IPC707 244-707-000-012 Kondycjoner sygnału

IPC707 to wysokowydajny, wysoce konfigurowalny kondycjoner sygnału z linii produktów VM, zaprojektowany specjalnie do użytku z czujnikami piezoelektrycznymi. Jego podstawową funkcją jest przekształcanie sygnału wyjściowego ładunku z czujników piezoelektrycznych na standardowe sygnały prądowe lub napięciowe, dzięki czemu nadaje się do systemów pomiaru wibracji i ciśnienia, szczególnie w zastosowaniach związanych z monitorowaniem bezpieczeństwa przemysłowego i monitorowaniem stanu. IPC707 oferuje nie tylko doskonałe możliwości przetwarzania sygnału, ale także obsługuje różne funkcje filtrowania i diagnostyczne, spełniając wysokie wymagania niezawodności w złożonych środowiskach przemysłowych. Jako ulepszony zamiennik modelu IPC704, IPC707 wykazuje znaczną poprawę wydajności, funkcjonalności i bezpieczeństwa.

Kluczowe różnice między IPC707 i IPC704

¹ Uwaga: konwersja dB/oktawa na dB/dekadę jest przybliżona dla porównania.

Kluczowe cechy i charakterystyka

1 Szeroka kompatybilność czujników

IPC707 jest przeznaczony do użytku z akcelerometrami piezoelektrycznymi serii CAxxx i czujnikami ciśnienia dynamicznego serii CPxxx, a jednocześnie jest kompatybilny z innymi czujnikami piezoelektrycznymi o różnicowej (symetrycznej) charakterystyce wyjściowej. Może współpracować zarówno z czujnikami uziemionymi, jak i izolowanymi. Chociaż pod tym względem jest podobny do IPC704, IPC707 ma bardziej szczegółowe i rygorystyczne wymagania dotyczące wejściowych charakterystyk elektrycznych, szczególnie podczas korzystania z funkcji diagnostycznych.

2 Elastyczna konfiguracja funkcji transferu

• pC do μA: Nadaje się do transmisji sygnału prądowego na duże odległości (system 2-przewodowy)

• pc do mV: Nadaje się do transmisji sygnału napięciowego na małe odległości (system 3-przewodowy)

• Opcjonalny integrator: Konwertuje sygnały przyspieszenia na sygnały prędkości, rozszerzając zakres zastosowań

IPC707 oferuje szerszy zakres czułości transferu (bez integratora: 0,1 do 110 μA/pC lub mV/pC; z integratorem: 981 do 98 100 μA/pC·s lub mV/pC·s) i zapewnia więcej opcji wartości standardowych w porównaniu do IPC704 (materiał standardowy: 0,1 do 10; materiał GaPO₄: 0,1 do 50).

3 konfigurowalne filtry

• Filtr górnoprzepustowy (HP): filtr Butterwortha trzeciego rzędu z możliwością wyboru częstotliwości odcięcia od 0,5 Hz do 20 Hz (minimum 1 Hz, gdy włączona jest diagnostyka), nachylenie ~60 dB/dekadę

• Filtr dolnoprzepustowy (LP): filtr Butterwortha trzeciego rzędu z możliwością wyboru częstotliwości odcięcia od 200 Hz do 20 kHz, nachylenie ~60 dB/dekadę

Filtry można konfigurować niezależnie od funkcji przesyłania, co pozwala użytkownikom dostosować je do rzeczywistych potrzeb. W porównaniu do IPC704 (HP jako 4. rząd 24 dB/oktawa, LP jako 2. rząd 12 dB/oktawa), IPC707 posiada filtry wyższego rzędu o bardziej stromej charakterystyce opadania, co zapewnia lepszą wydajność filtrowania.

4 Wbudowana funkcja diagnostyczna (BITE) – nowa podstawowa funkcja IPC707

• Na bieżąco monitoruje stan czujników, kabli i samego kondycjonera

• Wskazuje stan systemu poprzez wartości polaryzacji DC sygnałów wyjściowych:

• Wyjście prądowe: Normalne przy 13 mA, błąd czujnika/kabla przy 11 mA, błąd kondycjonera przy 10 mA

• Napięcie wyjściowe: normalne przy 8 V, błąd czujnika/kabla przy 6 V, błąd kondycjonera przy 5 V

• Ta funkcjonalność sprawia, że ​​IPC707 nadaje się do systemów bezpieczeństwa funkcjonalnego, zgodnych z normami IEC 61508 SIL 2 i ISO 13849 PL c Cat 1. Jest to kluczowa funkcjonalność, której nie ma w IPC704 i która stanowi jedną z głównych zalet IPC707.

