Proximity Transducer TQ402 je základní součástí systému měření vzdálenosti TQ402/TQ412, EA402 a IQS900. Tento systém tvoří kompletní, bezkontaktní řetězec měření dráhy založený na principu vířivých proudů, speciálně navržený pro monitorování stavu a ochranu průmyslových rotačních strojů.
Převodník TQ402, známý pro svou vysokou přesnost, spolehlivost a mimořádnou odolnost vůči životnímu prostředí, je široce používán v kritických zařízeních, jako jsou parní turbíny, plynové turbíny, hydraulické turbíny, generátory, turbokompresory a čerpadla pro měření relativních vibrací hřídele a axiální polohy. Konstrukce systému odpovídá standardům API 670 a je k dispozici ve verzích certifikovaných pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu, což z něj činí ideální volbu pro špičkové průmyslové aplikace.
II. Klíčové vlastnosti
Vysoce přesné a bezkontaktní měření
TQ402 přesně měří nepatrné změny v mezeře mezi hrotem sondy a cílovým kovovým povrchem a převádí je na odpovídající elektrické signály. Tato bezkontaktní metoda zabraňuje opotřebení rotujících součástí, takže je dokonale vhodná pro drsné provozní podmínky zahrnující vysoké rychlosti a teploty.
Plná zaměnitelnost součástí systému
Celý měřicí systém (včetně sond TQ402/TQ412, prodlužovacích kabelů EA402 a kondicionéru signálu IQS900) je přesně kalibrován, přičemž všechny součásti jsou plně zaměnitelné. Uživatelé mohou vyměnit jakoukoli součást bez nutnosti složitého porovnávání nebo rekalibrace na místě, přičemž zachovávají specifikovaný výkon systému. To výrazně zjednodušuje údržbu a snižuje náklady na zásoby.
Široký rozsah měření a možnosti výstupu
Systém nabízí dva standardní lineární rozsahy měření: 2 mm (0,15 až 2,15 mm) a 4 mm (0,3 až 4,3 mm). Kondicionér signálu IQS900 poskytuje napěťové (-1,6 V až -17,6 V) i proudové (-15,5 mA až -20,5 mA) možnosti výstupu, což usnadňuje integraci s různými backend monitorovacími systémy, jako je VM600 nebo VibroSmart®.
Výjimečná odolnost vůči životnímu prostředí
Teplotní rozsah: Tělo snímače pracuje spolehlivě od -40 °C do +180 °C s odchylkou menší než 5 % a může přežít krátkodobou expozici až do +220 °C.
Stupeň krytí: Špička sondy a integrální kabelová část mají stupeň krytí IP68, který chrání proti vnikání prachu a dlouhodobému ponoření do vody.
Mechanická pevnost: Dokáže odolat špičkovým vibracím 5 g (10-500 Hz) a 15 g špičkovým nárazům (trvání 11 ms), což zajišťuje stabilní provoz ve vysoce vibračních prostředích.
Robustní fyzická konstrukce
Špička sondy: Obsahuje cívku zapouzdřenou ve špičce lisované z Torlon® (polyamid-imid), která nabízí vynikající odolnost proti vysokým teplotám, odolnost proti korozi a mechanickou pevnost.
Tělo převodníku: Vyrobeno z nerezové oceli AISI 316L a zalité vysokoteplotní epoxidovou pryskyřicí, což zajišťuje celkovou robustnost a odolnost.
Kabel a konektory: Používá koaxiální kabel 75 Ω s izolací FEP, o průměru 3,6 mm. Konektory jsou samosvorné miniaturní koaxiální typy, které se bezpečně zamykají ručním utažením a jsou vybaveny mechanismem proti uvolnění.
Komplexní bezpečnostní certifikace a shoda
TQ402 je k dispozici ve verzích certifikovaných pro použití v nebezpečných oblastech, včetně:
Ex ia Jiskrová bezpečnost (pro zónu 0, 1, 2).
Ex nA Nejiskřící (pro zónu 2).
Systém navíc vyhovuje mnoha mezinárodním standardům a směrnicím, jako jsou CE, EAC a RoHS.
III. Pracovní princip
Bezdotykový snímač TQ402 a jeho systém fungují na základním fyzikálním principu vířivých proudů. Následuje podrobný popis celého procesu od generování signálu až po konečný výstup.
