Piezoelektrický akcelerometr CA202 je vysoce výkonné zařízení pro monitorování vibrací z produktové řady VM, využívající pokročilou technologii piezoelektrického snímání speciálně navrženou pro průmyslové monitorování a měření vibrací. Zařízení nabízí výjimečnou přizpůsobivost prostředí a přesnost měření, schopné stabilního provozu v extrémních teplotních podmínkách (-55 až 260 °C) a v potenciálně výbušném prostředí.
CA202 se vyznačuje symetrickou polykrystalickou strukturou měřicího prvku ve smykovém režimu s vnitřní izolací pouzdra, vybavenou integrovaným kabelem a ochrannou hadicí z nerezové oceli, které tvoří zcela utěsněnou a nepropustnou sestavu. Tento akcelerometr je k dispozici ve standardních verzích a certifikovaných verzích odolných proti výbuchu, aby vyhovoval aplikačním požadavkům různých průmyslových prostředí, zvláště vhodný pro monitorování vibrací těžkých průmyslových zařízení.
Zařízení se vyznačuje vysokou citlivostí (100 pC/g) a širokým rozsahem frekvenční odezvy (0,5 až 6 000 Hz), což umožňuje přesné zachycení vibračních signálů od nízkých po vysoké frekvence. Jeho robustní pouzdro z nerezové oceli a utěsněný design poskytují odolnost vůči různým nepříznivým vlivům prostředí, včetně vlhkosti, vodní páry, znečištění olejem a solné mlhy.
Pracovní princip
Piezoelektrický akcelerometr CA202 pracuje na principu piezoelektrického jevu, který zahrnuje přesné procesy fyzické konverze a technologie zpracování signálu. Pracovní mechanismus lze podrobně popsat pomocí následujících hlavních aspektů:
1. Piezoelektrický jev a elektromechanický konverzní mechanismus
Jádro zařízení využívá polykrystalický piezoelektrický snímací prvek ve smykovém režimu. Když akcelerometr zaznamená vibrace, hmota působí smykovou silou na piezoelektrický krystal. Podle principu piezoelektrického jevu podléhají piezoelektrické materiály při mechanickém namáhání polarizaci, přičemž vnitřní posunutí mřížkové struktury způsobuje nerovnoměrné rozložení náboje, čímž se generují nábojové signály úměrné působící síle na povrch krystalu. Tento proces elektromechanické konverze nabízí extrémně vysokou linearitu a stabilitu, přímo převádí mechanickou vibrační energii na výstup elektrického signálu.
Konstrukce ve smykovém režimu poskytuje významné výhody oproti konstrukcím v kompresním režimu: vykazuje nižší citlivost na základní deformaci a změny teploty a poskytuje stabilnější výstupní výkon. Výběr polykrystalických piezoelektrických materiálů zajišťuje konzistentní citlivost a lineární charakteristiky v širokém teplotním rozsahu.
2. Symetrická struktura a návrh diferenciálního výstupu
CA202 využívá jedinečnou symetrickou strukturu snímače obsahující dva symetricky uspořádané piezoelektrické prvky. Tato konstrukce vytváří diferenciální výstupní signály, které účinně potlačují rušení v běžném režimu a zlepšují kvalitu signálu. Když jsou vystaveny axiálnímu zrychlení, dva piezoelektrické prvky generují nábojové signály stejné velikosti, ale opačné polarity. Díky diferenciálnímu zesílení jsou užitečné signály vylepšeny, zatímco běžné elektromagnetické rušení a šum teplotního driftu jsou účinně potlačeny.
Konstrukce vnitřní izolace pouzdra zajišťuje úplnou izolaci mezi signálními kolíky a pouzdrem, zabraňuje vytváření zemní smyčky a dále zlepšuje schopnost proti rušení. Tato konstrukce je zvláště vhodná pro použití ve složitých průmyslových elektromagnetických prostředích, zajišťuje čistotu a přesnost měřicích signálů.
