Der Betrieb über lange Kabel kann den Frequenzgang beeinträchtigen und zu Rauschen und Verzerrungen führen, wenn kein ausreichender Strom zur Verfügung steht, um die Kabelkapazitäten zu treiben.
Im Gegensatz zu Systemen mit Ladungsausgang, bei denen das Systemrauschen von der Kabellänge abhängt, bieten ICP®-Sensoren einen Hochspannungsausgang mit niedriger Impedanz, der für den Betrieb langer Kabel in rauen Umgebungen geeignet ist.
Während das Rauschen bei ICP®-Sensoren praktisch nicht zunimmt, kann die kapazitive Belastung des Kabels je nach Versorgungsstrom und Ausgangsimpedanz des Sensors höherfrequente Signale verzerren oder filtern.
Abbildung 12: Schematische Darstellung eines langen Verlängerungskabels
Im Allgemeinen ist diese Signalverzerrung bei Prüfungen mit niedrigeren Frequenzen im Bereich bis zu 10.000 Hz kein Problem. Bei höherfrequenten Vibrations-, Stoß- oder Transientenprüfungen über Kabel, die länger als 30 m sind, besteht jedoch die Möglichkeit einer Signalverzerrung.
Die maximale Frequenz, die über eine bestimmte Kabellänge übertragen werden kann, ist eine Funktion sowohl der Kabelkapazität als auch des Verhältnisses zwischen der Spitzensignalspannung und dem vom Signalaufbereiter zur Verfügung stehenden Strom gemäß
wobei fmax= Höchstfrequenz (Hertz)
C= Kabelkapazität (Pikofarad)
V= maximaler Spitzenausgang des Sensors (Volt)
Ic= konstanter Strom vom Signalaufbereiter (mA)
109 = Skalierungsfaktor zur Gleichsetzung der Einheiten
Beachten Sie, dass in dieser Gleichung 1 mA vom Gesamtstrom, der dem Sensor zugeführt wird (Ic), abgezogen wird. Dies geschieht, um die Stromversorgung der internen Elektronik zu kompensieren. Einige spezielle Sensorelektronik kann mehr oder weniger Strom verbrauchen. Wenden Sie sich an den Hersteller, um den korrekten Versorgungsstrom zu ermitteln.
Bei der Ansteuerung von langen Kabeln zeigt die obige Gleichung, dass mit zunehmender Kabellänge, Spitzenspannungsausgabe oder maximaler Frequenz ein größerer konstanter Strom zur Ansteuerung des Signals erforderlich ist.
Das nachstehende Nomogramm bietet eine einfache, grafische Methode zur Ermittlung der erwarteten maximalen Frequenzkapazität eines ICP®-Messsystems. Die maximale Amplitude der Spitzensignalspannung, die Kabelkapazität und der zugeführte Konstantstrom müssen bekannt sein oder vorausgesetzt werden.
Wenn beispielsweise ein 30 m langes Kabel mit einer Kapazität von 30 pF/ft (98 pF/m) verlegt wird, beträgt die Gesamtkapazität 3000 pF. Dieser Wert kann entlang der diagonalen Kabelkapazitätslinien ermittelt werden. Unter der Annahme, dass der Sensor mit einem maximalen Ausgangsbereich von 5 Volt arbeitet und der Konstantstromsignalaufbereiter auf 2 mA eingestellt ist, kann das Verhältnis auf der vertikalen Achse auf 5 berechnet werden. Der Schnittpunkt der Gesamtkapazität des Kabels und dieses Verhältnisses ergibt eine maximale Frequenz von etwa 10,2 kHz.
Das Nomogramm gibt nicht an, ob der Frequenzamplitudengang an einem Punkt flach, steigend oder fallend ist. Aus Vorsichtsgründen ist es eine gute allgemeine Praxis, den Konstantstrom zum Sensor (wenn möglich) so zu erhöhen (innerhalb seiner Höchstgrenze), dass die aus dem Nomogramm ermittelte Frequenz etwa 1,5 bis 2 mal größer ist als die interessierende Höchstfrequenz.
Beachten Sie, dass höhere Stromstärken die batteriebetriebenen Signalaufbereiter schneller entleeren. Außerdem wird jeder Strom, der nicht vom Kabel verwendet wird, direkt zur Versorgung der internen Elektronik verwendet und erzeugt Wärme. Dies kann dazu führen, dass der Sensor seine maximale Temperaturspezifikation überschreitet. Aus diesem Grund sollten Sie bei kurzen Kabelstrecken oder beim Testen bei hohen Temperaturen keinen übermäßigen Strom liefern.