Adaptér pro montáž sondy PA150 s řetězem pro měření vzdálenosti je kompletní, samostatný bezkontaktní systém pro měření vzdálenosti z produktové řady VM. Tento integrovaný systém kombinuje senzor přiblížení na bázi vířivých proudů TQ912 a kondicionér signálu IQS900 umístěný v robustním, utěsněném krytu, speciálně navrženém pro drsná průmyslová prostředí a nebezpečné oblasti (potenciálně výbušné atmosféry). Jeho hlavní funkcí je přesně měřit relativní vibrace hřídele a axiální polohu u rotujících strojů (jako jsou parní turbíny, plynové turbíny, hydraulické turbíny, generátory, turbokompresory a čerpadla). Je široce používán pro ochranu strojů, monitorování stavu, systémy detekce překročení rychlosti (ODS) a aplikace související s bezpečností, plně vyhovující standardům API 670 5th Edition.
Klíčovou výhodou PA150 je jeho vysoce integrovaný a modulární design. Spojuje senzor, 1metrový integrovaný kabel a kondicionér signálu do jediné jednotky, čímž eliminuje potřebu samostatného prodlužovacího kabelu EA902. Jeho unikátní odnímatelné pouzdro s držákem ve tvaru U umožňuje výjimečně snadnou instalaci sondy a nastavení mezery, i když je stroj v chodu. Nastavitelná tyč z nerezové oceli (dostupná v délkách od 50 do 800 mm) a různé možnosti závitu a délky adaptéru poskytují nesmírnou flexibilitu instalace pro přizpůsobení složitým strojním konstrukcím a prostorovým omezením.
Systém nabízí buď napěťový (3vodičový) nebo proudový (2vodičový) výstup s ochranou proti zkratu. Jeho frekvenční odezva sahá až do DC až 20 kHz, což umožňuje zachytit jemné vibrační detaily ve vysokorychlostních rotačních strojích. Konec snímače nabízí extrémně široký rozsah provozních teplot (-40 °C až +180 °C), což mu umožňuje zvládnout prostředí s vysokou teplotou. Kromě toho je PA150 k dispozici ve standardních verzích a verzích odolných proti výbuchu (Ex) certifikovaných různými mezinárodními normami (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC atd.), které splňují bezpečnostní požadavky pro použití v nebezpečných oblastech po celém světě. Vestavěný kondicionér signálu IQS900 také podporuje volitelnou funkci vestavěného autotestu (BIST), výstup surového signálu a vstup testovacího signálu, což výrazně zjednodušuje uvádění systému do provozu, testování v terénu a procesy odstraňování problémů.
Pracovní princip
Systém PA150 pracuje na principu vířivých proudů, aby bylo dosaženo vysoce přesného bezkontaktního měření posuvu. Jeho pracovní princip je komplexní a přesný proces zahrnující elektromagnetickou indukci, modulaci a demodulaci vysokofrekvenčního signálu, linearizaci signálu, teplotní kompenzaci a vestavěnou diagnostiku. Postup je podrobně popsán níže.
1. Indukce vířivých proudů a generování signálu
Jádrem systému je bezdotykový senzor TQ912. Jeho hlava obsahuje sondu skládající se z přesně vinuté cívky, zapouzdřené do vysoce výkonného termoplastického PPS (polyfenylensulfidu) a zalisované do těla z nerezové oceli (AISI 316L). Vysokofrekvenční oscilátor v kondicionéru signálu IQS900 generuje střídavý signál v rozsahu MHz, který je přenášen do cívky snímače prostřednictvím koaxiálního kabelu s charakteristickou impedancí 70 ohmů.
Když cívkou protéká vysokofrekvenční proud, generuje na jejím předním konci střídavé elektromagnetické pole. Když se toto pole přiblíží k vodivému kovovému terči (typicky hřídeli stroje), na povrchu terče se indukují vířivé proudy podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Tyto vířivé proudy samy generují nové magnetické pole opačné původnímu poli (Lenzův zákon), což způsobuje změnu efektivní impedance cívky snímače. Tato změna impedance má specifický funkční vztah (typicky přibližně negativní exponenciální vztah) se vzdáleností mezery mezi hrotem sondy a povrchem terče a je také ovlivněna elektromagnetickými vlastnostmi (vodivost, permeabilita) materiálu terče a okolní teplotou.
