Înțelegerea amplificatoarelor de sarcină
Definiție: Ce este un amplificator de sarcină?
Amplificator de sarcină este un dispozitiv electronic de condiționare a semnalului care convertește ieșirea de sarcină de înaltă impedanță (măsurată în picocoulombi, pC) din modul de încărcare accelerometre piezoelectrice într-o ieșire de tensiune cu impedanță redusă, potrivită pentru transmisia prin cabluri și procesarea prin instrumente de măsurare. Amplificatorul de sarcină acționează ca un convertor de impedanță și un amplificator, permițând utilizarea senzorilor de mod de încărcare care pot funcționa la temperaturi extreme și condiții dure în care Accelerometre IEPE ar eșua.
Deși mai puțin frecvente în monitorizarea industrială de rutină (înlocuite de senzori IEPE mai simpli), amplificatoarele de sarcină rămân esențiale pentru aplicații specializate care necesită o capacitate de a suporta temperaturi extreme (peste 175°C), medii nucleare sau situații în care electronica senzorilor nu poate fi tolerată. Înțelegerea funcționării amplificatorului de sarcină este importantă pentru monitorizarea la temperaturi ridicate. vibrații sisteme de monitorizare și măsurare istorică.
Principiul de funcționare
Conversia sarcină-tensiune
- Senzorul piezoelectric generează sarcină (Q) proporțională cu accelerația
- Sarcină colectată pe o capacitate specială de cablu cu zgomot redus
- Amplificatorul de sarcină integrează sarcina folosind un condensator de feedback
- Tensiunea de ieșire V = Q / C feedback
- Rezultat: Ieșire de tensiune cu impedanță redusă (de obicei ±10V la scară completă)
Caracteristici cheie ale circuitului
- Impedanță de intrare foarte mare (>10^12 ohmi) pentru a evita scurgerile de sarcină
- Condensatorul de feedback definește amplificarea/sensibilitatea
- Rezistența de feedback stabilește răspunsul la frecvență joasă
- Design cu zgomot redus, esențial pentru semnale slabe
- Setări multiple de amplificare pentru diferite sensibilități ale senzorilor
Avantajele sistemelor cu mod de încărcare
Capacitate la temperaturi extreme
- Senzorii în modul de încărcare funcționează până la 650°C (unii până la 1000°C)
- Nicio componentă electronică în senzor nu se poate defecta din cauza căldurii
- Esențial pentru sisteme de evacuare, cuptoare, motoare
- IEPE limitat la ~175°C maxim
Rezistență la radiații
- Fără componente electronice active în senzor
- Potrivit pentru medii nucleare
- Electronică IEPE deteriorată de radiații
Interschimbabilitatea cablurilor
- Poate schimba lungimea cablului fără recalibrare
- Încărcare insensibilă la capacitatea cablului (în limite)
- Flexibilitate în instalare
Dezavantaje și provocări
Complexitatea sistemului
- Necesită un amplificator de încărcare extern separat (cost, dimensiune)
- Mai multe componente = mai multe puncte potențiale de defecțiune
- Configurarea și instalarea sunt mai complexe decât IEPE
Cerințe de cablu
- Trebuie folosit un cablu special cu zgomot redus
- Mișcarea cablului poate genera zgomot (efect triboelectric)
- Cablul trebuie fixat pentru a preveni vibrațiile
- Mai scump decât coaxialul standard
- Limită practică de lungime ~100m de obicei
Sensibilitate la umiditate
- Impedanță ridicată sensibilă la rezistența de izolație
- Umiditatea poate cauza deviații ale semnalului sau zgomot
- Necesită o etanșare bună și o stare bună a cablului
Când se utilizează modul de încărcare
Aplicații necesare
- Temperatură ridicată: >175°C (sisteme de evacuare, cuptoare, cuptoare de încălzire, testarea motoarelor)
- Medii nucleare: Radiații care depășesc toleranța electronică
- Atmosfere explozive: Senzori cu siguranță intrinsecă fără componente electronice active
- Cercetare: Testare specializată care necesită caracteristici ale modului de încărcare
Nu este recomandat când
- Monitorizare industrială standard (folosiți în schimb IEPE)
- Cabluri lungi în medii cu zgomot electric
- Constrângeri bugetare (amplificatoarele de încărcare sunt scumpe)
- Monitorizarea stării de rutină (complexitatea nu este justificată)
Caracteristici ale amplificatorului de încărcare
Setări de amplificare/sensibilitate
- Reglabil pentru a se potrivi sensibilității senzorului
- Intervale tipice: 0,1-1000 mV/pC
- Permite utilizarea diferiților senzori cu același amplificator
- Trebuie calibrat pentru senzorul utilizat
Controlul răspunsului în frecvență
- Filtru trece-sus reglabil (tipic 0,1-10 Hz)
- Filtru trece-jos pentru anti-aliasing
- Funcții de integrare/diferențiere
- Optimizat pentru cerințele aplicației
Capacitatea de acționare prin cablu
- Ieșirea cu impedanță redusă alimentează cabluri lungi pentru instrumente
- Ieșire tipică de ±10V
- Poate conduce mai multe instrumente, dacă este necesar
Configurare și calibrare
Configurare
- Conectați senzorul la amplificatorul de încărcare cu un cablu cu zgomot redus
- Setați amplificatorul pentru a se potrivi cu sensibilitatea senzorului
- Setați intervalul de frecvență (filtre trece-sus și trece-jos)
- Conectați ieșirea amplificatorului la instrumentul de măsurare
- Verificați calibrarea end-to-end cu excitație cunoscută
Verificarea calibrării
- Calibrarea mesei agitatoare
- Calibrator portabil (excitator portabil)
- Comparație consecutivă cu senzorul de referință
- Verificați sensibilitatea și răspunsul în frecvență
Tendințe moderne
Utilizare în scădere
- IEPE a înlocuit modul de încărcare în majoritatea aplicațiilor
- Mai simplu, cost mai mic, mai ușor de utilizat
- Modul de încărcare este limitat la aplicații specializate
- Unele instalații elimină treptat sistemele cu mod de încărcare
Aplicații rămase
- Monitorizarea temperaturilor înalte (turbine cu gaz, motoare)
- Centrale nucleare
- Laboratoare de cercetare
- Măsurători precise care necesită avantaje ale modului de încărcare
- Întreținerea sistemelor vechi
Amplificatoarele de sarcină sunt dispozitive specializate de condiționare a semnalului care permit utilizarea accelerometrelor piezoelectrice în mod de încărcare în condiții extreme în care senzorii IEPE nu pot funcționa. Deși complexitatea și costul lor le-au limitat la aplicații specializate, înțelegerea funcționării amplificatoarelor de sarcină rămâne importantă pentru monitorizarea vibrațiilor la temperaturi înalte și întreținerea sistemelor de măsurare tradiționale în instalațiile industriale.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 