El IPC707 es un acondicionador de señal altamente configurable y de alto rendimiento de la línea de productos VM, diseñado específicamente para usar con sensores piezoeléctricos. Su función principal es convertir la salida de carga de los sensores piezoeléctricos en señales estándar de corriente o voltaje, lo que lo hace adecuado para sistemas de medición de vibración y presión, particularmente en aplicaciones de monitoreo de condiciones y monitoreo de seguridad industrial. El IPC707 no solo ofrece excelentes capacidades de procesamiento de señales, sino que también admite varias funciones de filtrado y diagnóstico, cumpliendo con requisitos de alta confiabilidad en entornos industriales complejos. Como reemplazo actualizado del modelo IPC704, el IPC707 demuestra mejoras significativas en rendimiento, funcionalidad y seguridad.
Diferencias clave entre IPC707 e IPC704
| Característica |
IPC707 |
IPC704 |
| Función de diagnóstico (BITE) |
Sí. Supervisa el sensor, el cable y el autoestado. Emite códigos de falla mediante polarización de CC. Soporta seguridad funcional (SIL 2, PL c). |
No. |
| Filtros |
Butterworth de tercer orden. Pendiente HP y LP, ambos ~60 dB/década. Rendimiento superior. |
HP: 4to orden (~24 dB/octava ≈80 dB/década¹). LP: 2º orden (~12 dB/octava ≈40 dB/década¹). |
| Rango de sensibilidad de transferencia |
Más amplio. Sin integrador: 0,1-110; Con integrador: 981-98.100. |
Más estrecho. Material estándar: 0,1-10 / 981-98.100; Material GaPO₄: 0,1-50. |
| Rango dinámico de entrada |
50.000 pC (<10 kHz) / 25.000 pC (10-20 kHz) |
100.000 unidades |
| Consumo de energía |
20 mA máx. |
25 mA máx. |
| Conectores |
Terminales de tornillo extraíbles, 4 contactos de entrada/4 de salida. |
Terminales de tornillo fijo, 3 contactos de entrada/3 de salida. |
| Respuesta de fase |
Indica explícitamente un cambio de fase de 180° sin integrador, 270° con integrador. |
Estados lo mismo. |
| Certificación a prueba de explosiones |
Un sistema de certificación más nuevo y completo cubre la Zona 0 (Ex ia) y más regiones (por ejemplo, UKEX, EAEC RU). |
Sistema de certificación relativamente antiguo, el más alto es la Zona 1 (Ex ib). |
| Cumplimiento y seguridad |
Cumple explícitamente con IEC 61508 SIL 2 e ISO 13849 PL c Cat 1. |
Certificaciones de seguridad funcional no destacadas en la documentación. |
| Posicionamiento del producto |
Reemplazo actualizado para IPC704, con rendimiento, funcionalidad y seguridad. |
Producto de generación anterior. |
¹ Nota: La conversión de dB/octava a dB/década es aproximada para fines de comparación.
Características y características clave
1 Amplia compatibilidad de sensores
El IPC707 está diseñado para usarse con acelerómetros piezoeléctricos de la serie CAxxx y sensores de presión dinámica de la serie CPxxx, y también es compatible con otros sensores piezoeléctricos con características de salida diferenciales (simétricas). Puede interactuar con sensores aislados y conectados a tierra. Si bien es similar al IPC704 en este aspecto, el IPC707 tiene requisitos más específicos y estrictos para las características eléctricas de entrada, especialmente cuando se utilizan sus funciones de diagnóstico.
2 Configuración de la función de transferencia flexible
pC a μA: Adecuado para transmisión de señales de corriente a larga distancia (sistema de 2 cables)
pC a mV: Adecuado para transmisión de señales de voltaje a corta distancia (sistema de 3 cables)
Integrador opcional: convierte señales de aceleración en señales de velocidad, ampliando el alcance de la aplicación
El IPC707 ofrece una gama más amplia de sensibilidad de transferencia (sin integrador: 0,1 a 110 μA/pC o mV/pC; con integrador: 981 a 98.100 μA/pC·s o mV/pC·s) y proporciona más opciones de valores estándar en comparación con el IPC704 (material estándar: 0,1 a 10; material GaPO₄: 0,1 a 50).
3 filtros configurables
Filtro de paso alto (HP): filtro Butterworth de tercer orden con frecuencias de corte seleccionables de 0,5 Hz a 20 Hz (mínimo 1 Hz cuando el diagnóstico está habilitado), pendiente ~60 dB/década
Filtro de paso bajo (LP): filtro Butterworth de tercer orden con frecuencias de corte seleccionables de 200 Hz a 20 kHz, pendiente ~60 dB/década
Los filtros se pueden configurar independientemente de la función de transferencia, lo que permite a los usuarios personalizarlos según las necesidades reales. En comparación con el IPC704 (HP de 4º orden 24 dB/octava, LP de 2º orden 12 dB/octava), el IPC707 presenta filtros de orden superior con características de atenuación más pronunciadas para mejorar el rendimiento del filtrado.
