Что такое icp датчик

10

Что такое icp датчик

Доброго дня! Занимаюсь разработкой ICP датчика. Начитался умных книг, а в голове остались вопросы. Как я понимаю ICP датчик содержит чувствительный элемент, предусилитель заряда (должен содержать его или нет?), ну и сама схемотехника ICP (что бы по одному проводу сигнал и питание).
Схему прилагаю. На схеме первый каскад зарядовый усилитель, вторая ICP. Что скажете по работе схемы. И обязательно ли зарядовый усилитель ставить первым каскадом, либо его можно исключить?

Пасиба

Пьезоэлектрические акселерометры

РСВ Piezotronics предлагает широкий выбор акселерометров, используемых для всевозможных задач — от обычных измерений до специ­альных испытаний. Не важно, является ли это испытанием качества или постоянный мониторинг двигателя летательного аппарата, мы можем предоставить датчики, как серийные, так и спроектирован­ные по отдельным заказам для специфической области применения.

Что такое датчики ICP?

Датчики на основе пьезоэлектрических интегральных микросхем (ICP) содержат встроенные микроэлектронные схемы форми­рования сигнала — но все же работают по двухпроводной системе. Такие схемы требуют постоянного питания током возбуждения и превращают высокоомный сигнал заряда, генерируемый в пьезоэлектрическом кристалле, в низкоомный сигнал напряжения, который легко использовать для передачи и анализа. С датчиками ICP можно использовать недорогие коаксиальные или двух­проводные кабели. Точность сигнала относительно не подвержена загрязнению или влажности. Датчики ICP могут работать в грязных условиях промышленного производства или в жидкостях.

Как правило, датчики ICP обладают более высокой эффективностью и легче в использовании, чем пьезоэлектрические датчики с зарядовым выходом; однако их диапазон рабочих температур ограничен рамками надежности работы встроенных микроэлект­ронных схем.

Термин: Датчик ICP

ICP® датчик – это пьезоэлектрический датчик с внутренним предусилителем заряда.

ICP® – торговая марка компании PCB Piezotronics – это одно из названий технологии IEPE (Integrated Electronic Piezoelectric), по которой производятся датчики вибрации, удара, тензодатчики, микрофоны, датчики силы и датчики давления. Существуют и другие торговые марки датчиков, устроенных по аналогичному принципу: CCLD, Isotron ® , Deltatron ® , Piezotron ® . Также, по аналоговому каналу эти технологии совместимы с 2-проводными TEDS-датчиками с встроенными предусилителями, согласно стандарту IEEE 1451.4 (Class 1 MMI).

ICP-датчик подключается по двухпроводной схеме. Питание датчика должно происходить от внешнего источника постоянного тока (до 20 мА), а выходной сигнал ICP-датчика – это переменная составляющая напряжения на выходе ICP-датчика с максимальным амплитудным значением порядка 8 В. Важно то, что ICP-датчик своей электроникой всегда поддерживает уровень постоянной составляющей напряжения сигнала на выходе (напряжение смещения) порядка 10 В (например, в случае амплитуды переменной составляющей 8 В мгновенное напряжение может меняться в границах (10 ± 8) В).

Правильность подключения ICP датчика можно проконтролировать, например, непосредственным измерением напряжения смещения вольтметром постоянного тока. Типичный паспортный диапазон значений напряжения смещения составляет от 8 до 12 В (но рекомендуется сверить измеренное значение с паспортными данными на конкретный датчик). У классического ICP-датчика напряжение смещения, определяющее «рабочую точку» ICP-датчика, не несёт информацию об измеряемом сигнале, а несёт информацию об исправности датчика и исправности линий, которыми он подключен.

ICP-датчик является относительно низкоомным источником переменного напряжения сигнала, его выходное сопротивление типично составляет около 100 Ом. Со стороны приёмника сигнала ICP-датчик запитывается от высокоомного источника постоянного тока. Отсутствие низкоомной нагрузки со стороны приёмника обеспечивает независимость от сопротивления проводов результата измерений переменной (информационной) составляющей сигнала. Постоянное напряжение смещения, вызванное протеканием постоянного тока питания через сопротивления проводов, не влияет на переменную составляющую измеряемого напряжения сигнала.

