A töltéserősítők megértése
Definíció: Mi az a töltéserősítő?
Töltőerősítő egy elektronikus jelkondicionáló eszköz, amely a nagy impedanciájú töltési kimenetet (pikocoulombban, pC-ben mérve) töltési módból alakítja át piezoelektromos gyorsulásmérők egy alacsony impedanciájú feszültségkimenetbe, amely alkalmas kábeleken történő átvitelre és mérőműszerekkel történő feldolgozásra. A töltéserősítő impedancia-átalakítóként és erősítőként működik, lehetővé téve a töltési módú érzékelők használatát, amelyek szélsőséges hőmérsékleten és zord körülmények között is működhetnek, ahol IEPE gyorsulásmérők kudarcot vallana.
Bár a rutinszerű ipari monitorozásban kevésbé elterjedtek (egyszerűbb IEPE érzékelők váltják fel őket), a töltéserősítők továbbra is elengedhetetlenek a szélsőséges hőmérsékleti képességet (175 °C felett) igénylő speciális alkalmazásokhoz, nukleáris környezetekhez vagy olyan helyzetekhez, ahol az érzékelő elektronika nem tolerálható. A töltéserősítő működésének megértése fontos a magas hőmérsékletű mérésekhez. rezgés monitoring és historikus mérési rendszerek.
Működési elv
Töltés-feszültség átváltás
- A piezoelektromos érzékelő a gyorsulással arányos töltést (Q) generál
- Speciális, alacsony zajszintű kábelkapacitáson gyűjtött töltés
- A töltéserősítő visszacsatoló kondenzátor segítségével integrálja a töltést
- Kimeneti feszültség V = Q / C visszacsatolás
- Eredmény: Alacsony impedanciájú feszültségkimenet (jellemzően ±10 V teljes skála)
Főbb áramköri jellemzők
- Nagyon magas bemeneti impedancia (>10^12 ohm) a töltésszivárgás elkerülése érdekében
- A visszacsatoló kondenzátor meghatározza az erősítést/érzékenységet
- A visszacsatoló ellenállás beállítja az alacsony frekvenciájú választ
- Alacsony zajszintű kialakítás, amely kritikus fontosságú a gyenge jelek esetén
- Többféle erősítési beállítás a különböző érzékelőérzékenységekhez
A töltési módú rendszerek előnyei
Extrém hőmérsékleti képesség
- A töltés üzemmódú érzékelők 650°C-ig működnek (egyesek 1000°C-ig)
- Nincs elektronika az érzékelőben, ami a hőtől meghibásodhatna
- Nélkülözhetetlen kipufogórendszerekhez, kemencékhez, motorokhoz
- Az IEPE maximum ~175°C-ra korlátozva
Sugárzásállóság
- Nincs aktív elektronika az érzékelőben
- Nukleáris környezetben is használható
- Sugárzás által károsított IEPE elektronika
Kábelcsere
- A kábelhossz újrakalibrálás nélkül módosítható
- A töltés érzéketlen a kábel kapacitására (a határokon belül)
- Rugalmasság a telepítésben
Hátrányok és kihívások
Rendszer komplexitása
- Külön külső töltőerősítőt igényel (költség, méret)
- Több alkatrész = több potenciális meghibásodási pont
- A beállítás és a konfiguráció bonyolultabb, mint az IEPE esetében
Kábelkövetelmények
- Speciális, alacsony zajszintű kábelt kell használni
- A kábel mozgása zajt kelthet (triboelektromos hatás)
- A kábelt rögzíteni kell a rezgés elkerülése érdekében
- Drágább, mint a hagyományos koax kábel
- Gyakorlati hosszkorlát ~100 m jellemzően
Nedvességérzékenység
- Nagy impedancia, amely érzékeny a szigetelési ellenállásra
- A nedvesség jel-eltolódást vagy zajt okozhat
- Jó tömítést és kábelállapotot igényel
Mikor kell használni a töltési módot
Szükséges alkalmazások
- Magas hőmérséklet: >175°C (kipufogórendszerek, kemencék, égetőkemencék, motorvizsgálat)
- Nukleáris környezetek: Az elektronikai tűréshatárt meghaladó sugárzás
- Robbanásveszélyes légkörök: Gyújtószikramentes érzékelők aktív elektronika nélkül
- Kutatás: Töltési mód jellemzőit igénylő speciális vizsgálatok
Nem ajánlott, amikor
- Standard ipari monitoring (helyette az IEPE-t kell használni)
- Hosszú kábelek elektromosan zajos környezetben futnak
- Költségvetési korlátok (a töltőerősítők drágák)
- Rutinszerű állapotfelügyelet (a komplexitás nem indokolt)
Töltőerősítő jellemzői
Erősítés/érzékenység beállítások
- Állítható az érzékelő érzékenységéhez igazítva
- Tipikus tartományok: 0,1–1000 mV/pC
- Lehetővé teszi különböző érzékelők használatát ugyanazzal az erősítővel
- A szenzor használatához kalibrálni kell
Frekvenciaválasz-szabályozás
- Felüláteresztő szűrő levágási határértéke állítható (tipikusan 0,1-10 Hz)
- Aluláteresztő szűrő az élsimításhoz
- Integrációs/differenciálási függvények
- Alkalmazási követelményekhez optimalizálva
Kábelhajtási képesség
- Alacsony impedanciájú kimenet hosszú kábeleket vezet a hangszerekhez
- Tipikusan ±10 V kimenet
- Szükség esetén több hangszert is képes vezérelni
Beállítás és kalibrálás
Konfiguráció
- Csatlakoztassa az érzékelőt a töltőerősítőhöz alacsony zajszintű kábellel
- Az erősítő erősítésének beállítása az érzékelő érzékenységének megfelelően
- Frekvenciatartomány beállítása (felül- és aluláteresztő szűrők)
- Csatlakoztassa az erősítő kimenetét a mérőműszerhez
- Végponttól végpontig történő kalibráció ellenőrzése ismert gerjesztéssel
Kalibráció-ellenőrzés
- Rázógép kalibrálása
- Hordozható kalibrátor (kézi gerjesztő)
- Összehasonlítás a referenciaérzékelővel
- Érzékenység és frekvenciaátvitel ellenőrzése
Modern trendek
Csökkenő használat
- Az IEPE a legtöbb alkalmazásban felváltotta a töltési módot
- Egyszerűbb, olcsóbb, könnyebben használható
- Töltési mód speciális alkalmazásokhoz
- Néhány létesítmény fokozatosan kivonja a töltőüzemű rendszereket
Fennmaradó alkalmazások
- Magas hőmérsékletű monitorozás (gázturbinák, motorok)
- Atomerőművek
- Kutatólaboratóriumok
- Töltési mód előnyeit igénylő precíziós mérések
- Régi rendszerek karbantartása
A töltéserősítők speciális jelkondicionáló eszközök, amelyek lehetővé teszik a töltés üzemmódú piezoelektromos gyorsulásmérők használatát extrém körülmények között, ahol az IEPE érzékelők nem működhetnek. Bár összetettségük és költségeik miatt speciális alkalmazásokra korlátozódnak, a töltéserősítő működésének megértése továbbra is fontos a magas hőmérsékletű rezgésmonitorozás és az ipari létesítményekben található hagyományos mérőrendszerek karbantartása szempontjából.
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 