, תנורים, כבשנים, בדיקות מנוע)
- סביבות גרעיניות: קרינה העולה על סבילות האלקטרוניקה
- אטמוספרות נפיצות: חיישנים בטוחים באופן מהותי ללא אלקטרוניקה אקטיבית
- מֶחקָר: בדיקות מיוחדות הדורשות מאפייני מצב טעינה
לא מומלץ כאשר
- ניטור תעשייתי סטנדרטי (השתמש ב-IEPE במקום זאת)
- כבלים ארוכים בסביבה רועשת חשמלית
- אילוצי תקציב (מגברי מטען יקרים)
- ניטור מצב שגרתי (מורכבות אינה מוצדקת)
תכונות מגבר הטעינה
הגדרות הגבר/רגישות
- מתכוונן להתאמה לרגישות החיישן
- טווחים אופייניים: 0.1-1000 mV/pC
- מאפשר שימוש בחיישנים שונים עם אותו מגבר
- יש לכייל את החיישן לשימוש
בקרת תגובת תדר
- ניתוק מסנן מעביר גבוה מתכוונן (0.1-10 הרץ טיפוסי)
- מסנן מעביר נמוכים עבור אנטי-אליאסינג
- פונקציות אינטגרציה/דיפרנציאציה
- אופטימלי לדרישות היישום
יכולת הנעת כבלים
- פלט בעל עכבה נמוכה מניע כבלים ארוכים למכשירים
- פלט בדרך כלל ±10V
- יכול להפעיל מספר מכשירים במידת הצורך
הגדרה וכיול
תְצוּרָה
- חבר את החיישן למגבר הטעינה באמצעות כבל בעל רעש נמוך
- הגדר את הגבר המגבר כך שיתאים לרגישות החיישן
- הגדרת טווח תדרים (מסנני מעביר גבוה ונמוך)
- חבר את יציאת המגבר למכשיר המדידה
- אימות כיול מקצה לקצה עם עירור ידוע
אימות כיול
- כיול שולחן שייקר
- כייל נייד (מעורר נייד)
- השוואה רציפה עם חיישן ייחוס
- בדיקת רגישות ותגובת תדר
טרנדים מודרניים
ירידה בשימוש
- IEPE החליף את מצב הטעינה ברוב היישומים
- פשוט יותר, זול יותר, קל יותר לשימוש
- מצב טעינה מיועד ליישומים מיוחדים
- חלק מהמתקנים מפסיקים בהדרגה את השימוש במערכות טעינה
יישומים שנותרו
- ניטור טמפרטורה גבוהה (טורבינות גז, מנועים)
- תחנות כוח גרעיניות
- מעבדות מחקר
- מדידות מדויקות הדורשות יתרונות במצב טעינה
- תחזוקת מערכות מדור קודם
מגברי מטען הם התקני עיבוד אותות מיוחדים המאפשרים שימוש במדי תאוצה פיאזואלקטריים במצב טעינה בתנאים קיצוניים שבהם חיישני IEPE אינם יכולים לפעול. בעוד שמורכבותם ועלותם הגבילו אותם ליישומים מיוחדים, הבנת פעולת מגברי המטען נותרה חשובה לניטור רעידות בטמפרטורה גבוהה ולתחזוקה של מערכות מדידה מדור קודם במתקנים תעשייתיים.
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 