4 Función de diagnóstico incorporada (BITE): nueva característica principal del IPC707
Supervisa continuamente el estado de los sensores, los cables y el propio acondicionador.
Indica el estado del sistema a través de valores de polarización de CC de las señales de salida:
Salida de corriente: Normal a 13 mA, falla del sensor/cable a 11 mA, falla del acondicionador a 10 mA
Salida de voltaje: Normal a 8 V, falla del sensor/cable a 6 V, falla del acondicionador a 5 V
Esta funcionalidad hace que el IPC707 sea adecuado para sistemas de seguridad funcional, cumpliendo con las normas IEC 61508 SIL 2 e ISO 13849 PL c Cat 1. Esta es una funcionalidad clave ausente en el IPC704 y representa una de las principales ventajas del IPC707.
5 idoneidad para entornos peligrosos
Disponible en varias versiones certificadas a prueba de explosiones, que incluyen:
Ex ia: Intrínsecamente seguro, apto para Zona 0/1/2
Ex ec/Ex nA: mayor seguridad/antichispas, apto para zona 2
Las certificaciones cubren múltiples regiones, incluidas Europa (ATEX), Internacional (IECEx), América del Norte (cCSAus), Corea del Sur, Reino Unido, Rusia, Brasil y China. Si bien el IPC704 también ofrece versiones a prueba de explosiones (Ex ib, Ex nA), el sistema de certificación del IPC707 es más completo y actualizado y cubre más regiones y la Zona 0 más estricta.
6 Diseño Mecánico y de Instalación
Carcasa fabricada en aluminio moldeado por inyección con grado de protección IP40 (para uso interior). El nivel de protección se puede mejorar utilizando carcasas industriales ABA17x.
Admite montaje con tornillos o montaje en carril DIN (adaptador MA130 opcional, compatible con IPC704).
Los conectores de terminales de tornillo extraíbles (4 contactos de entrada/4 de salida cada uno) facilitan la instalación y el mantenimiento. El IPC704 tiene 3 terminales de tornillo fijos.
7 características eléctricas
Tensión de alimentación: 18–30 VCC, normalmente 24 VCC
Consumo de energía: Máx. 20 mA (IPC704: 25 mA)
Rango dinámico de entrada: hasta 50 000 pC (<10 kHz), ligeramente más conservador que los 100 000 pC del IPC704, pero optimizado para altas frecuencias (10-20 kHz) a 25 000 pC.
Señales de salida:
Salida de corriente: pico de ±5 mA, impedancia >60 kΩ, corriente de reposo 12 o 13 mA (con diagnóstico)
Salida de voltaje: ±5 V pico, impedancia <500 Ω, voltaje de reposo 7,0 u 8,0 V (con diagnóstico)
Principio de funcionamiento detallado
La función principal del IPC707 es convertir la señal de carga de alta impedancia generada por sensores piezoeléctricos en señales de voltaje o corriente de baja impedancia, acondicionándolas para su transmisión a larga distancia a sistemas de monitoreo. Su procesamiento de señales sigue una cadena electrónica precisa:
1. Protección de entrada y filtrado RFI:
Las señales del sensor se transmiten mediante cables a la entrada del IPC707. Primero, la señal pasa a través de un filtro RFI de red LC simétrico. Este filtro suprime eficazmente la interferencia de radiofrecuencia externa (RFI) y la interferencia electromagnética (EMI), asegurando una alta relación señal-ruido para los circuitos posteriores y evitando que el ruido de alta frecuencia contamine la señal de carga débil. Esto es crucial para una medición confiable en entornos industriales.
2. Amplificador de carga diferencial:
la señal filtrada se alimenta a un amplificador de carga diferencial (simétrico). Este es el primer paso clave de conversión en el acondicionamiento de señales. La función principal del amplificador de carga es convertir linealmente la señal de carga (en picoculombios, pC) producida por el sensor piezoeléctrico en una señal de voltaje de baja impedancia. El diseño diferencial proporciona una excelente relación de rechazo de modo común (CMRR), suprimiendo eficazmente el ruido de modo común (por ejemplo, interferencia del bucle de tierra) introducido en las dos líneas de señal durante la transmisión, mejorando significativamente la calidad de la señal.
3. Acondicionamiento y filtrado de señales:
La señal de voltaje del amplificador de carga ingresa luego a la etapa de filtrado configurable.
Filtro de paso alto (HPF): Este es un filtro de paso alto Butterworth de tercer orden que se utiliza para eliminar el ruido de baja frecuencia y los componentes de compensación de CC no deseados de la señal. Su frecuencia de corte es configurable desde 0,5 Hz hasta 110 Hz. Esto es muy efectivo para aislar desviaciones lentas causadas por vibraciones de la base o cambios de temperatura, asegurando que la señal de salida contenga solo componentes de medición de CA válidos.
