了解 IEPE 加速度计
定义:什么是IEPE加速度计?
IEPE加速度计 (集成电子压电式,也称为ICP®、电压模式或恒流加速度计)是一种 压电加速度计 它内置信号调理电路,由恒流(通常为 2-20 mA)供电,该恒流通过与输出信号相同的双线电缆提供。内部电路将压电晶体产生的高阻抗电荷转换为低阻抗电压输出,无需外部电源。 电荷放大器 并使得在长距离上使用简单、低成本的同轴电缆成为可能。.
IEPE加速度计已成为工业领域的行业标准。 振动 由于其简单、可靠和经济高效,这些传感器被应用于超过90%个应用领域。它们是状态监测的首选传感器。, 平衡, 以及在大多数工业环境中进行故障排除。.
工作原理
内部结构
- 压电元件: 产生的电荷与 加速度
- 内置放大器: 传感器外壳内的FET或IC放大器
- 阻抗转换: 将高阻抗电荷(pC)转换为低阻抗电压(mV)
- 单根电缆: 电源线和信号线均为双芯电缆
电源和信号路径
- 仪器提供恒定电流(通常为 4 mA)
- 电流为内部电子元件供电
- 振动会调节同一电缆上的电压。
- 交流耦合输出(振动信号)受直流偏置电压的影响
- 该仪器将直流电源与交流信号分离
主要优势
简单
- 无需外接放大器
- 简单的两线连接
- 标准同轴电缆(低成本)
- 安装和设置简便
长电缆能力
- 低阻抗输出驱动长电缆
- 电缆长度可达 300 米(1000 英尺),实用性强。
- 信号衰减极小
- 无需特殊电缆要求
抗噪声能力
- 低阻抗,不易受电磁干扰
- 比充电模式具有更好的电磁干扰/射频干扰抑制能力
- 适用于电气噪声环境
成本效益
- 省去了昂贵的电荷放大器
- 降低系统成本
- 更低的安装成本
- 行业标准传感器广泛可用
规格和性能
典型规格
- 敏感性: 10-100 mV/g 常用(100 mV/g 标准)
- 频率范围: 0.5 Hz – 10 kHz(交流耦合的低频截止频率)
- 测量范围: 典型值±50克至±500克
- 温度范围: 标准温度范围为-50°C至+120°C;高温版本最高温度可达+175°C。
- 所需功率: 18-30 VDC,2-20 mA 恒流
性能特征
- 极佳的线性度(通常) < 1% 错误)
- 低噪声底噪
- 良好的频率响应平坦度
- 随时间推移保持稳定的校准
限制
低频响应
- 交流耦合输出(电容器阻隔直流电)
- 低频截止频率通常为 0.5-2 Hz(-3 dB 点)
- 无法测量真正的直流电或非常缓慢的变化
- 适用于大多数机械(>300转/分),但受限于极低转速。
温度限制
- 标准 IEPE 限制为 ~120°C
- 耐高温版本最高可达175°C,但价格更贵。
- 超出限度,电子设备会失效
- 替代方案:适用于极高温(>200°C)的充电模式加速度计
接地回路灵敏度
- 共模抑制比适中
- 可能受地电位差的影响
- 适当的接地和隔离很重要
- 只要安装得当,通常不会有问题。
应用
状态监测
- 基于路线的数据收集器
- 永久在线监控系统
- 临时监控以进行故障排除
- 最常见的工业振动传感器
平衡
- 场平衡测量
- 车间平衡机
- 振幅和相位测量
验收测试
- 新设备调试
- 维修后验证
- 合同振动验证
IEPE 与其他加速度计类型比较
IEPE 与充电模式
- IEPE: 内置电子元件、简易电缆、成本更低、温度限制
- 充电模式: 无电子元件,需要电荷放大器,可承受极端温度。
- 使用 IEPE: 95% 工业应用
- 使用费: 极端温度(>175°C)、核环境、特殊应用
IEPE 与 MEMS 的比较
- IEPE: 压电晶体,性能更优,符合行业标准
- 微机电系统(MEMS): 微加工硅、低成本、集成系统
- IEPE优势: 更高的灵敏度、更宽的带宽、久经考验的可靠性
- MEMS优势: 成本更低、尺寸更小、直流响应
安装最佳实践
安装方法
- 螺柱安装: 最佳性能,最高频率(可达 10 kHz 以上)
- 粘合剂: 性能良好,半永久性(最高可达 7-8 kHz)
- 磁的: 方便,适用于日常监测(频率范围 2-3 kHz)
- 手持式: 仅能快速筛查,准确性和频率范围有限。
电缆注意事项
- 使用优质同轴电缆
- 避免电缆损坏(挤压、急弯)
- 固定电缆以防止振动
- 使电缆远离高压电源
- 检查连续性和绝缘性
电源验证
- 确认仪器能提供合适的恒流(典型值为 2-20 mA)
- 检查偏置电压(通常为 8-12 VDC)
- 确保供电电压充足(18-30 VDC)
- 使用已知良好的传感器进行测试以验证仪器。
IEPE加速度计在性能、简易性和成本方面实现了工业振动监测的最佳平衡。其集成的电子元件、简便的连接方式和强大的性能使其成为各行业状态监测、平衡和故障排除应用的首选,并在大多数标准应用中取代了传统的电荷模式和电压输出技术。.