Einführung in ^{ICP®-Beschleunigungsmessgeräte}

Ein ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} ist ein Sensor, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das proportional zur angelegten Beschleunigung ist. ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} sind für die Messung von Schwingungen und Stößen in einer Vielzahl von Anwendungen konzipiert. Sie sind einfach zu bedienen und über einen großen Frequenzbereich genau, was sie zur empfohlenen Wahl für viele Prüfsituationen macht.

^ICP® ist ein eingetragenes ^{PCB®-Warenzeichen}, das für "Integrated Circuit Piezoelectric" steht und Sensoren mit integrierter Mikroelektronik kennzeichnet. Die Elektronik wandelt ein hochohmiges Ladungssignal, das von einem piezoelektrischen Sensorelement erzeugt wird, in ein nutzbares Spannungssignal mit niedriger Impedanz um, das über gewöhnliche Zweidraht- oder Koaxialkabel problemlos an ein Datenerfassungssystem oder ein Auslesegerät übertragen werden kann.

Zur Durchführung der für ^{ICP®-Beschleunigungsmesser} erforderlichen Transduktion werden verschiedene mechanische Konstruktionen verwendet. Die Konstruktionen bestehen aus Sensorkristallen, die an einer seismischen Masse befestigt sind. Ein Vorspannring oder -bolzen übt eine Kraft auf die Sensorelementbaugruppe aus, um eine starre Struktur zu schaffen und ein lineares Verhalten zu gewährleisten. Bei Beschleunigung verursacht die seismische Masse eine Spannung auf die Sensorkristalle, die zu einem proportionalen elektrischen Ausgang führt. Das Ausgangssignal wird auf Elektroden aufgefangen und über Drähte an die mikroelektronischen Schaltkreise in ^{ICP®-Beschleunigungsmessern} übertragen.

Alle ^{PCB® ICP®-Beschleunigungssensoren} benötigen eine Konstantstrom-Gleichspannungsquelle. ^PCB® bietet verschiedene Typen von ^{ICP®-Signalkonditionierern} an, die einen Strom von 2 bis 20 mA bei einem Gleichspannungspegel von +18 bis +30 Volt liefern. Versuchen Sie nicht, ^{ICP®-Sensoren} mit handelsüblichen Stromversorgungen zu betreiben. Der ungeregelte Strom wird die interne Elektronik beschädigen und zerstören.

Einige Datenerfassungssysteme enthalten eine ^{ICP®-Stromversorgung}. In diesem Fall ist kein separater Signalaufbereiter erforderlich.

Die DC-Vorspannung (Einschaltspannung) des Beschleunigungsaufnehmers liegt normalerweise im Bereich von +8 bis +12 Volt. Die gemessene DC-Vorspannung wird während der Kalibrierung überprüft und auf dem Kalibrierungsblatt aufgeführt. Weitere Informationen zur Stromversorgung von ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmern} finden Sie hier.

Die meisten ^{ICP®-Beschleunigungssensoren} haben eine Vollausschlagsspannung von ±5 Volt. Der Ausgang steht in direktem Zusammenhang mit dem Messbereich und der Empfindlichkeit des Aufnehmers. Die Beispiele 1 und 2 verdeutlichen dies:

Beispiel 1

352C33 hat eine Empfindlichkeit von 100 mV/g und einen Bereich von ±50 g Spitze.
50 g X 100 mV/g = 5000 mV = 5 Volt

Beispiel2

353B04 hat eine Empfindlichkeit von 10 mV/g und einen Messbereich von ±500 g Spitze.
500 g X 10 mV/g = 5000 mV = 5 Volt

Die Empfindlichkeit des Beschleunigungsaufnehmers bleibt von kleinen Skaleneingängen bis zum Skalenendwert linear. Dies ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Amplitudenlinearität des Modells 353B03 (bis zum vollen Skalenendwert von 500 g)

^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} sind wechselstromgekoppelte Geräte und messen oder reagieren nicht auf gleichmäßige Beschleunigung (auch bekannt als statische oder Gleichstrombeschleunigung). Die Kapazitäts- und Widerstandswerte im Inneren des Beschleunigungssensors bestimmen die Entladezeitkonstante (DTC) und das Niederfrequenzverhalten. Bei gleichmäßiger Beschleunigung nimmt das Ausgangssignal entsprechend der DTC ab. Das Ausgangssignal entlädt sich nach fünf Entladezeitkonstanten vollständig. Weitere Informationen über das Niederfrequenzverhalten von ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmern} finden Sie hier.

Jeder ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} hat eine Eigenfrequenz, die den Messfrequenzbereich nach oben hin begrenzt. Die Eigenfrequenz (Resonanz) ist eine mechanische Eigenschaft, die dem Beschleunigungsaufnehmer durch seine physikalischen Konstruktionsmerkmale aufgezwungen wird. Die Empfindlichkeit steigt bei Annäherung an die Eigenfrequenz schnell an, was oft zu einer Überlastung des Signalausgangs führen kann. Ein Beispiel für eine Resonanz ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} bei Resonanz

Es ist wichtig zu beachten, dass die Montage eine Rolle bei der Erzielung genauer Hochfrequenzmessungen spielt. Beachten Sie die Installationszeichnungen und Produkthandbücher für die richtigen Montagetechniken bestimmter Modelle. Weitere Informationen zum Hochfrequenzverhalten von Beschleunigungsaufnehmern und zur Montage finden Sie hier. Weitere Informationen über das Hochfrequenzverhalten von ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmern} finden Sie hier.

^PCB® liefert mit jedem ^{ICP®-Beschleunigungsaufnehmer} ein Kalibrierungszertifikat. Dieses Zertifikat dokumentiert die Eigenschaften jedes Beschleunigungsaufnehmers und liefert genaue Werte für mehrere Schlüsselspezifikationen. Ein Beispiel für ein Kalibrierungszertifikat ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6: Kalibrierungszertifikat für ^{ICP®-Beschleunigungsmesser}

Bei der Back-to-Back-Kalibrierung wird der Testbeschleunigungsaufnehmer auf einen Referenzbeschleunigungsaufnehmer montiert. Diese Technik bietet eine schnelle und einfache Methode zur Bestimmung der Empfindlichkeit eines Beschleunigungsaufnehmers über einen großen Frequenzbereich.
Der Referenzbeschleunigungsaufnehmer ist ein äußerst genaues Gerät mit Spezifikationen, die auf ein anerkanntes Standardlabor rückführbar sind. Es ist möglich, beide Beschleunigungsaufnehmer in Schwingung zu versetzen und die Ausgangsdaten zu vergleichen, indem man den Prüfbeschleunigungsaufnehmer sicher auf dem Referenzstandardbeschleunigungsaufnehmer befestigt.

Das Verhältnis der Ausgangsspannungen ist auch das Verhältnis der Empfindlichkeiten der Beschleunigungsaufnehmer, da die auf sie einwirkende Beschleunigung dieselbe ist. Die Empfindlichkeit des Referenzbeschleunigungsmessers ist bekannt, so dass die Empfindlichkeit des Prüfbeschleunigungsmessers berechnet werden kann.
Rekalibrierungsdienste werden sowohl für von ^PCB® hergestellte Beschleunigungsaufnehmer als auch für solche anderer Hersteller angeboten. Unser internes Messlabor ist nach ISO 9001:2015 von DQS, Inc. zertifiziert und von A2LA akkreditiert. Die bei der Kalibrierung verwendeten Geräte sind direkt auf das NIST (National Institute of Standards and Technology) rückführbar.