TQ412 je vysoce výkonný bezkontaktní převodník vířivých proudů s reverzní montáží z produktové řady VM. Je speciálně navržen pro monitorování stavu a ochranu rotujících strojů v průmyslovém prostředí a slouží jako základní součást systému měření blízkosti TQ402/TQ412, EA402 a IQS900. Tento systém, založený na principu snímání vířivých proudů, přesně měří relativní vibrace, axiální posunutí a změny mezer v rotujících hřídelích strojů. Je široce používán v kritických zařízeních, jako jsou parní turbíny, plynové turbíny, vodní turbíny, generátory, turbokompresory a čerpadla.
Senzor TQ412 se vyznačuje opačnou montáží, takže je vhodný pro instalaci v prostorově omezených nebo speciálně konfigurovaných scénářích. Spolu s prodlužovacím kabelem EA402 a kondicionérem signálu IQS900 tvoří kompletní měřicí řetězec. Všechny komponenty jsou plně zaměnitelné a nevyžadují žádnou individuální kalibraci, což značně zjednodušuje integraci a údržbu systému. Systém podporuje dva rozsahy měření (2 mm nebo 4 mm), poskytuje napěťový nebo proudový výstup a splňuje doporučení standardu API 670.
Klíčové vlastnosti a funkce
1. Bezkontaktní vysoce přesné měření
Na základě efektu vířivých proudů měří změny posunutí na kovových površích bez fyzického kontaktu s cílem.
Rozsah měření: 2 mm nebo 4 mm (zvoleno prostřednictvím možnosti objednávky).
Možnosti citlivosti:
8 mV/μm (200 mV/mil) nebo 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) — což odpovídá rozsahu 2 mm
4 mV/μm (100 mV/mil) nebo 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) — což odpovídá rozsahu 4 mm
Frekvenční odezva: DC až 20 kHz (–3 dB), schopnost zachytit dynamické vibrační signály z vysokorychlostních rotujících strojů.
2. Konstrukce s obrácenou montáží
Speciálně navrženo pro prostorově omezenou nebo speciální mechanickou konstrukci, která nabízí větší flexibilitu instalace.
Poskytuje metrický (M10×1) nebo imperiální (3/8'-24UNF) závit pro různé požadavky na instalaci.
3. Adaptabilita na vysoké teploty a drsné prostředí
Rozsah provozní teploty těla snímače: –40 °C až +180 °C (provozní), s krátkodobým přežitím až do +220 °C.
Celkové hodnocení ochrany: Hlava senzoru má hodnocení IP68, vhodné pro drsná průmyslová prostředí, jako jsou prostředí s vlhkostí, olejem a prachem.
Odolnost proti vibracím: Odolává špičkovým vibracím 5 g v rozsahu 10–500 Hz.
Odolnost proti otřesům: Odolá špičkovému otřesu 15 g (půlsinusová vlna, trvání 11 ms).
4. Certifikace v nevýbušném provedení a bezpečnost
Nabízí několik možností certifikace v nevýbušném provedení (specifikováno prostřednictvím objednacího kódu):
Ex ia Jiskrová bezpečnost (volba A2): Vhodné pro nebezpečné oblasti zóny 0/1/2, certifikováno podle ATEX, IECEx, cCSAus a dalších mezinárodních norem.
Ex nA Nejiskřící (volba A3): Vhodné pro zónu 2 s nebezpečím výbuchu.
Senzor i kabel jsou certifikovány jako nevýbušné, což zajišťuje bezpečné použití v prostředí s nebezpečím výbuchu.
5. Modularita a zaměnitelnost
Plně kompatibilní s kabely TQ402, EA402 a kondicionérem signálu IQS900. Komponenty jsou zaměnitelné a nevyžadují žádnou rekalibraci.
Podporuje tři celkové délky systému (TSL): 1 m, 5 m a 10 m, dosažitelné kombinací různých délkových integrálních kabelů senzoru a prodlužovacích kabelů.
6. Mechanické a materiálové provedení
Hlava snímače používá k zapouzdření cívky materiál Torlon (polyamid-imid), který poskytuje vynikající stabilitu při vysokých teplotách a mechanickou pevnost.
Tělo je vyrobeno z nerezové oceli (AISI 316L) pro vysokou odolnost proti korozi.
Vnitřní zalévání z vysokoteplotní epoxidové pryskyřice zajišťuje dlouhodobou spolehlivost.
Standardní samosvorné miniaturní koaxiální konektory zajišťují spolehlivé připojení a podporují prostředí s vysokou teplotou (až 200 °C).
