Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA202 ist ein leistungsstarkes Schwingungsüberwachungsgerät aus der VM-Produktlinie, das fortschrittliche piezoelektrische Sensortechnologie nutzt, die speziell für die industrielle Schwingungsüberwachung und -messung entwickelt wurde. Das Gerät bietet eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit an die Umgebung und Messgenauigkeit und ermöglicht einen stabilen Betrieb unter extremen Temperaturbedingungen (-55 bis 260 °C) und potenziell explosiven Umgebungen.
Der CA202 verfügt über eine symmetrische, polykristalline Schermodus-Messelementstruktur mit interner Gehäuseisolierung, ausgestattet mit integriertem Kabel und Edelstahl-Schutzschlauch, wodurch eine vollständig abgedichtete, auslaufsichere Baugruppe entsteht. Dieser Beschleunigungsmesser ist in Standardversionen und explosionsgeschützten zertifizierten Versionen erhältlich, um den Anwendungsanforderungen verschiedener Industrieumgebungen gerecht zu werden, insbesondere für die Vibrationsüberwachung schwerer Industrieanlagen.
Das Gerät zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit (100 pC/g) und einen großen Frequenzgangbereich (0,5 bis 6.000 Hz) aus und ermöglicht die präzise Erfassung von Vibrationssignalen von niedrigen bis hohen Frequenzen. Sein robustes Edelstahlgehäuse und das versiegelte Design bieten Widerstand gegen verschiedene raue Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Wasserdampf, Ölverschmutzung und Salznebel.
Funktionsprinzip
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA202 basiert auf dem Prinzip des piezoelektrischen Effekts und umfasst präzise physikalische Umwandlungsprozesse und Signalverarbeitungstechnologien. Der Arbeitsmechanismus kann anhand der folgenden Kernaspekte detailliert beschrieben werden:
1. Piezoelektrischer Effekt und elektromechanischer Umwandlungsmechanismus
Der Gerätekern verwendet ein polykristallines piezoelektrisches Sensorelement im Schermodus. Wenn der Beschleunigungsmesser Vibrationen erfährt, übt die Masse eine Scherkraft auf den piezoelektrischen Kristall aus. Nach dem Prinzip des piezoelektrischen Effekts unterliegen piezoelektrische Materialien unter mechanischer Belastung einer Polarisation, wobei eine Verschiebung der inneren Gitterstruktur eine ungleichmäßige Ladungsverteilung verursacht und dadurch Ladungssignale erzeugt, die proportional zur ausgeübten Kraft auf der Kristalloberfläche sind. Dieser elektromechanische Umwandlungsprozess bietet eine extrem hohe Linearität und Stabilität und wandelt mechanische Vibrationsenergie direkt in ein elektrisches Ausgangssignal um.
Das Schermodus-Design bietet erhebliche Vorteile gegenüber Kompressionsmodus-Designs: Es weist eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Grunddehnungen und Temperaturänderungen auf und liefert eine stabilere Ausgangsleistung. Die Auswahl polykristalliner piezoelektrischer Materialien gewährleistet eine gleichbleibende Empfindlichkeit und lineare Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich.
2. Symmetrische Struktur und differenzielles Ausgangsdesign
Der CA202 verfügt über eine einzigartige symmetrische Sensorstruktur mit zwei symmetrisch angeordneten piezoelektrischen Elementen. Dieses Design erzeugt differenzielle Ausgangssignale, die Gleichtaktstörungen effektiv unterdrücken und die Signalqualität verbessern. Bei axialer Beschleunigung erzeugen die beiden piezoelektrischen Elemente Ladungssignale gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität. Durch Differenzverstärkung werden Nutzsignale verstärkt, während häufig auftretende elektromagnetische Störungen und Temperaturdriftrauschen wirksam unterdrückt werden.
Das interne Isolationsdesign des Gehäuses gewährleistet eine vollständige Isolierung zwischen den Signalstiften und dem Gehäuse, verhindert die Bildung von Erdschleifen und verbessert die Entstörungsfähigkeit weiter. Dieses Design eignet sich besonders für den Einsatz in komplexen industriellen elektromagnetischen Umgebungen und gewährleistet Reinheit und Genauigkeit der Messsignale.
