O que é um amplificador de carga? Condicionamento de sinal piezoelétrico • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é um amplificador de carga? Condicionamento de sinal piezoelétrico • Balanceador portátil, analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é um amplificador de carga? Condicionamento de sinal piezoelétrico

Publicado por admin em

Entendendo os Amplificadores de Carga

Definição: O que é um amplificador de carga?

Amplificador de carga é um dispositivo eletrônico de condicionamento de sinal que converte a saída de carga de alta impedância (medida em picocoulombs, pC) do modo de carga acelerômetros piezoelétricos em uma saída de tensão de baixa impedância, adequada para transmissão por cabos e processamento por instrumentos de medição. O amplificador de carga atua como um conversor e amplificador de impedância, permitindo o uso de sensores de modo de carga que podem operar em temperaturas extremas e condições adversas. Acelerômetros IEPE falharia.

Embora menos comuns no monitoramento industrial de rotina (substituídos por sensores IEPE mais simples), os amplificadores de carga continuam sendo essenciais para aplicações especializadas que exigem capacidade de operação em temperaturas extremas (acima de 175 °C), ambientes nucleares ou situações em que a eletrônica do sensor não pode ser tolerada. Compreender o funcionamento do amplificador de carga é importante para aplicações em altas temperaturas. vibração sistemas de monitoramento e medição histórica.

Princípio de operação

Conversão de carga em tensão

  • O sensor piezoelétrico gera uma carga (Q) proporcional à aceleração.
  • Carga coletada em capacitância de cabo especial de baixo ruído
  • O amplificador de carga integra a carga usando um capacitor de realimentação.
  • Tensão de saída V = Q / Cfeedback
  • Resultado: Saída de tensão de baixa impedância (tipicamente ±10V em escala completa)

Principais características do circuito

  • Impedância de entrada muito alta (>10^12 ohms) para evitar fuga de carga.
  • O capacitor de realimentação define o ganho/sensibilidade.
  • O resistor de realimentação define a resposta em baixa frequência.
  • Projeto de baixo ruído é crucial para sinais fracos.
  • Configurações de ganho múltiplas para diferentes sensibilidades do sensor.

Vantagens dos sistemas de modo de carga

Capacidade de atingir temperaturas extremas

  • Os sensores de modo de carga operam até 650°C (alguns até 1000°C).
  • O sensor não possui componentes eletrônicos que possam falhar devido ao calor.
  • Essencial para sistemas de exaustão, fornos e motores.
  • IEPE limitado a ~175°C no máximo

Resistência à radiação

  • Sem componentes eletrônicos ativos no sensor.
  • Adequado para ambientes nucleares
  • Componentes eletrônicos do IEPE danificados por radiação.

Intercambiabilidade de cabos

  • É possível alterar o comprimento do cabo sem recalibrar.
  • Carga insensível à capacitância do cabo (dentro de certos limites)
  • Flexibilidade na instalação

Desvantagens e Desafios

Complexidade do Sistema

  • Requer um amplificador de carga externo separado (custo, tamanho)
  • Mais componentes = mais pontos potenciais de falha
  • A configuração e o setup são mais complexos do que no IEPE.

Requisitos de cabeamento

  • É necessário usar um cabo especial de baixo ruído.
  • O movimento do cabo pode gerar ruído (efeito triboelétrico).
  • O cabo deve ser fixado para evitar vibrações.
  • Mais caro que o cabo coaxial padrão.
  • Comprimento máximo prático de aproximadamente 100 m, normalmente.

Sensibilidade à umidade

  • Alta impedância sensível à resistência de isolamento
  • A umidade pode causar desvios ou ruídos no sinal.
  • Requer boa vedação e condição adequada do cabo.

Quando usar o modo de carregamento

Formulários necessários

  • Alta temperatura: >175°C (sistemas de exaustão, fornos, estufas, testes de motores)
  • Ambientes nucleares: Radiação que excede a tolerância dos componentes eletrônicos.
  • Atmosferas explosivas: Sensores intrinsecamente seguros sem componentes eletrônicos ativos
  • Pesquisar: Testes especializados que exigem características do modo de carga

Não recomendado quando

  • Monitoramento industrial padrão (use IEPE em vez disso)
  • Extensões de cabos de longa distância em ambientes com ruído elétrico
  • Restrições orçamentárias (amplificadores de carga caros)
  • Monitoramento de rotina das condições clínicas (complexidade não justificada)

Características do amplificador de carga

Configurações de ganho/sensibilidade

  • Ajustável para corresponder à sensibilidade do sensor.
  • Faixas típicas: 0,1-1000 mV/pC
  • Permite usar sensores diferentes com o mesmo amplificador.
  • Deve ser calibrado para o sensor que está sendo utilizado.

Controle de resposta de frequência

  • Frequência de corte do filtro passa-alta ajustável (0,1-10 Hz típico)
  • Filtro passa-baixa para anti-aliasing
  • Funções de integração/diferenciação
  • Otimizado para os requisitos da aplicação

Capacidade de acionamento por cabo

  • Saída de baixa impedância para alimentar instrumentos com cabos longos.
  • Saída típica de ±10V
  • Pode operar vários instrumentos, se necessário.

Configuração e Calibração

Configuração

  1. Conecte o sensor ao amplificador de carga com um cabo de baixo ruído.
  2. Ajuste o ganho do amplificador para corresponder à sensibilidade do sensor.
  3. Defina a faixa de frequência (filtros passa-alta e passa-baixa)
  4. Conecte a saída do amplificador ao instrumento de medição.
  5. Verificar calibração de ponta a ponta com excitação conhecida.

Verificação de calibração

  • Calibração da mesa vibratória
  • Calibrador portátil (excitador manual)
  • Comparação direta com sensor de referência
  • Verifique a sensibilidade e a resposta de frequência.

Tendências modernas

Uso decrescente

  • O IEPE substituiu o modo de carga na maioria das aplicações.
  • Mais simples, mais barato e mais fácil de usar.
  • O modo de carregamento foi relegado a aplicações especializadas.
  • Algumas instalações estão eliminando gradualmente os sistemas de carregamento.

Candidaturas restantes

  • Monitoramento de altas temperaturas (turbinas a gás, motores)
  • Usinas nucleares
  • Laboratórios de pesquisa
  • Medições de precisão que exigem vantagens do modo de carga
  • Manutenção de sistemas legados

Os amplificadores de carga são dispositivos especializados de condicionamento de sinal que permitem o uso de acelerômetros piezoelétricos de modo de carga em condições extremas onde os sensores IEPE não podem operar. Embora sua complexidade e custo os tenham limitado a aplicações especializadas, a compreensão do funcionamento dos amplificadores de carga continua sendo importante para o monitoramento de vibrações em altas temperaturas e para a manutenção de sistemas de medição legados em instalações industriais.

← Voltar ao índice principal

Categorias:
WhatsApp