IEPE 加速度センサーについて
序論 IEPE加速度計 - を意味する。 インテグレーテッド・エレクトロニクス 圧電、またICP®という商標で販売されているものや、「電圧モード」あるいは「定電流」センサーと呼ばれるものは、 圧電加速度計 専用の筐体に小型の信号処理回路が内蔵されています。この回路は、出力信号を計測器へ戻すのと同じ2線式同軸ケーブルを通じて供給される定電流（通常2～20 mA）で駆動されます。IEPE方式では、センサーの微小で高インピーダンスな電荷を、発生源その場所で安定した低インピーダンスの電圧に変換するため、外部の チャージアンプ これにより、一般的な安価な同軸ケーブルを長距離にわたって使用しても、信号品質を損なうことなく伝送できます。この画期的な技術こそが、IEPEセンサーが標準的な選択肢となった理由です トランスデューサー 工業用 振動 測定。.
1. 定義：IEPE加速度計とは何か？
基本的に、あらゆる圧電センサーは、 加速度. 問題は、この電荷が極めて高いインピーダンスで生成されるため、通常のケーブルではノイズが混入したり振幅が低下したりすることなく伝送できない点にある。従来の電荷モード式センサーでは、かさばる外部アンプと特殊な低ノイズケーブルを用いてこの問題を解決している。一方、IEPE加速度計では、小型のFETまたは集積回路アンプを内蔵している 内部 センサー内で行われるため、信号が筐体から出る前に電荷から電圧への変換が行われます。
その結果、単純な電圧源のように振る舞うセンサーが完成した。これは、 電圧モード加速度計 また、多くの現代的な工業用施設と同様に、通常は せん断モード加速度計 安定した低ノイズ性能を実現するため、IEPEセンサーは産業用途の90%以上で使用されていると推定されており 加速度計 アプリケーション — これらは日々の業務を支える主力ツールであり、 状態監視, バランシング、およびトラブルシューティング。
2. 仕組み：1本のケーブルで電力と信号を伝送
内部構造
- 圧電素子： 検知用結晶またはセラミックに力がかかると、加速度に比例した電荷が発生する。
- 内蔵アンプ： 筐体内部のFETまたはIC段が、その高インピーダンスの電荷（ピコクーロン単位）を低インピーダンスの電圧（ミリボルト単位）に変換する。
- 2芯ケーブル： 1本の同軸ケーブルで、電源と測定信号の両方を伝送する。
電源および信号経路
1本のケーブルで2つの役割を果たす秘訣は、直流バイアス電圧の上に交流振動信号を乗せることにある：
- この機器は、ケーブルを介して安定化された定電流（通常4mA）を供給します。
- その電流は、約8～12 Vの直流バイアス電圧で動作するセンサー内部の電子回路に電力を供給します。
- 機械的な振動がこの電圧を変調させるため、測定値は直流バイアスに重畳した微小な交流信号として現れる。
- この計測器の入力段は交流結合方式を採用しており、直流バイアスを遮断し、交流振動成分のみを検出します。
信号は低インピーダンスでセンサーから出力されるため、高インピーダンスの電荷ケーブルを悩ませる静電容量ノイズや摩擦帯電ノイズの影響をほとんど受けません。
3. 主な利点
- シンプルさ: 外部チャージアンプ不要、シンプルな2線式接続、一般的な同軸ケーブル、そして迅速な設置。
- 長いケーブル配線： 低インピーダンス出力により、特別なケーブルを使用することなく、約300 m（1,000フィート）までの距離でも信号劣化を最小限に抑えて伝送できます。
- ノイズ耐性： 低い出力インピーダンスは、チャージモードに比べてはるかに優れたEMI/RFI除去性能を発揮するため、IEPEセンサーは電気的ノイズの多い工場環境でも優れた性能を発揮します。
- 費用対効果： チャージアンプを排除することで、システムコストと設置コストの両方を削減でき、また、これらのセンサーは業界標準であり、広く在庫が確保されています。
4. 仕様と性能
標準仕様
- 感度： 10～100 mV/gが一般的であり、一般的な機械では100 mV/gが事実上の標準となっている。参照： センサーの感度 これがどのように出力をスケーリングするかについて。
- 周波数範囲: およそ0.5 Hzから10 kHzで、低周波数側の限界はAC結合によって決まります。
- 測定範囲： 産業用機器では、±50 g から ±500 g が一般的です。
- 温度範囲： 標準仕様では−50 °C～+120 °C、高温仕様では+175 °Cまで対応可能です。
- 電源が必要： 18～30 VDCの電源、2～20 mAの定電流。
パフォーマンス特性