Особая экономическая выгода и простота использования ICP-датчика при построении измерительного тракта достигается при совместном использовании с модулем АЦП со специализированными под ICP-датчик входами, например, совместно с LTR24-2, LTR25, поскольку не требуется каких-либо дополнительных устройств: эти специализированные АЦП полностью обеспечивают все необходимые электрические условия работы ICP-датчика.

Но ICP-датчики можно подключить и к АЦП общего применения с высокоомным входом (например, LTR22, LTR24-1) с применением специального устройства согласования (стабилизатор тока и RC-цепь в экранированной конструкции) с внешним источником питания. Однако, подобное устройство согласования не обеспечивает совместимость с АЦП с входным коммутатором каналов в многоканальном режиме.

По своей конструкции ICP-датчик может быть изолированным или неизолированным. Изолированный ICP-датчик, как правило, имеет два изолированных от корпуса выхода A (+) и B (-), и корпус датчика непосредственно привинчивается к объекту измерения. Неизолированный ICP-датчик, как правило, имеет коаксиальный выход, экран которого связан с корпусом датчика.

При выборе ICP-датчика основными характеристиками являются:

• Диапазон измеренияфизической величины (размерность: для датчика ускорения [м/с 2 ], для силы [Н], и т.д.) (с размерностью, например, для датчика ускорения [В/(м/с 2 )], для датчика силы [В/Н], и т.д.).
• Чувствительность датчика – это величина, обратная коэффициенту передачи.
• Полоса частот пропускания [Гц .. Гц].

Поскольку цепь питания ICP-датчика – токовая, то значением переменной составляющей тока питания I_P(t) [A] ограничена максимальная скорость изменения напряжения dU(t)/dt [В/c] при данной ёмкости кабеля C [Ф], поскольку для любой ёмкости справедливо уравнение:
dU(t) / dt = I_P(t) / C.

Таким образом, чем больше ток питания ICP-датчика, тем большую длину кабеля можно обеспечить при заданной верхней границе полосы частот пропускания и при том же уровне выходного сигнала датчика. Заметим сразу, что удвоение значения тока питания датчика можно достичь путём параллельного соединения ICP-входов некоторых АЦП, например, LTR24-2, LTR25.

Ограничение верхней частоты F_в [Гц] полосы пропускания реального ICP-датчика (вследствие влияния ёмкости кабеля и тока питания) можно оценить по формуле:
F_в= I_P / (π*U_m*C),
где π=3,14; U_m– амплитудное значение напряжения на выходе ICP-датчика [В]; I_P – амплитудное значение переменной составляющей тока через датчик; C – ёмкость кабеля [Ф].

При этом, при разряде ёмкости С через датчик амплитудное значение переменной составляющей тока датчика равно
I_P = 0,5 * U_m/R ,
где R – выходное сопротивление датчика,
а при заряде ёмкости С током I_ICP, ответвляемым от источника постоянного тока ICP, амплитудное значение переменной составляющей тока
I_P < 0,5 (I_ICP — I₀),
где I₀ – это собственный статический ток потребления ICP-датчика (типично 10 -3 А).

Это означает, что даже при низкоомном ICP-датчике (R мало) амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P не может превысить значение
0,5 (I_ICP — I₀)_. Если же R не мало, то амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P будет также ограничено величиной 0,5 * U_m/R.

Ёмкость кабеля можно вычислить, зная погонную ёмкость кабеля [Ф/м] и фактическую длину кабеля. Амплитудное значение напряжения можно оценить, зная коэффициент передачи датчика (например, [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения) и максимальное физическое воздействие на датчик (например, максимальное измеряемое ускорение [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения).

Развитием технологии IEPE или ICP является технология датчиков TEDS (IEEE 1451.4 Class 1 two-wire).

Использование термина

Термин используется при описании совместимого с технологией IEPE оборудования, например, при описании совместимости с ней входов модулей АЦП LTR24-2 и LTR25, а также при описании функции эквивалента ICP-датчика модуля LTR35 производства OOO «Л Кард»:

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц

LTR24

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА

Что такое icp датчик

Технология ICP® (Integrated Circuit-Piezoelectric) была разработана компанией PCB Piezotronics ( http://pcb.com/ ) и используется для производства датчиков вибрации, удара, тензодатчиков , датчиков силы и датчиков давления.

