Hiểu về bộ khuếch đại điện tích
Định nghĩa: Bộ khuếch đại điện tích là gì?
Bộ khuếch đại điện tích là một thiết bị xử lý tín hiệu điện tử chuyển đổi đầu ra điện tích trở kháng cao (được đo bằng picoculomb, pC) từ chế độ sạc máy đo gia tốc áp điện thành điện áp đầu ra trở kháng thấp, phù hợp để truyền qua cáp và xử lý bằng các thiết bị đo lường. Bộ khuếch đại điện tích hoạt động như một bộ chuyển đổi trở kháng và bộ khuếch đại, cho phép sử dụng các cảm biến chế độ sạc có thể hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt và điều kiện khắc nghiệt. Máy đo gia tốc IEPE sẽ thất bại.
Mặc dù ít phổ biến hơn trong giám sát công nghiệp thông thường (được thay thế bằng các cảm biến IEPE đơn giản hơn), bộ khuếch đại điện tích vẫn thiết yếu cho các ứng dụng chuyên biệt đòi hỏi khả năng chịu nhiệt độ cực cao (trên 175°C), môi trường hạt nhân hoặc các tình huống mà thiết bị điện tử cảm biến không thể chịu được. Việc hiểu rõ hoạt động của bộ khuếch đại điện tích rất quan trọng đối với các ứng dụng nhiệt độ cao. rung động hệ thống giám sát và đo lường lịch sử.
Nguyên lý hoạt động
Chuyển đổi điện tích sang điện áp
- Cảm biến áp điện tạo ra điện tích (Q) tỷ lệ thuận với gia tốc
- Điện tích được thu thập trên điện dung cáp tiếng ồn thấp đặc biệt
- Bộ khuếch đại điện tích tích hợp điện tích bằng tụ điện phản hồi
- Điện áp đầu ra V = Q / Cphản hồi
- Kết quả: Điện áp đầu ra trở kháng thấp (thường là ±10V toàn thang đo)
Các tính năng chính của mạch
- Trở kháng đầu vào rất cao (>10^12 ohms) để tránh rò rỉ điện tích
- Tụ phản hồi xác định độ khuếch đại/độ nhạy
- Bộ điện trở phản hồi thiết lập đáp ứng tần số thấp
- Thiết kế ít tiếng ồn rất quan trọng đối với tín hiệu yếu
- Nhiều cài đặt mức tăng cho các độ nhạy cảm biến khác nhau
Ưu điểm của Hệ thống Chế độ Sạc
Khả năng chịu nhiệt độ cực cao
- Cảm biến chế độ sạc hoạt động ở nhiệt độ 650°C (một số lên đến 1000°C)
- Không có thiết bị điện tử nào trong cảm biến bị hỏng do nhiệt
- Cần thiết cho hệ thống xả, lò sưởi, động cơ
- IEPE giới hạn ở mức tối đa ~175°C
Khả năng chống bức xạ
- Không có thiết bị điện tử hoạt động trong cảm biến
- Phù hợp với môi trường hạt nhân
- Thiết bị điện tử IEPE bị hư hỏng do bức xạ
Khả năng thay thế cáp
- Có thể thay đổi chiều dài cáp mà không cần hiệu chuẩn lại
- Điện tích không nhạy cảm với điện dung của cáp (trong giới hạn)
- Tính linh hoạt trong cài đặt
Nhược điểm và thách thức
Độ phức tạp của hệ thống
- Yêu cầu bộ khuếch đại điện tích bên ngoài riêng biệt (chi phí, kích thước)
- Nhiều thành phần hơn = nhiều điểm hỏng hóc tiềm ẩn hơn
- Thiết lập và cấu hình phức tạp hơn IEPE
Yêu cầu về cáp
- Phải sử dụng cáp đặc biệt có độ ồn thấp
- Chuyển động của cáp có thể tạo ra tiếng ồn (hiệu ứng ma sát điện)
- Cáp phải được cố định để tránh rung động
- Đắt hơn cáp đồng trục tiêu chuẩn
- Giới hạn chiều dài thực tế thường là ~100m
Độ nhạy cảm với độ ẩm
