O acelerômetro piezoelétrico CA901 é um dispositivo de monitoramento de vibração de alto desempenho desenvolvido pela VM para aplicações em ambientes extremos. Este produto utiliza materiais e tecnologia piezoelétricos de cristal único avançados, oferecendo excepcional adaptabilidade e confiabilidade de temperatura, capaz de operação estável dentro de uma faixa de temperatura extrema de -186°C a +700°C. O CA901 é particularmente adequado para setores industriais exigentes, como usinas nucleares, indústrias aeroespaciais e petroquímicas, atendendo aos requisitos de monitoramento de vibração em vários ambientes agressivos.
Este acelerômetro emprega um design de modo de compressão equipado com cabo integral com isolamento mineral, proporcionando excelente desempenho de isolamento elétrico e durabilidade mecânica. O produto está em conformidade com os padrões NRC Guide 1.133, IEEE 323-1974 e é certificado de acordo com DIN 25.475.1, ao mesmo tempo que obtém certificação à prova de explosão para uso seguro em atmosferas potencialmente explosivas. Seu design estrutural compacto e o material robusto do invólucro permitem suportar condições extremas, incluindo alta pressão e alta radiação.
O CA901 oferece uma faixa de resposta de frequência de 3 Hz a 2.800 Hz e sensibilidade de 10pC/g, permitindo a captura precisa de vários sinais de vibração mecânica. Seja para monitoramento on-line de longo prazo ou aplicações de testes de desenvolvimento, este dispositivo pode fornecer dados de medição confiáveis e precisos, servindo como evidência crucial para monitoramento de condições de equipamentos e diagnóstico de falhas.
Princípio de funcionamento
O acelerômetro piezoelétrico CA901 opera com base no princípio do efeito piezoelétrico, incorporando múltiplos aspectos técnicos sofisticados. O mecanismo de funcionamento pode ser elaborado detalhadamente através dos seguintes aspectos:
1. Efeito Piezoelétrico e Características do Material Monocristalino
O núcleo do dispositivo utiliza material piezoelétrico de cristal único tipo VC2, que oferece excelentes propriedades piezoelétricas e estabilidade de temperatura. Quando o acelerômetro experimenta vibração mecânica, a massa aplica força compressiva ao cristal piezoelétrico. De acordo com o princípio do efeito piezoelétrico direto, a polarização elétrica ocorre dentro do cristal, a estrutura da rede se deforma, causando o deslocamento dos centros de carga, gerando assim sinais de carga proporcionais à força aplicada na superfície do cristal. Os materiais monocristalinos em comparação com os materiais policristalinos apresentam constantes piezoelétricas mais altas e melhor estabilidade de temperatura, mantendo uma saída de sensibilidade estável em ambientes de temperaturas extremas.
A estrutura de treliça especial do material monocristalino VC2 permite manter características piezoelétricas estáveis em ambientes de alta temperatura, com sua temperatura Curie excedendo em muito os materiais piezoelétricos convencionais, o que é fundamental para alcançar operação em alta temperatura de +700°C. A orientação do cristal foi projetada de maneira ideal para maximizar o coeficiente piezoelétrico e, ao mesmo tempo, minimizar o coeficiente de temperatura, garantindo desempenho consistente em toda a faixa de temperatura operacional.
2. Projeto do modo de compressão e estrutura mecânica
Empregando um projeto de modo de compressão, o elemento piezoelétrico é pré-carregado entre a base e a massa, formando uma estrutura mecânica estável. Este design proporciona alta rigidez, proporcionando ao sensor uma alta frequência de ressonância (>17kHz), garantindo uma resposta plana em uma ampla faixa de frequência. O modo de compressão oferece melhor desempenho em altas temperaturas em comparação ao modo de cisalhamento, tornando-o mais adequado para aplicações em ambientes de temperaturas extremas.
A estrutura mecânica utiliza um design simétrico para reduzir erros de medição causados pelo estresse térmico. A carcaça emprega material de liga Inconel 600, oferecendo excelente resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão. A estrutura geral é otimizada através da análise de elementos finitos para manter características mecânicas estáveis durante o ciclo térmico, evitando desvios de desempenho devido à incompatibilidade do coeficiente de expansão térmica.
3. Mecanismo de geração e transmissão de sinal
O dispositivo gera sinais de saída de carga com sensibilidade de 10pC/g±5%. O modo de saída de carga oferece a vantagem de não ser afetado pela capacitância do cabo, particularmente adequado para transmissão de sinais de longa distância. A capacitância interna do sensor é 80pF (entre pólos) e 18pF (entre pólo e caixa), enquanto a capacitância do cabo é 200pF/m (entre pólos) e 300pF/m (entre pólo e caixa).
Os sinais de carga são transmitidos através de cabo com isolamento mineral, que utiliza isolamento de óxido de magnésio e bainha de aço inoxidável, oferecendo excelente desempenho em altas temperaturas e resistência mecânica. O cabo é conectado ao sensor por meio de soldagem hermética, formando uma estrutura totalmente vedada que evita a entrada de umidade e contaminantes. Este design garante confiabilidade de longo prazo em ambientes extremos.
4. Compensação de temperatura e controle de estabilidade
O material monocristalino VC2 possui um coeficiente de temperatura extremamente baixo, mantendo uma sensibilidade estável dentro da faixa de temperatura operacional de -54°C a +650°C. A direção especial de corte do cristal e o design do eletrodo melhoram ainda mais as características de temperatura, reduzindo o impacto das mudanças de temperatura na precisão da medição.