3. Generování a přenosové charakteristiky signálu
Zařízení produkuje nabíjecí výstupní signály s citlivostí 100 pC/g ±5 %. Nabíjecí signály mají důležitou vlastnost, že nejsou ovlivněny kapacitou kabelu, takže jsou vhodné pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Vnitřní kapacita snímače je 5000 pF (mezi kolíky) a 10 pF (mezi kolíkem a pouzdrem), zatímco kapacita kabelu je 105 pF/m (mezi kolíky) a 210 pF/m (mezi kolíkem a pouzdrem).
Tento vysokoimpedanční nabíjecí výstup vyžaduje nabíjecí zesilovače (jako jsou kondicionéry signálu řady IPC70x), které převádějí nabíjecí signály na nízkoimpedanční napěťové signály pro následné zpracování. Metoda nabíjecího výstupu zabraňuje problémům s rušením kabelu a problémy s přizpůsobením impedance, kterým čelí napěťové výstupní senzory.
4. Utěsněná konstrukce a mechanismus ochrany životního prostředí
Snímač má pouzdro z austenitické nerezové oceli (1.4441) hermeticky svařené s tepelně odolnou ochrannou hadicí z nerezové oceli (1.4541) pro vytvoření zcela utěsněné a nepropustné sestavy. Tento utěsněný design poskytuje odolnost vůči 100% relativní vlhkosti, vodě, páře, oleji, atmosféře mořské soli a dalším potenciálním kontaminantům, jako je prach, houby a písek.
Ochranná hadice poskytuje nejen mechanickou ochranu, ale také zachovává flexibilitu kabelu s minimálním poloměrem ohybu umožňujícím instalaci ve stísněných prostorách. Integrovaný design kabelu eliminuje problémy se spolehlivostí, které mohou vzniknout u konektorů, a zajišťuje dlouhodobý stabilní přenos signálu.
5. Kompenzace teploty a kontrola stability
Zařízení vykazuje vynikající teplotní stabilitu s chybou teplotní citlivosti 0,25 %/°C v rozsahu -55 až +23 °C a 0,1 %/°C v rozsahu +23 až 260 °C. Této charakteristiky teplotní kompenzace je dosaženo prostřednictvím vybraných piezoelektrických materiálů a konstrukčního řešení, které zajišťují konzistentní výkon v širokém teplotním rozsahu.
Senzor využívá tepelně symetrický design pro snížení chyb měření způsobených teplotními gradienty. Citlivost na základní deformaci je extrémně nízká, pouhých 0,15 × 10^{-3} g/μϵ, což znamená, že tepelná deformace montážního povrchu téměř neovlivňuje přesnost měření.
6. Frekvenční odezva a dynamické charakteristiky
Frekvenční odezva zařízení se pohybuje od 0,5 do 6 000 Hz (±5 %), s rezonanční frekvencí nad 22 kHz. Nízkofrekvenční odezva je určena přizpůsobovacím kondicionérem signálu, zatímco vysokofrekvenční charakteristiky jsou určeny mechanickou strukturou snímače. Konstrukce ve smykovém režimu poskytuje vyšší rezonanční frekvenci, což zajišťuje plochou odezvu v širokém frekvenčním rozsahu.
Dynamický rozsah měření sahá od špičkové hodnoty 0,01 g do špičky 400 g s možností přetížení až do špičky 500 g. Tento široký dynamický rozsah umožňuje přesné měření různých mechanických pohybů od 微小 vibrací až po silné nárazy.
7. Bezpečnostní mechanismus v nevýbušném provedení
Verze s ochranou proti výbuchu využívají jiskrovou bezpečnost (Ex ia) a nejiskřící (Ex nA) typy ochrany, které splňují různé mezinárodní normy na ochranu proti výbuchu. Konstrukce jiskrové bezpečnosti zajišťuje, že při poruchových stavech nevznikají žádné jiskry nebo horké povrchy schopné zapálit výbušnou atmosféru omezením energie obvodu.
