Förstå spänningsmodaccelerometrar
Definition: Vad är en spänningsmodaccelerometer?
Spänningslägesaccelerometer är en piezoelektrisk accelerometer med inbyggd signalbehandlingselektronik som omvandlar den högohmiga laddningen från det piezoelektriska elementet till en lågohmig spänningsutgång. Denna term är i huvudsak synonym med IEPE-accelerometer (Integrated Electronics Piezo-Electric) och ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric, ett varumärke som tillhör PCB Piezotronics). Beteckningen “spänningsläge” betonar att utsignalen är spänning (vanligtvis mV per g) snarare än laddning (pC per g), vilket skiljer den från accelerometrar i laddningsläge.
Spänningsmodiga accelerometrar har blivit den överväldigande standarden inom industrin vibration övervakning, vilket motsvarar över 95% av applikationer på grund av deras enkelhet (ingen extern förstärkare behövs), användarvänlighet (enkel tvåtrådsanslutning) och kostnadseffektivitet. Att förstå att spänningsläge, IEPE och ICP i huvudsak hänvisar till samma teknik hjälper till att navigera i produktspecifikationer och litteratur.
Viktiga egenskaper
Integrerad elektronik
- Mikroelektronisk förstärkare inbyggd i sensorhuset
- Omvandlar högohmig laddning till lågohmig spänning
- Använder vanligtvis FET- eller IC-förstärkare
- Drivs av konstant ström från mätinstrument
Utdataformat
- Känslighet: Typiskt 10–1000 mV/g
- Gemensam: 100 mV/g industristandard
- Signaltyp: Växelspänning proportionell mot accelerationen
- Impedans: Låg (< 100 ohm utgångsimpedans)
Strömförsörjningskrav
- Konstant ström: 2–20 mA typiskt (4 mA gemensamt)
- Matningsspänning: 18–30 VDC
- Biasspänning: 8–12 VDC på utgången
- Tvåtrådig: Ström och signal på samma kabel
Fördelar
Systemens enkelhet
- Ingen extern laddningsförstärkare nödvändig
- Direkt anslutning till instrumentet
- Lägre total systemkostnad
- Minskad komplexitet och minskade felpunkter
Kabelkapacitet
- Lågompandibel driver långa kablar (upp till 300 m)
- Standard billig koaxialkabel
- God brusimmunitet
- Flexibel installation
Användarvänlighet
- Enkel plug-and-play-användning
- Minimal installation krävs
- Standardiserat gränssnitt
- Brett kompatibel med instrument
Jämförelse med laddningsläge
Spänningsläge (IEPE) Fördelar
- Enklare system (ingen extern förstärkare)
- Lägre kostnad
- Lång kabelkapacitet
- Bättre brusimmunitet
- Enklare att använda
Fördelar med laddningsläge
- Högre temperaturkapacitet (upp till 650 °C jämfört med 175 °C)
- Strålningshårdhet (kärnkraftsapplikationer)
- Ingen aktiv elektronik kan gå sönder
- Endast specialiserade applikationer
Urval
- Spänningsläge: 95%+ av industriella applikationer
- Laddningsläge: Endast när temperaturen är > 175 °C eller strålning förekommer
Vanliga specifikationer
Känslighetsalternativ
- 10 mV/g: Hög vibration, stötdämpning (±500 g räckvidd)
- 50 mV/g: Allmänt bruk (±100 g intervall)
- 100 mV/g: Industristandard (±50 g intervall)
- 500–1000 mV/g: Låg vibration, precision (±5-10g intervall)
Frekvensåtergivning
- Lågfrekvens: 0,5–5 Hz (-3 dB, AC-kopplad)
- Hög frekvens: till resonans (10–70 kHz beroende på storlek)
- Användbar upp till 1/3 resonansfrekvens
Temperaturklassning
- Standard: -50 till +120°C
- Utökad: -50 till +150°C
- Hög temperatur: -50 till +175°C
- Över 175°C: laddningsläge krävs
Varianter och teknologier
Designvariationer
- Kompressionsläge IEPE (vanligast, ekonomiskt)
- Skjuvläge IEPE (premium, bättre prestanda)
- Differentialutgång (bättre common-mode-avvisning)
- Lågbrus (extremt lågbrusgolv för precision)
Pakettyper
- Industriell (hermetiskt tillsluten, robust)
- Miniatyr (liten storlek för utrymmesbegränsade tillämpningar)
- Triaxial (tre ortogonala axlar i ett paket)
- Subminiatyr (< 10 gram)
Terminologiförtydligande
Motsvarande termer
- Spänningsläge: Generisk deskriptor
- IEPE: Integrerad elektronik piezoelektrisk (standardterm)
- ICP®: Integrerad krets piezoelektrisk (varumärke PCB Piezotronics)
- CCLD: Constant Current Line Drive (Brüel & Kjær term)
- Deltatron: Varumärket Brüel & Kjær
- Alla: I grunden samma teknik med inbyggd elektronik och konstantströmsförsörjning
Bästa praxis
Urval
- 100 mV/g känslighet för allmänt maskineri
- Industriellt hölje för tuffa miljöer
- Lämplig temperaturklassning för tillämpning
- Hermetiskt förseglad för förorenade miljöer
Installation
- Stiftfäste för högfrekventa mätningar
- Lim för semipermanenta installationer
- Magnetisk för ruttundersökningar
- Rätt montering avgörande för prestanda
Underhåll
- Periodisk kalibrering (årligen för kritiska)
- Kabelinspektion
- Monteringsverifiering
- Funktionskontroller före kritiska mätningar
Spänningsmodsaccelerometrar (IEPE/ICP) är arbetskraftssensorerna inom modern industriell vibrationsövervakning, och kombinerar fördelarna med piezoelektrisk transduktion med integrerad elektronik för enkelhet och tillförlitlighet. Deras dominans inom området återspeglar den optimala balansen mellan prestanda, kostnad och användarvänlighet för de allra flesta tillämpningar inom tillståndsövervakning och diagnostik av roterande maskiner.