ICP датчики

ICP ® датчик это пьезоэлектрический датчик с микроэлектронным предусилителем заряда, он может быть как встроенным, так и выносным (высокотемпературные). Питание встроенного усилителя производится по двух проводной схеме, и использует те же провода, по которым идет сигнал от датчика. Постоянный ток запитывает встроенный усилитель, который, в свою очередь, преобразовывает высоко-импедансный зарядовый сигнал с пьезоэлектрического кристалла в низко-импедансное напряжение для последующей передачи на анализатор сигналов.

Преимущество такого датчика в его легкости использования, дешевизне кабеля и возможности протягивать кабельные линии более чем на 300 метров.

Широко распространены пьезоэлектрические ICP акселерометры, так же бывают ICP датчики давления, силы, ICP микрофоны и др.

Подключение ICP акселерометров.

ICP акселерометры являются частью измерительного канала и подключаются к ICP преобразователям, которые преобразуют ICP сигнал в напряжение/ток и далее могут подключаться к АЦП регистрирующей аппаратуры.

Термин: Датчик ICP

ICP® датчик – это пьезоэлектрический датчик с внутренним предусилителем заряда.

ICP® – торговая марка компании PCB Piezotronics – это одно из названий технологии IEPE (Integrated Electronic Piezoelectric), по которой производятся датчики вибрации, удара, тензодатчики, микрофоны, датчики силы и датчики давления. Существуют и другие торговые марки датчиков, устроенных по аналогичному принципу: CCLD, Isotron ® , Deltatron ® , Piezotron ® . Также, по аналоговому каналу эти технологии совместимы с 2-проводными TEDS-датчиками с встроенными предусилителями, согласно стандарту IEEE 1451.4 (Class 1 MMI).

ICP-датчик подключается по двухпроводной схеме. Питание датчика должно происходить от внешнего источника постоянного тока (до 20 мА), а выходной сигнал ICP-датчика – это переменная составляющая напряжения на выходе ICP-датчика с максимальным амплитудным значением порядка 8 В. Важно то, что ICP-датчик своей электроникой всегда поддерживает уровень постоянной составляющей напряжения сигнала на выходе (напряжение смещения) порядка 10 В (например, в случае амплитуды переменной составляющей 8 В мгновенное напряжение может меняться в границах (10 ± 8) В).

Правильность подключения ICP датчика можно проконтролировать, например, непосредственным измерением напряжения смещения вольтметром постоянного тока. Типичный паспортный диапазон значений напряжения смещения составляет от 8 до 12 В (но рекомендуется сверить измеренное значение с паспортными данными на конкретный датчик). У классического ICP-датчика напряжение смещения, определяющее «рабочую точку» ICP-датчика, не несёт информацию об измеряемом сигнале, а несёт информацию об исправности датчика и исправности линий, которыми он подключен.

ICP-датчик является относительно низкоомным источником переменного напряжения сигнала, его выходное сопротивление типично составляет около 100 Ом. Со стороны приёмника сигнала ICP-датчик запитывается от высокоомного источника постоянного тока. Отсутствие низкоомной нагрузки со стороны приёмника обеспечивает независимость от сопротивления проводов результата измерений переменной (информационной) составляющей сигнала. Постоянное напряжение смещения, вызванное протеканием постоянного тока питания через сопротивления проводов, не влияет на переменную составляющую измеряемого напряжения сигнала.

Особая экономическая выгода и простота использования ICP-датчика при построении измерительного тракта достигается при совместном использовании с модулем АЦП со специализированными под ICP-датчик входами, например, совместно с LTR24-2, LTR25, поскольку не требуется каких-либо дополнительных устройств: эти специализированные АЦП полностью обеспечивают все необходимые электрические условия работы ICP-датчика.

Но ICP-датчики можно подключить и к АЦП общего применения с высокоомным входом (например, LTR22, LTR24-1) с применением специального устройства согласования (стабилизатор тока и RC-цепь в экранированной конструкции) с внешним источником питания. Однако, подобное устройство согласования не обеспечивает совместимость с АЦП с входным коммутатором каналов в многоканальном режиме.

