IPC707, VM ürün serisinden, özellikle piezoelektrik sensörlerle kullanılmak üzere tasarlanmış, yüksek performanslı, son derece yapılandırılabilir bir sinyal koşullayıcıdır. Birincil işlevi, piezoelektrik sensörlerden gelen yük çıkışını standart akım veya voltaj sinyallerine dönüştürmektir; bu da onu özellikle endüstriyel güvenlik izleme ve durum izleme uygulamalarında titreşim ve basınç ölçüm sistemleri için uygun hale getirir. IPC707 yalnızca mükemmel sinyal işleme yetenekleri sunmakla kalmaz, aynı zamanda çeşitli filtreleme ve teşhis işlevlerini de destekleyerek karmaşık endüstriyel ortamlardaki yüksek güvenilirlik gereksinimlerini karşılar. IPC704 modelinin yükseltilmiş bir alternatifi olan IPC707, performans, işlevsellik ve güvenlik açısından önemli gelişmeler göstermektedir.
IPC707 ve IPC704 Arasındaki Temel Farklılıklar
| Özellik |
IPC707 |
IPC704 |
| Teşhis Fonksiyonu (BITE) |
Evet. Sensörü, kabloyu ve kişisel durumu izler. Hata kodlarını DC öngerilim yoluyla verir. Fonksiyonel güvenliği destekler (SIL 2, PL c). |
HAYIR. |
| Filtreler |
3. derece Butterworth. HP ve LP'nin her ikisi de ~60 dB/on yıl eğimine sahiptir. Üstün performans. |
HP: 4. sıra (~24 dB/oktav ≈80 dB/decade¹). LP: 2. derece (~12 dB/oktav ≈40 dB/decade¹). |
| Aktarım Hassasiyeti Aralığı |
Daha geniş. Entegratör yok: 0,1-110; Entegratör ile: 981-98,100. |
Daha dar. Standart malzeme: 0,1-10 / 981-98,100; GaPO₄ malzemesi: 0,1-50. |
| Giriş Dinamik Aralığı |
50.000 pC (<10kHz) / 25.000 pC (10-20kHz) |
100.000 adet |
| Güç Tüketimi |
Maksimum 20 mA |
Maksimum 25 mA |
| Konektörler |
Çıkarılabilir vidalı terminaller, 4 giriş/4 çıkış kontağı. |
Sabit vidalı terminaller, 3 giriş/3 çıkış kontağı. |
| Faz Tepkisi |
Entegratör olmadan 180°, entegratör ile 270° faz kaymasını açıkça belirtir. |
Aynısını belirtiyor. |
| Patlamaya Dayanıklı Sertifikası |
Daha yeni ve daha kapsamlı sertifikasyon sistemi Bölge 0'ı (Ex ia) ve daha fazla bölgeyi (örn. UKEX, EAEC RU) kapsar. |
Nispeten daha eski sertifikasyon sistemi, en yüksek olanı Bölge 1'dir (Ex ib). |
| Uyumluluk ve Güvenlik |
IEC 61508 SIL 2 ve ISO 13849 PL c Cat 1 ile açıkça uyumludur. |
Belgelerde vurgulanmayan işlevsel güvenlik sertifikaları. |
| Ürün Konumlandırma |
IPC704 için performans, işlevsellik ve güvenlikle yükseltilmiş değiştirme. |
Önceki nesil ürün. |
¹ Not: dB/oktav'dan dB/on yıl dönüşümü karşılaştırma amacıyla yaklaşık değerlerdir.
Temel Özellikler ve Özellikler
1 Kapsamlı Sensör Uyumluluğu
IPC707, CAxxx serisi piezoelektrik ivmeölçerler ve CPxxx serisi dinamik basınç sensörleriyle kullanılmak üzere tasarlanmış olup aynı zamanda diferansiyel (simetrik) çıkış özelliklerine sahip diğer piezoelektrik sensörlerle de uyumludur. Hem kasa topraklı hem de yalıtımlı sensörlerle arayüz oluşturabilir. Bu açıdan IPC704'e benzer olsa da, IPC707, özellikle teşhis işlevlerini kullanırken, giriş elektriksel özellikleri için daha spesifik ve katı gereksinimlere sahiptir.
