SK CZ
  1. Domovská stránka
  2. Aktuality a zaujímavosti
  3. Technológie senzorov pre extrémne teploty a ich výhody pre oblasť testovania komponentov

Technológie senzorov pre extrémne teploty a ich výhody pre oblasť testovania komponentov

29.5.2020
Miroslava Manduchová

Technológie senzorov pre extrémne teploty a ich výhody pre oblasť testovania komponentov

Monitoring extrémnych skúšok, napríklad tryskových motorov, priemyselných spaľovacích turbín, pohonných systémov rakiet, výfukových systémov a systémov motorov, testovanie katalyzátorov alebo testovanie bŕzd vyžaduje veľmi špecifické senzory. Také senzory, ktoré sú navrhnuté pre prostredia s veľmi vysokú teplotou.

Senzory od nášho partnera PCB Piezotronics vyrobené pomocou technológie UHT-12 ™ majú v porovnaní s konštrukciou z keramických kryštálov zlepšenú kvalitu signálu. Piezoelektrický kryštál UHT-12 ™ umožňuje prevádzkovú teplotu až do 700 °C pri nábojových senzoroch (tzv. charge output), vďaka čomu sú výsledky meraní vysoko presné, teplotne stabilné a s nízkou hladinou šumu. Rodina UHT-12 ™ pozostáva z akcelerometrov 320C53, 320C52, 357E90, 357E91, 357E92, 357E93, 357A100, EX611A00, EX600B13, 339A30, 339A31, 339A32 a tlakových senzorov rady 115 a 176.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/1.jpg

V porovnaní s keramikou, prírodné kryštály poskytujú okrem najvyššieho teplotného rozsahu tiež najnižší (alebo nulový) pyroelektrický výstup. Ferroelektrická keramika naproti tomu ponúka rozšírený frekvenčný rozsah a menšiu veľkosť za ekvivalentný nábojový výstup, ničmenej vykazuje výrazne vyššiu citlivosť alebo výkon náboja na jednotkovú silu. Bežne používaný vysokoteplotný senzorový materiál BiTi (Bizmut titaničitý) má výstup trikrát až štyrikrát väčší než jeho náprotivok z prírodného kryštálu kremeňa a je možné ho použiť na teploty až do 510 °C. Ku keramickým materiálom je možné pridať rôzne zlúčeniny, ktoré vedú k zmene vlastností senzorov, ale vysoké teplotné rozsahy sú na úkor citlivosti. Nevýhodou BiTi je naviac požiadavka na starostlivo kontrolované podmienky prostredia vo vnútri senzoru a na trvale stabilizovanú úroveň parciálneho tlaku kyslíku, aby sa zachovali jeho prevádzkové vlastnosti. Novému kryštálu UHT-12 TM sa viacmenej páči v každej atmosfére a tieto senzory sú naplnené inertným plynom ako je argón alebo dusík.

Ďalšou výhodou kryštálu UHT-12 TM je vysoký izolačný odpor. Veľmi nízky izolačný odpor môže totiž viesť k posunutiu výstupného signálu v zosilovači náboja. Existujúce akcelerometre s ferroelektrickou keramikou môžu mať RI hodnoty okolo 100k Ohm pri 485 °C, zatiaľ čo kryštál UHT-12 TM bude mať hodnoty približne desaťkrát väčšie pri rovnakej teplote. Zatiaľ čo šum v akomkoľvek systéme zosílenom nábojom závisí na množstve faktorov, vyššia hodnota izolačného odporu v UHT-12 TM je veľkou výhodou, pretože znižuje zosilenie šumu. Rozlíšenie nového 10 pC/g senzoru je z tohto dôvodu porovnateľné s rozlíšením tradičného senzoru na báze 50 pC/g BiTi s vyššou citlivosťou. Akcelerometre s UHT-12 TM majú citlivosť na vonkajší šum, ktorý je približne o 8 dB (2,5x) menší než porovnateľný systém založený na feroelektrickej keramike.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/2.jpg

