Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA901 ist ein leistungsstarkes Vibrationsüberwachungsgerät, das von VM für Anwendungen in extremen Umgebungen entwickelt wurde. Dieses Produkt nutzt fortschrittliche einkristalline piezoelektrische Materialien und Technologien und bietet eine außergewöhnliche Temperaturanpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sowie einen stabilen Betrieb in einem extremen Temperaturbereich von -186 °C bis +700 °C. Der CA901 eignet sich besonders für anspruchsvolle Industriezweige wie Kernkraftwerke, Luft- und Raumfahrt sowie die petrochemische Industrie und erfüllt die Anforderungen der Vibrationsüberwachung in verschiedenen rauen Umgebungen.
Dieser Beschleunigungsmesser verfügt über ein Kompressionsmodus-Design, das mit einem integrierten mineralisolierten Kabel ausgestattet ist und eine hervorragende elektrische Isolationsleistung und mechanische Haltbarkeit bietet. Das Produkt entspricht den Standards NRC Guide 1.133 und IEEE 323-1974 und ist nach DIN 25.475.1 zertifiziert. Darüber hinaus verfügt es über eine Explosionsschutzzertifizierung für den sicheren Einsatz in potenziell explosiven Atmosphären. Durch seine kompakte Bauweise und das robuste Gehäusematerial hält es extremen Bedingungen wie hohem Druck und hoher Strahlung stand.
Der CA901 bietet einen Frequenzgangbereich von 3 Hz bis 2800 Hz und eine Empfindlichkeit von 10 pC/g und ermöglicht so die präzise Erfassung verschiedener mechanischer Vibrationssignale. Ob für die langfristige Online-Überwachung oder Entwicklungstestanwendungen, dieses Gerät kann zuverlässige und genaue Messdaten liefern und als entscheidender Beweis für die Überwachung des Gerätezustands und die Fehlerdiagnose dienen.
Funktionsprinzip
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA901 basiert auf dem Prinzip des piezoelektrischen Effekts und vereint mehrere anspruchsvolle technische Aspekte. Der Arbeitsmechanismus kann anhand der folgenden Aspekte im Detail erläutert werden:
1. Piezoelektrischer Effekt und einkristalline Materialeigenschaften
Der Gerätekern nutzt einkristallines piezoelektrisches Material vom Typ VC2, das hervorragende piezoelektrische Eigenschaften und Temperaturstabilität bietet. Wenn der Beschleunigungsmesser mechanische Schwingungen erfährt, übt die Masse eine Druckkraft auf den piezoelektrischen Kristall aus. Nach dem Prinzip des direkten piezoelektrischen Effekts kommt es innerhalb des Kristalls zu elektrischer Polarisation, die Gitterstruktur verformt sich, was zu einer Verschiebung der Ladungszentren führt und dadurch Ladungssignale erzeugt, die proportional zur auf die Kristalloberfläche ausgeübten Kraft sind. Einkristalline Materialien weisen im Vergleich zu polykristallinen Materialien höhere piezoelektrische Konstanten und eine bessere Temperaturstabilität auf und sorgen so für eine stabile Empfindlichkeitsausgabe in Umgebungen mit extremen Temperaturen.
Die spezielle Gitterstruktur des VC2-Einkristallmaterials ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler piezoelektrischer Eigenschaften in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wobei die Curie-Temperatur weit über der von herkömmlichen piezoelektrischen Materialien liegt, was der Schlüssel zum Erreichen eines Hochtemperaturbetriebs von +700 °C ist. Die Kristallausrichtung ist optimal darauf ausgelegt, den piezoelektrischen Koeffizienten zu maximieren und gleichzeitig den Temperaturkoeffizienten zu minimieren, wodurch eine gleichbleibende Leistung über den gesamten Betriebstemperaturbereich gewährleistet wird.
2. Kompressionsmodusdesign und mechanische Struktur
Durch die Verwendung eines Kompressionsmodus-Designs wird das piezoelektrische Element zwischen der Basis und der Masse vorgespannt und bildet so eine stabile mechanische Struktur. Dieses Design sorgt für eine hohe Steifigkeit, wodurch der Sensor eine hohe Resonanzfrequenz (>17 kHz) erhält und ein flaches Ansprechverhalten über einen weiten Frequenzbereich gewährleistet. Der Kompressionsmodus bietet im Vergleich zum Schermodus eine bessere Hochtemperaturleistung und eignet sich daher besser für Anwendungen in Umgebungen mit extremen Temperaturen.
