Introduction aux accéléromètres à mode de charge

Introduction

Un accéléromètre à mode de charge est un capteur qui génère une sortie électrique proportionnelle à l'accélération appliquée. Ils sont idéaux pour les applications vibratoires à haute température car ils n'ont pas de microélectronique interne, ce qui limite l'utilisation des capteurs ICP® à environ 325 °F. Certains modèles en mode charge peuvent être utilisés jusqu'à 1200 °F.

La sortie d'un accéléromètre à charge est un signal de charge à haute impédance qui peut être corrompu par le bruit du câble et des conditions environnementales sales. Il est important d'utiliser des câbles à faible bruit et de maintenir les connexions électriques aussi propres que possible. Un amplificateur de charge de type laboratoire ou un convertisseur de charge en ligne est nécessaire pour convertir le signal avant de l'envoyer à un système d'acquisition de données ou à un dispositif de lecture.

Construction des accéléromètres à mode de charge

Diverses conceptions mécaniques sont utilisées pour effectuer la transduction requise par les accéléromètres à charge. Ces modèles consistent en des cristaux de détection fixés à une masse sismique. Un anneau de précharge ou un goujon applique une force à l'ensemble de l'élément sensible pour créer une structure rigide et assurer un comportement linéaire. Sous l'effet de l'accélération, la masse sismique exerce une contrainte sur les cristaux de détection, ce qui se traduit par une sortie électrique proportionnelle. La sortie est recueillie sur des électrodes et transmise par des fils à un connecteur de sortie électrique qui s'accouple à un câble de transmission à faible bruit.

Alimentation des accéléromètres à mode de charge

Les accéléromètres à mode de charge ne nécessitent pas de source d'alimentation externe comme les accéléromètres ICP®. Lorsqu'une contrainte mécanique est appliquée, un signal de charge à haute impédance est généré par l'élément de détection piézoélectrique. Ce signal à haute impédance doit être converti en un signal de tension à basse impédance avant d'être analysé par les dispositifs d'acquisition ou de lecture des données. La conversion peut se faire de deux manières :

1) Avec un amplificateur de charge de type laboratoire.
2) Avec un convertisseur de charge en ligne et une source d'alimentation ICP®.

Les amplificateurs de charge comportent généralement des réglages permettant d'ajuster le gain/la plage. D'autres options peuvent inclure le filtrage, l'intégration du signal et le réglage de la constante de temps pour les mesures à basse fréquence.

Les convertisseurs de charge en ligne ont un facteur de conversion fixe (1 mV/pC ou 10 mV/pC) et doivent être alimentés par un conditionneur de signaux ICP®.



Remarque : le choix du convertisseur de charge dépend de la température de fonctionnement et de la résistance d'isolation du capteur.

Gamme de mesure

Contrairement aux capteurs ICP®, les capteurs de charge ne sont pas limités à une plage de sortie maximale de 5 volts à pleine échelle. Les capteurs de charge peuvent fonctionner n'importe où dans la plage de mesure linéaire indiquée sur la fiche technique. La sortie de charge (pC/g) peut ensuite être convertie par un amplificateur de charge ou un convertisseur de charge (mV/pC). Les amplificateurs de laboratoire permettent généralement de régler le gain (mV/pC) et la plage de mesure. Les convertisseurs de charge ont généralement un gain et une plage de mesure fixes. L'exemple 1 montre une conversion de gain de charge fixe. L'exemple 2 montre un calcul de la plage de mesure du système.

Exemple 1
Capteur : 357B03, sensibilité de 10 pC/g
Convertisseur de charge : 422E52, conversion de charge fixe de 10 mV/pC
Entrée attendue : 14 g

10 pC/g X 10 mV/pC = 100 mV/g X 14 g's = 1400 mV = 1,4 V

Exemple 2
Capteur : 357B03, sensibilité de 10 pC/g
Convertisseur de charge : 422E52, plage d'entrée ±500 pC

±500 pC ÷ 10 pC/g = 50 g plage de mesure

Accéléromètre en mode charge Réponse à basse fréquence

Les spécifications relatives à la basse fréquence et à la constante de temps de décharge ne figurent pas sur les fiches techniques des accéléromètres en mode charge. Il s'agit de caractéristiques électriques déterminées par l'amplificateur de charge ou le convertisseur de charge en ligne. Consultez les fiches techniques de l'amplificateur de charge ou du convertisseur pour obtenir des informations sur les basses fréquences et les constantes de temps. Par exemple, le convertisseur de charge en ligne PCB® modèle 422E52 a une constante de temps de >0,1 seconde et une réponse en basse fréquence de 5 Hz (-5%).