2 Esnek Transfer Fonksiyonu Yapılandırması
pC'den μA'ya: Uzun mesafeli akım sinyali iletimi için uygundur (2 telli sistem)
pC'den mV'ye: Kısa mesafeli voltaj sinyali iletimi için uygundur (3 telli sistem)
İsteğe bağlı entegratör: Hızlanma sinyallerini hız sinyallerine dönüştürerek uygulama kapsamını genişletir
IPC707 daha geniş bir aktarım hassasiyeti aralığı sunar (entegratör olmadan: 0,1 ila 110 μA/pC veya mV/pC; entegratörle: 981 ila 98.100 μA/pC·s veya mV/pC·s) ve IPC704'e kıyasla daha fazla standart değer seçeneği sunar (standart malzeme: 0,1 ila 10; GaPO₄ malzeme: 0,1 ila 50).
3 Yapılandırılabilir Filtre
Yüksek geçiş filtresi (HP): 0,5 Hz ila 20 Hz arasında seçilebilir kesme frekanslarına sahip 3. dereceden Butterworth filtresi (tanılama etkinleştirildiğinde minimum 1 Hz), eğim ~60 dB/on
Alçak geçiren filtre (LP): 200 Hz ila 20 kHz arasında seçilebilir kesme frekanslarına sahip 3. dereceden Butterworth filtresi, eğim ~60 dB/on
Filtreler, aktarım işlevinden bağımsız olarak yapılandırılabilir ve böylece kullanıcıların gerçek ihtiyaçlara göre özelleştirme yapmasına olanak sağlanır. IPC704 ile karşılaştırıldığında (HP, 4. sıra 24 dB/oktav, LP, 2. sıra 12 dB/oktav), IPC707, gelişmiş filtreleme performansı için daha dik azalma özelliklerine sahip daha yüksek dereceli filtrelere sahiptir.
4 Dahili Tanılama İşlevi (BITE) - IPC707'nin Yeni Temel Özelliği
Sensörlerin, kabloların ve klimanın durumunu sürekli olarak izler
Çıkış sinyallerinin DC öngerilim değerleri aracılığıyla sistem durumunu gösterir:
Akım çıkışı: 13 mA'da normal, 11 mA'da sensör/kablo hatası, 10 mA'da koşullandırıcı hatası
Gerilim çıkışı: 8 V'ta normal, 6 V'ta sensör/kablo hatası, 5 V'ta koşullandırıcı hatası
Bu işlevsellik, IPC707'yi IEC 61508 SIL 2 ve ISO 13849 PL c Cat 1 standartlarına uygun işlevsel güvenlik sistemleri için uygun hale getirir. Bu, IPC704'te bulunmayan önemli bir işlevselliktir ve IPC707'nin temel avantajlarından birini temsil eder.
5 Tehlikeli Ortamlara uygunluk
Aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli patlamaya dayanıklı sertifikalı versiyonlarda mevcuttur:
Ex ia: Kendinden güvenli, Bölge 0/1/2'ye uygun
Ex ec/Ex nA: Artırılmış güvenlik/kıvılcım çıkarmaz, Bölge 2'ye uygundur
Sertifikalar, Avrupa (ATEX), Uluslararası (IECEx), Kuzey Amerika (cCSAus), Güney Kore, Birleşik Krallık, Rusya, Brezilya ve Çin dahil olmak üzere birçok bölgeyi kapsamaktadır. IPC704 ayrıca patlamaya dayanıklı versiyonlar (Ex ib, Ex nA) sunarken, IPC707'nin sertifikasyon sistemi daha kapsamlı ve güncel olup, daha fazla bölgeyi ve daha sıkı Bölge 0'ı kapsar.
6 Mekanik ve Tesisat Tasarımı
IP40 koruma derecesine sahip enjeksiyon kalıplı alüminyumdan yapılmış muhafaza (iç mekan kullanımı için). ABA17x endüstriyel muhafazalar kullanılarak koruma düzeyi artırılabilir.
Vidalı montajı veya DIN rayına montajı destekler (isteğe bağlı MA130 adaptörü, IPC704 ile uyumludur).
Çıkarılabilir vidalı terminal konnektörleri (her biri 4 giriş/4 çıkış kontağı) kurulumu ve bakımı kolaylaştırır. IPC704'ün 3 sabit vidalı terminali vardır.