3. Signalerzeugungs- und Übertragungseigenschaften
Das Gerät erzeugt Ladungsausgangssignale mit einer Empfindlichkeit von 100 pC/g ±5 %. Ladungssignale haben die wichtige Eigenschaft, dass sie von der Kabelkapazität nicht beeinflusst werden und daher für die Übertragung über große Entfernungen geeignet sind. Die interne Sensorkapazität beträgt 5000 pF (zwischen Pins) und 10 pF (zwischen Pin und Gehäuse), während die Kabelkapazität 105 pF/m (zwischen Pins) und 210 pF/m (zwischen Pin und Gehäuse) beträgt.
Dieser hochohmige Ladungsausgang erfordert Ladungsverstärker (z. B. Signalkonditionierer der IPC70x-Serie), um Ladungssignale für die anschließende Verarbeitung in niederohmige Spannungssignale umzuwandeln. Die Ladungsausgangsmethode vermeidet Kabelrauschen und Impedanzanpassungsprobleme, mit denen Spannungsausgangssensoren konfrontiert sind.
4. Versiegelte Struktur und Umweltschutzmechanismus
Der Sensor verfügt über ein Gehäuse aus austenitischem Edelstahl (1.4441), das mit einem hitzebeständigen Schutzschlauch aus Edelstahl (1.4541) hermetisch verschweißt ist, um eine vollständig dichte, auslaufsichere Baugruppe zu bilden. Dieses versiegelte Design bietet Beständigkeit gegen 100 % relative Luftfeuchtigkeit, Wasser, Dampf, Öl, Meersalzatmosphäre und andere potenzielle Verunreinigungen wie Staub, Pilze und Sand.
Der Schutzschlauch bietet nicht nur mechanischen Schutz, sondern sorgt auch für die Flexibilität des Kabels, wobei ein minimaler Biegeradius die Installation auf engstem Raum ermöglicht. Das integrierte Kabeldesign eliminiert Zuverlässigkeitsprobleme, die bei Steckverbindern auftreten können, und gewährleistet eine langfristig stabile Signalübertragung.
5. Temperaturkompensation und Stabilitätskontrolle
Das Gerät weist eine hervorragende Temperaturstabilität auf, mit einem Temperaturempfindlichkeitsfehler von 0,25 %/°C im Bereich von -55 bis +23 °C und 0,1 %/°C im Bereich von +23 bis 260 °C. Diese Temperaturkompensationseigenschaft wird durch ausgewählte piezoelektrische Materialien und strukturelles Design erreicht und gewährleistet eine gleichbleibende Leistung über einen weiten Temperaturbereich.
Der Sensor verfügt über ein thermisch symmetrisches Design, um durch Temperaturgradienten verursachte Messfehler zu reduzieren. Die Grunddehnungsempfindlichkeit ist mit nur 0,15 × 10^{-3} g/μϵ äußerst gering, sodass eine thermische Verformung der Montageoberfläche die Messgenauigkeit kaum beeinträchtigt.
6. Frequenzgang und dynamische Eigenschaften
Der Frequenzgang des Geräts reicht von 0,5 bis 6.000 Hz (±5 %), mit einer Resonanzfrequenz über 22 kHz. Der Niederfrequenzgang wird durch den passenden Signalaufbereiter bestimmt, während die Hochfrequenzcharakteristik durch die mechanische Struktur des Sensors bestimmt wird. Das Schermodus-Design sorgt für eine höhere Resonanzfrequenz und sorgt so für ein flaches Ansprechverhalten über einen breiten Frequenzbereich.
Der dynamische Messbereich reicht von 0,01 g Spitze bis 400 g Spitze, mit Überlastfähigkeit bis 500 g Spitze. Dieser große Dynamikbereich ermöglicht die präzise Messung verschiedener mechanischer Bewegungen, von Vibrationen bis hin zu starken Stößen.
7. Explosionsgeschützter Sicherheitsmechanismus
Explosionsgeschützte Versionen nutzen die Schutzarten Eigensicherheit (Ex ia) und nicht funkenbildend (Ex nA) und erfüllen verschiedene internationale Explosionsschutznormen. Durch die Eigensicherheitskonstruktion wird sichergestellt, dass unter Fehlerbedingungen keine Funken oder heißen Oberflächen erzeugt werden, die eine explosionsfähige Atmosphäre entzünden könnten, indem die Stromkreisenergie begrenzt wird.
