In Hochtemperatur-Applikationen für Piezo-Druckaufnehmer kann die Elektronik zur Ladungsverstärkung nicht mehr im Sensor integriert werden. Dies ist zum Beispiel bei Messungen im Brennraum von Kolbenmotoren oder Gasturbinen der Fall. Hier kommen externe Ladungsverstärker zum Einsatz, die das Ladungssignal außerhalb der Hochtemperaturzone in ein Spannungssignal wandeln.

Mit dem IfTA ChargeAmp bringt die IfTA einen neuen Ex nA (ATEX Zone 2) zertifizierten, differentiellen In-Line Ladungsverstärker auf den Markt, der speziell auf die Anforderungen in Hochtemperatur-Applikationen zugeschnitten ist.

Highlights

  • Wählbare Verstärkung von 5 bis 250 mV/pC
  • Ausgangssignal: 10 Vpp
  • Integrierter Bandpass-Filter ( Hochpass bei 3 Hz – Tiefpass bei 20 kHz)
  • IEPE Speisung: 8-12mA empfohlen (Betrieb ab 4mA)
    kompatibel mit ICP, CCLD, Isotron, Deltatron, Piezotron etc.
  • Sehr gute SNR (116 dB)
  • Exzellente EMV Eigenschaften
  • Differentieller Eingang (single-ended Version verfügbar)
  • Kompensation des pyroelektrischen „Popkorn Effektes“ bei piezoelektrischen Sensoren
  • Ex nA (ATEX Zone 2) zertifiziert (in Verbindung mit IfTA OMDS / DynaMaster)
  • Bewährt in rauer Umgebung (bis IP65)
Der Ladungsverstärker der IfTA bietet Ex nA (ATEX Zone 2) Zertifizierung für Explosionsschutz, wird über IEPE (ICP, Piezotron) versorgt und eigenet sich perfekt für Piezosensoren in Hochtemeperaturumgebungen

IEPE Speisung

Der IfTA ChargeAmp kann ohne externe Spannungsversorgung zwischen Sensor und Messgerät integriert werden, da er über IEPE (kompatibel mit ICP, Piezotron etc.) versorgt wird. Dies vereinfacht die Messkette und macht den Ladungsverstärker universell kompatibel und inhärent kurzschlusssicher.

ATEX Zertifizierung

Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen ist auch eine Version mit Ex nA (ATEX) Zertifizierung erhältlich. In dieser Variante kann sich der ChargeAmp in Zone 2 und die Auswerteeinheit außerhalb befinden.

Differentieller Eingang

Der IfTA ChargeAmp ist ein differentieller Ladungsverstärker, was optimalen Schutz gegen Gleichtaktstörungen wie Netzbrummen gewährleistet und so die Signalqualität optimiert. Für single-ended Sensoren ist eine Version mit optimierter Gleich­takt­un­ter­drück­ung verfügbar.

Anpassbare Verstärkung

Um für alle Messketten die optimale Verstärkung zu erhalten kann zwischen Sensitivitäten von 5 bis 100 mV/pC gewählt werden. Standardmäßig sind 5, 10, 25, 50, 100 und 250 mV/pC lieferbar. Durch das modulare Verstärkerkonzept lassen sich auch individuelle Anpassungen kostengünstig realisieren.

Exzellente EMV Eigenschaften

Im industriellen Umfeld muss auf die elektromagnetische Verträglichkeit des Messequipments geachtet werden. Dieser Aspekt wurde bei der Entwicklung des IfTA ChargeAmp besonders berücksichtigt und war entwicklungsbegleitend Gegenstand zahlreicher Tests im EMV Labor und im Feld.

Low Noise

In High-End AD-Wandlern, wie sie zum Beispiel in der IfTA AD4 Linie zum Einsatz kommen, stehen heutzutage 24 Bit Präzision zur Verfügung. Um diese optimal zu nutzen bietet der IfTA ChargeAmp eine besonders rauscharme Verstärkung. Bei 1 kHz beträgt der SNR 116 dB.

Popkorn-Effekt Kompensation

Sensorknacker stellen bei der Ladungsverstärkung von Hochtemperatursensoren eine besondere Herausforderung dar. Sie entstehen, wenn ein solcher Sensor so schnell erhitzt wird, dass sich thermische Spannungen im Piezoelement aufbauen. Bei einer plötzlichen Entspannung des Materials können dann schlagartig große Ladungsmengen freigesetzt werden. In einfachen Ladungsverstärkern kann dieser sogenannte pyroelektrische Effekt (“Popkorn- Effekt”) die Elektronik sekundenlang übersteuern und den Sensor effektiv blind machen.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurden beim IfTA ChargeAmp besondere Maßnahmen getroffen, die Auswirkungen dieses Effektes zu minimieren. Zusätzlich erkennt die Software das typische Muster eines Sensorknackers und kann diese Information in der Analyse berücksichtigen.

Das Ergebnis ist eine Ladungsverstärkung mit höchster Verfügbarkeit.

Der Ladungsverstärker kompensiert effektiv pyroelectrische Sensorknacker die von thermischen Spannungen in piezoelektrischen Sensoren herrühren

Anwendung in Gasturbinen

Ein typischer Anwendungsfall für eine solche Messkette ist die Druckmessung in Brennkammern stationärer Gasturbinen zur Identifizierung thermoakustischer Verbrennungsinstabilitäten.
Hierzu wird das Spannungssignal, das der Ladungsverstärker generiert von einer analogen Eingangskarte (z.B. AD4 IEPE) abgetastet. Das OMDS System führt spezielle Analysen im Frequenz- und Zeitbereich aus und kann über eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Gasturbinenregler die Maschine vor Beschädigungen durch Verbrennungsschwingungen schützen.

In solchen Applikationen ist die effektive Kompensation von Sensorknackern besonders wichtig, um kostspielige Fehlabschaltungen der Maschine zu vermeiden.

In Verbindung mit dem IfTA OMDS wird der Ladungsverstärker mit piezoelektrischen Hochtemperatursensoren an stationären Gasturbinen eingesetz um vor thermoakustische Schwingungen in der Brennkammer zu schützen

Die Alternative: IfTA AD4Pro mit integriertem Ladungsverstärker

In Situationen, bei denen die zu überbrückende Strecke zum Messsystem nur wenige Meter beträgt, kann die IfTA AD4Pro eingesetzt werden. Jeder Eingang dieser Messkarte hat einen eigenen, vollwertigen optional zuschaltbaren IfTA Ladungsverstärker integriert.

Auf Grund kurzer Übertragungswege des Ladungssignals ermöglicht diese Bauart optimale Signalqualität und Flexibilität.

Diese Variante ist auch für mobile Anwendungen gut geeignet, da zusätzliche Elektronik entfällt. Die Verstärkung wird über Software konfiguriert und zusammen mit allen anderen Konfigurationsdaten des Messsystems gespeichert. Besonders bei größeren Messaufbauten hat dies den entscheidenden Vorteil, dass Änderungen mitgeloggt und vergangene Konfigurationen einfach wiederhergestellt werden können. Somit werden Fehlerquellen vermieden und der Aufbau flexibler.