2. Modulace, přenos a demodulace signálu
Změna amplitudové impedance cívky snímače moduluje vysokofrekvenční nosný signál z kondicionéru. To znamená, že amplituda zpětného signálu (přenášejícího informaci o vzdálenosti) obsahuje informaci o mezeře. Tento modulovaný vysokofrekvenční signál je přenášen zpět do kondicionéru signálu IQS900 přes koaxiální kabel.
Uvnitř IQS900 je zpětný signál nejprve předzesílen. Následně je přesný demodulační obvod (často využívající technologii detekce citlivé na fázi) zodpovědný za odstranění vysokofrekvenčního nosiče a extrahování nízkofrekvenčního napěťového signálu úměrného změně impedance cívky. Tento proces je zásadní; musí přesně obnovit skutečnou amplitudu změny impedance a zároveň účinně potlačit šum způsobený kolísáním napájení, kolísáním kapacity kabelu a externím elektromagnetickým rušením (EMI), čímž je zajištěna čistota a spolehlivost signálu.
3. Linearizace, zesílení a výstupní konverze
Surový napěťový signál z demodulátoru má nelineární vztah se vzdáleností mezery. Vnitřní procesní obvod IQS900 obsahuje vyhrazený linearizační modul. Tento modul zpracovává surový signál pomocí složitých algoritmů (jako je polynomiální přizpůsobení nebo po částech lineární kompenzace), aby jej převedl na standardní signál, který má vysoce lineární proporcionální vztah s mechanickou mezerou.
Dále je linearizovaný signál odeslán do přesného zesilovacího obvodu pro úpravu měřítka a zkreslení tak, aby přesně odpovídal výstupnímu rozsahu a citlivosti zvolené uživatelem prostřednictvím možností objednávky:
Režim výstupního napětí (3vodičový): Poskytuje lineární napěťový signál od -1,6 V (odpovídající minimální mezeře) do -17,6 V (odpovídající maximální mezeře). Vyznačuje se nízkou výstupní impedancí (<100 Ω), dynamickým rozsahem 16 V a je vhodný pro přenos na krátkou vzdálenost do karet pro sběr dat nebo PLC, nabízí silnou schopnost proti rušení.
Režim proudového výstupu (2-drát): Poskytuje proudový signál od -15,5 mA (min. mezera) do -20,5 mA (max. mezera). Dynamický rozsah je 5 mA. Proudový výstup je odolný vůči poklesům napětí a šumu na velké vzdálenosti, takže je ideální pro přenos na dlouhé vzdálenosti do řídicích místností nebo systémů DCS a ze své podstaty poskytuje detekci přerušení vodiče.
Oba výstupy jsou navrženy s ochranou proti zkratu a přepěťovou ochranou.
4. Teplotní kompenzace a kalibrace systému
Změny teploty ovlivňují odpor cívky, charakteristiky kabelu a elektromagnetické vlastnosti materiálu terče. Systém PA150 využívá komplexní návrh teplotní kompenzace. Vnitřní teplotní senzor monitoruje okolní teplotu a algoritmy dynamicky upravují amplitudu budícího signálu nebo parametry demodulačního obvodu tak, aby byla zachována stabilita a přesnost výstupního signálu v celém specifikovaném širokém teplotním rozsahu (Senzor: -40 °C až +180 °C; Kondicionér: -40 °C až +85 °C), minimalizující odchylku měření (< 5 % @ 5 °C).
Celý měřicí řetězec (snímač + kondicionér) je z výroby kalibrován pomocí standardního ocelového terče VCL 140 (1.7225) při 23°C ±5°C, což zajišťuje úplnou zaměnitelnost součástí. To znamená, že senzor nebo kondicionér v systému lze vyměnit jednotlivě bez rekalibrace celého systému, což výrazně zjednodušuje údržbu na místě a snižuje náklady na zásoby náhradních dílů.
5. Vestavěné diagnostické a testovací funkce (BIST)
Volitelná diagnostická funkce kondicionéru signálu IQS900 je vynikající funkcí. Podporuje Built-In Self-Test (BIST), který může nepřetržitě nebo na vyžádání automaticky monitorovat stav měřicího řetězce (včetně samotného senzoru, kabelu a kondicionéru). Pokud je detekována závada (např. přerušený obvod snímače, zkrat, poškození kabelu nebo vnitřní závada kondicionéru), upozorní na dálku tím, že výstup nastaví na hodnotu mimo normální provozní rozsah (< -20,5 mA nebo > -15,5 mA; < -17,6 V nebo > -1,6 V), což umožňuje prediktivní údržbu.