Zu den Schutzschaltungen gehören Strombegrenzungs- und Energieableitungsmechanismen, die die Einhaltung der Explosionsschutzanforderungen unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten. Diese Bauweise ermöglicht den sicheren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 0/1/2.
Merkmale
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA202 bietet mehrere erweiterte Funktionen, um die strengen Anforderungen der industriellen Vibrationsüberwachung zu erfüllen:
1. Hochpräzise Messleistung
Das Gerät bietet eine hohe Empfindlichkeit von 100 pC/g und ermöglicht die Erkennung kleinster Vibrationssignale. Hervorragende Linearität: ±1 % im Bereich von 0,01 bis 20 g und ±2 % im Bereich von 20 bis 400 g. Eine Querempfindlichkeit von weniger als 3 % gewährleistet die Genauigkeit der Vibrationen in der primären Messrichtung.
2. Extreme Anpassungsfähigkeit an die Umwelt
Extrem großer Betriebstemperaturbereich: -55 bis +260 °C für den Sensor, -55 bis +200 °C für das integrierte Kabel. Die kurzfristigen Überlebenstemperaturen sind sogar noch höher: bis zu -70 bis +280 °C für den Sensor und -62 bis +250 °C für das Kabel. Dieser Temperaturbereich deckt die überwiegende Mehrheit der industriellen Anwendungsszenarien ab.
3. Robuste mechanische Konstruktion
Das Gehäuse aus austenitischem Edelstahl bietet hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die hermetisch verschweißte Struktur gewährleistet eine vollständige Auslaufsicherheit und widersteht Erosion durch verschiedene raue Umwelteinflüsse. Das Gerät hält Stoßbeschleunigungen von bis zu 1000 g Spitze (Halbsinus, 1 ms Dauer) stand.
4. Flexible Installationsoptionen
Vier Kabellängenoptionen: 3 Meter, 6 Meter, 11 Meter und 20 Meter, um unterschiedliche Anforderungen an den Installationsabstand zu erfüllen. Standardmäßige M6-Befestigungslöcher mit M4-Federringen, Montagedrehmoment 15 N·m. Keine zusätzliche elektrisch isolierende Montagefläche erforderlich.
5. Umfassende Zertifizierungsunterstützung
Mehrere internationale Zertifizierungen: CE-Kennzeichnung, EAC-Kennzeichnung, ATEX, IECEx, cCSAus usw. Entspricht den Normen EN 61000-6-2/4 für elektromagnetische Verträglichkeit und EN 61010-1 für elektrische Sicherheit. Erfüllt die RoHS-Umweltanforderungen.
6. Einfache Integration und Wartung
Differenzausgang und internes Isolationsdesign vereinfachen die Systemintegration. Die integrierte Kabelstruktur erhöht die Zuverlässigkeit und reduziert den Wartungsbedarf. MA133-Montageadaptersatz verfügbar, einschließlich Micaver-Wärmedämmsockel (Glimmerglas) für spezielle Installationsanforderungen.
Zusammenfassung der technischen Spezifikationen
| Artikelspezifikation |
|
| Empfindlichkeit |
100 pC/g ±5 % |
| Frequenzgang |
0,5 bis 6.000 Hz (±5 %) |
| Dynamikbereich |
0,01 bis 400 g Spitze |
| Überlastfähigkeit |
500 g Spitze |
| Betriebstemperatur |
-55 bis +260°C (Sensor) |
| Resonanzfrequenz |
>22 kHz |
| Linearität |
±1 % (0,01–20 g), ±2 % (20–400 g) |
| Schutzklasse |
Hermetisch verschlossen |
| Gewicht |
Ca. 250 g (Sensor) |
Anwendungsbereiche
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA202 wird häufig in den folgenden Bereichen eingesetzt:
Überwachung von Industriemaschinen: Vibrationsüberwachung großer rotierender Maschinen wie Turbinen, Kompressoren und Pumpen
Energiewirtschaft: Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose von Kraftwerksausrüstung
Petrochemische Industrie: Vibrationsüberwachung von Geräten in potenziell explosionsgefährdeten Umgebungen
Luft- und Raumfahrt: Vibrationsprüfung von Triebwerken und Zusatzgeräten
Schwerindustrie: Vorausschauende Wartung von Hütten- und Bergbaugeräten
