Լիցքի ուժեղացուցիչի հասկացումը
A լիցքային ուժեղացուցիչ էլեկտրոնային ազդանշանի պայմանավորման սարք է, որը փոքրիկ, բարձր իմպեդանս ունեցող լիցքային ազդանշանը՝ չափվող պիկոկուլոններով (պԿ), լիցքի ռեժիմի պիեզոէլեկտրական ակսելերոմետր փոխարկում է ցածր իմպեդանս ունեցող լարման, որը հարմար է լարային հաղորդման և չափման սարքով մշակման համար։ Սա, էությունում, ճշգրիտ լիցքից-լարում փոխարկիչ և ուժեղացուցիչ է, և հենց այն տարրն է, որը լիցքի ռեժիմի զգայարանների կիրառումը դարձնում է գործնական։ Լիցքի ռեժիմի զգայարանները չունեն ներկառուցված էլեկտրոնիկա, ուստի դրանք դիմանում են ծայրահեղ ջերմաստիճաններին և դժվարին միջավայրերին, որտեղ IEPE ակսելերոմետր պարզապես ձախողվելու էր։
Լիցքի ուժեղացուցիչները ռուտինային արդյունաբերական մոնիտորինգում շատ ավելի քիչ տարածված են, քան նախկինում՝ ինքնուրույն IEPE զգայարանը գրեթե ամենուրեք տեղահանել է դրանք, սակայն դրանք մնում են անհրաժեշտ այնտեղ, որտեղ զգայարանի էլեկտրոնիկան չի կարող գոյատևել՝ մոտավորապես 175 °C-ից բարձր, միջուկային ճառագայթման դաշտերում և որոշակի ներքին անվտանգության համակարգերում։ Լիցքի ուժեղացուցիչի աշխատանքի սկզբունքը հասկանալը հետևաբար կարևոր է ինչպես բարձր ջերմաստիճանի տատանում մոնիտորինգի, այնպես էլ հին չափման համակարգերի աշխատանքը շարունակելու համար։
1. Աշխատանքի սկզբունք
Լիցքից-լարում փոխարկում
Պիեզոէլեկտրական բյուրեղը արտադրում է էլեկտրական լիցք Q համեմատական է արագացում որը այն զգում է։ Այդ լիցքը հատուկ ցածր աղմուկով լարով անցնում է ուժեղացուցիչ, որտեղ գործողական ուժեղացուցիչը ինտեգրում է այն հետադարձ կապի կոնդենսատորի վրա։ Ելքային լարումը այնուհետև պարզապես հավասար է.
V = Q / Cհետադարձ կապի
Քանի որ հետադարձ կապի կոնդենսատորը՝ ոչ թե լարը, է որոշում ուժեղացումը, արդյունքում ստացվում է մաքուր, ցածր իմպեդանս ունեցող լարում, սովորաբար մինչև ±10 V լիցքի սանդղակի վրա, որը կարող է աշխատեցնել երկար լարային հաղորդալարեր առանց հավատարմության կորստի։
Հիմնական սխեմայի առանձնահատկություններ
- Շատ բարձր մուտքային իմպեդանս (10-ից մեծ12 Օմ), որպեսզի անգնահատելի լիցքը չարտահոսի, մինչև այն չափվի։
- Հետադարձ կապի կոնդենսատոր որոշում է ուժեղացումը և հետևաբար համակարգի զգայունություն.
- Հետադարձ կապի դիմադրություն որոշում է ցածր հաճախականության իջեցումը (բարձր հաճախականության անցման անկյունը)։
- Ցածր աղմուկով դիզայն, ինչը կրիտիկական է, քանի որ մուտքային ազդանշանը շատ թույլ է։
- Ուժեղացման բազմաթիվ կարգավորումներ որպեսզի մեկ ուժեղացուցիչը կարողանա ծառայել տարբեր զգայունությամբ զգայարաններին։
2. Ինչու՞ ընտրել լիցքի ռեժիմի համակարգ
Լիցքի ուժեղացուցիչի լրացուցիչ սարքավորումը ընդունելու ամբողջական պատճառը այն զգայարանի հնարավորությունն է, որին այն սնուցում է.