5 przydatność w środowiskach niebezpiecznych

• Dostępne w różnych wersjach z certyfikatem przeciwwybuchowym, w tym:

• Ex ia: Iskrobezpieczne, odpowiednie dla strefy 0/1/2

• Ex ec/Ex nA: Zwiększone bezpieczeństwo/nieiskrzące, odpowiednie dla Strefy 2

• Certyfikaty obejmują wiele regionów, w tym Europę (ATEX), międzynarodowe (IECEx), Amerykę Północną (cCSAus), Koreę Południową, Wielką Brytanię, Rosję, Brazylię i Chiny. Chociaż IPC704 oferuje również wersje przeciwwybuchowe (Ex ib, Ex nA), system certyfikacji IPC707 jest bardziej kompleksowy i aktualny, obejmujący więcej regionów i bardziej rygorystyczną Strefę 0.

6 Projekt mechaniczny i instalacyjny

• Obudowa wykonana z formowanego wtryskowo aluminium o stopniu ochrony IP40 (do użytku wewnętrznego). Poziom ochrony można zwiększyć stosując obudowy przemysłowe ABA17x.

• Obsługuje montaż śrubowy lub montaż na szynie DIN (opcjonalny adapter MA130, kompatybilny z IPC704).

• Zdejmowane złącza z zaciskami śrubowymi (po 4 styki wejściowe/4 styki wyjściowe) ułatwiają instalację i konserwację. IPC704 ma 3 stałe zaciski śrubowe.

7 Charakterystyka elektryczna

• Napięcie zasilania: 18–30 VDC, typowo 24 VDC

• Pobór mocy: maks. 20 mA (IPC704: 25 mA)

• Zakres dynamiki wejściowej: do 50 000 pC (<10 kHz), nieco bardziej konserwatywny niż 100 000 pC IPC704, ale zoptymalizowany dla wysokich częstotliwości (10–20 kHz) przy 25 000 pC.

• Sygnały wyjściowe:

• Wyjście prądowe: szczytowa ±5 mA, impedancja >60 kΩ, prąd spoczynkowy 12 lub 13 mA (z diagnostyką)

• Wyjście napięciowe: ±5 V szczytowe, impedancja <500 Ω, napięcie spoczynkowe 7,0 lub 8,0 V (z diagnostyką)

Szczegółowa zasada działania

Podstawową funkcją IPC707 jest konwersja sygnału ładowania o wysokiej impedancji generowanego przez czujniki piezoelektryczne na sygnały napięciowe lub prądowe o niskiej impedancji, kondycjonując je do transmisji na duże odległości do systemów monitorowania. Przetwarzanie sygnału przebiega według precyzyjnego łańcucha elektronicznego:

1. Ochrona wejścia i filtrowanie RFI:
Sygnały czujnika są przesyłane kablami do wejścia IPC707. Najpierw sygnał przechodzi przez symetryczny filtr RFI sieci LC. Filtr ten skutecznie tłumi zewnętrzne zakłócenia częstotliwości radiowej (RFI) i zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), zapewniając wysoki stosunek sygnału do szumu dla kolejnych obwodów i zapobiegając zanieczyszczeniu sygnału słabego ładunku przez szum o wysokiej częstotliwości. Ma to kluczowe znaczenie dla niezawodnych pomiarów w środowiskach przemysłowych.

2. Wzmacniacz ładunku różnicowego:
Przefiltrowany sygnał jest wprowadzany do wzmacniacza ładunku różnicowego (symetrycznego). Jest to pierwszy kluczowy etap konwersji w kondycjonowaniu sygnału. Podstawową funkcją wzmacniacza ładunku jest liniowa konwersja sygnału ładowania (w pikokulombach, pC) wytwarzanego przez czujnik piezoelektryczny na sygnał napięciowy o niskiej impedancji. Konstrukcja różnicowa zapewnia doskonały współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMRR), skutecznie tłumiąc szumy sygnału wspólnego (np. zakłócenia pętli masy) wprowadzane do dwóch linii sygnałowych podczas transmisji, znacznie poprawiając jakość sygnału.

3. Kondycjonowanie i filtrowanie sygnału:
Sygnał napięciowy ze wzmacniacza ładunku wchodzi następnie do konfigurowalnego stopnia filtrowania.

• Filtr górnoprzepustowy (HPF): Jest to filtr górnoprzepustowy Butterwortha trzeciego rzędu używany do usuwania szumów o niskiej częstotliwości i niepożądanych składowych przesunięcia prądu stałego z sygnału. Częstotliwość odcięcia można konfigurować w zakresie od 0,5 Hz do 110 Hz. Jest to bardzo skuteczne w przypadku izolowania powolnych dryftów spowodowanych wibracjami podstawy lub zmianami temperatury, zapewniając, że sygnał wyjściowy zawiera tylko prawidłowe składowe pomiarowe prądu przemiennego.

• Opcjonalny integrator: Jeśli aplikacja wymaga pomiaru prędkości zamiast przyspieszenia, można włączyć obwód integratora. Integrator matematycznie integruje sygnał przyspieszenia (napięcie proporcjonalne do przyspieszenia), wysyłając na wyjściu sygnał napięciowy proporcjonalny do prędkości.

