Pochopenie akcelerometrov IEPE
Definícia: Čo je to IEPE akcelerometer?
IEPE akcelerometer (Integrovaná elektronika piezoelektrická, tiež nazývaná ICP®, napäťový režim alebo akcelerometer s konštantným prúdom) je piezoelektrický akcelerometer s vstavanou elektronikou na úpravu signálu napájanou konštantným prúdom (zvyčajne 2 – 20 mA) dodávaným cez ten istý dvojvodičový kábel, ktorý prenáša výstupný signál. Vnútorná elektronika premieňa vysokoimpedančný náboj z piezoelektrického kryštálu na nízkoimpedančný napäťový výstup, čím eliminuje potrebu externého zosilňovače náboja a umožňuje použitie jednoduchých a lacných koaxiálnych káblov na dlhé vzdialenosti.
Akcelerometre IEPE sa stali priemyselným štandardom pre vibrácie monitorovanie, používané vo viac ako 90% aplikáciách vďaka svojej jednoduchosti, spoľahlivosti a nákladovej efektívnosti. Sú senzorom voľby na monitorovanie stavu, vyvažovanie, a riešenie problémov vo väčšine priemyselných prostredí.
Princíp fungovania
Vnútorná konštrukcia
- Piezoelektrický prvok: Generuje náboj úmerný zrýchlenie
- Vstavaný zosilňovač: Zosilňovač FET alebo IC vo vnútri krytu senzora
- Konverzia impedancie: Premieňa vysokoimpedančný náboj (pC) na nízkoimpedančné napätie (mV)
- Jeden kábel: Dvojvodičový kábel pre napájanie aj signál
Napájacia a signálna cesta
- Prístroj poskytuje konštantný prúd (typicky 4 mA)
- Prúd napája vnútornú elektroniku
- Vibrácie modulujú napätie na tom istom kábli
- Výstup s prepojením so striedavým prúdom (vibračný signál) je napájaný jednosmerným predpätím
- Prístroj oddeľuje jednosmerný prúd od striedavého signálu
Kľúčové výhody
Jednoduchosť
- Nie je potrebný žiadny externý zosilňovač
- Jednoduché dvojvodičové pripojenie
- Štandardný koaxiálny kábel (nízka cena)
- Jednoduchá inštalácia a nastavenie
Možnosť dlhého kábla
- Nízkoimpedančný výstup poháňa dlhé káble
- Dĺžky káblov do 300 m (1000 stôp) v praxi
- Minimálna degradácia signálu
- Žiadne špeciálne požiadavky na kábel
Odolnosť voči šumu
- Nízka impedancia menej náchylná na elektrické rušenie
- Lepšie potlačenie EMI/RFI ako v režime nabíjania
- Vhodné do elektricky hlučného prostredia
Nákladová efektívnosť
- Eliminuje drahé zosilňovače náboja
- Znižuje náklady na systém
- Nižšie náklady na inštaláciu
- Štandardné priemyselné senzory sú široko dostupné
Špecifikácie a výkon
Typické špecifikácie
- Citlivosť: 10 – 100 mV/g bežné (100 mV/g štandard)
- Frekvenčný rozsah: 0,5 Hz – 10 kHz (nízkofrekvenčné obmedzenie zo strany AC väzby)
- Rozsah merania: typicky ±50 g až ±500 g
- Teplotný rozsah: Štandardne -50 °C až +120 °C; vysokoteplotné verzie do +175 °C
- Požadovaný výkon: 18 – 30 V DC, konštantný prúd 2 – 20 mA
Výkonnostné charakteristiky
- Vynikajúca linearita (typicky < chyba 1%)
- Nízka hlučnosť
- Dobrá rovinnosť frekvenčnej odozvy
- Stabilná kalibrácia v priebehu času
Obmedzenia
Nízkofrekvenčná odozva
- AC výstup (kondenzátorové bloky DC)
- Nízkofrekvenčné obmedzenie typicky 0,5 – 2 Hz (bod –3 dB)
