Compreendendo os acelerômetros IEPE
Definição: O que é um acelerômetro IEPE?
Acelerômetro IEPE (Eletrônica Integrada Piezoelétrica, também chamada de ICP®, modo de tensão ou acelerômetro de corrente constante) é um acelerômetro piezoelétrico Com circuito eletrônico de condicionamento de sinal integrado, alimentado por uma corrente constante (tipicamente de 2 a 20 mA) fornecida pelo mesmo cabo de dois fios que transporta o sinal de saída. O circuito eletrônico interno converte a carga de alta impedância do cristal piezoelétrico em uma tensão de saída de baixa impedância, eliminando a necessidade de circuitos externos. amplificadores de carga e possibilitando o uso de cabos coaxiais simples e de baixo custo em longas distâncias.
Os acelerômetros IEPE tornaram-se o padrão da indústria para aplicações industriais. vibração Monitoramento, utilizado em mais de 90% aplicações devido à sua simplicidade, confiabilidade e custo-benefício. São os sensores preferidos para monitoramento de condição., equilíbrio, e resolução de problemas na maioria dos ambientes industriais.
Princípio de operação
Construção interna
- Elemento piezoelétrico: Gera carga proporcional a aceleração
- Amplificador integrado: Amplificador FET ou CI dentro da caixa do sensor
- Conversão de impedância: Converte carga de alta impedância (pC) em tensão de baixa impedância (mV)
- Cabo único: Cabo de dois condutores para alimentação e sinal.
Caminho de energia e sinal
- O instrumento fornece corrente constante (normalmente 4 mA).
- A corrente alimenta os componentes eletrônicos internos.
- A vibração modula a tensão no mesmo cabo.
- A saída acoplada em CA (sinal de vibração) depende da tensão de polarização CC.
- O instrumento separa a energia CC do sinal CA.
Principais vantagens
Simplicidade
- Não é necessário amplificador externo.
- Conexão simples de dois fios
- Cabo coaxial padrão (baixo custo)
- Instalação e configuração fáceis
Capacidade de cabo longo
- Saída de baixa impedância para acionar cabos longos
- Cabos com comprimentos de até 300 m (1000 pés) na prática.
- Degradação mínima do sinal
- Não há requisitos especiais de cabeamento.
Imunidade ao ruído
- Baixa impedância, menos suscetível a interferências elétricas.
- Melhor rejeição de EMI/RFI do que no modo de carregamento.
- Adequado para ambientes com ruído elétrico.
Custo-eficácia
- Elimina amplificadores de carga caros
- Reduz o custo do sistema
- Custo de instalação reduzido
- Sensores padrão da indústria amplamente disponíveis
Especificações e desempenho
Especificações típicas
- Sensibilidade: 10-100 mV/g comum (100 mV/g padrão)
- Faixa de frequência: 0,5 Hz – 10 kHz (corte de baixa frequência devido ao acoplamento CA)
- Gama de medição: ±50g a ±500g típico
- Gama de temperaturas: -50°C a +120°C padrão; versões para altas temperaturas até +175°C
- Potência necessária: 18-30 VCC, corrente constante de 2-20 mA
Características de desempenho
- Excelente linearidade (normalmente) < erro 1%)
- Piso com baixo nível de ruído
- Boa planicidade da resposta de frequência
- Calibração estável ao longo do tempo
Limitações
Resposta de baixa frequência
- Saída acoplada em CA (bloqueio de capacitores em CC)
- Corte de baixa frequência tipicamente entre 0,5 e 2 Hz (ponto de -3 dB)
- Não é possível medir a corrente contínua real ou mudanças muito lentas.
- Adequado para a maioria das máquinas (acima de 300 RPM), mas com limitações para velocidades muito baixas.
Limitações de temperatura
- IEPE padrão limitado a ~120°C
- Existem versões para altas temperaturas, até 175 °C, mas são mais caras.
- Acima dos limites, os componentes eletrônicos falham.
- Alternativa: acelerômetros de modo de carga para temperaturas muito altas (>200°C)
Sensibilidade do Loop de Terra
- Rejeição de modo comum moderada
- Pode ser afetado por diferenças de potencial de terra.
- Aterramento e isolamento adequados são importantes.
- Geralmente não há problema com uma instalação adequada.
Aplicações
Monitoramento de Condições
- Coleta de dados baseada em rotas com coletores de dados
- Sistemas de monitoramento online permanente
- Monitoramento temporário para resolução de problemas
- Sensor de vibração industrial mais comum
Equilíbrio
- Medições de balanceamento de campo
- Máquinas de balanceamento de loja
- Medição de amplitude e fase
Teste de aceitação
- Comissionamento de novos equipamentos
- Verificação pós-reparo
- Verificação contratual de vibração
IEPE vs. Outros Tipos de Acelerômetro
IEPE vs. Modo de Carga
- IEPE: Componentes eletrônicos integrados, cabeamento simples, custo reduzido, temperatura limitada.
- Modo de carregamento: Sem componentes eletrônicos, requer amplificador de carga, suporta temperaturas extremas.
- Use IEPE: 95% de aplicações industriais
- Usar a cobrança: Temperaturas extremas (>175°C), ambientes nucleares, aplicações especiais
IEPE vs. MEMS
- IEPE: Cristal piezoelétrico, alto desempenho, padrão da indústria
- MEMS: Silício micromecanizado, menor custo, sistemas integrados
- Vantagens do IEPE: Melhor sensibilidade, maior largura de banda, confiabilidade comprovada.
- Vantagens dos MEMS: Custo mais baixo, tamanho menor, resposta CC
Melhores práticas de instalação
Métodos de montagem
- Montagem com pino: Melhor desempenho, frequência mais alta (acima de 10 kHz)
- Adesivo: Bom desempenho, semipermanente (até 7-8 kHz)
- Magnético: Prático e adequado para monitoramento de rotina (até 2-3 kHz).
- Portátil: Triagem rápida apenas, precisão e faixa de frequência limitadas.
Considerações sobre cabos
- Utilize cabo coaxial de qualidade.
- Evite danos ao cabo (esmagamento, curvas acentuadas).
- Prenda o cabo para evitar vibrações.
- Mantenha os cabos afastados de fontes de alta tensão.
- Verificar continuidade e isolamento
Verificação da fonte de alimentação
- Verifique se o instrumento fornece corrente constante adequada (2-20 mA típico).
- Verifique a tensão de polarização (normalmente entre 8 e 12 VCC).
- Assegure-se de que a tensão de alimentação seja adequada (18-30 VCC).
- Teste com um sensor comprovadamente funcional para verificar o instrumento.
Os acelerômetros IEPE representam o equilíbrio ideal entre desempenho, simplicidade e custo para o monitoramento de vibrações industriais. Sua eletrônica integrada, conectividade simplificada e desempenho robusto os tornaram a escolha predominante para monitoramento de condição, balanceamento e solução de problemas em todos os setores, substituindo as tecnologias mais antigas de modo de carga e saída de tensão na maioria das aplicações padrão.
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