TQ403 je vysoce výkonný bezkontaktní senzor pro měření přiblížení z produktové řady VM. Spolu s prodlužovacím kabelem EA403 a kondicionérem signálu IQS450 tvoří kompletní systém měření přiblížení. Systém založený na principu vířivých proudů je široce používán pro monitorování stavu a ochranu průmyslových rotačních strojů, zvláště vhodný pro měření vibrací a polohy v kritických zařízeních, jako jsou parní turbíny, plynové turbíny, hydraulické turbíny, generátory, turbokompresory a čerpadla.
Systém TQ403 se vyznačuje vysokou přesností, vysokou spolehlivostí, provozem v širokém teplotním rozsahu a vynikající přizpůsobivostí prostředí. Podporuje použití v nebezpečných oblastech (prostředí s ochranou proti výbuchu) a poskytuje možnosti napěťového i proudového výstupu, takže je vhodný pro různé požadavky na integraci průmyslových monitorovacích systémů.
Pracovní princip
Systém pro bezdotykové měření vzdálenosti TQ403 funguje na principu vířivých proudů pro bezkontaktní měření výchylky. Pracovní mechanismus systému je následující:
1. Generování elektromagnetického pole a vazební mechanismus
Jádrem snímače TQ403 je přesně vinutá struktura cívky poháněná vysokofrekvenčním střídavým signálem z kondicionéru signálu IQS450. Když cívkou prochází střídavý proud, generuje v okolním prostoru vysokofrekvenční střídavé elektromagnetické pole. Toto pole má specifické charakteristiky prostorového rozložení, přičemž jeho síla exponenciálně klesá s rostoucí vzdáleností. Když vodivý kovový terč vstoupí do tohoto elektromagnetického pole, indukují se na povrchu terče vířivé proudy s uzavřenou smyčkou podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Síla a distribuční charakteristiky těchto vířivých proudů úzce souvisí se vzdáleností mezi senzorem a cílem, elektrickými a magnetickými vlastnostmi materiálu terče a frekvencí buzení.
2. Modulace impedance a extrakce signálu
Tok vířivých proudů v materiálu terče generuje opačné elektromagnetické pole ve fázi opačné k původnímu poli, jev známý jako Lenzův zákon. Interakce mezi těmito dvěma poli výrazně mění ekvivalentní impedanci cívky snímače. Tato změna impedance zahrnuje variace jak v odporové, tak v indukční složce: změna v odporové složce vychází hlavně ze ztráty energie způsobené vířivými proudy, zatímco změna v induktivní složce pochází ze zeslabujícího účinku zpětného pole na původní pole. Mezi změnou impedance cívky snímače a vzdáleností mezery existuje vysoce nelineární funkční vztah. Systém převádí tento nelineární vztah na vysoce lineární napěťový nebo proudový výstup pomocí přesného návrhu obvodu a algoritmického zpracování.
3. Úprava signálu a zpracování linearizace
Kondicionér signálu IQS450 slouží jako inteligentní jádro celého systému, obsahující vysoce výkonný vysokofrekvenční oscilátor, přesný demodulační obvod a pokročilou jednotku zpracování signálu. Oscilátor generuje vysokofrekvenční signál (typicky 1-2 MHz) se stabilní frekvencí a konstantní amplitudou pro buzení cívky snímače. Přijímací obvod přesně extrahuje užitečné informace ze změn impedance pomocí technologie fázově citlivé detekce (PSD). Systém využívá technologii digitální teplotní kompenzace a polynomiální algoritmy pro provádění linearizačního zpracování v reálném čase a kompenzaci teplotního driftu na nezpracovaných signálech ze snímače, což zajišťuje vynikající přesnost měření v celém rozsahu provozních teplot.
4. Výstupní rozhraní a systémová integrace
Zpracované měřicí signály jsou vydávány dvěma způsoby: režim napěťového výstupu využívá třívodičovou konfiguraci poskytující lineární výstup od -1,6 V do -17,6 V, což odpovídá rozsahu měření 0,75 mm až 12,75 mm; režim proudového výstupu využívá dvouvodičovou konfiguraci poskytující proudové signály od -15,5 mA do -20,5 mA. Obě výstupní metody jsou vybaveny ochranou proti zkratu a ochranou proti přepólování, což umožňuje přímou integraci s PLC, DCS nebo vyhrazenými systémy monitorování stroje. Parametry výstupní impedance, kapacity a indukčnosti systému jsou optimalizovány tak, aby byla zajištěna integrita a stabilita signálu při přenosu dlouhým kabelem.
