Akcelerometr piezoelektryczny CA901 to wysokowydajne urządzenie monitorujące wibracje opracowane przez firmę VM do zastosowań w ekstremalnych warunkach. W tym produkcie zastosowano zaawansowane monokrystaliczne materiały i technologię piezoelektryczną, oferując wyjątkową zdolność dostosowania temperatury i niezawodność, a także zdolność do stabilnej pracy w ekstremalnym zakresie temperatur od -186°C do +700°C. CA901 jest szczególnie odpowiedni dla wymagających sektorów przemysłu, takich jak elektrownie jądrowe, przemysł lotniczy i petrochemiczny, spełniając wymagania dotyczące monitorowania wibracji w różnych trudnych warunkach.
W tym akcelerometrze zastosowano konstrukcję pracującą w trybie kompresji, wyposażoną w zintegrowany kabel w izolacji mineralnej, zapewniający doskonałą izolację elektryczną i trwałość mechaniczną. Produkt jest zgodny z normami NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974 i posiada certyfikat DIN 25.475.1, uzyskując jednocześnie certyfikat przeciwwybuchowy zapewniający bezpieczne użytkowanie w przestrzeniach potencjalnie wybuchowych. Kompaktowa konstrukcja i wytrzymały materiał obudowy pozwalają mu wytrzymać ekstremalne warunki, w tym wysokie ciśnienie i wysokie promieniowanie.
CA901 oferuje zakres częstotliwości od 3 Hz do 2800 Hz i czułość 10 pC/g, umożliwiając precyzyjne przechwytywanie różnych sygnałów drgań mechanicznych. Niezależnie od tego, czy chodzi o długoterminowe monitorowanie online, czy aplikacje do testowania rozwoju, urządzenie to może zapewnić wiarygodne i dokładne dane pomiarowe, służąc jako kluczowy dowód w monitorowaniu stanu sprzętu i diagnostyce usterek.
Zasada działania
Akcelerometr piezoelektryczny CA901 działa w oparciu o zasadę efektu piezoelektrycznego, obejmującą wiele wyrafinowanych aspektów technicznych. Mechanizm działania można szczegółowo opisać w oparciu o następujące aspekty:
1. Efekt piezoelektryczny i charakterystyka materiału monokrystalicznego
W rdzeniu urządzenia zastosowano monokrystaliczny materiał piezoelektryczny typu VC2, który zapewnia doskonałe właściwości piezoelektryczne i stabilność temperaturową. Kiedy akcelerometr doświadcza drgań mechanicznych, masa wywiera siłę ściskającą na kryształ piezoelektryczny. Zgodnie z zasadą bezpośredniego efektu piezoelektrycznego, w krysztale zachodzi polaryzacja elektryczna, struktura sieci ulega deformacji, powodując przemieszczenie centrów ładunku, generując w ten sposób sygnały ładunku proporcjonalne do siły przyłożonej do powierzchni kryształu. Materiały monokrystaliczne w porównaniu z materiałami polikrystalicznymi wykazują wyższe stałe piezoelektryczne i lepszą stabilność temperaturową, utrzymując stabilną czułość wyjściową w środowiskach o ekstremalnych temperaturach.
Specjalna struktura siatkowa materiału monokrystalicznego VC2 umożliwia utrzymanie stabilnych właściwości piezoelektrycznych w środowiskach o wysokiej temperaturze, a jego temperatura Curie znacznie przewyższa konwencjonalne materiały piezoelektryczne, co jest kluczem do osiągnięcia pracy w wysokiej temperaturze +700°C. Orientacja kryształów jest optymalnie zaprojektowana, aby zmaksymalizować współczynnik piezoelektryczny przy jednoczesnej minimalizacji współczynnika temperaturowego, zapewniając stałą wydajność w całym zakresie temperatur roboczych.
2. Projekt trybu kompresji i struktura mechaniczna
Dzięki konstrukcji działającej w trybie kompresji element piezoelektryczny jest wstępnie naprężony pomiędzy podstawą a masą, tworząc stabilną strukturę mechaniczną. Taka konstrukcja zapewnia wysoką sztywność, zapewniając czujnikowi wysoką częstotliwość rezonansową (>17 kHz), zapewniając płaską charakterystykę w szerokim zakresie częstotliwości. Tryb ściskania zapewnia lepszą wydajność w wysokich temperaturach w porównaniu z trybem ścinania, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni do zastosowań w środowiskach o ekstremalnych temperaturach.