7 Elektriksel Özellikler
Besleme voltajı: 18–30 VDC, tipik olarak 24 VDC
Güç tüketimi: Maks. 20 mA (IPC704: 25 mA)
Giriş dinamik aralığı: 50.000 pC'ye (<10 kHz) kadar, IPC704'ün 100.000 pC'sinden biraz daha muhafazakar, ancak 25.000 pC'de yüksek frekanslar (10-20 kHz) için optimize edilmiştir.
Çıkış sinyalleri:
Akım çıkışı: ±5 mA tepe noktası, empedans >60 kΩ, hareketsiz akım 12 veya 13 mA (tanılamayla)
Gerilim çıkışı: ±5 V tepe noktası, empedans <500 Ω, hareketsiz gerilim 7,0 veya 8,0 V (tanılamayla)
Detaylı Çalışma Prensibi
IPC707'nin temel işlevi, piezoelektrik sensörler tarafından üretilen yüksek empedanslı şarj sinyalini düşük empedanslı voltaj veya akım sinyallerine dönüştürmek ve bunları izleme sistemlerine uzun mesafeli iletim için koşullandırmaktır. Sinyal işlemesi hassas bir elektronik zinciri takip eder:
1. Giriş Koruması ve RFI Filtreleme:
Sensör sinyalleri kablolar aracılığıyla IPC707 girişine iletilir. İlk olarak sinyal simetrik bir LC ağı RFI filtresinden geçer. Bu filtre, harici radyo frekansı parazitini (RFI) ve elektromanyetik paraziti (EMI) etkili bir şekilde bastırarak sonraki devreler için yüksek sinyal-gürültü oranı sağlar ve yüksek frekanslı gürültünün zayıf şarj sinyalini kirletmesini önler. Endüstriyel ortamlarda güvenilir ölçüm için bu çok önemlidir.
2. Diferansiyel Yük Yükselticisi:
Filtrelenen sinyal, diferansiyel (simetrik) bir yük yükselticisine beslenir. Bu, sinyal koşullandırmadaki ilk önemli dönüşüm adımıdır. Yük yükselticisinin temel işlevi, piezoelektrik sensör tarafından üretilen yük sinyalini (pikokoulomb, pC cinsinden) düşük empedanslı bir voltaj sinyaline doğrusal olarak dönüştürmektir. Diferansiyel tasarım, mükemmel ortak mod reddetme oranı (CMRR) sağlayarak iletim sırasında iki sinyal hattına verilen ortak mod gürültüsünü (örn. toprak döngüsü paraziti) etkili bir şekilde bastırarak sinyal kalitesini önemli ölçüde artırır.
3. Sinyal Koşullandırma ve Filtreleme:
Şarj amplifikatöründen gelen voltaj sinyali daha sonra yapılandırılabilir filtreleme aşamasına girer.
Yüksek Geçişli Filtre (HPF): Bu, düşük frekanslı gürültüyü ve istenmeyen DC ofset bileşenlerini sinyalden çıkarmak için kullanılan 3. dereceden Butterworth yüksek geçişli filtredir. Kesme frekansı 0,5 Hz ila 110 Hz arasında yapılandırılabilir. Bu, taban titreşimi veya sıcaklık değişikliklerinden kaynaklanan yavaş kaymaları izole etmede çok etkilidir ve çıkış sinyalinin yalnızca geçerli AC ölçüm bileşenlerini içermesini sağlar.
İsteğe Bağlı Entegratör: Uygulama ivme yerine hızın ölçülmesini gerektiriyorsa bir entegratör devresi etkinleştirilebilir. Entegratör, hızlanma sinyalini (hızlanmayla orantılı voltaj) matematiksel olarak entegre ederek hıza orantılı bir voltaj sinyali üretir.
Alçak Geçiren Filtre (LPF): Bunu, sinyaldeki yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemek ve kenar yumuşatma sağlamak için kullanılan 3. dereceden Butterworth alçak geçiren filtre takip eder. Kesme frekansı 200 Hz ila 20.000 Hz arasında yapılandırılabilir. Bu, çıkış sinyalinin bant genişliğinin ilgili frekans aralığıyla sınırlı olmasını sağlar, Nyquist örnekleme teoremine uygundur ve sinyali sonraki dijital işleme için hazırlar.
