Розуміння підсилювачів заряду
Визначення: Що таке підсилювач заряду?
Підсилювач заряду — це електронний пристрій формування сигналу, який перетворює вихідний заряд з високим імпедансом (вимірюється в пікокулонах, пКл) з режиму заряду п'єзоелектричні акселерометри у низькоомний вихід напруги, придатний для передачі по кабелях та обробки вимірювальними приладами. Підсилювач заряду діє як перетворювач імпедансу та підсилювач, що дозволяє використовувати датчики в режимі заряду, які можуть працювати за екстремальних температур та суворих умов, де Акселерометри IEPE зазнає невдачі.
Хоча підсилювачі заряду менш поширені в звичайному промисловому моніторингу (замінені простішими IEPE-датчиками), вони залишаються важливими для спеціалізованих застосувань, що вимагають екстремальної температурної стійкості (вище 175°C), ядерних середовищ або ситуацій, коли електроніка датчиків неприпустима. Розуміння роботи підсилювача заряду важливе для високотемпературних систем. вібрація системи моніторингу та історичних вимірювань.
Принцип дії
Перетворення заряду в напругу
- П'єзоелектричний датчик генерує заряд (Q), пропорційний прискоренню
- Заряд, зібраний на спеціальному малошумному кабелі ємності
- Підсилювач заряду інтегрує заряд за допомогою конденсатора зворотного зв'язку
- Вихідна напруга V = Q / C зворотного зв'язку
- Результат: Вихідна напруга з низьким імпедансом (зазвичай ±10 В повного діапазону)
Основні характеристики схеми
- Дуже високий вхідний імпеданс (>10^12 Ом) для запобігання витоку заряду
- Конденсатор зворотного зв'язку визначає коефіцієнт посилення/чутливість
- Резистор зворотного зв'язку встановлює низькочастотну характеристику
- Низькошумна конструкція критично важлива для слабких сигналів
- Кілька налаштувань посилення для різної чутливості датчика
Переваги систем режиму зарядки
Здатність до екстремальних температур
- Датчики в режимі зарядки працюють до 650°C (деякі до 1000°C)
- Відсутність електроніки в датчику, яка б виходила з ладу від тепла
- Необхідний для вихлопних систем, печей, двигунів
- IEPE обмежено ~175°C максимум
Стійкість до радіації
- Відсутність активної електроніки в датчику
- Підходить для ядерних середовищ
- Електроніка IEPE пошкоджена радіацією
Взаємозамінність кабелів
- Можна змінювати довжину кабелю без повторного калібрування
- Заряд нечутливий до ємності кабелю (в межах)
- Гнучкість в установці
Недоліки та проблеми
Складність системи
- Потрібен окремий зовнішній підсилювач заряду (вартість, розмір)
- Більше компонентів = більше потенційних точок відмови
- Налаштування та конфігурація складніші, ніж IEPE
Вимоги до кабелю
- Необхідно використовувати спеціальний кабель з низьким рівнем шуму
- Рух кабелю може створювати шум (трибоелектричний ефект)
- Кабель необхідно закріпити, щоб запобігти вібрації
- Дорожчий за стандартний коаксіальний
- Практичне обмеження довжини зазвичай ~100 м
Чутливість до вологи
- Високий імпеданс, чутливий до опору ізоляції
- Волога може спричинити дрейф сигналу або шум
- Потрібне гарне ущільнення та стан кабелю
Коли використовувати режим заряджання
Необхідні програми
- Висока температура: >175°C (випускні системи, печі, випалювальні камери, випробування двигунів)
- Ядерні середовища: Випромінювання перевищує допустиму потужність електроніки
- Вибухонебезпечні атмосфери: Іскробезпечні датчики без активної електроніки
- Дослідження: Спеціалізовані випробування, що вимагають характеристик режиму зарядки
Не рекомендується, коли
- Стандартний промисловий моніторинг (використовуйте замість нього IEPE)
- Довгі кабельні траси в середовищі з електричними перешкодами
- Бюджетні обмеження (підсилювачі заряду дорогі)
- Рутинний моніторинг стану (складність не виправдана)
Функції підсилювача заряду
Налаштування посилення/чутливості
- Регульований відповідно до чутливості датчика
- Типові діапазони: 0,1–1000 мВ/пКл
- Дозволяє використовувати різні датчики з одним підсилювачем
- Необхідно калібрувати для використовуваного датчика
Контроль частотної характеристики
- Регульований рівень зрізу фільтра високих частот (типово 0,1-10 Гц)
- Низькочастотний фільтр для згладжування
- Функції інтегрування/диференціювання
- Оптимізовано для вимог застосування
Можливість тросового приводу
- Низькоомний вихід забезпечує передачу довгих кабелів до інструментів
- Типовий вихід ±10 В
- За потреби можна керувати кількома інструментами
Налаштування та калібрування
Конфігурація
- Підключіть датчик до підсилювача заряду за допомогою малошумного кабелю
- Встановіть коефіцієнт посилення підсилювача відповідно до чутливості датчика
- Встановлення діапазону частот (фільтри високих та низьких частот)
- Підключіть вихід підсилювача до вимірювального приладу
- Перевірте калібрування від початку до кінця з відомим збудженням
Перевірка калібрування
- Калібрування столу шейкера
- Портативний калібратор (ручний збудник)
- Порівняння з еталонним датчиком
- Перевірте чутливість та частотну характеристику
Сучасні тенденції
Зниження використання
- IEPE замінив режим зарядки в більшості застосувань
- Простіше, дешевше, легше у використанні
- Режим заряджання призначений для спеціалізованих застосувань
- Деякі об'єкти поступово відмовляються від систем зарядного режиму
Решта заявок
- Моніторинг високих температур (газові турбіни, двигуни)
- Атомні електростанції
- Дослідницькі лабораторії
- Прецизійні вимірювання, що вимагають переваг режиму зарядки
- Обслуговування застарілих систем
Підсилювачі заряду – це спеціалізовані пристрої формування сигналу, які дозволяють використовувати п'єзоелектричні акселерометри в режимі заряду в екстремальних умовах, де IEPE-сенсори не можуть працювати. Хоча їхня складність та вартість обмежують їх спеціалізованим застосуванням, розуміння роботи підсилювача заряду залишається важливим для моніторингу вібрації за високих температур та обслуговування застарілих вимірювальних систем на промислових об'єктах.
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 