高品質なIEPEセンサーは、優れた直線性（通常、誤差1%未満）、低いノイズフロア、動作帯域全体にわたる平坦な周波数特性、そして長年にわたり安定した校正特性を備えています。適切な感度と測定機器の入力範囲を組み合わせることは、 振動センサー感度計算機 そうすれば、想定されるフルスケールの加速によってアンプがクリップすることはありません。
5. 留意すべき制限事項
低周波応答
出力はAC結合されているため、コンデンサが直流成分を遮断し、応答は通常0.5～2 Hzの低周波数域（-3 dB点）で減衰します。したがって、IEPEセンサーでは真の直流や極めて緩やかな変化を測定することはできません。これは、約300 rpm以上で動作するほとんどの機械にとっては問題になりませんが、極めて低速のシャフトにおいては大きな制約となり、そのような場合は直流測定が可能なセンサーが望ましいと言えます。
温度制限
内蔵電子回路は高温環境下での弱点となります。標準的なIEPE型センサーは約120℃までしか対応できず、高温対応型であっても上限は175℃前後です。これを超えると電子回路が故障してしまうため、内部に電子回路を持たない電荷モードセンサーが、200℃を超える環境や原子力発電所、その他の過酷な環境において、依然として最適な選択肢となっているのです。
グラウンドループ感度
コモンモード除去性能はそれほど高くないため、センサーと計測器間の接地電位差によってノイズが混入する可能性があります。適切な接地、および必要に応じて電気的絶縁を行うことでこれを防ぐことができます。正しく設置されていれば、この問題が発生することはほとんどありません。
6. アプリケーションとインストールのベストプラクティス
IEPEセンサーは、振動が測定されるほぼあらゆる場所で採用されています。例えば、携帯型機器を用いたルートごとのモニタリングなどです。 データコレクター、常設のオンラインシステム、一時的なトラブルシューティング用の接続、店舗および フィールドバランシング 新規または修理済みの機械の試運転および受入試験。バランス調整の場面では、同じIEPEチャンネルが1× 振幅と位相. 以下のようなポータブルな2チャンネル計測器 バランセット-1A 独自の 2 個のアナログ MEMS 加速度計（IEPE ユニットではない）で同じ測定原理を適用します。運転速度で機械自身のベアリング上で測定し、影響係数を計算し、次を検証します 残留アンバランス 選定された品質等級に合わせて――しかも、バランス調整機を使わずに。
取り付け方法
センサーの取り付け方法によって、使用可能な帯域幅が直接制限されます。詳細は、以下の専用注記をご覧ください。 センサー取り付け および国際ルールにおける ISO 5348:
- スタッドマウント： 最高の性能と、実用可能な最高周波数（10 kHz以上）。
- 接着剤： 約7～8 kHzまで良好な半永久的な性能を発揮する。
- 磁気: 2～3 kHz程度までの日常的なモニタリングには、便利で適している。
- ハンドヘルド・プローブ： 簡易スクリーニングのみであり、精度と処理能力には限界があります。
ケーブルおよび電源の点検
- 高品質の同軸ケーブルを使用し、ケーブルを押しつぶしたり急激に曲げたりしないようにし、振動から保護するとともに、高電圧配線から離して設置してください。
- 機器が正しい定電流（2～20 mA）を供給していることを確認し、バイアス電圧（通常8～12 VDC）を確認し、18～30 VDCの適切な電源が供給されていることを確認してください。
- 原因が特定できない場合は、正常なセンサーを使用してチャンネルをテストし、センサー、ケーブル、および計測器のいずれに不具合があるかを特定してください。
7. IEPEとその他の加速度計の種類
| タイプ | エレクトロニクス | ケーブル配線 | ベストフィット |
|---|---|---|---|
| IEPE / ICP® | 内蔵アンプ | 単純な同軸ケーブル、長距離配線 | 産業分野の業務の約95％ |
| チャージモード | なし（外部充電アンプが必要） | 特殊低ノイズケーブル | 極度の熱（175 °C 以上）、核 |
| MEMS | 微細加工されたシリコン | 多くの場合、統合型／デジタル型 | 低コスト、小型、DC応答 |
チャージモードと比較すると、IEPEは簡便性とコスト面で優れていますが、非常に高い温度環境での耐性は劣ります。MEMSと比較すると、圧電式IEPEは感度が高く、帯域幅が広く、実績も長いという利点がありますが、MEMSは低コスト、小型化、そして真のDC応答性という強みを持っています。 プラント設備の大部分において、IEPE加速度計は性能、簡便性、コストの最適なバランスを維持しており、まさにその理由から、ほとんどの標準的な状態監視、バランス調整、およびトラブルシューティングの作業において、従来のチャージモードや高インピーダンス電圧出力型センサーに取って代わっている。