Mode de charge Accéléromètre Réponse haute fréquence

Chaque accéléromètre en mode charge possède une fréquence propre qui restreint la plage de fréquence de mesure à une certaine limite supérieure. La fréquence propre (résonance) est une caractéristique mécanique imposée à l'accéléromètre par ses caractéristiques physiques de conception. La sensibilité augmente rapidement à mesure que l'on s'approche de la fréquence naturelle, ce qui peut souvent entraîner une surcharge du signal de sortie. Un exemple de résonance est illustré à la figure 5.



Il est important de noter que le montage joue un rôle dans l'obtention de mesures précises à haute fréquence. Consultez les plans d'installation et les manuels des produits pour connaître les techniques de montage appropriées pour des modèles spécifiques. Des informations supplémentaires sur la réponse à haute fréquence et le montage des accéléromètres sont disponibles sur ce lien(http://www.pcb.com/Resources/TechnicalInformation/Mounting).

Étalonnage/réétalonnage

PCB® fournit un certificat d'étalonnage avec chaque accéléromètre de charge. Ce certificat documente les caractéristiques de chaque accéléromètre et fournit des valeurs exactes pour plusieurs spécifications clés. Un exemple de certificat d'étalonnage est présenté à la figure 6.



L'étalonnage dos à dos est réalisé avec l'accéléromètre de test monté sur un accéléromètre de référence. Cette technique constitue une méthode rapide et facile pour déterminer la sensibilité d'un accéléromètre sur une large gamme de fréquences.

L'accéléromètre de référence est un appareil extrêmement précis dont les spécifications sont traçables à un laboratoire de normalisation reconnu. Il est possible de faire vibrer les deux accéléromètres et de comparer les données de sortie en fixant solidement l'accéléromètre de test à l'accéléromètre de référence.



Le rapport des tensions de sortie est également le rapport des sensibilités des accéléromètres car l'accélération qui leur est appliquée est la même. La sensibilité de l'accéléromètre de référence étant connue, la sensibilité de l'accéléromètre de test peut être calculée.

Les services de réétalonnage sont proposés pour les accéléromètres fabriqués par PCB® ainsi que pour ceux produits par d'autres fabricants. Notre laboratoire de métrologie interne est certifié ISO 9001 et accrédité par A2LA. L'équipement utilisé pour l'étalonnage est directement traçable au NIST (National Institute of Standards and Technology).

Introduction aux accéléromètres à mode de charge

Introduction

Un accéléromètre à mode de charge est un capteur qui génère une sortie électrique proportionnelle à l'accélération appliquée. Ils sont idéaux pour les applications vibratoires à haute température car ils n'ont pas de microélectronique interne, ce qui limite l'utilisation des capteurs ICP® à environ 325 °F. Certains modèles en mode charge peuvent être utilisés jusqu'à 1200 °F.

La sortie d'un accéléromètre à charge est un signal de charge à haute impédance qui peut être corrompu par le bruit du câble et des conditions environnementales sales. Il est important d'utiliser des câbles à faible bruit et de maintenir les connexions électriques aussi propres que possible. Un amplificateur de charge de type laboratoire ou un convertisseur de charge en ligne est nécessaire pour convertir le signal avant de l'envoyer à un système d'acquisition de données ou à un dispositif de lecture.

Construction des accéléromètres à mode de charge

Diverses conceptions mécaniques sont utilisées pour effectuer la transduction requise par les accéléromètres à charge. Ces modèles consistent en des cristaux de détection fixés à une masse sismique. Un anneau de précharge ou un goujon applique une force à l'ensemble de l'élément sensible pour créer une structure rigide et assurer un comportement linéaire. Sous l'effet de l'accélération, la masse sismique exerce une contrainte sur les cristaux de détection, ce qui se traduit par une sortie électrique proportionnelle. La sortie est recueillie sur des électrodes et transmise par des fils à un connecteur de sortie électrique qui s'accouple à un câble de transmission à faible bruit.

Alimentation des accéléromètres à mode de charge

Les accéléromètres à mode de charge ne nécessitent pas de source d'alimentation externe comme les accéléromètres ICP®. Lorsqu'une contrainte mécanique est appliquée, un signal de charge à haute impédance est généré par l'élément de détection piézoélectrique. Ce signal à haute impédance doit être converti en un signal de tension à basse impédance avant d'être analysé par les dispositifs d'acquisition ou de lecture des données. La conversion peut se faire de deux manières :

1) Avec un amplificateur de charge de type laboratoire.
2) Avec un convertisseur de charge en ligne et une source d'alimentation ICP®.

Les amplificateurs de charge comportent généralement des réglages permettant d'ajuster le gain/la plage. D'autres options peuvent inclure le filtrage, l'intégration du signal et le réglage de la constante de temps pour les mesures à basse fréquence.