1. Generování efektu vířivých proudů
Srdcem snímače TQ402 je přesně vinutá cívka zalisovaná uvnitř robustní špičky sondy Torlon®. Když je systém napájen, dodávaný kondicionér signálu IQS900 napájí tuto cívku vysokofrekvenčním střídavým proudem (typicky 1-2 MHz). Podle zákonů elektromagnetismu generuje tento střídavý proud kolem hrotu sondy vysokofrekvenční střídavé elektromagnetické pole.
Když se sonda přiblíží k vodivému kovovému cíli (např. ocelové hřídeli stroje), toto střídavé elektromagnetické pole pronikne do povrchu cíle. Faradayův zákon indukce určuje, že měnící se magnetické pole indukuje uvnitř vodiče cirkulační proudy s uzavřenou smyčkou, známé jako vířivé proudy. Hustota a intenzita těchto vířivých proudů úzce souvisí se vzdáleností mezi sondou a cílem.
2. Změna impedance a detekce signálu
Samotné indukované vířivé proudy vytvářejí opačné elektromagnetické pole (Lenzův zákon), které interaguje s původním polem vytvářeným cívkou sondy. Tato interakce způsobuje změnu efektivní střídavé impedance cívky sondy. Konkrétně, jak se vzdálenost zmenšuje, vazebný efekt sílí, efekt vířivých proudů se stává významnějším a zvyšuje se impedance cívky. Naopak s rostoucí vzdáleností impedance klesá.
Mezerová vzdálenost mezi sondou a cílem je tedy přímo převedena na změnu elektrické impedance cívky snímače TQ402. Tato změna impedance obsahuje informace jak o statických (průměrná vzdálenost) tak o dynamických (vibračních) aspektech mezery.
3. Úprava a demodulace signálu
Úlohou kondicionéru signálu IQS900 je detekovat a zpracovat tuto jemnou změnu impedance. Obsahuje přesný obvod modulátor/demodulátor. Kondicionér nepřetržitě monitoruje změny v budicím signálu dodávaném do cívky vyplývající z kolísání impedance.
Prostřednictvím demodulace vráceného vysokofrekvenčního signálu IQS900 přesně extrahuje složku napětí nebo proudu úměrnou vzdálenosti mezery. Tento proces odfiltruje vysokofrekvenční nosnou vlnu a ponechá pouze nízkofrekvenční (DC až 20 kHz) signál související se vzdáleností.
4. Linearizace a výstup
Demodulovaný signál je zesílen a linearizován, převeden na standardní, snadno měřitelný výstup elektrického signálu:
Napěťový výstupní režim: Vydává stejnosměrné napětí úměrné mezeře s typickými citlivostmi 8 mV/μm (200 mV/mil) pro rozsah 2 mm nebo 4 mV/μm (100 mV/mil) pro rozsah 4 mm. Lineární výstup se typicky pohybuje od -1,6 V (minimální mezera) do -17,6 V (maximální mezera).
Režim proudového výstupu: Vydává proud úměrný mezeře s typickými citlivostmi 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) nebo 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil). Lineární výstup se typicky pohybuje od -15,5 mA (minimální mezera) do -20,5 mA (maximální mezera).
Systém vykazuje vynikající linearitu ve specifikovaném rozsahu (např. 2 mm nebo 4 mm), což zajišťuje vysoce přesný proporcionální vztah mezi výstupním napětím/proudem a mechanickou mezerou.
5. Oddělení statických a dynamických signálů
Konečný výstupní signál obsahuje jak DC (stejnosměrný proud), tak AC (střídavý proud):
DC komponenta: Představuje průměrnou polohu nebo statickou mezeru mezi sondou a cílem, používá se pro monitorování pomalu se měnících parametrů, jako je axiální posunutí nebo opotřebení ložisek.
AC komponenta: Navrstvená na stejnosměrnou komponentu představuje dynamickou vibraci cíle vzhledem k sondě. Jeho amplituda odráží intenzitu vibrací a jeho frekvence udává zdroj vibrací. To umožňuje systému provádět současně monitorování polohy a vibrací.
6. Teplotní kompenzace a kalibrace systému
Aby byla zajištěna přesnost měření v celém rozsahu provozních teplot (-40 °C až +180 °C), návrh systému zahrnuje mechanismy teplotní kompenzace, které minimalizují dopad teplotního posunu na výstup. Převodník je z výroby kalibrován s použitím oceli VCL 140 (1.7225) jako cílového materiálu, který je ekvivalentní běžným materiálům hřídele, jako je AISI 4140. Pro aplikace se speciálními materiály se doporučuje konzultace s výrobcem pro získání konkrétních výkonových křivek.