Kryštál UHT-12 TM, ktorý reaguje len na šmykové napätie je naviac výrazne tolerantnejší voči tepelným zmenám, pretože k týmto zmenám dochádza v primárnej ose akcelerometru a snímací prvok je orientovaný o 90 stupňov k primárnej ose vibrácií. Akcelerometer UHT-12 TM v šmykovom režime trvalo vykazuje nízke špičkové úrovne amplitúdy.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/3.png

Pomocou tohto špeciálneho kryštálu boli vyvinuté tiež vibračné senzory ICP® s extrémne nízkymi teplotnými koeficientami (LTC senzory). To má obzvlášť pozitívny vplyv na presnosť a teplotnú stabilitu merania.  Teplotný koeficient je v porovnaní s ferroelektrickými materiálmi vylepšený desaťnásobne. Výsledkom je zlepšenie presnosti amplitúdovej odozvy v celom teplotnom rozsahu od 29 % do 4 %. Vďaka šikovnému výberu materiálov a výrobných technológií sú vibračné senzory ICP® schopné pracovať až do teploty 180 °C.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/4.png

LTC senzory sú navrhnuté pre rozsiahle prevádzkové teploty a dobré rozlíšenie širokopásmového prenosu, čo je ideálne pre vývoj hnacích jednotiek a aplikácií NVH pre pohonné jednotky alebo pre akékoľvek meranie vibrácií vyžadujúce prísne riadenie citlivosti amplitúdy v širokom teplotnom gradiente.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/5.png

Pre väčšinu senzorov pre technológiu merania vibrácií prevažujú výhody ICP techniky. Nie je ich však možné použiť tam, kde okolitá teplota prekračuje možnosť zabudovaného obvodu. Pre to sú určené špeciálne verzie (HT) +162 °C. Pri modely miniatúrneho triaxiálneho akcelerometra HT456B01 s hmotnosťou 1 gramu je dosiahnuté limitu +180 °C, čo je celkom určite krok správnym smerom pri skúškach a meraniach motorov alebo výfukových systémov.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/6.png

Dáta z piezoelektrického akcelerometru môže ovplyvniť veľa faktorov, vrátane rozsahu merania alebo meranie vstupnej amplitúdy. Napríklad úrovne vstupnej amplitúdy, ktoré sú väčšie než merací rozsah senzoru nasycujú zosilovač. Vstupná frekvencia na rezonančnej frekvencii senzoru alebo v jej blízkosti môže zosilovač saturovať. Vysoký Q-faktor pri rezonancii spôsobí, že sa senzor dostane do stavu pteťaženia a žiadne zmysluplné dáta nemôžu byť získané.

Integrovaný low-pass filter v ICP senzoroch však dokáže potlačiť generovanie signálu na rezonančnej frekvencii senzoru. Tento filter je stále viac populárny, nakoľko znižuje pravdepodobnosť saturácie zosilovača a zvyšuje použiteľný frekvenčný rozsah. Integrovaná dolná priepusť chráni senzory pred nasýtením a generuje vysokú kvalitu signálu. Filtre dolného toku zoslabia (potlačia) generovanie signálu na rezonančnej frekvencii senzoru alebo v jej blízkosti. To pôsobí proti rastúcemu faktoru (vysoké Q) spôsobenému mechanickou rezonanciou senzoru, čo ušetrí mnoho problémov pri aplikáciách, kde senzor nielen že koriguje periodické signály, ale tiež monitoruje prechodné udalosti alebo ťahy. Integrovaný low-pass filter majú ICP® akcelerometre 355M102, 356A61, 339A30 alebo 339A31. Proti nasýteniu zosilovača akustickou emisiou je možné tiež integrovať mechanické filtre.

https://kaitrade.cz/media/aktuality/produktove-prispevky/uhtltc-senzory/7.png

Pokiaľ máte záujem o niektorý z týchto senzorov alebo by ste sa radi dozvedeli viac, neváhajte nás TU kontaktovať.