Introduzione agli accelerometri in modalità di carica

Introduzione

L'accelerometro a carica è un sensore che genera un'uscita elettrica proporzionale all'accelerazione applicata. Sono ideali per le applicazioni di vibrazione ad alta temperatura perché non dispongono di microelettronica interna, il che limita l'uso dei sensori ICP® a circa 325 °F. Alcuni modelli a carica possono essere utilizzati fino a 1200 °F.

L'uscita di un accelerometro a carica è un segnale di carica ad alta impedenza che può essere danneggiato dal rumore dei cavi e da condizioni ambientali sporche. È importante utilizzare cavi a basso rumore e mantenere le connessioni elettriche il più possibile pulite. Per la conversione del segnale è necessario un amplificatore di carica da laboratorio o un convertitore di carica in linea prima di inviare il segnale a un sistema di acquisizione dati o a un dispositivo di lettura.

Costruzione degli accelerometri a carica

Per eseguire la trasduzione richiesta dagli accelerometri a carica si utilizzano diversi modelli meccanici. I progetti consistono in cristalli di rilevamento fissati a una massa sismica. Un anello o un perno di precarico applica una forza al gruppo di elementi di rilevamento per creare una struttura rigida e assicurare un comportamento lineare. In accelerazione, la massa sismica provoca una sollecitazione sui cristalli di rilevamento che si traduce in un'uscita elettrica proporzionale. L'uscita viene raccolta su elettrodi e trasmessa tramite fili a un connettore di uscita elettrica che si collega a un cavo di trasmissione a basso rumore.

Alimentazione degli accelerometri a carica

Gli accelerometri a carica non richiedono una fonte di alimentazione esterna come gli accelerometri ICP® . Quando viene applicata una sollecitazione meccanica, l'elemento sensibile piezoelettrico genera un segnale di carica ad alta impedenza. Il segnale ad alta impedenza deve essere convertito in un segnale di tensione a bassa impedenza prima di essere analizzato dai dispositivi di acquisizione dati o di lettura. La conversione può essere effettuata in due modi:

1) Con un amplificatore di carica da laboratorio.
2) con un convertitore di carica in linea e una sorgente di alimentazione ICP® .

Gli amplificatori di carica includono in genere impostazioni che consentono la regolazione del guadagno e del campo. Altre opzioni possono includere il filtraggio, l'integrazione del segnale e la regolazione della costante di tempo per le misure a bassa frequenza.

I convertitori di carica in linea hanno un fattore di conversione fisso (cioè - 1 mV/pC o 10 mV/pC) e richiedono l'alimentazione da un condizionatore di segnale ICP® .



Nota: la scelta del convertitore di carica dipende dalla temperatura operativa e dalla resistenza di isolamento del sensore.

Gamma

A differenza dei sensori ICP® , i sensori di carica non sono limitati a un campo di uscita massimo di 5 volt a fondo scala. I sensori di carica possono funzionare in qualsiasi punto dell'intervallo di misurazione lineare elencato nel foglio delle specifiche. L'uscita di carica (pC/g) può essere convertita da un amplificatore di carica o da un convertitore di carica (mV/pC). Gli amplificatori di laboratorio hanno in genere la possibilità di regolare il guadagno (mV/pC) e il campo di misura. I convertitori di carica hanno in genere un guadagno e un intervallo di misurazione fissi. L'esempio 1 mostra una conversione con guadagno di carica fisso. L'esempio 2 mostra un calcolo del campo di misura del sistema.

Esempio 1
Sensore: 357B03, sensibilità 10 pC/g
Convertitore di carica: 422E52, conversione di carica fissa 10 mV/pC
Ingresso previsto: 14 g

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

Esempio 2
Sensore: 357B03, sensibilità 10 pC/g
Convertitore di carica: 422E52, campo di ingresso ±500 pC

±500 pC ÷ 10 pC/g = 50 g campo di misura

Accelerometro in modalità di carica Risposta a bassa frequenza

Le specifiche della bassa frequenza e della costante di tempo di scarica non sono incluse nelle schede tecniche degli accelerometri in modalità di carica. Si tratta di caratteristiche elettriche determinate dall'amplificatore di carica o dal convertitore di carica in linea. Consultare le schede tecniche dell'amplificatore di carica o del convertitore per le informazioni sulla bassa frequenza e sulla costante di tempo. Ad esempio, il convertitore di carica in linea PCB® modello 422E52 ha una costante di tempo di >0,1 secondi e una risposta a bassa frequenza di 5 Hz (-5%).