5. Kalibrace a kompenzace cílového materiálu
Systém je z výroby kalibrován s použitím oceli VCL 140 (1,7225) jako standardního cílového materiálu s citlivostí nastavenou na 1,33 mV/μm nebo 0,417 μA/μm. Protože různé materiály mají různou elektrickou vodivost a magnetickou permeabilitu, je nutná rekalibrace nebo korekce materiálového koeficientu, pokud se materiál terče v praktických aplikacích změní. Systém podporuje přizpůsobené kalibrační služby. Uživatelé mohou poskytnout specifické vzorky materiálů a my poskytneme cílená kalibrační řešení, abychom zajistili, že přesnost měření splňuje specifické požadavky aplikace.
Vlastnosti
Systém TQ403 integruje několik pokročilých technologií, nabízí vynikající výkonnostní charakteristiky a širokou přizpůsobitelnost aplikací. Mezi jeho hlavní vlastnosti patří:
1. Schopnost skutečného bezkontaktního měření
Systém využívá zcela bezkontaktní metodu měření, která eliminuje mechanické opotřebení, třecí teplo a účinky zatížení spojené s tradičními kontaktními snímači. Tato metoda měření je vhodná zejména pro aplikace vysokorychlostních rotačních strojů a umožňuje přesné zachycení dynamického chování rotoru, aniž by došlo k dodatečnému zatížení nebo rušení rotujícího tělesa. Absence fyzického kontaktu mezi snímačem a cílem výrazně prodlužuje životnost zařízení a snižuje nároky na údržbu.
2. Ultra-široká šířka pásma a charakteristiky vysoké dynamické odezvy
Systém se vyznačuje extrémně širokým rozsahem frekvenční odezvy od DC do 20 kHz (-3dB), což je ukazatel výkonu, který vede u průmyslových senzorů přiblížení. Nízkofrekvenční konec sahá až do DC, což umožňuje přesné měření pomalu se měnících posunů a statických poloh; vysokofrekvenční konec dosahuje 20 kHz, což je dostatečné pro zachycení vysokofrekvenčních vibračních složek a nárazových událostí u většiny rotujících strojů. Tato charakteristika široké šířky pásma umožňuje použití systému nejen pro monitorování vibrací, ale také pro pokročilé diagnostické aplikace, jako je analýza frekvence záběru ozubených kol a extrakce chybných vlastností ložisek.
3. Rozšířený rozsah měření a vynikající lineární výkon
TQ403 poskytuje široký rozsah měření 12 mm, podstatně větší než tradiční 2mm nebo 4mm snímače přiblížení, nabízí větší instalační prostor a bezpečnostní rezervu pro monitorování vibrací velkých rotačních strojů. Systém si zachovává vynikající lineární charakteristiky v celém rozsahu měření, s chybou linearity řízenou v minimálním rozsahu po přesné kompenzaci. Uživatelé mohou znát charakteristiky přesnosti různých měřicích intervalů prostřednictvím poskytnutých výkonových křivek, a tím vybrat vhodné provozní body na základě aktuálních požadavků aplikace.
4. Extrémní přizpůsobivost prostředí a robustnost Konstrukce
Systém může pracovat stabilně v extrémních teplotních rozmezích od -40°C do +180°C, s krátkodobou tolerancí až do +220°C v drsném prostředí. Hlava senzoru má stupeň krytí IP68, který poskytuje úplnou ochranu proti vnikání prachu a nepřetržitém ponoření. Mechanicky snímač odolá zrychlení vibrací o velikosti 5 g (10-500 Hz) a nárazovém zrychlení o velikosti 15 g (poloviční sinusová vlna, trvání 11 ms), což zajišťuje spolehlivý provoz v náročných průmyslových prostředích.