- Trở kháng cao nhạy cảm với điện trở cách điện
- Độ ẩm có thể gây ra hiện tượng trôi tín hiệu hoặc nhiễu
- Yêu cầu niêm phong tốt và tình trạng cáp
Khi nào nên sử dụng chế độ sạc
Ứng dụng bắt buộc
- Nhiệt độ cao: >175°C (hệ thống xả, lò nung, lò nung, thử nghiệm động cơ)
- Môi trường hạt nhân: Bức xạ vượt quá mức chịu đựng của thiết bị điện tử
- Bầu không khí dễ nổ: Cảm biến an toàn nội tại không có thiết bị điện tử chủ động
- Nghiên cứu: Kiểm tra chuyên biệt yêu cầu đặc điểm chế độ sạc
Không được khuyến khích khi
- Giám sát công nghiệp tiêu chuẩn (sử dụng IEPE thay thế)
- Cáp dài chạy trong môi trường nhiễu điện
- Ràng buộc về ngân sách (bộ khuếch đại điện tích đắt tiền)
- Theo dõi tình trạng thường xuyên (không hợp lý vì độ phức tạp)
Tính năng của bộ khuếch đại điện tích
Cài đặt độ khuếch đại/độ nhạy
- Có thể điều chỉnh để phù hợp với độ nhạy của cảm biến
- Phạm vi điển hình: 0,1-1000 mV/pC
- Cho phép sử dụng các cảm biến khác nhau với cùng một bộ khuếch đại
- Phải được hiệu chuẩn cho cảm biến đang được sử dụng
Kiểm soát đáp ứng tần số
- Bộ lọc thông cao có thể điều chỉnh ngưỡng cắt (điển hình 0,1-10 Hz)
- Bộ lọc thông thấp để khử răng cưa
- Các hàm tích hợp/phân biệt
- Được tối ưu hóa cho các yêu cầu ứng dụng
Khả năng truyền động cáp
- Đầu ra trở kháng thấp truyền tín hiệu cáp dài đến các thiết bị
- Thông thường đầu ra ±10V
- Có thể lái nhiều loại nhạc cụ nếu cần
Thiết lập và hiệu chuẩn
Cấu hình
- Kết nối cảm biến với bộ khuếch đại sạc bằng cáp có độ nhiễu thấp
- Đặt mức khuếch đại phù hợp với độ nhạy của cảm biến
- Thiết lập dải tần số (bộ lọc thông cao và thông thấp)
- Kết nối đầu ra của bộ khuếch đại với thiết bị đo lường
- Xác minh hiệu chuẩn đầu cuối với sự kích thích đã biết
Xác minh hiệu chuẩn
- Hiệu chuẩn bàn lắc
- Máy hiệu chuẩn cầm tay (máy kích thích cầm tay)
- So sánh trực tiếp với cảm biến tham chiếu
- Kiểm tra độ nhạy và đáp ứng tần số
Xu hướng hiện đại
Giảm sử dụng
- IEPE đã thay thế chế độ sạc trong hầu hết các ứng dụng
- Đơn giản hơn, chi phí thấp hơn, dễ sử dụng hơn
- Chế độ sạc được chuyển giao cho các ứng dụng chuyên biệt
- Một số cơ sở đang dần loại bỏ hệ thống chế độ sạc
Các ứng dụng còn lại
- Giám sát nhiệt độ cao (tua bin khí, động cơ)
- Nhà máy điện hạt nhân
- Phòng thí nghiệm nghiên cứu
- Các phép đo chính xác đòi hỏi lợi thế về chế độ sạc
- Bảo trì hệ thống cũ
Bộ khuếch đại điện tích là thiết bị xử lý tín hiệu chuyên dụng cho phép sử dụng máy đo gia tốc áp điện chế độ điện tích trong điều kiện khắc nghiệt mà cảm biến IEPE không thể hoạt động. Mặc dù độ phức tạp và chi phí cao đã hạn chế chúng trong các ứng dụng chuyên biệt, việc hiểu rõ hoạt động của bộ khuếch đại điện tích vẫn rất quan trọng đối với việc giám sát độ rung ở nhiệt độ cao và bảo trì các hệ thống đo lường cũ trong các cơ sở công nghiệp.
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 