IEPE-versnellingsmeters begrijpen
Definitie: Wat is een IEPE-accelerometer?
IEPE-versnellingsmeter (Integrated Electronics Piezo-Electric, ook wel ICP®, voltage mode of constante stroom accelerometer genoemd) is een piëzo-elektrische versnellingsmeter Met ingebouwde signaalconditioneringselektronica, gevoed door een constante stroom (meestal 2-20 mA) via dezelfde twee-aderige kabel die het uitgangssignaal transporteert. De interne elektronica zet de hoogohmige lading van het piëzo-elektrische kristal om in een laagohmige spanningsuitgang, waardoor externe voeding niet nodig is. ladingversterkers en het mogelijk maken van het gebruik van eenvoudige, goedkope coaxkabels over lange afstanden.
IEPE-accelerometers zijn de industriestandaard geworden voor industriële trillingen Monitoring, gebruikt in meer dan 90%-toepassingen vanwege hun eenvoud, betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit. Ze zijn de sensor bij uitstek voor conditiebewaking., balanceren, en probleemoplossing in de meeste industriële omgevingen.
Werkingsprincipe
Interne constructie
- Piëzo-elektrisch element: Genereert lading evenredig aan versnelling
- Ingebouwde versterker: FET- of IC-versterker in de sensorbehuizing
- Impedantieconversie: Zet hoogohmige lading (pC) om in laagohmige spanning (mV)
- Enkele kabel: Twee-aderige kabel voor zowel stroom als signaal
Vermogen en signaalpad
- Instrument levert constante stroom (meestal 4 mA)
- Stroom voedt interne elektronica
- Trillingen moduleren de spanning op dezelfde kabel
- AC-gekoppelde uitgang (trillingssignaal) beweegt op DC-biasspanning
- Instrument scheidt DC-vermogen van AC-signaal
Belangrijkste voordelen
Eenvoud
- Geen externe versterker nodig
- Eenvoudige twee-draadsverbinding
- Standaard coaxkabel (goedkoop)
- Eenvoudige installatie en configuratie
Lange kabelcapaciteit
- Lage impedantie-uitgang stuurt lange kabels aan
- Kabellengtes tot 300 m (1000 ft) zijn praktisch
- Minimale signaaldegradatie
- Geen speciale kabelvereisten
Geluidsimmuniteit
- Lage impedantie, minder gevoelig voor elektrische interferentie
- Betere EMI/RFI-afwijzing dan de oplaadmodus
- Geschikt voor omgevingen met veel elektrische ruis
Kosteneffectiviteit
- Elimineert dure laadversterkers
- Vermindert de systeemkosten
- Lagere installatiekosten
- Industriestandaardsensoren algemeen verkrijgbaar
Specificaties en prestaties
Typische specificaties
- Gevoeligheid: 10-100 mV/g gemeenschappelijk (100 mV/g standaard)
- Frequentiebereik: 0,5 Hz – 10 kHz (laagfrequente afsnijding van AC-koppeling)
- Meetbereik: ±50g tot ±500g typisch
- Temperatuurbereik: Standaard van -50°C tot +120°C; hogetemperatuurversies tot +175°C
- Benodigd vermogen: 18-30 VDC, 2-20 mA constante stroom
Prestatiekenmerken
- Uitstekende lineariteit (meestal < 1%-fout)
- Lage ruisvloer
- Goede vlakheid van de frequentierespons
- Stabiele kalibratie in de loop van de tijd
Beperkingen
Laagfrequente respons
- AC-gekoppelde uitgang (condensator blokkeert DC)
- Laagfrequente afsnijding doorgaans 0,5-2 Hz (-3 dB-punt)
- Kan geen echte DC of zeer langzame veranderingen meten
- Geschikt voor de meeste machines (>300 RPM), maar beperkingen voor zeer lage snelheden
Temperatuurbeperkingen
- Standaard IEPE beperkt tot ~120°C
- Hogetemperatuurversies tot 175°C maar duurder
- Boven de limieten faalt de elektronica
- Alternatief: accelerometers met laadmodus voor zeer hoge temperaturen (>200°C)
Gevoeligheid van aardlussen
- Gewone modus afwijzing matig
- Kan worden beïnvloed door aardpotentiaalverschillen
- Goede aarding en isolatie zijn belangrijk
- Meestal geen probleem bij een correcte installatie
Toepassingen
Conditiebewaking
- Routegebaseerde gegevensverzameling met gegevensverzamelaars
- Permanente online monitoringsystemen
- Tijdelijke monitoring voor probleemoplossing
- Meest voorkomende industriële trillingssensor
Evenwicht
- Veldbalansmetingen
- Winkelbalanceermachines
- Amplitude- en fasemeting
Acceptatietesten
- Inbedrijfstelling van nieuwe apparatuur
- Verificatie na reparatie
- Contractuele trillingsverificatie
IEPE versus andere soorten accelerometers
IEPE versus oplaadmodus
- IEPE: Ingebouwde elektronica, eenvoudige kabel, lagere kosten, beperkte temperatuur
- Oplaadmodus: Geen elektronica, vereist een laadversterker, extreme temperaturen mogelijk
- Gebruik IEPE: 95% voor industriële toepassingen
- Gebruik Charge: Extreme temperaturen (>175°C), nucleaire omgevingen, speciale toepassingen
IEPE versus MEMS
- IEPE: Piëzo-elektrisch kristal, hogere prestaties, industriestandaard
- MEMS: Microgefreesd silicium, lagere kosten, geïntegreerde systemen
- Voordelen van IEPE: Betere gevoeligheid, grotere bandbreedte, bewezen betrouwbaarheid
- Voordelen van MEMS: Lagere kosten, kleiner formaat, DC-respons
Aanbevolen installatiepraktijken
Montagemethoden
- Stiftbevestiging: Beste prestaties, hoogste frequentie (tot 10+ kHz)
- Lijm: Goede prestaties, semi-permanent (tot 7-8 kHz)
- Magnetisch: Handig, geschikt voor routinematige monitoring (tot 2-3 kHz)
- Handheld: Alleen snelle screening, beperkte nauwkeurigheid en frequentiebereik
Kabeloverwegingen
- Gebruik een coaxkabel van goede kwaliteit
- Voorkom kabelbeschadiging (knelling, scherpe bochten)
- Bevestig de kabel om trillingen te voorkomen
- Houd kabels uit de buurt van hoogspanningsbronnen
- Controleer continuïteit en isolatie
Verificatie van de stroomvoorziening
- Controleer of het instrument de juiste constante stroom levert (typisch 2-20 mA)
- Controleer de biasspanning (meestal 8-12 VDC)
- Zorg voor voldoende voedingsspanning (18-30 VDC)
- Test met een bekende goede sensor om het instrument te verifiëren
IEPE-versnellingsmeters bieden de optimale balans tussen prestaties, eenvoud en kosten voor industriële trillingsbewaking. Dankzij hun geïntegreerde elektronica, eenvoudige connectiviteit en robuuste prestaties zijn ze de meest gekozen keuze voor conditiebewaking, balancering en probleemoplossing in alle sectoren. Ze vervangen oudere laadmodus- en spanningsuitgangstechnologieën in de meeste standaardtoepassingen.