- Ծայրահեղ ջերմաստիճան. լիցքի ռեժիմի զգայարանները աշխատում են մինչև 650 °C, իսկ որոշները՝ մինչև 1000 °C, քանի որ ներսում չկան կիսահաղորդիչներ, որոնք կարող են այրվել։ Սա անփոխարինելի է արտազատման համակարգերի, վառարանների, ջեռուցիչների և շարժիչների փորձարկման աշխատանքների համար՝ IEPE զգայարանը սահմանափակվում է մոտ 175 °C-ով։
- Ճառագայթման դիմադրություն. զգայարանի գլխիկում ակտիվ էլեկտրոնիկայի բացակայության պատճառով լիցքի ռեժիմի սարքերը հարմար են միջուկային միջավայրերի համար, որտեղ IEPE էլեկտրոնիկան կքանդվեր։
- Լարերի փոխանակելիություն. քանի որ ուժեղացումը կախված է հետադարձ կապի կոնդենսատորից, ոչ թե լարից, կարող եք փոխել լարի երկարությունը որոշակի սահմաններում առանց վերաբաշխման՝ ինստալյացիայի ժամանակ օգտակար ճկունություն։
3. Վատ կողմեր և գործնական մարտահրավերներ
Այս առավելությունները ունեն իրական արժեք, ինչի պատճառով լիցքի ռեժիմը հիմա մասնագիտացված ընտրություն է.
- Համակարգի բարդություն. անջատված արտաքին ուժեղացուցիչը ավելացնում է ծախսեր, ծավալ և լրացուցիչ ձախողման կետ, իսկ կարգավորումն ավելի բարդ է, քան plug-and-play IEPE շղթան։
- Լարերի պահանջներ. համակարգը պահանջում է հատուկ ցածր աղմուկով լար, քանի որ սովորական լարի շարժումը ստեղծում է կեղծ լիցք տրիբոէլեկտրական էֆեկտ։ Լարը պետք է ամրացվի՝ չափազանց չկորցնելու համար, ավելի թանկ է, քան ստանդարտ կոաքսիալը, և սովորաբար սահմանափակվում է մոտ 100 մ-ով։
- Խոնավության նկատմամբ զգայունություն. այն շատ բարձր իմպեդանսը, որի վրա հիմնված է դիզայնը, նույնպես խոցելի է մեկուսիչ դիմադրության իջեցման նկատմամբ։ Խոնավության ներթափանցումը առաջացնում է ազդանշանի շեղում և աղմուկ, ուստի լավ խտացումը և լարի վիճակը կարևոր են։
4. Ե՞րբ օգտագործել լիցքի ռեժիմը և ե՞րբ՝ ոչ
Իսկապես անհրաժեշտ
- Բարձր ջերմաստիճան. 175 °C-ից բարձր՝ արտազատման համակարգեր, վառարաններ, ջեռուցիչներ, շարժիչների փորձարկում։
- Միջուկային միջավայրեր. ճառագայթման մակարդակներ, որոնք գերազանցում են զգայարանի էլեկտրոնիկայի դիմադրությունը։
- Պայթուցիկ մթնոլորտներ. ներքին անվտանգության սենսորներ՝ առանց ակտիվ էլեկտրոնիկայի գլխիկում։
- Հետազոտություններ. մասնագիտացված թեստավորում, որը կախված է լիցքային ռեժիմի բնութագրերից։
Ավելի լավ է խուսափել
- Ստանդարտ արդյունաբերական վիճակի մոնիտորինգ — օգտագործել IEPE-ն։
- Երկար լարերի տարածում էլեկտրական աղմուկով սարքավորումներով։
- Բյուջեով սահմանափակ նախագծեր, քանի որ լիցքային ուժեղացուցիչները թանկ են։
- Ռուտինային մոտեցման աշխատանք, որտեղ լրացուցիչ բարդությունը հիմնավորված չէ։
5. Հատկանիշներ, կարգավորում և կալիբրացիա
