Piezoelektrický akcelerometr CA901 je vysoce výkonné zařízení pro monitorování vibrací vyvinuté společností VM pro aplikace v extrémních podmínkách. Tento produkt využívá pokročilé monokrystalické piezoelektrické materiály a technologii, nabízí výjimečnou teplotní adaptabilitu a spolehlivost, schopný stabilního provozu v extrémním teplotním rozsahu -186°C až +700°C. CA901 je zvláště vhodný pro náročná průmyslová odvětví, jako jsou jaderné elektrárny, letecký a petrochemický průmysl, přičemž splňuje požadavky na monitorování vibrací v různých drsných prostředích.
Tento akcelerometr využívá design kompresního režimu vybavený integrovaným kabelem s minerální izolací, který poskytuje vynikající elektrický izolační výkon a mechanickou odolnost. Výrobek vyhovuje normám NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974 a je certifikován podle DIN 25.475.1 a zároveň získal certifikaci v nevýbušném provedení pro bezpečné použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Jeho kompaktní konstrukční design a odolný materiál pouzdra mu umožňují odolat extrémním podmínkám včetně vysokého tlaku a vysoké radiace.
CA901 nabízí rozsah frekvenční odezvy 3Hz až 2800Hz a citlivost 10pC/g, což umožňuje přesné zachycení různých mechanických vibračních signálů. Ať už jde o dlouhodobé online monitorování nebo vývojové testovací aplikace, toto zařízení může poskytovat spolehlivá a přesná naměřená data, která slouží jako zásadní důkaz pro monitorování stavu zařízení a diagnostiku poruch.
Pracovní princip
Piezoelektrický akcelerometr CA901 funguje na principu piezoelektrického efektu a zahrnuje mnoho sofistikovaných technických aspektů. Pracovní mechanismus lze podrobně rozpracovat pomocí následujících aspektů:
1. Piezoelektrický jev a vlastnosti monokrystalických materiálů
Jádro zařízení využívá monokrystalický piezoelektrický materiál typu VC2, který nabízí vynikající piezoelektrické vlastnosti a teplotní stabilitu. Když akcelerometr zaznamená mechanické vibrace, hmota působí tlakovou silou na piezoelektrický krystal. Podle principu přímého piezoelektrického jevu dochází v krystalu k elektrické polarizaci, deformuje se mřížková struktura, což způsobuje posunutí nábojových center, čímž se generují nábojové signály úměrné působící síle na povrch krystalu. Jednokrystalické materiály ve srovnání s polykrystalickými materiály vykazují vyšší piezoelektrické konstanty a lepší teplotní stabilitu, přičemž si zachovávají stabilní výstup citlivosti v prostředí s extrémními teplotami.
Speciální mřížková struktura monokrystalického materiálu VC2 mu umožňuje udržovat stabilní piezoelektrické charakteristiky ve vysokoteplotním prostředí, přičemž Curieova teplota daleko převyšuje běžné piezoelektrické materiály, což je klíčové pro dosažení vysokoteplotního provozu +700 °C. Orientace krystalu je optimálně navržena tak, aby maximalizovala piezoelektrický koeficient a zároveň minimalizovala teplotní koeficient, což zajišťuje konzistentní výkon v celém rozsahu provozních teplot.
2. Návrh režimu komprese a mechanická struktura
Při použití konstrukce kompresního režimu je piezoelektrický prvek předepnut mezi základnou a hmotou a tvoří stabilní mechanickou strukturu. Tato konstrukce poskytuje vysokou tuhost a dává senzoru vysokou rezonanční frekvenci (>17 kHz), což zajišťuje plochou odezvu v širokém frekvenčním rozsahu. Kompresní režim nabízí lepší výkon při vysokých teplotách ve srovnání s režimem smyku, takže je vhodnější pro aplikace v prostředí s extrémními teplotami.
Mechanická struktura využívá symetrický design pro snížení chyb měření způsobených tepelným namáháním. Kryt využívá slitinový materiál Inconel 600, který nabízí vynikající pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti korozi. Celková struktura je optimalizována pomocí analýzy konečných prvků pro udržení stabilních mechanických vlastností během tepelného cyklování, čímž se zabrání kolísání výkonu v důsledku nesouladu koeficientu tepelné roztažnosti.
3. Generování a přenos signálu
Zařízení generuje nabíjecí výstupní signály s citlivostí 10pC/g±5%. Režim nabíjecího výstupu nabízí tu výhodu, že není ovlivněn kapacitou kabelu, zvláště vhodný pro přenos signálu na velké vzdálenosti. Vnitřní kapacita snímače je 80 pF (mezi póly) a 18 pF (mezi pólem a pouzdrem), zatímco kapacita kabelu je 200 pF/m (mezi póly) a 300 pF/m (mezi pólem a pouzdrem).
Nabíjecí signály jsou přenášeny přes minerální izolovaný kabel, který využívá izolaci z oxidu hořčíku a plášť z nerezové oceli, nabízí vynikající výkon při vysokých teplotách a mechanickou pevnost. Kabel je připojen k senzoru pomocí hermetického svařování, čímž vzniká zcela utěsněná struktura, která zabraňuje pronikání vlhkosti a nečistot. Tato konstrukce zajišťuje dlouhodobou spolehlivost v extrémních prostředích.
4. Kompenzace teploty a kontrola stability
Monokrystalový materiál VC2 má extrémně nízký teplotní koeficient, udržuje stabilní citlivost v rozsahu provozních teplot -54°C až +650°C. Speciální směr řezání krystalu a konstrukce elektrody dále zlepšují teplotní charakteristiky a snižují dopad teplotních změn na přesnost měření.
