Comprensione degli accelerometri in modalità tensione
Definizione: Che cos'è un accelerometro in modalità tensione?
Accelerometro in modalità tensione è un accelerometro piezoelettrico con elettronica di condizionamento del segnale integrata che converte la carica ad alta impedenza dall'elemento piezoelettrico in un'uscita di tensione a bassa impedenza. Questo termine è essenzialmente sinonimo di Accelerometro IEPE (Integrated Electronics Piezo-Electric) e ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, un marchio registrato di PCB Piezotronics). La designazione "voltage-mode" sottolinea che l'uscita è in tensione (tipicamente mV per g) anziché in carica (pC per g), distinguendolo dagli accelerometri in modalità di carica.
Gli accelerometri in modalità tensione sono diventati lo standard predominante nell'industria vibrazione monitoraggio, che rappresenta oltre 95% di applicazioni grazie alla loro semplicità (non necessita di amplificatore esterno), facilità d'uso (semplice collegamento a due fili) e convenienza. Comprendere che le tecnologie voltage-mode, IEPE e ICP si riferiscono essenzialmente alla stessa tecnologia aiuta a orientarsi tra le specifiche e la documentazione dei prodotti.
Caratteristiche principali
Elettronica integrata
- Amplificatore microelettronico integrato nell'alloggiamento del sensore
- Converte la carica ad alta impedenza in tensione a bassa impedenza
- In genere utilizza un amplificatore FET o IC
- Alimentato da corrente costante proveniente dallo strumento di misura
Formato di output
- Sensibilità: Tipicamente 10-1000 mV/g
- Comune: Standard industriale 100 mV/g
- Tipo di segnale: Tensione CA proporzionale all'accelerazione
- Impedenza: Basso (< 100 ohm di impedenza di uscita)
Requisiti di alimentazione
- Corrente costante: 2-20 mA tipico (4 mA comune)
- Tensione di alimentazione: 18-30 VCC
- Tensione di polarizzazione: 8-12 VDC in uscita
- Due fili: Alimentazione e segnale sullo stesso cavo
Vantaggi
Semplicità del sistema
- Nessun esterno amplificatore di carica necessario
- Collegamento diretto allo strumento
- Minore costo totale del sistema
- Riduzione della complessità e dei punti di errore
Capacità del cavo
- Azionamenti a bassa impedenza per cavi lunghi (fino a 300 m)
- Cavo coassiale standard economico
- Buona immunità al rumore
- Installazione flessibile
Facilità d'uso
- Semplice funzionamento plug-and-play
- Configurazione minima richiesta
- Interfaccia standardizzata
- Ampiamente compatibile con gli strumenti
Confronto con la modalità di carica
Vantaggi della modalità tensione (IEPE).
- Sistema più semplice (nessun amplificatore esterno)
- Costo inferiore
- Capacità di cavi lunghi
- Migliore immunità al rumore
- Più facile da usare
Vantaggi della modalità di carica
- Maggiore capacità di temperatura (fino a 650°C rispetto a 175°C)
- Resistenza alle radiazioni (applicazioni nucleari)
- Nessuna elettronica attiva che possa guastarsi
- Solo applicazioni specializzate
Selezione
- Modalità di tensione: 95%+ di applicazioni industriali
- Modalità di carica: Solo quando la temperatura è > 175°C o in presenza di radiazioni
Specifiche comuni
Opzioni di sensibilità
- 10 mV/g: Elevate vibrazioni, urti (intervallo ±500 g)
- 50 mV/g: Uso generale (intervallo ±100 g)
- 100 mV/g: Standard industriale (intervallo ±50 g)
- 500-1000 mV/g: Bassa vibrazione, precisione (intervallo ±5-10 g)
Risposta in frequenza
- Bassa frequenza: 0,5-5 Hz (-3 dB, accoppiato in CA)
- Alta frequenza: fino alla risonanza (10-70 kHz a seconda delle dimensioni)
- Utilizzabile fino a 1/3 della frequenza di risonanza
Valutazione della temperatura
- Standard: da -50 a +120°C
- Esteso: da -50 a +150°C
- Alta temperatura: da -50 a +175°C
- Oltre 175°C: modalità di carica richiesta
Varianti e tecnologie
Variazioni di progettazione
- IEPE in modalità compressione (più comune, economico)
- Modalità di taglio IEPE (premium, prestazioni migliori)
- Uscita differenziale (migliore reiezione di modo comune)
- Basso rumore (rumore di fondo ultra-basso per la precisione)
Tipi di pacchetti
- Industriale (ermeticamente sigillato, robusto)
- Miniatura (dimensioni ridotte per applicazioni con spazio limitato)
- Triassiale (tre assi ortogonali in un unico pacchetto)
- Subminiatura (< 10 grammi)
Chiarimento della terminologia
Termini equivalenti
- Modalità di tensione: Descrittore generico
- IEPE: Elettronica integrata piezoelettrica (termine standard)
- ICP®: Circuito integrato piezoelettrico (marchio PCB Piezotronics)
- CCLD: Azionamento di linea a corrente costante (termine Brüel e Kjær)
- Deltatron: Marchio Brüel & Kjær
- Tutto: Tecnologia fondamentalmente identica con elettronica integrata e alimentazione a corrente costante
Migliori pratiche
Selezione
- Sensibilità 100 mV/g per macchinari generici
- Alloggiamento di livello industriale per ambienti difficili
- Temperatura nominale appropriata per l'applicazione
- Sigillato ermeticamente per ambienti contaminati
Installazione
- Supporto a perno per misurazioni ad alta frequenza
- Adesivo per installazioni semipermanenti
- Magnetico per rilievi di percorso
- Corretto montaggio critico per le prestazioni
Manutenzione
- Periodico calibrazione (annualmente per critici)
- Ispezione dei cavi
- Verifica del montaggio
- Controlli funzionali prima delle misurazioni critiche
Gli accelerometri in tensione (IEPE/ICP) sono i sensori di punta del moderno monitoraggio delle vibrazioni industriali, combinando i vantaggi della trasduzione piezoelettrica con l'elettronica integrata per garantire semplicità e affidabilità. La loro predominanza nel settore riflette l'equilibrio ottimale tra prestazioni, costi e facilità d'uso per la stragrande maggioranza delle applicazioni di monitoraggio e diagnostica delle condizioni delle macchine rotanti.
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