Разумевање акцелерометара у напонском режиму
Дефиниција: Шта је акцелерометар у напонском режиму?
Акцелерометар у напонском режиму је пиезоелектрични акцелерометар са уграђеном електроником за кондиционирање сигнала која претвара наелектрисање високе импедансе из пиезоелектричног елемента у излазни напон ниске импедансе. Овај термин је у суштини синоним за IEPE акцелерометар (Integrated Electronics Piezo-Electric) и ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, заштитни знак компаније PCB Piezotronics). Ознака “напонског режима” наглашава да је излаз напон (обично mV по g), а не наелектрисање (pC по g), што га разликује од акцелерометара у режиму наелектрисања.
Акцелерометри напонског режима постали су доминантни стандард у индустрији вибрација праћење, што чини преко 95% апликација због њихове једноставности (није потребно спољно појачало), лакоће употребе (једноставна двожична веза) и исплативости. Разумевање да се напонски режим, IEPE и ICP односе на у суштини исту технологију помаже у сналажењу у спецификацијама производа и литератури.
Кључне карактеристике
Интегрисана електроника
- Микроелектронски појачавач уграђен у кућиште сензора
- Претвара наелектрисање високе импедансе у напон ниске импедансе
- Обично користи ФЕТ или ИЦ појачало
- Напаја се константном струјом из мерног инструмента
Излазни формат
- Sensitivity: Типично 10-1000 mV/g
- Уобичајено: Индустријски стандард од 100 mV/g
- Тип сигнала: Наизменични напон пропорционалан убрзању
- Импеданса: Ниско (< 100 ома излазна импеданса)
Захтеви за напајање
- Константна струја: 2-20 mA типично (4 mA уобичајено)
- Напон напајања: 18-30 VDC
- Напон пристрасности: 8-12 VDC на излазу
- Двожилни: Напајање и сигнал на истом каблу
Предности
Једноставност система
- Без спољног појачало наелектрисања потребно
- Директна веза са инструментом
- Нижи укупни трошкови система
- Смањена сложеност и број тачака отказа
Кабловске могућности
- Ниска импеданса покреће дугачке каблове (до 300 м)
- Стандардни јефтини коаксијални кабл
- Добар имунитет на буку
- Флексибилна инсталација
Једноставност коришћења
- Једноставно „укључи и користи“ коришћење
- Потребно је минимално подешавање
- Стандардизовани интерфејс
- Широко компатибилан са инструментима
Поређење са режимом пуњења
Напонски режим (ИЕПЕ) Предности
- Једноставнији систем (без екстерног појачала)
- Нижи трошкови
- Могућност дугог кабла
- Бољи имунитет на буку
- Лакше за коришћење
Предности режима пуњења
- Већа температурна способност (до 650°C у односу на 175°C)
- Отпорност на зрачење (нуклеарне примене)
- Нема активне електронике која би могла да откаже
- Само специјализоване апликације
Избор
- Напон-режим: 95%+ индустријских примена
- Режим пуњења: Само када је температура > 175°C или присутно зрачење
Уобичајене спецификације
Опције осетљивости
- 10 mV/g: Високе вибрације, ударци (опсег ±500 г)
- 50 мВ/г: Општа намена (опсег ±100 г)
- 100 мВ/г: Индустријски стандард (опсег ±50 г)
- 500-1000 mV/g: Ниске вибрације, прецизност (опсег ±5-10 г)
Фреквентни одзив
- Ниска фреквенција: 0,5-5 Hz (-3 dB, AC спрегнуто)
- Висока фреквенција: до резонанције (10-70 kHz у зависности од величине)
- Може се користити до 1/3 резонантне фреквенције
Оцена температуре
- Стандардно: -50 до +120°C
- Проширено: -50 до +150°C
- Висока температура: -50 до +175°C
- Изнад 175°C: потребан је режим пуњења
Варијанте и технологије
Варијације дизајна
- ИЕПЕ у режиму компресије (најчешћи, економични)
- Смицање-режим ИЕПЕ (премиум, боље перформансе)
- Диференцијални излаз (боље одбијање заједничког режима)
- Низак ниво буке (ултра низак ниво буке за прецизност)
Врсте пакета
- Индустријски (херметички затворен, робустан)
- Минијатурни (мале величине за примене са ограниченим простором)
- Триосни (три ортогоналне осе у једном пакету)
- Субминијатурно (< 10 грама)
Појашњење терминологије
Еквивалентни термини
- Напон-режим: Генерички дескриптор
- ИЕПЕ: Интегрисана електроника пиезоелектрична (стандардни термин)
- ИЦП®: Интегрисано пиезоелектрично коло (заштитни знак PCB Piezotronics)
- ЦЦЛД: Погон са константном струјом (Бруел & Кјӕр термин)
- Делтатрон: Назив бренда Бруел и Кјер
- Све: У основи иста технологија са уграђеном електроником и константном струјом
Најбоље праксе
Избор
- Осетљивост од 100 mV/g за опште машине
- Кућиште индустријског квалитета за тешке услове рада
- Одговарајућа температурна ознака за примену
- Херметички затворено за контаминирану средину
Инсталација
- Носач са клином за мерења високих фреквенција
- Лепак за полутрајне инсталације
- Магнетни за истраживање рута
- Правилно монтажа критично за перформансе
Одржавање
- Периодично калибрација (годишње за критичне)
- Инспекција каблова
- Верификација монтаже
- Провере функционалности пре критичних мерења
Акцелерометри напонског режима (IEPE/ICP) су сензори који раде на модерном индустријском праћењу вибрација, комбинујући предности пиезоелектричне трансдукције са интегрисаном електроником ради једноставности и поузданости. Њихова доминација на терену одражава оптималну равнотежу између перформанси, цене и једноставности употребе за велику већину примена праћења стања ротационих машина и дијагностике.