Der mechanische Aufbau ist symmetrisch aufgebaut, um Messfehler durch thermische Belastung zu reduzieren. Das Gehäuse besteht aus dem Legierungsmaterial Inconel 600 und bietet eine hervorragende Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Gesamtstruktur wird durch Finite-Elemente-Analyse optimiert, um stabile mechanische Eigenschaften während des Temperaturwechsels aufrechtzuerhalten und Leistungsabweichungen aufgrund einer Nichtübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden.
3. Signalerzeugungs- und Übertragungsmechanismus
Das Gerät erzeugt Ladungsausgangssignale mit einer Empfindlichkeit von 10 pC/g ±5 %. Der Ladungsausgabemodus bietet den Vorteil, dass er nicht von der Kabelkapazität beeinflusst wird und eignet sich besonders für die Signalübertragung über große Entfernungen. Die interne Sensorkapazität beträgt 80 pF (zwischen den Polen) und 18 pF (zwischen Pol und Gehäuse), während die Kabelkapazität 200 pF/m (zwischen den Polen) und 300 pF/m (zwischen Pol und Gehäuse) beträgt.
Ladesignale werden über ein mineralisoliertes Kabel übertragen, das eine Magnesiumoxid-Isolierung und einen Edelstahlmantel verwendet und eine hervorragende Hochtemperaturleistung und mechanische Festigkeit bietet. Das Kabel wird durch hermetisches Schweißen mit dem Sensor verbunden und bildet so eine vollständig abgedichtete Struktur, die das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen verhindert. Dieses Design gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen.
4. Temperaturkompensation und Stabilitätskontrolle
Das VC2-Einkristallmaterial hat einen extrem niedrigen Temperaturkoeffizienten und sorgt so für eine stabile Empfindlichkeit im Betriebstemperaturbereich von -54 °C bis +650 °C. Eine spezielle Kristallschnittrichtung und ein spezielles Elektrodendesign verbessern die Temperatureigenschaften weiter und reduzieren den Einfluss von Temperaturänderungen auf die Messgenauigkeit.
Das Gerät nutzt ein thermisch symmetrisches Strukturdesign, um den Einfluss von Temperaturgradienten auf Messungen zu minimieren. Bei der Auswahl des Gehäusematerials wird die Anpassung der Wärmeausdehnung berücksichtigt, um Leistungsänderungen durch thermische Belastung zu vermeiden. Diese Konstruktionsmerkmale gewährleisten gemeinsam die Messstabilität in Umgebungen mit extremen Temperaturen.
5. Umweltschutz und Dichtungstechnik
Der Sensor nutzt eine hermetisch abdichtende Schweißtechnologie, wobei das Gehäuse vollständig abgedichtet ist, um Feuchtigkeit, chemischer Korrosion und Strahlungseinflüssen zu widerstehen. Das Gehäusematerial Inconel 600 bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für verschiedene raue Industrieumgebungen.
Das mineralisolierte Kabel bietet nicht nur elektrische Isolierung, sondern auch mechanischen Schutz. Der Edelstahlmantel des Kabels hält einem Druck von 140 bar (bei 23 °C) und 80 bar (bei 300 °C) stand und gewährleistet so einen zuverlässigen Betrieb in Hochdruckumgebungen.
6. Explosionsgeschütztes Sicherheitsdesign
Das Gerät ist durch eine EG-Baumusterprüfung zertifiziert (LCIE 08 ATEX 6017 X II 1 G) und erfüllt die Verwendungsanforderungen für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 0/1/2. Durch die Eigensicherheitskonstruktion (Ex ia) werden Zündfunken unter Fehlerbedingungen durch die Begrenzung der Stromkreisenergie verhindert.