5. Komplexní certifikace v nevýbušném provedení a zajištění bezpečnosti
Systém poskytuje několik certifikovaných verzí v nevýbušném provedení pro splnění různých regionálních a mezinárodních standardních požadavků: Verze Ex ia vyhovuje certifikacím IECEx, ATEX, cCSAus a dalším certifikacím, vhodná pro zóny s nebezpečím výbuchu 0/1/2; Verze Ex nA je vhodná pro oblasti zóny 2. Každý nevýbušný typ má odpovídající certifikáty a zvláštní podmínky pro použití. Uživatelé si mohou vybrat vhodnou ochranu proti výbuchu na základě aktuálního aplikačního prostředí.
6. Flexibilní konfigurace výstupu a možnosti integrace systému
Systém poskytuje napěťové i proudové výstupní režimy pro splnění různých požadavků na rozhraní. Režim napěťového výstupu poskytuje dynamický rozsah 16V s výstupní impedancí 500Ω; režim proudového výstupu poskytuje dynamický rozsah 5 mA pomocí dvouvodičového způsobu připojení, což výrazně zjednodušuje požadavky na zapojení. Oba výstupy jsou vybaveny ochranou proti zkratu a přetížením, což zajišťuje ochranu zařízení v náhodných situacích.
7. Výborná zaměnitelnost komponent a škálovatelnost systému
Systém využívá modulární koncepci, kde jsou všechny komponenty (senzor, kabel, kondicionér) plně zaměnitelné bez rekalibrace. Podporuje různé kombinace délek kabelů (1m/5m/10m integrovaný kabel + prodlužovací kabel) s celkovou délkou systému 5m nebo 10m. Systém také podporuje 'elektrické ořezávání', optimalizující výkon systému úpravou elektrické délky kabelu, aby byla zajištěna integrita signálu při přenosu dlouhého kabelu.
8. Odolná mechanická struktura a více možností ochrany
Hlava snímače je vyrobena z materiálu Torlon® (polyamid-imid), který nabízí vynikající stabilitu při vysokých teplotách, mechanickou pevnost a odolnost proti chemické korozi. Kryt je vyroben z nerezové oceli MAZ (1.4305), která poskytuje vynikající mechanickou ochranu. Uživatelé mohou také volitelně vybavit flexibilní hadice z nerezové oceli (minimální poloměr ohybu 50 mm) a pláště FEP pro další zvýšení mechanické ochrany kabelů a přizpůsobení se životnímu prostředí.
9. Široká systémová kompatibilita a adaptabilita aplikací
Systém lze hladce integrovat s odpovídajícími monitorovacími systémy VM nebo napájet nezávisle externím zdrojem napájení. Poskytuje možnosti montáže na DIN lištu (montážní adaptér MA130) pro snadnou instalaci do ovládacích skříní. Systém také nabízí různé možnosti příslušenství, včetně průmyslových skříní, spojovacích krabic a propojovacích ochran, které splňují požadavky na instalaci pro různá aplikační prostředí.
Shrnutí technických specifikací
| položky |
Specifikace |
| Princip měření |
Efekt vířivých proudů |
| Rozsah měření |
12 mm |
| Možnosti výstupu |
Napětí: -1,6 V až -17,6 V
Proud: -15,5 mA až -20,5 mA |
| Frekvenční odezva |
DC až 20 kHz (-3 dB) |
| Chyba linearity |
Viz Výkonnostní křivky (Strana 5) |
| Provozní teplota |
-40 °C až +180 °C |
| Hodnocení ochrany |
IP68 (hlava senzoru) |
| Certifikace proti výbuchu |
Ex ia IIC T6–T3 Ga (zóna 0/1/2)
Ex nA IIC T6–T3 Gc (zóna 2) |
| Typ kabelu |
70 Ω koaxiální kabel, FEP plášť |
| Konektor |
Samosvorný miniaturní koaxiální konektor |
| Hmotnost |
Přibl. 140 g (standardní) / 220 g (ex verze) |
Oblasti použití
Systém TQ403 je široce používán v následujících průmyslových scénářích:
Turbomachinery: Monitorování relativních vibrací hřídele a axiální polohy pro parní turbíny, plynové turbíny a hydraulické turbíny
Zařízení pro výrobu energie: Monitorování stavu generátorů a budičů
Kompresorové sady: Antivibrační ochrana pro odstředivé a axiální kompresory
Vybavení čerpadla: Mechanické monitorování stavu pro vysokorychlostní čerpadla a vícestupňová čerpadla
Ostatní rotační stroje: ventilátory, převodovky, motory atd.