Les convertisseurs de charge en ligne ont un facteur de conversion fixe (1 mV/pC ou 10 mV/pC) et doivent être alimentés par un conditionneur de signaux ICP®.



Remarque : le choix du convertisseur de charge dépend de la température de fonctionnement et de la résistance d'isolation du capteur.

Gamme de mesure

Contrairement aux capteurs ICP®, les capteurs de charge ne sont pas limités à une plage de sortie maximale de 5 volts à pleine échelle. Les capteurs de charge peuvent fonctionner n'importe où dans la plage de mesure linéaire indiquée sur la fiche technique. La sortie de charge (pC/g) peut ensuite être convertie par un amplificateur de charge ou un convertisseur de charge (mV/pC). Les amplificateurs de laboratoire permettent généralement de régler le gain (mV/pC) et la plage de mesure. Les convertisseurs de charge ont généralement un gain et une plage de mesure fixes. L'exemple 1 montre une conversion de gain de charge fixe. L'exemple 2 montre un calcul de la plage de mesure du système.

Exemple 1
Capteur : 357B03, sensibilité de 10 pC/g
Convertisseur de charge : 422E52, conversion de charge fixe de 10 mV/pC
Entrée attendue : 14 g

10 pC/g X 10 mV/pC = 100 mV/g X 14 g's = 1400 mV = 1,4 V

Exemple 2
Capteur : 357B03, sensibilité de 10 pC/g
Convertisseur de charge : 422E52, plage d'entrée ±500 pC

±500 pC ÷ 10 pC/g = 50 g plage de mesure

Accéléromètre en mode charge Réponse à basse fréquence

Les spécifications relatives à la basse fréquence et à la constante de temps de décharge ne figurent pas sur les fiches techniques des accéléromètres en mode charge. Il s'agit de caractéristiques électriques déterminées par l'amplificateur de charge ou le convertisseur de charge en ligne. Consultez les fiches techniques de l'amplificateur de charge ou du convertisseur pour obtenir des informations sur les basses fréquences et les constantes de temps. Par exemple, le convertisseur de charge en ligne PCB® modèle 422E52 a une constante de temps de >0,1 seconde et une réponse en basse fréquence de 5 Hz (-5%).

Mode de charge Accéléromètre Réponse haute fréquence

Chaque accéléromètre en mode charge possède une fréquence propre qui restreint la plage de fréquence de mesure à une certaine limite supérieure. La fréquence propre (résonance) est une caractéristique mécanique imposée à l'accéléromètre par ses caractéristiques physiques de conception. La sensibilité augmente rapidement à mesure que l'on s'approche de la fréquence naturelle, ce qui peut souvent entraîner une surcharge du signal de sortie. Un exemple de résonance est illustré à la figure 5.



Il est important de noter que le montage joue un rôle dans l'obtention de mesures précises à haute fréquence. Consultez les plans d'installation et les manuels des produits pour connaître les techniques de montage appropriées pour des modèles spécifiques. Des informations supplémentaires sur la réponse à haute fréquence et le montage des accéléromètres sont disponibles sur ce lien(http://www.pcb.com/Resources/TechnicalInformation/Mounting).

Étalonnage/réétalonnage

PCB® fournit un certificat d'étalonnage avec chaque accéléromètre de charge. Ce certificat documente les caractéristiques de chaque accéléromètre et fournit des valeurs exactes pour plusieurs spécifications clés. Un exemple de certificat d'étalonnage est présenté à la figure 6.



L'étalonnage dos à dos est réalisé avec l'accéléromètre de test monté sur un accéléromètre de référence. Cette technique constitue une méthode rapide et facile pour déterminer la sensibilité d'un accéléromètre sur une large gamme de fréquences.

L'accéléromètre de référence est un appareil extrêmement précis dont les spécifications sont traçables à un laboratoire de normalisation reconnu. Il est possible de faire vibrer les deux accéléromètres et de comparer les données de sortie en fixant solidement l'accéléromètre de test à l'accéléromètre de référence.



Le rapport des tensions de sortie est également le rapport des sensibilités des accéléromètres car l'accélération qui leur est appliquée est la même. La sensibilité de l'accéléromètre de référence étant connue, la sensibilité de l'accéléromètre de test peut être calculée.

Les services de réétalonnage sont proposés pour les accéléromètres fabriqués par PCB® ainsi que pour ceux produits par d'autres fabricants. Notre laboratoire de métrologie interne est certifié ISO 9001 et accrédité par A2LA. L'équipement utilisé pour l'étalonnage est directement traçable au NIST (National Institute of Standards and Technology).