Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ansteuerung von Piezo-Sensor (Integrated Electronics Piezo-Electric)


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von Steffen (Gast)


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Hallo,

ich würde gerne einen Vibrations-/Beschleunigungs-Sensor von Brüel & 
Kjær in mein Projekt einbauen, ohne dabei die (teure, klobige) 
Auswerte-Hardware zu verwenden. Ich möchte damit Vibrationen einer 
Maschine messen.

Ich habe kurz recherchiert und bei meinem Sensor handelt es sich um 
einen  Integrated Electronics 
Piezo-Electric(IEPE)-Beschleunigungssensor.

https://www.bksv.com/en/products/transducers/vibration/Vibration-transducers/accelerometers

Wenn ich den Sensor direkt an mein Oszilloskop anklemme, bekomme ich 
auch kleine Ausschläge (mV) bei jeder Vibration.

Anscheinend wird diese Art Sensor immer mit einer externen Stromquelle 
betrieben. Die Beschaltung ist auf allen Internetseiten bzw. bei allen 
Herstellern ähnlich.

Ich habe also eine Stromquelle nach diesem Schaltplan
https://endevco.com/news/archivednews/2010/2010_05/f1.html aufgebaut.
Wenn ich nun zwischen den 47uF und dem Sensor die Spannung mit einem
Oszilloskop messe, wird im ersten Moment wie erwartet die
Sensorbiasspannung von ca 12,5V angezeigt, kurz darauf springt diese
allerdings auf einen Wert knapp unter der Betriebsspannung (hier habe 
ich 25V angelegt).

Kann der Grund dafür sein, dass ich keinen Tantalum-Kondensator 
verwendet habe (ich hatte gerade nur Elkos und Keramik-Kondensatoren zur 
Hand)?

Vielen Dank für eure Antworten!

Steffen

von Achim S. (Gast)


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Steffen schrieb:
> Ich habe kurz recherchiert und bei meinem Sensor handelt es sich um
> einen  Integrated Electronics
> Piezo-Electric(IEPE)-Beschleunigungssensor.
>
> 
https://www.bksv.com/en/products/transducers/vibration/Vibration-transducers/accelerometers

Auf der Seite, die du verlinkst, finden sich dutzende Sensoren mit ganz 
unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Das Kürzel IEPE findet 
sich bei keinem einzigen davon.

Welchen dieser Sensoren hast du denn jetzt? Warum zeigst du einen ganzen 
Zoo unterschiedlicher anderer Sensoren, statt direkt auf deinen Sensor 
zu verlinken? Beim konkreten Sensortyp dürfte eher der Grund für das 
beobachtete Verhalten zu suchen sein.

Steffen schrieb:
> Kann der Grund dafür sein, dass ich keinen Tantalum-Kondensator
> verwendet habe

Nö. Der Kondensator kann schlimmstenfalls kaputt gehen und dann die 
AC-Abkopplung verhindern oder die Stromquelle kurzschließen. Er kann 
nicht dafür sorgen, dass die Spannung am Sensor zu stark ansteigt.

von Steffen (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Welchen dieser Sensoren hast du denn jetzt?

Hallo Achim,

du hast natürlich recht, da habe ich den falschen Link kopiert, 
entschuldige! Hier ist der richtige:
https://www.bksv.com/en/products/transducers/vibration/Vibration-transducers/accelerometers/4397

von Achim S. (Gast)


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Steffen schrieb:
> Hier ist der richtige:
> 
https://www.bksv.com/en/products/transducers/vibration/Vibration-transducers/accelerometers/4397

Ok, für den passt deine Schaltung eigentlich. Wenn die Spannung am 
Sensor trotzdem nicht bei ~12V stehen bleibt würde ich als erstes mal 
nachmessen, ob der Versorgungsstrom tatsächlich 4 mA beträgt. Vielleicht 
gibts ja irgendeinen kleinen Fehler in der Beschaltung des LM137, der zu 
falschen Strömen führt. Evtl. hast du zu große Ströme eingestellt, die 
der Sensor nicht mag.

Ich hab grade nochmal im Datenblatt des LM317 nachgesehen: damit 4mA 
einstellen zu wollen ist grenzwertig, der "minimum load current" liegt 
zwar bei typisch 3,5mA, kann aber auch bis 10mA hochgehen. Kann also 
sein, dass du auch bei richtiger Beschaltung den Sensor mit 10mA 
betrieben hast, aber das sollte er eigentlich auch noch können.

von Steffen (Gast)


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Vielen Dank für die Antwort, daran könnte es liegen!

Um sicher zu gehen habe ich mal einen LM334Z bestellt :)

von Achim S. (Gast)


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Steffen schrieb:
> Vielen Dank für die Antwort, daran könnte es liegen!

Wie schon oben geschrieben: auch mit 10mA müsste der Sensor die 
Ausgangsspannung irgendwo zwischen 8 und 15V einregeln. Daran alleine 
dürfte es also nicht liegen.

Miss den tatsächlichen Strom nach. Das bringt dich viel weiter, als auf 
Verdacht neue Bauteile zu bestellen (auch wenn der LM334 natürlich 
grundsätzlich besser geeignet ist, die 4mA genau einzustellen).

von Steffen (Gast)


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Ich hatte die Stromquelle mit mehreren Widerständen ohne Sensor gemessen 
und der gelieferte Strom schien in Ordnung.
Da in allen Schaltplänen immer extra Tantal-Kondensator stand, war ich 
unsicher, ob es evtl. daran liegen könnte, dass ich keinen verwende.
Ich weiß nicht, wie ich den Strom messen kann, ohne die Schaltung zu 
beeinflussen, da ja auch schon der Fehlerfall vorliegt.
Ich versuche es mal mit einem Tantal-Kondensator und einer Stromquelle, 
der ich vertraue.

Vielen Dank für die guten Hinweise!

von Achim S. (Gast)


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Steffen schrieb:
> Da in allen Schaltplänen immer extra Tantal-Kondensator stand, war ich
> unsicher, ob es evtl. daran liegen könnte, dass ich keinen verwende.

Es gibt natürlich Unterschiede zwischen den verschiedenen 
Kondensatortypen. Aber für grundsätzliche Funktion deiner Schaltung wäre 
primär mal nur die Spannungsfestigkeit des Kondensators wichtig (und 
dass du einen gepolten Kondensator auch richtigrum einbaust). Die 
Spannungsfestikeit muss natürlich hoch genug liegen.

Wenn die soweit passt machen unterschiedliche Kondensatortypen zwar noch 
Unterschiede in der Performance (Grenzfrequenzen, Linearität), aber 
nicht in der grundsätzlichen Funktion.

Steffen schrieb:
> Ich versuche es mal mit einem Tantal-Kondensator und einer Stromquelle,
> der ich vertraue.

ok, spricht nichts dagegen. Hast du vielleicht ein Labornetzteil, bei 
dem sich das Stromlimit genau genug einstellen lässt? Ist für solche 
"Inbetriebnahmen" oft sehr praktisch, und kann bei unbemerkten 
Schaltungsfehlern oft Bauteile retten.

von Steffen (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Hast du vielleicht ein Labornetzteil, bei
> dem sich das Stromlimit genau genug einstellen lässt?

Leider nur auf 0,1A. Aber das wird schon :D

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