Zu den Schutzmaßnahmen gehören Energiebegrenzungsschaltungen und Sicherheitsbarrieren, die die Einhaltung der Explosionsschutzanforderungen unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten. Diese Bauweise ermöglicht den sicheren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
7. Strahlungsbeständigkeitsdesign
Das einkristalline VC2-Material verfügt über eine ausgezeichnete Strahlungsstabilität und kann einem γ-Strahlungsfluss von 10^11 erg/g und einem Neutronenstrahlungsfluss von 10^18 n/cm^2 ohne Auswirkungen standhalten. Aufgrund dieser Strahlungshärte eignet es sich besonders für Anwendungen in Strahlungsumgebungen wie Kernkraftwerken.
Sowohl die Materialauswahl als auch das Strukturdesign berücksichtigen die Langzeitstabilität in Strahlungsumgebungen und gewährleisten so eine zuverlässige Leistung unter Strahlungsbedingungen.
Merkmale
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA901 bietet mehrere herausragende Funktionen, um den Anforderungen der Vibrationsüberwachung in extremen Umgebungen gerecht zu werden:
1. Anpassungsfähigkeit an extreme Temperaturen
Extrem großer Betriebstemperaturbereich: Dauerbetrieb -54 °C bis +650 °C, extreme Bedingungen -196 °C bis +700 °C. Dieser Temperaturbereich deckt die meisten industriellen Extremumgebungen ab, einschließlich kryogener und Hochtemperatur-Anwendungsszenarien.
2. Hochpräzise Messleistung
Bietet eine Empfindlichkeit von 10 pC/g, dynamischer Messbereich 0,001 g bis 200 g Spitze. Hervorragende Linearität mit ±1 % im gesamten Dynamikbereich. Querempfindlichkeit von weniger als 5 %, wodurch die Messgenauigkeit gewährleistet ist.
3. Ausgezeichnete Umweltbeständigkeit
Das Inconel 600-Gehäuse bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, das hermetische Dichtungsdesign widersteht Feuchtigkeit und Verunreinigungen. Hält einem Arbeitsdruck von 140 bar stand und erfüllt damit die Anwendungsanforderungen in Hochdruckumgebungen.
4. Starke Strahlenbeständigkeit
Kann hohen Dosen von γ-Strahlung und Neutronenstrahlung standhalten und ist für den Einsatz in Strahlungsumgebungen wie Kernkraftwerken geeignet. Materialauswahl und Strukturdesign sind auf Langzeitstabilität unter Strahlungsbedingungen optimiert.
5. Umfassende Sicherheitszertifizierung
Zertifiziert durch mehrere internationale Standards: NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974, DIN 25.475.1 und ATEX-Zertifizierung für Explosionsschutz. Erfüllt die Anforderungen verschiedener strenger Industriestandards.
6. Flexible Konfigurationsoptionen
Bietet mehrere Kabellängen zur Auswahl: 3,5 Meter, 5 Meter, 8 Meter, 12,5 Meter, ausgestattet mit Lemo- oder Hochtemperatur-Anschlüssen. Standard- und explosionsgeschützte Versionen verfügbar, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.
Zusammenfassung der technischen Spezifikationen
| Artikelspezifikation |
|
| Empfindlichkeit |
10 pC/g ±5 % |
| Frequenzgang |
3 bis 2.800 Hz (±5 %) |
| Dynamikbereich |
0,001 bis 200 g Spitze |
| Betriebstemperatur |
-54°C bis +650°C (kontinuierlich) |
| Resonanzfrequenz |
>17 kHz |
| Linearität |
±1 % (Vollausschlag) |
| Schutzklasse |
Hermetisch verschlossen |
| Explosionsgeschützte Zertifizierung |
Ex ia IIC T6 bis T710 |
Anwendungsbereiche
Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser CA901 wird hauptsächlich in den folgenden Bereichen eingesetzt:
Kernkraftwerke: Vibrationsüberwachung von Innen- und Peripheriegeräten in Reaktoren
Luft- und Raumfahrt: Vibrationsprüfung von Triebwerken und Hochtemperaturkomponenten
Petrochemische Industrie: Zustandsüberwachung von Anlagen in Hochtemperatur- und Hochdruckumgebungen
Energiewirtschaft: Schwingungsüberwachung von Gasturbinen und Dampfturbinen
Forschungsfelder: Material- und Verhaltensforschung in extremen Umgebungen