Struktura mechaniczna wykorzystuje konstrukcję symetryczną, aby zmniejszyć błędy pomiaru spowodowane naprężeniami termicznymi. W obudowie zastosowano stop Inconel 600, zapewniający doskonałą wytrzymałość w wysokich temperaturach i odporność na korozję. Ogólna konstrukcja jest zoptymalizowana poprzez analizę elementów skończonych, aby utrzymać stabilne właściwości mechaniczne podczas cykli termicznych, unikając dryfu wydajności spowodowanego niedopasowaniem współczynnika rozszerzalności cieplnej.
3. Mechanizm generowania i transmisji sygnału
Urządzenie generuje sygnały wyjściowe ładunku z czułością 10pC/g±5%. Tryb wyjścia ładowania ma tę zaletę, że nie ma na niego wpływu pojemność kabla, szczególnie nadaje się do transmisji sygnału na duże odległości. Wewnętrzna pojemność czujnika wynosi 80 pF (między biegunami) i 18 pF (między biegunem a obudową), natomiast pojemność kabla wynosi 200 pF/m (między biegunami) i 300 pF/m (między biegunem a obudową).
Sygnały ładowania są przesyłane za pomocą kabla w izolacji mineralnej, w którym zastosowano izolację z tlenku magnezu i osłonę ze stali nierdzewnej, zapewniając doskonałą wydajność w wysokich temperaturach i wytrzymałość mechaniczną. Kabel jest połączony z czujnikiem za pomocą spawu hermetycznego, tworząc całkowicie szczelną strukturę, która zapobiega przedostawaniu się wilgoci i zanieczyszczeń. Taka konstrukcja zapewnia długoterminową niezawodność w ekstremalnych warunkach.
4. Kompensacja temperatury i kontrola stabilności
Materiał monokrystaliczny VC2 charakteryzuje się wyjątkowo niskim współczynnikiem temperaturowym, zachowując stabilną czułość w zakresie temperatur pracy od -54°C do +650°C. Specjalny kierunek cięcia kryształu i konstrukcja elektrody dodatkowo poprawiają charakterystykę temperaturową, zmniejszając wpływ zmian temperatury na dokładność pomiaru.
W urządzeniu zastosowano termicznie symetryczną konstrukcję, aby zminimalizować wpływ gradientów temperatury na pomiary. Przy wyborze materiału obudowy uwzględnia się rozszerzalność cieplną, aby uniknąć zmian wydajności spowodowanych naprężeniami termicznymi. Te cechy konstrukcyjne wspólnie zapewniają stabilność pomiarów w środowiskach o ekstremalnych temperaturach.
5. Ochrona środowiska i technologia uszczelniania
W czujniku zastosowano technologię hermetycznego zgrzewania, a obudowa jest całkowicie uszczelniona, co zapewnia odporność na wilgoć, korozję chemiczną i promieniowanie. Materiał obudowy Inconel 600 zapewnia doskonałą odporność na korozję, odpowiednią do różnych trudnych warunków przemysłowych.
Kabel w izolacji mineralnej zapewnia nie tylko izolację elektryczną, ale także ochronę mechaniczną. Płaszcz kabla ze stali nierdzewnej wytrzymuje ciśnienie 140 barów (w temperaturze 23°C) i 80 barów (w temperaturze 300°C), zapewniając niezawodną pracę w środowiskach o wysokim ciśnieniu.
6. Konstrukcja przeciwwybuchowa
Urządzenie posiada certyfikat badania typu EC (LCIE 08 ATEX 6017 X II 1 G), spełniający wymagania użytkowe dla stref niebezpiecznych Strefy 0/1/2. Dzięki konstrukcji iskrobezpiecznej (Ex ia) w przypadku awarii zapobiega się powstawaniu iskier zapłonowych poprzez ograniczenie energii obwodu.
Środki ochrony obejmują obwody ograniczające energię i bariery zabezpieczające, zapewniające zgodność z wymogami przeciwwybuchowymi we wszystkich warunkach pracy. Taka konstrukcja umożliwia bezpieczne stosowanie w strefach zagrożonych wybuchem.
