Razumevanje ojačevalnikov naboja
Definicija: Kaj je ojačevalnik naboja?
Ojačevalnik polnjenja je elektronska naprava za obdelavo signalov, ki pretvarja visokoimpedančni izhod naboja (merjeno v pikokulombih, pC) iz načina polnjenja piezoelektrični merilniki pospeška v nizkoimpedančni napetostni izhod, primeren za prenos po kablih in obdelavo z merilnimi instrumenti. Ojačevalnik naboja deluje kot pretvornik impedance in ojačevalnik, kar omogoča uporabo senzorjev v načinu polnjenja, ki lahko delujejo pri ekstremnih temperaturah in težkih pogojih, kjer IEPE merilniki pospeška bi propadlo.
Čeprav so ojačevalniki naboja manj pogosti v rutinskem industrijskem spremljanju (nadomeščajo jih enostavnejši IEPE senzorji), ostajajo ojačevalniki naboja bistveni za specializirane aplikacije, ki zahtevajo ekstremno temperaturno zmogljivost (nad 175 °C), jedrsko okolje ali situacije, kjer senzorska elektronika ni tolerantna. Razumevanje delovanja ojačevalnika naboja je pomembno za visokotemperaturne sisteme. vibracije sistemi za spremljanje in zgodovinske meritve.
Načelo delovanja
Pretvorba naboja v napetost
- Piezoelektrični senzor ustvarja naboj (Q), sorazmeren s pospeškom
- Naboj, zbran na posebni nizkošumni kabelski kapacitivnosti
- Ojačevalnik polnjenja integrira polnjenje z uporabo povratnega kondenzatorja
- Izhodna napetost V = Q / Cpovratna zveza
- Rezultat: Izhodna napetost z nizko impedanco (običajno ±10 V polnega obsega)
Ključne značilnosti vezja
- Zelo visoka vhodna impedanca (>10^12 ohmov) za preprečevanje uhajanja naboja
- Kondenzator povratne zveze določa ojačanje/občutljivost
- Upor povratne zanke nastavi nizkofrekvenčni odziv
- Nizkošumna zasnova je ključnega pomena za šibke signale
- Več nastavitev ojačanja za različne občutljivosti senzorjev
Prednosti sistemov polnjenja
Zmogljivost ekstremnih temperatur
- Senzorji v načinu polnjenja delujejo do 650 °C (nekateri do 1000 °C)
- V senzorju ni elektronike, ki bi odpovedala zaradi vročine
- Bistveno za izpušne sisteme, peči, motorje
- IEPE je omejen na največ ~175 °C
Odpornost na sevanje
- V senzorju ni aktivne elektronike
- Primerno za jedrska okolja
- Elektronika IEPE poškodovana zaradi sevanja
Zamenljivost kablov
- Dolžino kabla je mogoče spremeniti brez ponovne kalibracije
- Naboj ni občutljiv na kapacitivnost kabla (znotraj omejitev)
- Prilagodljivost pri namestitvi
Slabosti in izzivi
Kompleksnost sistema
- Zahteva ločen zunanji ojačevalnik polnjenja (stroški, velikost)
- Več komponent = več potencialnih točk okvare
- Nastavitev in konfiguracija sta bolj zapleteni kot IEPE
Zahteve za kable
- Uporabiti je treba poseben kabel z nizkim šumom
- Gibanje kabla lahko povzroči hrup (triboelektrični učinek)
- Kabel mora biti pritrjen, da se preprečijo vibracije
- Dražji od standardnega koaksialnega kabla
- Praktična omejitev dolžine običajno ~100 m
Občutljivost na vlago
- Visoka impedanca, občutljiva na izolacijsko upornost
- Vlaga lahko povzroči nihanje signala ali šum
- Zahteva dobro tesnjenje in stanje kabla
Kdaj uporabiti način polnjenja
Zahtevane aplikacije
- Visoka temperatura: >175 °C (izpušni sistemi, peči, kurilne naprave, testiranje motorjev)
- Jedrsko okolje: Sevanje presega toleranco elektronike
- Eksplozivne atmosfere: Lastno varni senzorji brez aktivne elektronike
- Raziskave: Specializirano testiranje, ki zahteva karakteristike načina polnjenja
Ni priporočljivo, kdaj
- Standardni industrijski monitoring (uporabite IEPE)
- Dolgi kabli v okolju z električnim šumom
- Proračunske omejitve (dragi ojačevalniki naboja)
- Rutinsko spremljanje stanja (zahtevnost ni upravičena)
Značilnosti ojačevalnika polnjenja
Nastavitve ojačanja/občutljivosti
- Nastavljiv glede na občutljivost senzorja
- Tipična območja: 0,1–1000 mV/pC
- Omogoča uporabo različnih senzorjev z istim ojačevalnikom
- Za uporabo senzorja je treba kalibrirati
Nadzor frekvenčnega odziva
- Nastavljiva meja visokoprepustnega filtra (tipično 0,1–10 Hz)
- Nizkopasovni filter za anti-aliasing
- Funkcije integracije/diferenciranja
- Optimizirano za zahteve aplikacij
Zmogljivost kabelskega pogona
- Nizkoimpedančni izhod poganja dolge kable do instrumentov
- Tipično ±10V izhod
- Po potrebi lahko poganja več instrumentov
Nastavitev in kalibracija
Konfiguracija
- Priključite senzor na ojačevalnik polnjenja z nizkošumnim kablom
- Nastavite ojačanje ojačevalnika tako, da ustreza občutljivosti senzorja
- Nastavitev frekvenčnega območja (visokopasovni in nizkopasovni filtri)
- Priključite izhod ojačevalnika na merilni instrument
- Preverite kalibracijo od konca do konca z znanim vzbujanjem
Preverjanje kalibracije
- Kalibracija mize stresalnika
- Prenosni kalibrator (ročni vzbujevalnik)
- Primerjava z referenčnim senzorjem
- Preverite občutljivost in frekvenčni odziv
Sodobni trendi
Upadajoča uporaba
- IEPE je v večini aplikacij nadomestil način polnjenja.
- Enostavnejše, cenejše, lažje za uporabo
- Način polnjenja je namenjen specializiranim aplikacijam
- Nekateri obrati postopoma opuščajo sisteme polnjenja
Preostale aplikacije
- Nadzor visokih temperatur (plinske turbine, motorji)
- Jedrske elektrarne
- Raziskovalni laboratoriji
- Natančne meritve, ki zahtevajo prednosti načina polnjenja
- Vzdrževanje starejših sistemov
Ojačevalniki naboja so specializirane naprave za obdelavo signalov, ki omogočajo uporabo piezoelektričnih merilnikov pospeška v načinu naboja v ekstremnih pogojih, kjer senzorji IEPE ne morejo delovati. Čeprav jih njihova kompleksnost in stroški omejujejo na specializirane aplikacije, ostaja razumevanje delovanja ojačevalnikov naboja pomembno za spremljanje vibracij pri visokih temperaturah in vzdrževanje starejših merilnih sistemov v industrijskih obratih.
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 