Разумевање појачавача наелектрисања
Дефиниција: Шта је појачавач наелектрисања?
Појачало пуњења је електронски уређај за кондиционирање сигнала који претвара излаз високоимпедансног наелектрисања (мерено у пикокулонима, pC) из режима пуњења пиезоелектрични акцелерометри у излазни напон ниске импедансе погодан за пренос преко каблова и обраду мерним инструментима. Појачавач наелектрисања делује као конвертор импедансе и појачавач, омогућавајући употребу сензора у режиму пуњења који могу да раде на екстремним температурама и у тешким условима где IEPE акцелерометри не би успело.
Иако су мање уобичајени у рутинском индустријском праћењу (замењени једноставнијим IEPE сензорима), појачавачи наелектрисања остају неопходни за специјализоване примене које захтевају екстремне температурне услове (изнад 175°C), нуклеарна окружења или ситуације где се сензорска електроника не може толерисати. Разумевање рада појачавача наелектрисања је важно за високе температуре. вибрација системи за праћење и историјско мерење.
Принцип рада
Конверзија наелектрисања у напон
- Пиезоелектрични сензор генерише наелектрисање (Q) пропорционално убрзању
- Наелектрисање сакупљено на посебном нискошумном каблу
- Појачало наелектрисања интегрише наелектрисање користећи кондензатор са повратном спрегом
- Излазни напон V = Q / C повратна спрега
- Резултат: Излазни напон ниске импедансе (типично ±10V пуне скале)
Кључне карактеристике кола
- Веома висока улазна импеданса (>10^12 ома) да би се избегло цурење наелектрисања
- Кондензатор повратне спреге дефинише појачање/осетљивост
- Отпорник повратне спреге подешава нискофреквентни одзив
- Дизајн са ниским нивоом шума је кључан за слабе сигнале
- Вишеструка подешавања појачања за различите осетљивости сензора
Предности система режима пуњења
Способност за екстремне температуре
- Сензори у режиму пуњења раде до 650°C (неки до 1000°C)
- Нема електронике у сензору која би отказала од топлоте
- Неопходно за издувне системе, пећи, моторе
- ИЕПЕ ограничен на максимално 175°Ц
Отпорност на зрачење
- Нема активне електронике у сензору
- Погодно за нуклеарна окружења
- IEPE електроника оштећена зрачењем
Заменљивост каблова
- Може променити дужину кабла без поновне калибрације
- Пуњење неосетљиво на капацитет кабла (унутар ограничења)
- Флексибилност у инсталацији
Недостаци и изазови
Сложеност система
- Захтева засебан екстерни појачавач пуњења (цена, величина)
- Више компоненти = више потенцијалних тачака квара
- Подешавање и конфигурација сложенији од IEPE-а
Захтеви за каблове
- Мора се користити посебан кабл са ниским нивоом шума
- Кретање кабла може генерисати буку (трибоелектрични ефекат)
- Кабл мора бити осигуран да би се спречиле вибрације
- Скупљи од стандардног коаксијалног
- Практично ограничење дужине ~100m типично
Осетљивост на влагу
- Висока импеданса осетљива на отпор изолације
- Влага може изазвати померање сигнала или шум
- Захтева добро заптивање и стање кабла
Када користити режим пуњења
Потребне апликације
- Висока температура: >175°C (издувни системи, пећи, ложишта, испитивање мотора)
- Нуклеарна окружења: Зрачење превазилази толеранцију електронике
- Експлозивне атмосфере: Сензори са инстринсичном безбедношћу без активне електронике
- Истраживање: Специјализовано тестирање које захтева карактеристике режима пуњења
Не препоручује се када
- Стандардно индустријско праћење (користите IEPE уместо тога)
- Дуги каблови у окружењу са електричним шумом
- Буџетска ограничења (појачавачи наелектрисања су скупи)
- Рутинско праћење стања (сложеност није оправдана)
Карактеристике појачала пуњења
Подешавања појачања/осетљивости
- Подесива осетљивост сензора
- Типични опсези: 0,1-1000 mV/pC
- Омогућава коришћење различитих сензора са истим појачалом
- Мора бити калибрисан за сензор који се користи
Контрола фреквентног одзива
- Подесива гранична вредност високопропусног филтера (типично 0,1-10 Hz)
- Нископропусни филтер за анти-алијасинг
- Функције интеграције/диференцијације
- Оптимизовано за захтеве апликације
Могућност погона кабла
- Излаз ниске импедансе покреће дугачке каблове до инструмената
- Типично ±10V излаз
- Може да покреће више инструмената ако је потребно
Подешавање и калибрација
Конфигурација
- Повежите сензор са појачалом пуњења помоћу кабла са ниским нивоом шума
- Подесите појачање појачала тако да одговара осетљивости сензора
- Подешавање фреквентног опсега (високопропусни и нископропусни филтери)
- Повежите излаз појачала са мерним инструментом
- Проверите калибрацију од краја до краја са познатим побуђивањем
Верификација калибрације
- Калибрација стола за мућкање
- Преносни калибратор (ручни побуђивач)
- Узастопно поређење са референтним сензором
- Проверите осетљивост и фреквентни одзив
Модерни трендови
Опадање употребе
- IEPE је заменио режим пуњења у већини апликација
- Једноставније, јефтиније, лакше за употребу
- Режим пуњења је препуштен специјализованим апликацијама
- Неки објекти постепено укидају системе са режимом пуњења
Преостале апликације
- Праћење високих температура (гасне турбине, мотори)
- Нуклеарне електране
- Истраживачке лабораторије
- Прецизна мерења која захтевају предности режима пуњења
- Одржавање старих система
Појачавачи наелектрисања су специјализовани уређаји за кондиционирање сигнала који омогућавају употребу пиезоелектричних акцелерометара у режиму наелектрисања у екстремним условима где IEPE сензори не могу да раде. Иако су их њихова сложеност и цена ограничили на специјализоване примене, разумевање рада појачавача наелектрисања остаје важно за праћење вибрација на високим температурама и одржавање старих система мерења у индустријским објектима.
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 