La conception de système de mesure de vibration fiable, sous haute température, présente aux concepteurs plusieurs difficultés à résoudre pour chaque constituant du système. Les accéléromètres traditionnels spécifiés pour une utilisation à des températures de 500°C et plus présentent des inconvénients.
C’est ici qu’intervient l’accéléromètre très haute température.
- Volumineux et lourds : Impact sur la réponse du système en essais de vibration
- L'accéléromètre Dytran : Un capteur remarquable pour les hautes températures
- Les défis des éléments piézo-céramiques et des matériaux fragiles
- Les accéléromètres haute température et leur robustesse
- Respiration
- Les accessoires recommandés pour une utilisation optimale
Volumineux et lourds : Impact sur la réponse du système en essais de vibration
Les matériaux utilisés ont des coefficients de dilatation différents,
ce qui lors des changements de température, entraîne des modifications dimensionnelles internes, se traduisant par des effets « parasites » sur le signal en sortie et un risque de destruction de l’accéléromètre amplifié en cas de cycles montées / descentes rapides de la température.
L'accéléromètre Dytran : Un capteur remarquable pour les hautes températures
L’accéléromètre Dytran, modèle 3316C de par sa conception originale brevetée est un capteur remarquable, il est le plus petit et robuste accéléromètre haute température. Quelques accéléromètres utilisent comme élément piézoélectrique de la tourmaline, un cristal stable jusqu’à 1000°C, mais très pyroélectrique, l’effet pyroélectrique crée une charge électrique dû à un changement de température en sortie du capteur. La tourmaline est aussi un cristal qui souvent, présente des imperfections internes, ce qui peut entraîner une sortie « charge » non uniforme. Ces différents effets compliquent la mesure.
Les défis des éléments piézo-céramiques et des matériaux fragiles
Les éléments piézo-céramiques et leur impédance électrique
D’autres accéléromètres utilisent des éléments piézocéramiques (oxydes métalliques) dont la forme et les dimensions peuvent être contrôlées, mais ces éléments perdent leur oxygène aux hautes températures, ce qui entraîne une diminution de leur impédance électrique. Pour compenser cet effet, ces accéléromètres doivent utiliser des éléments piézo-céramiques de grandes dimensions.
Fragilité et phénomène de « spiking »
Cependant les éléments piézo-céramiques de grandes dimensions soumis à d’importants gradients de température sont fragiles et peuvent se rompre. Les différents coefficients de dilatation thermique des composants internes, accentués par les grandes dimensions et masse provoquent un phénomène appelé « spiking » se traduisant par l’apparition de pics sur le signal de sortie.
Les accéléromètres haute température et leur robustesse
Les accéléromètres utilisant des matériaux piézoélectriques fragiles d’un volume important, retirés d’un environnement haute température pour être exposés rapidement à la température ambiante subissent un choc thermique suffisant pour les endommager. La plupart des accéléromètres haute température ne sont pas suffisamment robustes, ils doivent être utilisés avec précaution pour éviter leur destruction.
Respiration
Le manque d’oxygène nécessaire à haute température peut être compensé en permettant au capteur de « respirer ». Pour cela, quelques capteurs ont un trou de ventilation dans le boîtier permettant à la température ambiante lors de non utilisation du capteur, la pénétration d’oxygène mais aussi de poussières et autres contaminants polluant l’élément sensible.
La conception spéciale des accéléromètres 3316Cxx
Les accéléromètres de la famille 3316Cxx utilisent une conception spéciale qui permet mécaniquement et thermiquement aux composants de supporter température et gradients très importants tout en conservant une petite taille et sans risque de dommage. L’orifice de respiration est recouvert par une « fenêtre d’argent »™ (do not puncture sur le dessin).
Cette fenêtre scelle hermétiquement le capteur, de la température de départ à la température la plus importante, tout en laissant passer l’oxygène quand il est requis, aux très hautes températures. Cette conception et les matériaux utilisés rendent les accéléromètres 3316Cxx les plus légers, petits, robustes existant, tout en rendant les effets parasites sur le signal de sortie un problème du passé.
Les accessoires recommandés pour une utilisation optimale
Pour utiliser de la meilleure façon les capteurs, il est nécessaire de disposer des accessoires corrects. De par la diminution de l’impédance du capteur avec l’augmentation de la température, il est nécessaire d’utiliser un amplificateur de charge compatible, (ce qui n’est pas le cas pour la grande partie des amplificateurs existant)
Isolation électrique et choix du câble métallique haute température
Pour la même raison, l’accéléromètre doit être isolé électriquement de la structure sur laquelle il est monté, l’utilisation d’un accessoire isolant est nécessaire. De même, le câble métallique haute température de liaison, doit être soigneusement choisi. Beaucoup de câbles métalliques utilisent comme diélectrique de l’oxyde de magnésium, malheureusement très hydrophile à la température ambiante, un câble utilisant du dioxyde de silice comme diélectrique ne présente pas ce problème. Il est aussi recommandé que ce câble soit recouvert extérieurement d’une gaine isolante en fibre de verre pour éviter toute perte d’isolation électrique par contact du câble avec la structure. La gaine isolante étant ensuite recouverte d’une tresse métallique pour protéger la gaine isolante lors des manipulations.
Par Alliantech
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