Ochranné obvody zahrnují mechanismy pro omezení proudu a vybíjení energie, které zajišťují shodu s požadavky na ochranu proti výbuchu za všech provozních podmínek. Tato konstrukce umožňuje bezpečnou aplikaci v nebezpečných oblastech zóny 0/1/2.
Vlastnosti
Piezoelektrický akcelerometr CA202 nabízí několik pokročilých funkcí, které splňují přísné průmyslové požadavky na monitorování vibrací:
1. Vysoce přesný výkon měření
Zařízení poskytuje vysokou citlivost 100 pC/g umožňující detekci nepatrných vibračních signálů. Vynikající linearita: ±1 % v rozmezí 0,01 až 20 g a ±2 % v rozmezí 20 až 400 g. Příčná citlivost menší než 3 % zajišťuje přesnost vibrací primárního směru měření.
2. Extrémní přizpůsobivost prostředí
Extrémně široký rozsah provozních teplot: -55 až +260°C pro senzor, -55 až +200°C pro integrovaný kabel. Teploty pro krátkodobé přežití jsou ještě vyšší: až -70 až +280 °C pro senzor a -62 až +250 °C pro kabel. Tento teplotní rozsah pokrývá velkou většinu scénářů průmyslových aplikací.
3. Robustní mechanická konstrukce
Pouzdro z austenitické nerezové oceli poskytuje vynikající mechanickou pevnost a odolnost proti korozi. Hermeticky svařovaná konstrukce zajišťuje úplnou nepropustnost a odolnost proti erozi z různých drsných environmentálních faktorů. Zařízení vydrží nárazové zrychlení až do 1000 g špičky (půlsinus, trvání 1 ms).
4. Flexibilní možnosti instalace
Čtyři možnosti délky kabelu: 3 metry, 6 metrů, 11 metrů a 20 metrů, splňující různé požadavky na instalační vzdálenost. Standardní montážní otvory M6 s pružnými podložkami M4, montážní moment 15 N·m. Není vyžadována žádná další montážní plocha pro elektrickou izolaci.
5. Komplexní podpora certifikace
Několik mezinárodních certifikací: označení CE, označení EAC, ATEX, IECEx, cCSAus atd. Vyhovuje normám elektromagnetické kompatibility EN 61000-6-2/4 a normám elektrické bezpečnosti EN 61010-1. Splňuje environmentální požadavky RoHS.
6. Snadná integrace a údržba
Diferenciální výstup a návrh vnitřní izolace zjednodušují integraci systému. Integrovaná struktura kabelu zvyšuje spolehlivost a snižuje nároky na údržbu. K dispozici sada montážního adaptéru MA133, včetně základny tepelné izolace Micaver (slídové sklo) pro speciální požadavky na instalaci.
Shrnutí technických specifikací
| položky |
Specifikace |
| Citlivost |
100 pC/g ±5 % |
| Frekvenční odezva |
0,5 až 6 000 Hz (±5 %) |
| Dynamický rozsah |
0,01 až 400 g vrchol |
| Kapacita přetížení |
500 g vrchol |
| Provozní teplota |
-55 až +260 °C (snímač) |
| Rezonanční frekvence |
>22 kHz |
| Linearita |
±1 % (0,01–20 g), ±2 % (20–400 g) |
| Hodnocení ochrany |
Hermeticky uzavřené |
| Hmotnost |
Přibl. 250 g (senzor) |
Oblasti použití
Piezoelektrický akcelerometr CA202 je široce používán v následujících oblastech:
Monitorování průmyslových strojů: Monitorování vibrací velkých rotačních strojů, jako jsou turbíny, kompresory a čerpadla
Energetika: Monitorování stavu a diagnostika poruch zařízení elektrárny
Petrochemický průmysl: Monitorování vibrací zařízení v potenciálně výbušném prostředí
Letectví a kosmonautika: Vibrační zkoušky motorů a pomocných zařízení
Těžký průmysl: Prediktivní údržba hutních a důlních zařízení