Սովորական լիցքային ուժեղացուցիչը առաջարկում է կարգավորվող ուժեղացում/զգայունություն — սովորաբար ընդգրկում է մոտ 0,1-ից 1000 մՎ/պԿ, որպեսզի նույն սարքը կարողանա ծառայել շատ սենսորների, եթե այն կալիբրված է օգտագործվողի համար — և հաճախականության արձագանքի կառավարում կարգավորվող բարձր հաճախականության անկյան միջոցով (հաճախ 0,1–10 Հց), ցածր հաճախականության հակաալիասինգի զտիչ, և երբեմն ներկառուցված ինտեգրում կամ դիֆերենցման արագության կամ տեղաշարժի ապահովման համար։ Այնից ցածր իմպեդանսով ելքը աշխատեցնում է երկար լարերը — սովորաբար ±10 Վ — և կարող է սնուցել մեկից ավելի սարքեր։
Կոնֆիգուրացիան հետևում է պարզ հաջորդականությանը՝ միացնել սենսորը ճիշտ ցածր աղմուկով լարով; կարգավորել ուժեղացումը՝ համապատասխանեցնելու սենսորի լիցքային զգայունությանը; կարգավորել բարձր և ցածր հաճախականության անկյունները կիրառման համար; ուղղորդել ելքը վերլուծիչին; և վերջապես, ստուգել ամբողջ շղթան ծայրից ծայր՝ հայտնի գրգռմամբ։ Այդ ստուգումը սովորաբար կատարվում է թրթռոցի սեղանի վրա, ձեռքի կրելի կալիբրատորով, կամ հղկված համեմատությամբ հղկված սենսորի հետ՝ ստուգելով ինչպես զգայունությունը, այնպես էլ հաճախականության արձագանքը։ Նոր կալիբրման վկայական ընդունելուց հետո պահպանում է չափումների հետագծելիությունը, ճիշտ այն կարգապահությունը, որը հիմք է հանդիսանում ցանկացած հուսալի կալիբրում ռեժիմի համար։
6. Ժամանակակից միտումներ և լիցքային ուժեղացուցիչի դերը այսօր
Տրամաբանությունը նվազող օգտագործման մեջ է՝ IEPE-ն փոխարինել է լիցքային ռեժիմին կիրառությունների մեծ մասում, քանի որ այն ավելի պարզ է, էժան և հեշտ է տեղադրել, և որոշ սարքավորումներ ակտիվորեն դուրս են բերում լիցքային ռեժիմի համակարգերը։ Սակայն մնում է պարտականությունների կարևոր մաս՝ բարձր ջերմաստիճանի մոնիտորինգ գազատուրբիններում և շարժիչներում, միջուկային էլեկտրակայաններում, հետազոտական լաբորատորիաներում, ճշգրիտ չափումներ, որոնք օգտագործում են լիցքային ռեժիմի բնութագրերը, և հին սարքավորումների սպասարկումը։ Մեծ մասի դաշտային աշխատանքների համար գործնական այլընտրանքը ինքնուրույն սենսորն է՝ ներկառուցված էլեկտրոնիկայով՝ IEPE կամ MEMS ակսելերոմետր, որը սնուցում է կրելի սարքը։ Balanset-1A օրինակ, մատուցվում է երկու անալոգային MEMS ակսելերոմետրով, որոնք ինժեները օգտագործում է չափելու ամպլիտուդ և փուլ և հավասարակշռելու ռոտոր այն իր առանցքակալներում՝ առանց լիցքային ուժեղացուցիչի առջևի մասի։ Լիցքային ուժեղացուցիչը, հետևաբար, մասնագիտացված գործիք է՝ բարդ և թանկ, բայց միակ ճանապարհը սենսոր տանելու համար, որտեղ սովորական էլեկտրոնիկան չի կարող հետևել։