4. Çıkış Aşaması Amplifikasyonu ve Konfigürasyonu:
Filtrelenen sinyal, kazancının kullanıcı tarafından seçilen transfer hassasiyetine göre ayarlandığı yapılandırılabilir bir amplifikasyon aşamasına gönderilir. Son olarak sinyal yapılandırılabilir çıkış aşamasına girer:
Akım Çıkış Modu (2 telli): Çıkış katı, voltaj sinyalini statik doğru akım (DC) eğilimi üzerine bindirilmiş dinamik olarak değişen (AC) akım sinyaline dönüştürür. Dinamik akım aralığı ±5 mA tepe noktasıdır ve statik öngerilim tipik olarak 12 mA'dır. Tanılama etkinleştirildiğinde, bu statik öngerilim 13 mA (normal), 11 mA (sensör/kablo hatası) veya 10 mA (koşullandırıcı hatası) olarak modüle edilir. Bu akım iletim yöntemi, kablo direncine duyarlı olmadığından ve güçlü anti-parazit özelliklerine sahip olduğundan uzun mesafeli iletim (1 km'ye kadar) için idealdir.
Gerilim Çıkış Modu (3 telli): Çıkış katı, statik doğru akım (DC) ön gerilimi üzerine bindirilmiş dinamik olarak değişen (AC) gerilim sinyalini doğrudan sağlar. Dinamik voltaj aralığı ±5 V tepe noktasıdır ve statik öngerilim tipik olarak 7,0 V'tur. Tanılama etkinleştirildiğinde, bu statik öngerilim 8,0 V (normal), 6,0 V (sensör/kablo arızası) veya 5,0 V (koşullandırıcı arızası) olarak modüle edilir. Gerilim iletimi kısa mesafeli uygulamalar için uygundur.
5. Çıkış Koruması ve Filtreleme:
Sinyal nihai olarak çıkış yapılmadan önce, başka bir simetrik LC ağı RFI filtresinden geçerek çıkış sinyali için son koruma sağlar ve harici parazitlerin çıkış kablosu aracılığıyla sinyal bütünlüğünü etkilemesini önler.
6. Teşhis Fonksiyonu (BITE) Prensibi:
IPC707'nin teşhis fonksiyonu önemli bir özelliktir. Teşhis devresi, tüm ölçüm zincirinin elektriksel özelliklerini sürekli olarak izler:
Sensör ve Kablo İzleme: Girişteki izolasyon direncini (>20 kΩ olmalıdır), kablo kapasitansını (<15 nF olmalıdır), kablo seri direncini (kapasitans değerine göre farklı limitler) ve ekran bağlantı direncini (<100 mΩ olmalıdır) izler.
Arıza Göstergesi: Herhangi bir parametre önceden ayarlanan aralığı aştığında, teşhis devresi ölçüm sinyalini kesmez ancak çıkış sinyalinin DC öngerilim bileşenini değiştirerek arıza tipini gösterir. Yukarı akış izleme sistemi (örneğin, VM600), bu DC bileşenini sürekli izleyerek, zamanında alarmlar vererek, öngörücü bakımı mümkün kılarak ve işlevsel güvenlik gereksinimlerini karşılayarak ölçüm zincirinin sağlık durumunu uzaktan ve otomatik olarak belirleyebilir.
7. Güç Yönetimi:
Devrenin tamamı harici bir 18-30 VDC güç kaynağı ile çalıştırılır ve dahili devre onu gerekli çalışma voltajına sabitler. Güvenlikle ilgili uygulamalarda güç kaynağının güvenli izolasyona ve 40VDC voltaj sınırına sahip olması gerekir.
Uygulama Alanları
Titreşim İzleme Sistemleri: Dönen makinelerin (örneğin türbinler, kompresörler, pompalar) titreşim ölçümü ve korunması için.
Basınç İzleme Sistemleri: Yanma basıncı, hidrolik darbeler gibi dinamik basınç ölçümüne uygundur.
Fonksiyonel Güvenlik Sistemleri: IPC707, teşhis fonksiyonları sayesinde SIL 2 ve PL c standartlarına uygun olarak güvenlikle ilgili kontrol döngülerinde kullanılabilir. Bu, IPC704'ün doğrudan yerine getiremeyeceği bir uygulamadır.
Durum İzleme ve Kestirimci Bakım: Gerçek zamanlı teşhis yoluyla sistem güvenilirliğini ve bakım verimliliğini artırır.