По своей конструкции ICP-датчик может быть изолированным или неизолированным. Изолированный ICP-датчик, как правило, имеет два изолированных от корпуса выхода A (+) и B (-), и корпус датчика непосредственно привинчивается к объекту измерения. Неизолированный ICP-датчик, как правило, имеет коаксиальный выход, экран которого связан с корпусом датчика.

При выборе ICP-датчика основными характеристиками являются:

• Диапазон измеренияфизической величины (размерность: для датчика ускорения [м/с 2 ], для силы [Н], и т.д.) (с размерностью, например, для датчика ускорения [В/(м/с 2 )], для датчика силы [В/Н], и т.д.).
• Чувствительность датчика – это величина, обратная коэффициенту передачи.
• Полоса частот пропускания [Гц .. Гц].

Поскольку цепь питания ICP-датчика – токовая, то значением переменной составляющей тока питания I_P(t) [A] ограничена максимальная скорость изменения напряжения dU(t)/dt [В/c] при данной ёмкости кабеля C [Ф], поскольку для любой ёмкости справедливо уравнение:
dU(t) / dt = I_P(t) / C.

Таким образом, чем больше ток питания ICP-датчика, тем большую длину кабеля можно обеспечить при заданной верхней границе полосы частот пропускания и при том же уровне выходного сигнала датчика. Заметим сразу, что удвоение значения тока питания датчика можно достичь путём параллельного соединения ICP-входов некоторых АЦП, например, LTR24-2, LTR25.

Ограничение верхней частоты F_в [Гц] полосы пропускания реального ICP-датчика (вследствие влияния ёмкости кабеля и тока питания) можно оценить по формуле:
F_в= I_P / (π*U_m*C),
где π=3,14; U_m– амплитудное значение напряжения на выходе ICP-датчика [В]; I_P – амплитудное значение переменной составляющей тока через датчик; C – ёмкость кабеля [Ф].

При этом, при разряде ёмкости С через датчик амплитудное значение переменной составляющей тока датчика равно
I_P = 0,5 * U_m/R ,
где R – выходное сопротивление датчика,
а при заряде ёмкости С током I_ICP, ответвляемым от источника постоянного тока ICP, амплитудное значение переменной составляющей тока
I_P < 0,5 (I_ICP — I₀),
где I₀ – это собственный статический ток потребления ICP-датчика (типично 10 -3 А).

Это означает, что даже при низкоомном ICP-датчике (R мало) амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P не может превысить значение
0,5 (I_ICP — I₀)_. Если же R не мало, то амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P будет также ограничено величиной 0,5 * U_m/R.

Ёмкость кабеля можно вычислить, зная погонную ёмкость кабеля [Ф/м] и фактическую длину кабеля. Амплитудное значение напряжения можно оценить, зная коэффициент передачи датчика (например, [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения) и максимальное физическое воздействие на датчик (например, максимальное измеряемое ускорение [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения).

Развитием технологии IEPE или ICP является технология датчиков TEDS (IEEE 1451.4 Class 1 two-wire).

Использование термина

Термин используется при описании совместимого с технологией IEPE оборудования, например, при описании совместимости с ней входов модулей АЦП LTR24-2 и LTR25, а также при описании функции эквивалента ICP-датчика модуля LTR35 производства OOO «Л Кард»:

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц

LTR24

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА

Акселерометры как универсальные датчики для контроля вибрации промышленного оборудования

В статье представлено одно из средств обеспечения промышленной безопасности в системах вибромониторинга и вибродиагностики – базовая модель вибродатчика (акселерометра) и дополнительное оборудование, применяемое на предприятиях машиностроения, объектах энергетики, коммунального и прочих отраслей народного хозяйства.

Одним из главных контролируемых параметров работающего промышленного агрегата, будь то электродвигатель, генератор, газовый или гидронасос, является вибрация в подшипниковых узлах вращающегося ротора.

Как известно, первичные преобразователи вибрации, или вибродатчики, – основной компонент систем контроля вибрации. От их качества зависит точность измерения вибрации контролируемого оборудования. Какой бы мощной ни бы­ла система вибромониторинга, она преобразует и анализирует данные, полученные от вибродатчиков, и от то­го, насколько они точны, будет зависеть точность преобразованных данных, их анализ и прогноз о надежности оборудования.