Modalità di carica Risposta ad alta frequenza dell'accelerometro

Ogni accelerometro in modalità di carica ha una frequenza naturale che limita la gamma di frequenza di misura a un limite superiore. La frequenza naturale (risonanza) è una caratteristica meccanica imposta all'accelerometro dalle sue caratteristiche fisiche di progettazione. La sensibilità aumenta rapidamente con l'avvicinarsi alla frequenza naturale, il che può spesso portare a un sovraccarico del segnale in uscita. Un esempio di risonanza è illustrato nella Figura 5.



È importante notare che il montaggio svolge un ruolo importante nell'ottenere misure accurate ad alta frequenza. Consultare i disegni di installazione e i manuali dei prodotti per conoscere le tecniche di montaggio corrette dei modelli specifici. Ulteriori informazioni sulla risposta ad alta frequenza e sul montaggio degli accelerometri sono disponibili a questo link(http://www.pcb.com/Resources/TechnicalInformation/Mounting).

Calibrazione/ricalibrazione

PCB® include un certificato di calibrazione con ogni accelerometro di carica. Questo certificato documenta le caratteristiche di ogni accelerometro e fornisce i valori esatti per diverse specifiche chiave. Un esempio di certificato di calibrazione è illustrato nella Figura 6.



La calibrazione back-to-back viene eseguita con l'accelerometro di prova montato su un accelerometro di riferimento. Questa tecnica fornisce un metodo rapido e semplice per determinare la sensibilità di un accelerometro in un'ampia gamma di frequenze.

L'accelerometro di riferimento è un dispositivo estremamente accurato con specifiche tracciabili da un laboratorio di standard riconosciuto. È possibile far vibrare entrambi gli accelerometri e confrontare i dati di uscita montando saldamente l'accelerometro di prova sull'accelerometro standard di riferimento.



Il rapporto tra le tensioni di uscita è anche il rapporto tra le sensibilità degli accelerometri, perché l'accelerazione applicata è la stessa. La sensibilità dell'accelerometro di riferimento è nota, quindi è possibile calcolare la sensibilità dell'accelerometro di prova.

I servizi di ricalibrazione sono offerti per gli accelerometri prodotti da PCB® e per quelli di altri produttori. Il nostro laboratorio metrologico interno è certificato ISO 9001 e accreditato da A2LA. Le apparecchiature utilizzate durante la calibrazione sono direttamente riconducibili al NIST (National Institute of Standards and Technology).

Introduzione agli accelerometri in modalità di carica

Introduzione

L'accelerometro a carica è un sensore che genera un'uscita elettrica proporzionale all'accelerazione applicata. Sono ideali per le applicazioni di vibrazione ad alta temperatura perché non dispongono di microelettronica interna, il che limita l'uso dei sensori ICP® a circa 325 °F. Alcuni modelli a carica possono essere utilizzati fino a 1200 °F.

L'uscita di un accelerometro a carica è un segnale di carica ad alta impedenza che può essere danneggiato dal rumore dei cavi e da condizioni ambientali sporche. È importante utilizzare cavi a basso rumore e mantenere le connessioni elettriche il più possibile pulite. Per la conversione del segnale è necessario un amplificatore di carica da laboratorio o un convertitore di carica in linea prima di inviare il segnale a un sistema di acquisizione dati o a un dispositivo di lettura.

Costruzione degli accelerometri a carica

Per eseguire la trasduzione richiesta dagli accelerometri a carica si utilizzano diversi modelli meccanici. I progetti consistono in cristalli di rilevamento fissati a una massa sismica. Un anello o un perno di precarico applica una forza al gruppo di elementi di rilevamento per creare una struttura rigida e assicurare un comportamento lineare. In accelerazione, la massa sismica provoca una sollecitazione sui cristalli di rilevamento che si traduce in un'uscita elettrica proporzionale. L'uscita viene raccolta su elettrodi e trasmessa tramite fili a un connettore di uscita elettrica che si collega a un cavo di trasmissione a basso rumore.

Alimentazione degli accelerometri a carica

Gli accelerometri a carica non richiedono una fonte di alimentazione esterna come gli accelerometri ICP® . Quando viene applicata una sollecitazione meccanica, l'elemento sensibile piezoelettrico genera un segnale di carica ad alta impedenza. Il segnale ad alta impedenza deve essere convertito in un segnale di tensione a bassa impedenza prima di essere analizzato dai dispositivi di acquisizione dati o di lettura. La conversione può essere effettuata in due modi:

1) Con un amplificatore di carica da laboratorio.
2) con un convertitore di carica in linea e una sorgente di alimentazione ICP® .

Gli amplificatori di carica includono in genere impostazioni che consentono la regolazione del guadagno e del campo. Altre opzioni possono includere il filtraggio, l'integrazione del segnale e la regolazione della costante di tempo per le misure a bassa frequenza.