Zařízení využívá tepelně symetrickou konstrukci pro minimalizaci vlivu teplotních gradientů na měření. Výběr materiálu pouzdra zohledňuje přizpůsobení tepelné roztažnosti, aby se zabránilo změnám výkonu způsobeným tepelným namáháním. Tyto konstrukční prvky společně zajišťují stabilitu měření v prostředí s extrémními teplotami.
5. Ochrana životního prostředí a technologie těsnění
Senzor využívá technologii svařování hermetickým těsněním, přičemž pouzdro je zcela utěsněno, aby odolalo vlhkosti, chemické korozi a účinkům záření. Materiál krytu Inconel 600 nabízí vynikající odolnost proti korozi, vhodný pro různá drsná průmyslová prostředí.
Kabel s minerální izolací poskytuje nejen elektrickou izolaci, ale také mechanickou ochranu. Plášť kabelu z nerezové oceli odolá tlaku 140 barů (při 23 °C) a 80 barů (při 300 °C), což zajišťuje spolehlivý provoz ve vysokotlakém prostředí.
6. Bezpečnostní konstrukce v nevýbušném provedení
Zařízení je certifikováno prostřednictvím ES typové zkoušky (LCIE 08 ATEX 6017 X II 1 G), splňující požadavky na použití pro zóny 0/1/2 s nebezpečím výbuchu. Použitím jiskrové bezpečnosti (Ex ia) je zamezeno zapalovacím jiskrám při poruchových stavech omezením energie obvodu.
Ochranná opatření zahrnují obvody omezující energii a bezpečnostní bariéry zajišťující shodu s požadavky na ochranu proti výbuchu za všech provozních podmínek. Tato konstrukce umožňuje bezpečné použití v prostředí s nebezpečím výbuchu.
7. Návrh radiační odolnosti
Monokrystalový materiál VC2 má vynikající radiační stabilitu, je schopen bez jakýchkoliv vlivů odolat toku záření γ 10^11 erg/g a toku neutronového záření 10^18 n/cm^2. Tato radiační tvrdost jej činí zvláště vhodným pro aplikace v radiačním prostředí, jako jsou jaderné elektrárny.
Výběr materiálu a konstrukční návrh zohledňují dlouhodobou stabilitu v radiačním prostředí, což zajišťuje spolehlivý výkon v radiačních podmínkách.
Vlastnosti
Piezoelektrický akcelerometr CA901 nabízí několik vynikajících funkcí, které splňují potřeby monitorování vibrací v extrémních prostředích:
1. Adaptabilita extrémních teplot
Extrémně široký rozsah provozních teplot: nepřetržitý provoz -54°C až +650°C, extrémní podmínky -196°C až +700°C. Tento teplotní rozsah pokrývá většinu průmyslových extrémních prostředí, včetně kryogenních a vysokoteplotních aplikací.
2. Vysoce přesný výkon měření
Poskytuje citlivost 10pC/g, dynamický rozsah měření 0,001g až 200g vrchol. Vynikající linearita dosahující ±1 % v celém dynamickém rozsahu. Příčná citlivost menší než 5 %, zajišťující přesnost měření.
3. Vynikající odolnost vůči životnímu prostředí
Kryt Inconel 600 poskytuje vynikající odolnost proti korozi, hermetické těsnění odolává vlhkosti a nečistotám. Odolá pracovnímu tlaku 140 bar, splňuje požadavky na vysokotlaké prostředí.
4. Silná radiační odolnost
Odolá vysokým dávkám záření γ a neutronového záření, vhodné pro použití v radiačním prostředí, jako jsou jaderné elektrárny. Výběr materiálu a konstrukční řešení jsou optimalizovány pro dlouhodobou stabilitu v radiačních podmínkách.
5. Komplexní bezpečnostní certifikace
Certifikováno prostřednictvím několika mezinárodních standardů: NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974, DIN 25.475.1 a ATEX certifikace v nevýbušném provedení. Splňuje požadavky různých přísných průmyslových norem.
6. Flexibilní možnosti konfigurace
Nabízí několik možností délky kabelu: 3,5 metru, 5 metrů, 8 metrů, 12,5 metru, vybavené konektory Lemo nebo vysokoteplotními konektory. K dispozici jsou standardní a nevýbušné verze, které splňují různé potřeby aplikací.
Shrnutí technických specifikací
| položky |
Specifikace |
| Citlivost |
10 pC/g ±5 % |
| Frekvenční odezva |
3 až 2 800 Hz (±5 %) |
| Dynamický rozsah |
0,001 až 200 g vrchol |
| Provozní teplota |
-54 °C až +650 °C (kontinuálně) |
| Rezonanční frekvence |
>17 kHz |
| Linearita |
±1 % (plný rozsah) |
| Hodnocení ochrany |
Hermeticky uzavřené |
| Certifikace proti výbuchu |
Ex ia IIC T6 až T710 |
Oblasti použití
Piezoelektrický akcelerometr CA901 se používá hlavně v následujících oblastech:
Jaderné elektrárny: Monitorování vibrací vnitřních a periferních zařízení v reaktorech
Letectví a kosmonautika: Vibrační zkoušky motorů a vysokoteplotních součástí
Petrochemický průmysl: Monitorování stavu zařízení ve vysokoteplotním a vysokotlakém prostředí
Energetika: Monitorování vibrací plynových turbín a parních turbín
Oblasti výzkumu: Výzkum materiálu a chování v extrémních prostředích
