Forstå spenningsmodusakselerometre
Definisjon: Hva er et spenningsmodusakselerometer?
Spenningsmodus akselerometer er en piezoelektrisk akselerometer med innebygd signalbehandlingselektronikk som konverterer høyohmladningen fra det piezoelektriske elementet til en lavohmig spenningsutgang. Dette begrepet er i hovedsak synonymt med IEPE-akselerometer (Integrated Electronics Piezo-Electric) og ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, et varemerke for PCB Piezotronics). Betegnelsen “spenningsmodus” understreker at utgangen er spenning (vanligvis mV per g) snarere enn ladning (pC per g), noe som skiller den fra akselerometre i lademodus.
Spenningsmodus-akselerometre har blitt den overveldende standarden i industrien vibrasjon overvåking, og står for over 95% av applikasjoner på grunn av deres enkelhet (ingen ekstern forsterker nødvendig), brukervennlighet (enkel totrådstilkobling) og kostnadseffektivitet. Å forstå at spenningsmodus, IEPE og ICP alle refererer til i hovedsak den samme teknologien, hjelper med å navigere i produktspesifikasjoner og litteratur.
Viktige egenskaper
Integrert elektronikk
- Mikroelektronisk forsterker innebygd i sensorhuset
- Konverterer høyohmig ladning til lavohmig spenning
- Bruker vanligvis FET- eller IC-forsterker
- Drevet av konstant strøm fra måleinstrument
Utdataformat
- Følsomhet: Typisk 10–1000 mV/g
- Vanlig: 100 mV/g industristandard
- Signaltype: AC-spenning proporsjonal med akselerasjonen
- Impedans: Lav (< 100 ohm utgangsimpedans)
Strømkrav
- Konstant strøm: 2–20 mA typisk (4 mA vanlig)
- Forsyningsspenning: 18–30 VDC
- Biasspenning: 8–12 VDC på utgang
- To-tråds: Strøm og signal på samme kabel
Fordeler
Systemens enkelhet
- Ingen ekstern ladeforsterker påkrevd
- Direkte tilkobling til instrumentet
- Lavere total systemkostnad
- Redusert kompleksitet og feilpunkter
Kabelkapasitet
- Lavimpedans driver lange kabler (opptil 300 m)
- Standard billig koaksialkabel
- God støyimmunitet
- Fleksibel installasjon
Brukervennlighet
- Enkel plug-and-play-betjening
- Minimal oppsett kreves
- Standardisert grensesnitt
- Bredt kompatibel med instrumenter
Sammenligning med lademodus
Spenningsmodus (IEPE) Fordeler
- Enklere system (ingen ekstern forsterker)
- Lavere kostnad
- Lang kabelkapasitet
- Bedre støyimmunitet
- Enklere å bruke
Fordeler med lademodus
- Høyere temperaturkapasitet (opptil 650 °C vs. 175 °C)
- Strålingshardhet (kjernefysiske applikasjoner)
- Ingen aktiv elektronikk som kan svikte
- Kun spesialiserte applikasjoner
Utvalg
- Spenningsmodus: 95%+ av industrielle applikasjoner
- Lademodus: Kun når temperaturen er > 175 °C eller det er stråling til stede
Vanlige spesifikasjoner
Følsomhetsalternativer
- 10 mV/g: Høy vibrasjon, støt (±500 g rekkevidde)
- 50 mV/g: Generelt bruk (±100 g rekkevidde)
- 100 mV/g: Industristandard (±50 g område)
- 500–1000 mV/g: Lav vibrasjon, presisjon (±5–10 g område)
Frekvensrespons
- Lavfrekvens: 0,5–5 Hz (-3 dB, AC-koblet)
- Høyfrekvens: til resonans (10–70 kHz avhengig av størrelse)
- Kan brukes opp til 1/3 resonansfrekvens
Temperaturvurdering
- Standard: -50 til +120 °C
- Utvidet: -50 til +150 °C
- Høy temperatur: -50 til +175 °C
- Over 175 °C: lademodus kreves
Varianter og teknologier
Designvariasjoner
- Kompresjonsmodus IEPE (mest vanlig, økonomisk)
- Skjærmodus IEPE (premium, bedre ytelse)
- Differensiell utgang (bedre fellesmodusavvisning)
- Lavt støynivå (ultralavt støynivå for presisjon)
Pakketyper
- Industriell (hermetisk forseglet, robust)
- Miniatyr (liten størrelse for bruk med begrenset plass)
- Triaksial (tre ortogonale akser i én pakke)
- Subminiatyr (< 10 gram)
Terminologiavklaring
Tilsvarende vilkår
- Spenningsmodus: Generisk beskrivelse
- IEPE: Integrert elektronikk piezoelektrisk (standardbetegnelse)
- ICP®: Integrert krets piezoelektrisk (varemerke for PCB Piezotronics)
- CCLD: Constant Current Line Drive (Brüel & Kjær term)
- Deltatron: Merkenavnet Brüel & Kjær
- Alle: Fundamentalt samme teknologi med innebygd elektronikk og konstantstrøm
Beste praksis
Utvalg
- 100 mV/g følsomhet for generelle maskiner
- Industrihus for tøffe miljøer
- Passende temperaturklassifisering for bruk
- Hermetisk forseglet for forurensede miljøer
Installasjon
- Boltfeste for høyfrekvente målinger
- Lim for semi-permanente installasjoner
- Magnetisk for rutemålinger
- Ordentlig montering kritisk for ytelsen
Vedlikehold
- Periodisk kalibrering (årlig for kritiske)
- Kabelinspeksjon
- Monteringsverifisering
- Funksjonskontroller før kritiske målinger
Spenningsmodus-akselerometre (IEPE/ICP) er arbeidshestens sensorer innen moderne industriell vibrasjonsovervåking, og kombinerer fordelene med piezoelektrisk transduksjon med integrert elektronikk for enkelhet og pålitelighet. Deres dominans i feltet gjenspeiler den optimale balansen mellom ytelse, kostnad og brukervennlighet for de aller fleste tilstandsovervåkings- og diagnostiske applikasjoner for roterende maskiner.