O dispositivo utiliza um design de estrutura termicamente simétrica para minimizar o impacto dos gradientes de temperatura nas medições. A seleção do material do invólucro considera a expansão térmica correspondente para evitar alterações de desempenho causadas por estresse térmico. Esses recursos de design garantem coletivamente a estabilidade da medição em ambientes com temperaturas extremas.
5. Proteção Ambiental e Tecnologia de Vedação
O sensor utiliza tecnologia de soldagem com vedação hermética, com o invólucro completamente vedado para resistir à umidade, corrosão química e efeitos de radiação. O material da carcaça do Inconel 600 oferece excelente resistência à corrosão, adequado para vários ambientes industriais agressivos.
O cabo com isolamento mineral não só fornece isolamento elétrico, mas também proteção mecânica. A bainha de aço inoxidável do cabo pode suportar pressões de 140 bar (a 23°C) e 80 bar (a 300°C), garantindo uma operação confiável em ambientes de alta pressão.
6. Projeto de segurança à prova de explosão
O dispositivo é certificado através do exame de tipo CE (LCIE 08 ATEX 6017 X II 1 G), atendendo aos requisitos de uso para áreas perigosas da Zona 0/1/2. Usando o projeto de segurança intrínseca (Ex ia), as faíscas de ignição são evitadas em condições de falha, limitando a energia do circuito.
As medidas de proteção incluem circuitos limitadores de energia e barreiras de segurança, garantindo o cumprimento dos requisitos à prova de explosão em todas as condições de operação. Este design permite uma aplicação segura em atmosferas potencialmente explosivas.
7. Projeto de resistência à radiação
O material monocristalino VC2 possui excelente estabilidade à radiação, capaz de suportar fluxo de radiação γ de 10 ^ 11 erg / ge fluxo de radiação de nêutrons de 10 ^ 18 n / cm ^ 2 sem quaisquer efeitos. Esta dureza de radiação torna-o particularmente adequado para aplicações em ambientes de radiação, como centrais nucleares.
A seleção de materiais e o projeto estrutural consideram a estabilidade a longo prazo em ambientes de radiação, garantindo um desempenho confiável sob condições de radiação.
Características
O acelerômetro piezoelétrico CA901 oferece vários recursos excelentes para atender às necessidades de monitoramento de vibração em ambientes extremos:
1. Adaptabilidade a temperaturas extremas
Faixa de temperatura operacional extremamente ampla: operação contínua -54°C a +650°C, condições extremas -196°C a +700°C. Essa faixa de temperatura abrange a maioria dos ambientes industriais extremos, incluindo cenários de aplicações criogênicas e de alta temperatura.
2. Desempenho de medição de alta precisão
Fornece sensibilidade de 10pC/g, faixa de medição dinâmica de 0,001g a 200g de pico. Excelente linearidade, atingindo ±1% em toda a faixa dinâmica. Sensibilidade transversal inferior a 5%, garantindo precisão de medição.
3. Excelente durabilidade ambiental
A carcaça do Inconel 600 oferece excelente resistência à corrosão, o design de vedação hermética resiste à umidade e aos contaminantes. Pode suportar pressão de trabalho de 140bar, atendendo aos requisitos de aplicação em ambientes de alta pressão.
4. Forte resistência à radiação
Pode suportar altas doses de radiação γ e radiação de nêutrons, adequada para uso em ambientes de radiação, como usinas nucleares. A seleção de materiais e o projeto estrutural são otimizados para estabilidade de longo prazo sob condições de radiação.
5. Certificação de segurança abrangente
Certificado por vários padrões internacionais: Guia NRC 1.133, IEEE 323-1974, DIN 25.475.1 e certificação à prova de explosão ATEX. Atende aos requisitos de vários padrões industriais rigorosos.
6. Opções de configuração flexíveis
Oferece várias opções de comprimento de cabo: 3,5 metros, 5 metros, 8 metros, 12,5 metros, equipado com conectores Lemo ou de alta temperatura. Versões padrão e à prova de explosão disponíveis para atender a diferentes necessidades de aplicação.
Resumo das especificações técnicas
| do item |
Especificação |
| Sensibilidade |
10 pC/g ±5% |
| Resposta de frequência |
3 a 2.800 Hz (±5%) |
| Faixa Dinâmica |
0,001 a 200 g de pico |
| Temperatura operacional |
-54°C a +650°C (contínuo) |
| Frequência Ressonante |
>17kHz |
| Linearidade |
±1% (escala completa) |
| Classificação de proteção |
Hermeticamente selado |
| Certificação à prova de explosão |
Ex ia IIC T6 a T710 |
Áreas de aplicação
O acelerômetro piezoelétrico CA901 é usado principalmente nas seguintes áreas:
Centrais Nucleares: Monitoramento de vibrações de equipamentos internos e periféricos em reatores
Aeroespacial: Teste de vibração de motores e componentes de alta temperatura
Indústria Petroquímica: Monitoramento da condição de equipamentos em ambientes de alta temperatura e alta pressão
Indústria Energética: Monitoramento de vibração de turbinas a gás e turbinas a vapor
Campos de Pesquisa: Pesquisa de materiais e comportamento em ambientes extremos