Integrador opcional: si la aplicación requiere medir la velocidad en lugar de la aceleración, se puede habilitar un circuito integrador. El integrador integra matemáticamente la señal de aceleración (voltaje proporcional a la aceleración), generando una señal de voltaje proporcional a la velocidad.
Filtro de paso bajo (LPF): a continuación se encuentra un filtro de paso bajo Butterworth de tercer orden que se utiliza para filtrar el ruido de alta frecuencia en la señal y proporcionar suavizado. Su frecuencia de corte es configurable desde 200 Hz hasta 20.000 Hz. Esto garantiza que el ancho de banda de la señal de salida esté limitado al rango de frecuencia de interés, cumpla con el teorema de muestreo de Nyquist y prepare la señal para el procesamiento digital posterior.
4. Amplificación y configuración de la etapa de salida:
La señal filtrada se envía a una etapa de amplificación configurable, donde su ganancia se establece de acuerdo con la sensibilidad de transferencia seleccionada por el usuario. Finalmente, la señal ingresa a la etapa de salida configurable:
Modo de salida de corriente (2 cables): la etapa de salida convierte la señal de voltaje en una señal de corriente dinámicamente variable (CA) superpuesta a una polarización estática de corriente continua (CC). El rango de corriente dinámica es de ±5 mA pico y la polarización estática suele ser de 12 mA. Cuando los diagnósticos están habilitados, esta polarización estática se modula a 13 mA (normal), 11 mA (falla del sensor/cable) o 10 mA (falla del acondicionador). Este método de transmisión actual es ideal para transmisiones de larga distancia (hasta 1 km), ya que es insensible a la resistencia del cable y tiene fuertes capacidades antiinterferencias.
Modo de salida de voltaje (3 cables): la etapa de salida proporciona directamente una señal de voltaje (CA) dinámicamente variable superpuesta a un voltaje de polarización de corriente continua (CC) estático. El rango de voltaje dinámico es de ±5 V pico y la polarización estática suele ser de 7,0 V. Con el diagnóstico habilitado, esta polarización estática se modula a 8,0 V (normal), 6,0 V (falla del sensor/cable) o 5,0 V (falla del acondicionador). La transmisión de voltaje es adecuada para aplicaciones de distancias más cortas.
5. Protección y filtrado de salida:
antes de que la señal finalmente salga, pasa a través de otro filtro RFI de red LC simétrico, proporcionando protección final para la señal de salida y evitando que interferencias externas afecten la integridad de la señal a través del cable de salida.
6. Principio de la función de diagnóstico (BITE):
La función de diagnóstico del IPC707 es un punto destacado importante. Su circuito de diagnóstico monitoriza continuamente las características eléctricas de toda la cadena de medición:
Monitoreo de sensores y cables: monitorea la resistencia de aislamiento en la entrada (debe ser >20 kΩ), la capacitancia del cable (debe ser <15 nF), la resistencia en serie del cable (diferentes límites según el valor de capacitancia) y la resistencia de la conexión del blindaje (debe ser <100 mΩ).
Indicación de falla: cuando cualquier parámetro excede el rango preestablecido, el circuito de diagnóstico no interrumpe la señal de medición, pero indica el tipo de falla cambiando el componente de polarización de CC de la señal de salida. El sistema de monitoreo aguas arriba (por ejemplo, VM600) puede determinar de forma remota y automática el estado de salud de la cadena de medición al monitorear continuamente este componente de CC, emitiendo alarmas oportunas, lo que permite el mantenimiento predictivo y cumple con los requisitos de seguridad funcional.
7. Gestión de energía:
todo el circuito se alimenta mediante una fuente de alimentación externa de 18-30 VCC, con circuitos internos que lo estabilizan al voltaje de funcionamiento requerido. En aplicaciones relacionadas con la seguridad, se requiere que la fuente de alimentación tenga un aislamiento seguro y un límite de voltaje de 40 VCC.
Áreas de aplicación
Sistemas de monitoreo de vibraciones: para medición de vibraciones y protección de maquinaria rotativa (por ejemplo, turbinas, compresores, bombas).
Sistemas de monitoreo de presión: Adecuados para medición de presión dinámica, como presión de combustión, pulsos hidráulicos.
Sistemas de seguridad funcional: Gracias a sus funciones de diagnóstico, el IPC707 se puede utilizar en bucles de control relacionados con la seguridad, cumpliendo con los estándares SIL 2 y PL c. Esta es una aplicación que el IPC704 no puede cumplir directamente.
Monitoreo de condición y mantenimiento predictivo: mejora la confiabilidad del sistema y la eficiencia del mantenimiento a través de diagnósticos en tiempo real.