Kromě toho IQS900 poskytuje jedinečnou podporu testování in-situ:
Surový výstup (RAW/COM): Poskytuje 'surový' napěťový signál (-0,8 až -8,8 V), který přímo odráží interní signál přijatý kondicionérem před konečným zpracováním měřítka. To je k dispozici, i když je systém nakonfigurován pro proudový výstup. Tato funkce se používá k ověření stavu spojení ze snímače na přední konec kondicionéru signálu.
Testovací vstup (TEST/COM): Umožňuje přivést signál střídavého testovacího napětí do vstupu kondicionéru. Kondicionér zpracovává tento testovací signál, jako by přišel ze skutečného snímače, a předává jej hlavnímu výstupu. To se používá k ověření integrity celé signálové cesty z kondicionéru signálu do následného monitorovacího systému (včetně izolačních bariér a kabeláže).
Společně tyto funkce umožňují efektivní uvedení do provozu na místě a řešení problémů bez odpojování kabelů nebo zastavování stroje.
Klíčové vlastnosti a výhody
Vysoká integrace a snadná instalace: Integruje senzor, kabel a kondicionér do jedné jednotky, čímž se eliminuje použití externích prodlužovacích kabelů. Odnímatelné pouzdro a držák ve tvaru U umožňují výjimečně snadnou instalaci sondy a nastavení mezery a podporují online nastavení za chodu stroje.
Vynikající mechanický design a přizpůsobivost: Obsahuje nastavitelnou tyč z nerezové oceli (50-800 mm), různé závity adaptéru (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) a délky a více možností montáže kabelů (volba F), které splňují téměř všechny požadavky na instalační prostor a mechanické rozhraní.
Komplexní environmentální a bezpečnostní certifikace: Snímač s krytím IP68, celkový kryt s krytím IP65. K dispozici ve verzích odolných proti výbuchu (Ex) certifikovaných podle ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC atd., pro použití v zóně 0/1/2 (plyn) a zóně 20/21/22 (prach) v nebezpečných oblastech. Vyhovuje API 670 5. vydání a standardům funkční bezpečnosti SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Vysoce výkonné jádro měření: Založeno na osvědčeném měřicím řetězci TQ912 & IQS900, který nabízí lineární rozsah měření 2 mm nebo 4 mm s volitelnou citlivostí 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm nebo 1,25 μA/μm. Široká frekvenční odezva (DC až 20 kHz) zajišťuje zachycení všech relevantních vibračních složek.
Pokročilá diagnostika a testovací schopnosti: Volitelný vestavěný autotest (BIST) pro monitorování stavu systému v reálném čase. Nezpracovaný výstup a testovací vstupní rozhraní podporují komplexní in-situ uvedení do provozu a diagnostiku poruch, čímž zkracují prostoje.
Robustní odolnost vůči okolnímu prostředí: Senzor odolává provozním teplotám od -40 °C do +180 °C, tlakovým rozdílům do 6 barů, vibracím do 5 g a nárazům do 15 g. Utěsněné hliníkové pouzdro (s O-kroužky z Vitonu a těsněním NBR) zajišťuje ochranu kondicionéru v náročných průmyslových prostředích.
Flexibilní elektrický výstup a napájení: Podporuje napěťový a proudový výstup, kompatibilní s většinou monitorovacích systémů. Široký rozsah napájení (-18 až -30 VDC), může být napájen z monitorovacího systému nebo externího bezpečnostního napájecího zdroje.
Aplikace
Systémy ochrany strojů: Pro monitorování relativních vibrací hřídele a axiální polohy u velkých rotačních strojů, jako jsou parní turbíny, plynové turbíny, hydraulické turbíny, kompresory, čerpadla a generátory, aby se zabránilo katastrofickým poruchám.
Sledování stavu a prediktivní údržba: Poskytuje vysoce přesné údaje o vibracích pro analýzu stavu stroje a diagnostiku poruch.
Systémy detekce překročení rychlosti (ODS): Slouží jako snímač rychlosti (Keyphasor) pro kritické funkce ochrany proti překročení rychlosti.
Aplikace související s bezpečností: Díky certifikaci SIL 2 může být použit v ochranných smyčkách strojů vyžadujících funkční bezpečnost.
Aplikace API 670: Plně v souladu s 5. vydáním standardu American Petroleum Institute pro systémy ochrany strojů, takže je ideální pro ropný, plynárenský a petrochemický průmysl.
Aplikace v prostředí s nebezpečím výbuchu: Verze s ochranou proti výbuchu umožňují použití v prostředí s výbušnými plyny nebo prachem, například v ropném a plynárenském, chemickém a farmaceutickém průmyslu.