• Filtr dolnoprzepustowy (LPF): Poniżej znajduje się filtr dolnoprzepustowy Butterwortha trzeciego rzędu, używany do filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości w sygnale i zapewniania efektu antyaliasingu. Częstotliwość odcięcia można konfigurować w zakresie od 200 Hz do 20 000 Hz. Zapewnia to, że szerokość pasma sygnału wyjściowego jest ograniczona do interesującego zakresu częstotliwości, jest zgodna z twierdzeniem o próbkowaniu Nyquista i przygotowuje sygnał do późniejszego przetwarzania cyfrowego.

4. Wzmocnienie i konfiguracja stopnia wyjściowego:
Przefiltrowany sygnał jest przesyłany do konfigurowalnego stopnia wzmocnienia, gdzie jego wzmocnienie jest ustawiane zgodnie z wybraną przez użytkownika czułością przenoszenia. Wreszcie sygnał wchodzi do konfigurowalnego stopnia wyjściowego:

• Tryb wyjścia prądowego (2-przewodowy): stopień wyjściowy przekształca sygnał napięciowy na dynamicznie zmienny sygnał prądowy (AC) nałożony na polaryzację statycznego prądu stałego (DC). Zakres prądu dynamicznego wynosi szczytowo ±5 mA, a odchylenie statyczne wynosi zazwyczaj 12 mA. Gdy włączona jest diagnostyka, to odchylenie statyczne jest modulowane do 13 mA (normalny), 11 mA (usterka czujnika/kabla) lub 10 mA (usterka kondycjonera). Ta metoda przesyłania prądu jest idealna do transmisji na duże odległości (do 1 km), ponieważ jest niewrażliwa na rezystancję kabla i ma silne właściwości przeciwzakłóceniowe.

• Tryb wyjścia napięciowego (3-przewodowy): Stopień wyjściowy bezpośrednio dostarcza dynamicznie zmienny (AC) sygnał napięciowy nałożony na statyczne napięcie polaryzacji prądu stałego (DC). Zakres napięcia dynamicznego wynosi ±5 V szczytowo, a odchylenie statyczne wynosi zazwyczaj 7,0 V. Po włączeniu diagnostyki to odchylenie statyczne jest modulowane do 8,0 V (normalne), 6,0 V (usterka czujnika/kabla) lub 5,0 V (usterka kondycjonera). Transmisja napięcia jest odpowiednia do zastosowań na krótszych dystansach.

5. Ochrona i filtrowanie wyjścia:
Zanim sygnał zostanie ostatecznie wyprowadzony, przechodzi on przez inny symetryczny filtr RFI sieci LC, zapewniający ostateczną ochronę sygnału wyjściowego i zapobiegający wpływowi zewnętrznych zakłóceń na integralność sygnału w kablu wyjściowym.

6. Funkcja diagnostyczna (BITE) Zasada:
Funkcja diagnostyczna IPC707 jest główną atrakcją. Jego obwód diagnostyczny stale monitoruje charakterystykę elektryczną całego łańcucha pomiarowego:

• Monitorowanie czujnika i kabla: Monitoruje rezystancję izolacji na wejściu (musi wynosić > 20 kΩ), pojemność kabla (musi wynosić < 15 nF), rezystancję szeregową kabla (różne limity w zależności od wartości pojemności) i rezystancję połączenia ekranu (musi wynosić < 100 mΩ).

• Wskazanie błędu: Gdy którykolwiek parametr przekracza zadany zakres, obwód diagnostyczny nie przerywa sygnału pomiarowego, ale wskazuje typ błędu poprzez zmianę składowej polaryzacji DC sygnału wyjściowego. System monitorowania poprzedzający (np. VM600) może zdalnie i automatycznie określać stan łańcucha pomiarowego poprzez ciągłe monitorowanie tej składowej prądu stałego, wysyłanie alarmów w odpowiednim czasie, umożliwiając w ten sposób konserwację predykcyjną i spełniając wymagania bezpieczeństwa funkcjonalnego.

7. Zarządzanie energią:
Cały obwód zasilany jest z zewnętrznego zasilacza 18-30 VDC, którego wewnętrzne obwody stabilizują go do wymaganego napięcia roboczego. W zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem zasilacz musi mieć bezpieczną izolację i ograniczenie napięcia do 40 V prądu stałego.

Obszary zastosowań

• Systemy monitorowania drgań: Do pomiaru drgań i ochrony maszyn wirujących (np. turbin, sprężarek, pomp).

• Systemy monitorowania ciśnienia: Odpowiednie do dynamicznego pomiaru ciśnienia, takiego jak ciśnienie spalania, impulsy hydrauliczne.

• Funkcjonalne systemy bezpieczeństwa: Dzięki funkcjom diagnostycznym IPC707 może być stosowany w obwodach sterowania związanych z bezpieczeństwem, zgodnych ze standardami SIL 2 i PL c. Jest to aplikacja, której IPC704 nie może bezpośrednio spełnić.

• Monitorowanie stanu i konserwacja predykcyjna: Zwiększa niezawodność systemu i wydajność konserwacji dzięki diagnostyce w czasie rzeczywistym.