SK CZ
  1. Domovská stránka
  2. Aktuality a zajímavosti
  3. Technologie senzorů pro extrémní teploty a jejich výhody pro oblast testování komponent.

Technologie senzorů pro extrémní teploty a jejich výhody pro oblast testování komponent.

28.5.2020
Tereza Hlaváčková

Technologie senzorů pro extrémní teploty a jejich výhody pro oblast testování komponent.

Monitoring extrémních zkoušek, například tryskových motorů, průmyslových spalovacích turbín, pohonných systémů raket, výfukových systémů a systémů motorů, testování katalyzátorů nebo testování brzd vyžaduje velmi specifické senzory. Takové senzory, které jsou navrženy pro prostředí s velmi vysokou teplotou.

Senzory od našeho partnera PCB Piezotronics vyrobené pomocí technologie UHT-12 ™ mají ve srovnání s konstrukcí z keramických krystalů zlepšenou kvalitu signálu. Piezoelektrický krystal UHT-12 ™ umožňuje provozní teplotu až do 700 °C u nábojových senzorů (tzv. charge output), díky čemuž jsou výsledky měření vysoce přesné, teplotně stabilní a s nízkou hladinou šumu. Rodina UHT-12 ™ sestává z akcelerometrů 320C53, 320C52, 357E90, 357E91, 357E92, 357E93, 357A100, EX611A00, EX600B13, 339A30, 339A31, 339A32 a tlakových senzorů řady 115 a 176.

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

Ve srovnání s keramikou, přírodní krystaly poskytují kromě nejvyššího teplotního rozsahu také nejnižší (nebo nulový) pyroelektrický výstup. Ferroelektrická keramika oproti tomu nabízí rozšířený frekvenční rozsah a menší velikost za ekvivalentní nábojový výstup, nicméně vykazuje výrazně vyšší citlivost nebo výkon náboje na jednotkovou sílu. Běžně používaný vysokoteplotní senzorový materiál BiTi (Bizmut titaničitý) má výstup třikrát až čtyřikrát větší než jeho protějšek z přírodního krystalu křemene a lze jej použít na teploty až do 510 °C. Ke keramickým materiálům lze přidat různé sloučeniny, které vedou ke změně vlastností senzoru, ale vysoké teplotní rozsahy jsou na úkor citlivosti. Nevýhodou BiTi je navíc požadavek na pečlivě kontrolované podmínky prostředí uvnitř senzoru a na trvale stabilizovanou úroveň parciálního tlaku kyslíku, aby se zachovaly jeho provozní vlastnosti. Novému krystalu UHT-12 TM se víceméně líbí v každé atmosféře a tyto senzory jsou naplněny inertním plynem jako je argon nebo dusík.

Další výhodou krystalu UHT-12 TM je vysoký izolační odpor. Velmi nízký izolační odpor může totiž vést k posunutí výstupního signálu v zesilovači náboje. Stávající akcelerometry s ferroelektrickou keramikou mohou mít RI hodnoty kolem 100k Ohm při 485 °C, zatímco krystal UHT-12 TM bude mít hodnoty přibližně desetkrát větší při stejné teplotě. Zatímco šum v jakémkoli systému zesíleném nábojem závisí na řadě faktorů, vyšší hodnota izolačního odporu v UHT-12 TM je velkou výhodou, protože snižuje zesílení šumu. Rozlišení nového 10 pC/g senzoru je z tohoto důvodu srovnatelné s rozlišením tradičního senzoru na bázi 50 pC/g BiTi s vyšší citlivostí. Akcelerometry s UHT-12 TM mají citlivost na vnější šum, který je přibližně o 8 dB (2,5x) menší než srovnatelný systém založený na feroelektrické keramice.

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

Krystal UHT-12 TM, který reaguje pouze na smykové napětí, je navíc výrazně tolerantnější vůči tepelným změnám, protože k těmto změnám dochází v primární ose akcelerometru a snímací prvek je orientován o 90 stupňů k primární ose vibrací. Akcelerometr UHT-12 TM ve smykovém režimu trvale vykazuje nízké špičkové úrovně amplitudy.

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

Pomocí tohoto speciálního krystalu byly vyvinuty také vibrační senzory ICP® s extrémně nízkými teplotními koeficienty (LTC senzory). To má obzvláště pozitivní vliv na přesnost a teplotní stabilitu měření.  Teplotní koeficient je ve srovnání s ferroelektrickými materiály zlepšen desetinásobně. Výsledkem je zlepšení přesnosti amplitudové odezvy v celém teplotním rozsahu od 29 % do 4 %. Díky chytrému výběru materiálů a výrobních technologií jsou vibrační senzory ICP® schopné pracovat až do teploty 180 °C.

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

LTC senzory jsou navrženy pro rozsáhlé provozní teploty a dobré rozlišení širokopásmového přenosu, což je ideální pro vývoj hnacích jednotek a aplikací NVH pro pohonné jednotky nebo pro jakékoli měření vibrací vyžadující přísné řízení citlivosti amplitudy v širokém teplotním gradientu.

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

Pro většinu senzorů pro technologii měření vibrací převažují výhody ICP techniky. Nelze je však použít tam, kde okolní teplota překračuje možnost zabudovaného obvodu. Pro to jsou určeny speciální verze (HT) +162 °C. U modelu miniaturního triaxiálního akcelerometru HT456B01 s hmotností 1 gramu je dosaženo limitu +180 °C, což je zcela jistě krok správným směrem u zkoušek a měření motorů nebo výfukových systémů.

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

Data z piezoelektrického akcelerometru může ovlivnit mnoho faktorů, včetně rozsahu měření nebo měření vstupní amplitudy. Například úrovně vstupní amplitudy, které jsou větší než měřicí rozsah senzoru, nasycují zesilovač. Vstupní frekvence na rezonanční frekvenci senzoru nebo v její blízkosti může zesilovač saturovat. Vysoký Q-faktor při rezonanci způsobí, že se senzor dostane do stavu přetížení a žádná smysluplná data nemohou být získána.

Integrovaný low-pass filtr v ICP senzorech však dokáže potlačit generování signálu na rezonanční frekvenci senzoru. Tento filtr je stále více populární, jelikož snižuje pravděpodobnost saturace zesilovače a zvyšuje použitelný frekvenční rozsah. Integrovaná dolní propust chrání senzory před nasycením a generuje vysokou kvalitu signálu. Filtry dolního toku zeslabí (potlačí) generování signálu na rezonanční frekvenci senzoru nebo v jeho blízkosti. To působí proti rostoucímu faktoru (vysoké Q) způsobenému mechanickou rezonancí senzoru, což ušetří mnoho problémů při aplikacích, kde senzor nejen že koriguje periodické signály, ale také monitoruje přechodné události nebo tahy. Integrovaný low-pass filtr mají ICP® akcelerometry 355M102, 356A61, 339A30 nebo 339A31. Proti nasycení zesilovače akustickou emisí lze také integrovat mechanické filtry.

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

Pokud máte zájem o některý z těchto senzorů nebo byste se rádi dozvěděli více, neváhejte nás ZDE kontaktovat.