7. Projekt odporności na promieniowanie
Materiał monokrystaliczny VC2 ma doskonałą stabilność promieniowania, jest w stanie wytrzymać strumień promieniowania γ o wartości 10^11 erg/g i strumień promieniowania neutronowego o wartości 10^18 n/cm^2 bez żadnych efektów. Ta twardość radiacyjna sprawia, że szczególnie nadaje się do zastosowań w środowiskach radiacyjnych, takich jak elektrownie jądrowe.
Zarówno dobór materiałów, jak i projekt konstrukcyjny uwzględniają długoterminową stabilność w środowiskach radiacyjnych, zapewniając niezawodne działanie w warunkach radiacyjnych.
Cechy
Akcelerometr piezoelektryczny CA901 oferuje wiele wyjątkowych funkcji spełniających potrzeby monitorowania wibracji w ekstremalnych warunkach:
1. Możliwość dostosowania do ekstremalnych temperatur
Niezwykle szeroki zakres temperatur pracy: praca ciągła -54°C do +650°C, warunki ekstremalne -196°C do +700°C. Ten zakres temperatur obejmuje większość ekstremalnych środowisk przemysłowych, w tym scenariusze zastosowań kriogenicznych i wysokotemperaturowych.
2. Wysoka precyzja pomiaru
Zapewnia czułość 10pC/g, zakres pomiaru dynamicznego od 0,001g do wartości szczytowej 200g. Doskonała liniowość, osiągająca ±1% w całym zakresie dynamicznym. Czułość poprzeczna mniejsza niż 5%, zapewniająca dokładność pomiaru.
3. Doskonała trwałość środowiska
Obudowa Inconel 600 zapewnia doskonałą odporność na korozję, a hermetyczna konstrukcja uszczelnienia jest odporna na wilgoć i zanieczyszczenia. Wytrzymuje ciśnienie robocze 140 barów, spełniając wymagania zastosowań w środowisku wysokociśnieniowym.
4. Silna odporność na promieniowanie
Może wytrzymać wysokie dawki promieniowania γ i promieniowania neutronowego, odpowiednie do stosowania w środowiskach radiacyjnych, takich jak elektrownie jądrowe. Dobór materiałów i konstrukcja konstrukcyjna zostały zoptymalizowane pod kątem długoterminowej stabilności w warunkach promieniowania.
5. Kompleksowa certyfikacja bezpieczeństwa
Certyfikat zgodny z wieloma międzynarodowymi normami: NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974, DIN 25.475.1 i certyfikat przeciwwybuchowy ATEX. Spełnia wymagania różnych rygorystycznych norm przemysłowych.
6. Elastyczne opcje konfiguracji
Oferuje wiele możliwości wyboru długości kabla: 3,5 m, 5 m, 8 m, 12,5 m, wyposażony w złącza Lemo lub złącza wysokotemperaturowe. Dostępne wersje standardowe i przeciwwybuchowe spełniające różne potrzeby zastosowań.
Podsumowanie specyfikacji technicznych
| przedmiotu |
Specyfikacja |
| Wrażliwość |
10 szt./g ±5% |
| Odpowiedź częstotliwościowa |
3 do 2800 Hz (±5%) |
| Zakres dynamiczny |
Pik 0,001 do 200 g |
| Temperatura pracy |
-54°C do +650°C (ciągła) |
| Częstotliwość rezonansowa |
>17 kHz |
| Liniowość |
±1% (pełna skala) |
| Ocena ochrony |
Hermetycznie zamknięte |
| Certyfikat przeciwwybuchowy |
Ex ia IIC T6 do T710 |
Obszary zastosowań
Akcelerometr piezoelektryczny CA901 jest stosowany głównie w następujących dziedzinach:
Elektrownie jądrowe: Monitoring drgań urządzeń wewnętrznych i peryferyjnych w reaktorach
Przemysł lotniczy: Badania wibracyjne silników i podzespołów wysokotemperaturowych
Przemysł petrochemiczny: monitorowanie stanu urządzeń w środowiskach o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu
Przemysł energetyczny: Monitoring drgań turbin gazowych i parowych
Obszary badawcze: Badania materiałów i zachowań w ekstremalnych środowiskach