IV. Systémová integrace a body výběru
Celková délka systému: Celková délka systému je součtem délky kabelu převodníku TQ402 a délky prodlužovacího kabelu EA402. Standardní délky systému jsou 1 metr, 5 metrů a 10 metrů, dosažitelné pomocí flexibilních kombinací různých délek sondy a prodlužovacích kabelů.
Elektrické oříznutí: Pro zajištění výkonu systému a zaměnitelnosti vyžaduje jmenovitá délka prodlužovacích kabelů 'elektrické oříznutí'. Skutečná využitelná minimální celková délka je o něco menší než jmenovitá hodnota (např. minimálně 4,4 m pro 5 m systém).
Volitelná ochrana: Flexibilní hadice z nerezové oceli s pláštěm FEP lze zvolit tak, aby poskytovaly dodatečnou mechanickou ochranu a chemickou odolnost kabelů.
Instalace: Tělo snímače nabízí možnosti s metrickým i palcovým závitem a lze jej spárovat s různými montážními držáky, aby vyhovovaly různým instalačním prostorům a požadavkům.
V. Diagnostika systému a integrita bezpečnosti (SIL)
Systém TQ402 ve spojení s kondicionérem signálu IQS900 nabízí pokročilé funkce uspokojující potřeby moderní průmyslové bezpečnosti a spolehlivosti.
Funkce vestavěné diagnostiky: Kondicionér signálu IQS900 nabízí volitelný diagnostický obvod BIST (Built-In Self-Test). Když je diagnostika povolena, systém nepřetržitě monitoruje stav celého měřicího řetězce (včetně samotného senzoru, kabelu a kondicionéru). Při detekci přerušení, zkratů nebo jiných poruch změní výstupní signál tak, aby jasně indikoval problém:
V režimu napěťového/proudového výstupu bude výstupní hodnota spadat mimo normální rozsah -1,6 V až -17,6 V nebo -15,5 mA až -20,5 mA, což poskytuje jasné chybové hlášení pro backend monitorovací systém a umožňuje prediktivní údržbu.
Certifikace funkční bezpečnosti: Kondicionér signálu IQS900 s diagnostikou je navržen tak, aby vyhovoval SIL 2 (podle IEC 61508) a PL c, Cat. 1 (podle ISO 13849) Úrovně integrity bezpečnosti. To znamená, že konstrukce systému je přiměřená pro splnění přísných požadavků mnoha aplikací souvisejících s bezpečností (např. systémy ochrany strojů), což uživatelům pomáhá snáze budovat výrobní systémy, které splňují bezpečnostní normy.
VI. Možnosti mechanické konfigurace a instalace
Flexibilní mechanická konfigurace:
Specifikace závitu: Tělo snímače TQ402 nabízí různé možnosti závitů, včetně metrických M10x1, M14x1.5, M16x1.5 a imperiálních 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, vyhovujících globálním standardům vybavení a montážních otvorů.
Přizpůsobení rozměrů: Uživatelé mohou specifikovat délku pouzdra (od 20 mm do 250 mm) a délku bez závitu (od 0 mm do 230 mm) na základě požadavků na hloubku instalace, což nabízí vysokou flexibilitu instalace.
Model s reverzní montáží: Pro aplikace, kde se standardní TQ402 nevejde, nabízí řada také model TQ412. TQ412 je speciálně navržen pro aplikace se zpětnou montáží, kde je orientace hrotu sondy zarovnána se směrem výstupu kabelu, což je vhodné pro měření zevnitř krytu zařízení směrem ven.
Příslušenství pro připojení a ochranu:
Ochrana konektoru: Pro ochranu spojovacího bodu mezi kabelem sondy a prodlužovacím kabelem je k dispozici propojovací ochrana IP172, která zabraňuje kontaminaci olejem, vlhkostí a mechanickému poškození.
Ochrana kabelu: Kromě pevného pláště FEP jsou volitelně k dispozici flexibilní hadice z nerezové oceli (ochranné trubky). Ty se mohou pohybovat vzhledem ke kabelu pro snazší instalaci a poskytují robustní mechanickou ochranu ve složitých a drsných trasách vedení.
Montážní držáky: K dispozici jsou různé adaptéry pro montáž sondy (např. řada PA15x) spolu s montážním adaptérem na DIN lištu MA130 pro kondicionér signálu IQS900. To podporuje standardní lišty TH 35, což usnadňuje modulární instalaci s vysokou hustotou v rozvaděčích.