Специалисты фирмы ООО «Виб­роТест» на основе многолетнего опыта работы с отечественными и зарубежными аналогами разработали, вывели на рынок и рекомендуют к применению собственный вибродатчик – модель А603С01, изготовленную на уровне мировых стандартов для контроля вибрации промышленного оборудования (рис. 1, 2).

Рис. 2. Оборудование ООО «ВиброТест»

Представляя эту модель вибродатчика, стоит отметить характеристики, составляющие его основные преимущества.

Электрические характеристики

ICP (IEPE) акселерометр. Модель А603С01 является вибропреобразователем с выходным сигналом стандарта ICP (IEPE) по виброускорению, стандарт IEPE признан наиболее удобным, использует самую экономичную и надежную двухпроводную схему подключения, поэтому он наиболее распространен в системах контроля вибрации.

Чувствительность (коэффициент преобразования) 100 мВ/g (10,2 мВ/(мм/с 2 ). Это самое распространенное значение амплитуды, позволяющее оценить уровень вибрации большинства промышленных агрегатов до 300 кВт.

Физические характеристики

Отметим такие физические характеристики, как:
— подключаемый разъем: тип MIL-C‑5015 (2 pin) (рис. 3);
— установочная шпилька: М6;
— степень защиты: IP68.

Рис. 3. Физические характеристики акселерометра А603С01

С прочими характеристиками можно ознакомиться на сайте производителя: vibrosensors.ru.

Основные преимущества вибродатчика А603С01

По сравнению с импортными аналогами:
— продукт российского производителя;
— отвечает требованиям программы импортозамещения, благодаря своему конструктиву и характеристикам, может заменить многие импортные аналоги таких известных брендов, как РСВ Piezotronics (IMISensors), СТС, SPM, Metrix, BentlyNevada, B&K и др. Причем по принципу «открутил один – установил другой»;
— имеет характеристики не ху­же импортных аналогов, по некоторым превосходит их;
— имеет невысокую стоимость;
— всегда в наличии на складе в России (Москва).

С точки зрения эксплуатации: универсальное использование. Можно применять в системах вибромониторинга, вибродиагностики и виброзащиты промышленного оборудования.

Подключая через ICP-преобразователь ВТК‑2-010‑DIN (рис. 4), можно получить широкополосный сигнал в ви­де переменного напряжения, пропорционального виброускорению, для изучения спектра вибрационного сигнала и использовать это в системах вибродиагностики и виброанализаторах.

Подключая к преобразователю ICP 4–20 мА (ВТК‑2-111‑DIN с RS‑485, рис. 5), можно получить токовый сигнал по виброскорости для контроля уровня вибрации в системах виброконтроля и виброзащиты агрегатов.

Этот датчик работает в комплекте с вибровыключателем ООО «Вибро­Тест» модели 685ВТ01 и может использоваться в системах виброзащиты оборудования.

Вибродатчик А603С01 может быть использован в переносных приборах с выносными датчиками вибрации, такими как виброметры и виброанализаторы различных фирм и производителей. В комплекте с датчиком могут быть поставлены соответствующие кабели нужной длины и магнитные установочные адаптеры для его подключения (рис. 6).

Используя широкий ассортимент переходных адаптеров, есть возможность установить акселерометр А603С01 в различные места с уже готовыми точками крепления самых разных датчиков, в различные отверстия.

Опционально возможна поставка акселерометра с температурным выходом, что позволит выполнять одновременный мониторинг вибрации и температуры в точке установки вибродатчика, эта модель носит название А603С01Т.

При необходимости производители могут предложить вариант акселерометра с боковым выходом разъема – модель А602D01 (рис. 7).

Имеется акселерометр с боковым выходом разъема и креплением на болт М6 (рис. 8), причем все электрические характеристики идентичны модели А603С01, различие лишь в способе крепления вибродатчика.

Вибродатчики комплектуются ответными разъемами для подключения кабеля к датчикам, или может быть изготовлена кабельная сборка нужной длины и конструктива (рис. 9).

Вибродатчик модели А603С01 (А602D01, A602D01E) сертифицирован, может проходить первичную (при продаже) и периодическую поверку, а также имеет декларацию соответствия ТР ТС 020/2011.

Сотрудники ООО «ВиброТест» с удовольствием ответят на ваши вопросы, примут заказ и организуют его доставку. Обращайтесь по контактным данным, указанным ниже.