- Nedá sa zmerať skutočný jednosmerný prúd alebo veľmi pomalé zmeny
- Vhodné pre väčšinu strojov (> 300 ot./min.), ale obmedzenie pre veľmi nízke rýchlosti
Teplotné obmedzenia
- Štandardné IEPE obmedzené na ~120°C
- Vysokoteplotné verzie do 175 °C, ale drahšie
- Nad limitmi, elektronika zlyháva
- Alternatíva: akcelerometre v nabíjacom režime pre veľmi vysoké teploty (> 200 °C)
Citlivosť uzemňovacej slučky
- Mierne potlačenie spoločného režimu
- Môže byť ovplyvnený rozdielmi potenciálov zeme
- Dôležité je správne uzemnenie a izolácia
- Pri správnej inštalácii zvyčajne nie je problém
Aplikácie
Monitorovanie stavu
- Zber údajov na základe trasy pomocou zberačov údajov
- Trvalé online monitorovacie systémy
- Dočasné monitorovanie pre riešenie problémov
- Najbežnejší priemyselný snímač vibrácií
Vyvažovanie
- Merania vyvažovania poľa
- Vyvažovacie stroje pre dielne
- Meranie amplitúdy a fázy
Akceptačné testovanie
- Uvedenie nových zariadení do prevádzky
- Overenie po oprave
- Zmluvné overenie vibrácií
IEPE vs. iné typy akcelerometrov
IEPE vs. režim nabíjania
- IEPE: Vstavaná elektronika, jednoduchý kábel, nižšie náklady, obmedzená teplota
- Režim nabíjania: Žiadna elektronika, vyžaduje zosilňovač náboja, možné extrémne teploty
- Použite IEPE: 95% priemyselných aplikácií
- Použite poplatok: Extrémne teploty (>175 °C), jadrové prostredie, špeciálne aplikácie
IEPE verzus MEMS
- IEPE: Piezoelektrický kryštál, vyšší výkon, priemyselný štandard
- MEMS: Mikroobrábaný kremík, nižšie náklady, integrované systémy
- Výhody IEPE: Lepšia citlivosť, širšia šírka pásma, overená spoľahlivosť
- Výhody MEMS: Nižšie náklady, menšia veľkosť, jednosmerná odozva
Najlepšie postupy pri inštalácii
Metódy montáže
- Upevnenie na kolík: Najlepší výkon, najvyššia frekvencia (do 10+ kHz)
- Lepidlo: Dobrý výkon, semipermanentný (do 7-8 kHz)
- Magnetické: Pohodlné, prijateľné na bežné monitorovanie (do 2-3 kHz)
- Ručné: Len rýchly skríning, obmedzená presnosť a frekvenčný rozsah
Úvahy o kábloch
- Používajte kvalitný koaxiálny kábel
- Zabráňte poškodeniu kábla (stlačenie, ostré ohyby)
- Zaistite kábel, aby ste predišli vibráciám
- Uchovávajte káble mimo dosahu zdrojov vysokého napätia
- Overte kontinuitu a izoláciu
Overenie zdroja napájania
- Overte, či prístroj poskytuje správny konštantný prúd (typicky 2 – 20 mA)
- Skontrolujte predpätie (zvyčajne 8 – 12 V DC)
- Zabezpečte dostatočné napájacie napätie (18 – 30 V jednosmerného prúdu)
- Otestujte prístroj s overeným senzorom
Akcelerometre IEPE predstavujú optimálnu rovnováhu medzi výkonom, jednoduchosťou a cenou pre priemyselné monitorovanie vibrácií. Ich integrovaná elektronika, jednoduchá konektivita a robustný výkon z nich urobili jednoznačnú voľbu pre monitorovanie stavu, vyvažovanie a riešenie problémov vo všetkých odvetviach a vo väčšine štandardných aplikácií nahrádzajú staršie technológie nabíjacieho režimu a napäťového výstupu.
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 