Fehlersuche mit Vorspannung
Verwendung der Vorspannung als Diagnoseinstrument
Piezoelektrische Sensoren sind dynamische Messgeräte. Sie verwenden piezoelektrische Sensorelemente, um mechanische Phänomene in ein elektrisches Signal umzuwandeln oder umzuleiten. Bei dem mechanischen Parameter kann es sich um eine Kraft, einen Druck oder eine Vibration handeln. Das elektrische Rohsignal eines piezoelektrischen Elements ist ein hochohmiges Ladungssignal. Dieses Ladungssignal wird normalerweise entweder durch einen externen Ladungsverstärker oder einen externen Spannungsverstärker in ein Spannungssignal mit niedriger Impedanz umgewandelt. Die Kabel zwischen dem Ladungssensor und dem Verstärker müssen qualitativ hochwertig und rauscharm sein und sollten so kurz wie möglich gehalten werden.
Intern verstärkte Sensoren oder ICP®-Sensoren verwenden Miniaturverstärker zur Umwandlung des hochohmigen Ladungssignals in ein niederohmiges Spannungssignal. Diese Verstärker befinden sich intern im Sensor und benötigen daher keine rauscharmen Kabel oder externen Verstärker. Diese Verstärker haben eine feste Verstärkung, so dass die Ausgangsempfindlichkeiten standardisiert sind.
ICP®-Sensoren sind Zweileitersensoren. Sie werden mit einer Konstantstrom-Gleichstromquelle versorgt. Die Stromversorgung beträgt in der Regel 18 bis 30 Volt DC und wird über eine Konstantstromdiode auf 2 bis 20 mA begrenzt. Typische batteriebetriebene Stromversorgungen bieten einen Konstantstrom von 2 mA, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, während Systeme zur kontinuierlichen Überwachung mehr Strom bieten, um längere Kabel zu betreiben.
Der Signalausgang eines ICP®-Sensors ist ein Spannungssignal mit niedriger Impedanz, das sich proportional zur dynamischen Messung wie Kraft, Druck oder Vibration verhält. Dieses Spannungssignal wird von einer DC-Vorspannung getragen. Das dynamische AC-Signal wird der DC-Vorspannung überlagert und kann zwischen der Versorgungsspannung und Masse schwanken. Im Gegensatz zu einem Operationsverstärker (Op-Amp), der eine Plus- und Minus-Versorgung benötigt und es dem Signal ermöglicht, auf der Masse zu "reiten" und zwischen den Plus- und Minus-"Schienen" zu pendeln, muss beim ICP®-Sensor das Ausgangssignal mit einer Gleichstromvorspannung versehen werden.
Diese Gleichstromvorspannung ist ein hervorragendes Diagnoseinstrument. Anhand der Spannung lässt sich überprüfen, ob der Verstärker "eingeschaltet" ist. Typische Eingangs-/Ausgangsnetzteile sperren diese DC-Vorspannung am Ausgang über einen Sperrkondensator, um das Signal mit den Auslesegeräten zu koppeln. Durch "Abzweigen" des Eingangs in ein Gleichspannungsmessgerät kann die Vorspannung gemessen werden. Während die Versorgungsspannung gemessen wird, kann die Vorspannung nach dem Anstecken des Sensors gemessen werden. Wenn das Messgerät auf der Versorgungsspannung bleibt, ist etwas im System offen oder nicht angeschlossen. Wenn das Messgerät "O" anzeigt, ist etwas im System kurzgeschlossen. Zeigt das Messgerät etwa die Hälfte der Versorgungsspannung an, funktionieren der Sensor und die Verkabelung ordnungsgemäß.