I convertitori di carica in linea hanno un fattore di conversione fisso (cioè - 1 mV/pC o 10 mV/pC) e richiedono l'alimentazione da un condizionatore di segnale ICP® .



Nota: la scelta del convertitore di carica dipende dalla temperatura operativa e dalla resistenza di isolamento del sensore.

Gamma

A differenza dei sensori ICP® , i sensori di carica non sono limitati a un campo di uscita massimo di 5 volt a fondo scala. I sensori di carica possono funzionare in qualsiasi punto dell'intervallo di misurazione lineare elencato nel foglio delle specifiche. L'uscita di carica (pC/g) può essere convertita da un amplificatore di carica o da un convertitore di carica (mV/pC). Gli amplificatori di laboratorio hanno in genere la possibilità di regolare il guadagno (mV/pC) e il campo di misura. I convertitori di carica hanno in genere un guadagno e un intervallo di misurazione fissi. L'esempio 1 mostra una conversione con guadagno di carica fisso. L'esempio 2 mostra un calcolo del campo di misura del sistema.

Esempio 1
Sensore: 357B03, sensibilità 10 pC/g
Convertitore di carica: 422E52, conversione di carica fissa 10 mV/pC
Ingresso previsto: 14 g

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

Esempio 2
Sensore: 357B03, sensibilità 10 pC/g
Convertitore di carica: 422E52, campo di ingresso ±500 pC

±500 pC ÷ 10 pC/g = 50 g campo di misura

Accelerometro in modalità di carica Risposta a bassa frequenza

Le specifiche della bassa frequenza e della costante di tempo di scarica non sono incluse nelle schede tecniche degli accelerometri in modalità di carica. Si tratta di caratteristiche elettriche determinate dall'amplificatore di carica o dal convertitore di carica in linea. Consultare le schede tecniche dell'amplificatore di carica o del convertitore per le informazioni sulla bassa frequenza e sulla costante di tempo. Ad esempio, il convertitore di carica in linea PCB® modello 422E52 ha una costante di tempo di >0,1 secondi e una risposta a bassa frequenza di 5 Hz (-5%).

Modalità di carica Risposta ad alta frequenza dell'accelerometro

Ogni accelerometro in modalità di carica ha una frequenza naturale che limita la gamma di frequenza di misura a un limite superiore. La frequenza naturale (risonanza) è una caratteristica meccanica imposta all'accelerometro dalle sue caratteristiche fisiche di progettazione. La sensibilità aumenta rapidamente con l'avvicinarsi alla frequenza naturale, il che può spesso portare a un sovraccarico del segnale in uscita. Un esempio di risonanza è illustrato nella Figura 5.



È importante notare che il montaggio svolge un ruolo importante nell'ottenere misure accurate ad alta frequenza. Consultare i disegni di installazione e i manuali dei prodotti per conoscere le tecniche di montaggio corrette dei modelli specifici. Ulteriori informazioni sulla risposta ad alta frequenza e sul montaggio degli accelerometri sono disponibili a questo link(http://www.pcb.com/Resources/TechnicalInformation/Mounting).

Calibrazione/ricalibrazione

PCB® include un certificato di calibrazione con ogni accelerometro di carica. Questo certificato documenta le caratteristiche di ogni accelerometro e fornisce i valori esatti per diverse specifiche chiave. Un esempio di certificato di calibrazione è illustrato nella Figura 6.



La calibrazione back-to-back viene eseguita con l'accelerometro di prova montato su un accelerometro di riferimento. Questa tecnica fornisce un metodo rapido e semplice per determinare la sensibilità di un accelerometro in un'ampia gamma di frequenze.

L'accelerometro di riferimento è un dispositivo estremamente accurato con specifiche tracciabili da un laboratorio di standard riconosciuto. È possibile far vibrare entrambi gli accelerometri e confrontare i dati di uscita montando saldamente l'accelerometro di prova sull'accelerometro standard di riferimento.



Il rapporto tra le tensioni di uscita è anche il rapporto tra le sensibilità degli accelerometri, perché l'accelerazione applicata è la stessa. La sensibilità dell'accelerometro di riferimento è nota, quindi è possibile calcolare la sensibilità dell'accelerometro di prova.

I servizi di ricalibrazione sono offerti per gli accelerometri prodotti da PCB® e per quelli di altri produttori. Il nostro laboratorio metrologico interno è certificato ISO 9001 e accreditato da A2LA. Le apparecchiature utilizzate durante la calibrazione sono direttamente riconducibili al NIST (National Institute of Standards and Technology).