7. Volitelné konfigurace ochrany
Podrobný pracovní princip
1. Základy efektu vířivých proudů
Senzor TQ412 pracuje na principu snímání vířivých proudů. Jeho hlava obsahuje cívku navinutou z přesného smaltovaného drátu, buzenou vysokofrekvenčním střídavým budicím signálem (typicky 1–2 MHz) z kondicionéru signálu IQS900. Vysokofrekvenční proud vytváří kolem cívky vysokofrekvenční střídavé magnetické pole. Když se sonda senzoru přiblíží k vodivému kovovému terči (např. povrchu hřídele), toto střídavé magnetické pole indukuje na povrchu vodiče cirkulační proudy s uzavřenou smyčkou, známé jako vířivé proudy. Síla těchto vířivých proudů je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi senzorovou sondou a cílovým povrchem. Podle Lenzova zákona tyto vířivé proudy generují opačné magnetické pole, které odolává změně původního pole. Tato interakce způsobuje změnu ekvivalentní impedance (včetně odporových a indukčních složek) cívky snímače. Stupeň změny impedance má přísný funkční vztah se vzdáleností mezery, což poskytuje fyzický základ pro přesné měření.
2. Modulace a demodulace signálu
Kondicionér signálu IQS900 je 'mozkem' celého systému. Jeho vnitřní obvody obsahují přesné nastavení vysokofrekvenčního oscilátoru, modulátoru a demodulátoru. Vysokofrekvenční signál oscilátoru pohání cívku snímače a vytváří vysokofrekvenční střídavý můstek. Když se impedance cívky změní v důsledku změny mezery, dojde k nevyváženosti můstku. Obvod modulátoru detekuje tento nepatrný signál nevyváženosti (obvykle na úrovni milivoltů). Následně demodulátor pomocí technik, jako je Phase-Sensitive Detection (PSD), demoduluje vysokofrekvenčně modulovaný signál obsahující informaci o mezeře na pomalu se měnící signál stejnosměrného napětí. Tento stejnosměrný signál je úměrný vzdálenosti mezery. Pro další zvýšení přesnosti kondicionér také integruje linearizační obvody a obvody teplotní kompenzace. Linearizační obvod koriguje inherentní nelineární charakteristiky snímače pomocí metod, jako je polynomiální přizpůsobení, zajišťující přísný lineární vztah mezi výstupem a vzdáleností v celém rozsahu měření. Obvod teplotní kompenzace nepřetržitě monitoruje okolní teplotu a upravuje parametry obvodu tak, aby působil proti účinkům teplotních změn na odpor cívky, charakteristiky elektronických součástek a kapacitu kabelu. To zajišťuje extrémně vysokou stabilitu měření od -40 °C do +180 °C, s typickým posunem menším než 5 %.
3. Typy výstupních signálů
Kondicionér IQS900 převádí zpracovaný stejnosměrný signál do dvou standardních průmyslových výstupních režimů, aby se přizpůsobil různým potřebám integrace systému:
Napěťový výstupní režim (3vodičový): Tento režim poskytuje vysoce přesný napěťový signál úměrný mezeře v rozsahu od -1,6 V do -17,6 V. Interně využívá obvod operačního zesilovače s hlubokou negativní zpětnou vazbou, čímž dosahuje velmi nízké výstupní impedance (<100 Ω u DC). Výhodou nízké výstupní impedance je schopnost pohánět větší kapacitní zátěže a výrazně snížit útlum a zkreslení signálu při dlouhém kabelovém přenosu. Je velmi vhodný pro přímé připojení k vysokoimpedančním vstupním systémům sběru dat, analogovým vstupním modulům PLC nebo osciloskopům pro diagnostiku.
Režim proudového výstupu (2-drát): Tento režim poskytuje proudový signál od -15,5 mA do -20,5 mA. Proudový výstup je známý svou vlastní silnou odolností vůči elektromagnetickému rušení (EMI), díky čemuž je zvláště vhodný pro drsná průmyslová prostředí vyžadující přenosovou vzdálenost až několik set metrů. Přesný obvod převodu V/I uvnitř kondicionéru zajišťuje, že aktuální hodnota není ovlivněna změnami odporu vedení. Přijímací strana vyžaduje pouze přesný vzorkovací rezistor ≤ 350 Ω pro převod proudového signálu na napěťový signál pro měření. Tato zjednodušená konstrukce výrazně snižuje složitost a náklady na zařízení pro vzdálený příjem.
4. Teplotní kompenzace a kalibrace
Systém je kalibrován při +23°C ±5°C za použití standardního materiálu terče (ocel VCL 140, 1.7225).
Vnitřní obvody kompenzace teploty zajišťují, že výstupní odchylka zůstane pod 5 % v rozsahu –40 °C až +180 °C.
Pokud se použijí nestandardní cílové materiály (jako je nerezová ocel, hliník, slitiny atd.), musí se křivky výkonu regenerovat nebo použít korekce citlivosti.
5. Diagnostické funkce (volitelné)
Při spárování s kondicionérem signálu IQS900 s diagnostikou (možnost objednání C2) může systém dosáhnout:
Diagnostika řetězu: Detekce závad v senzoru, kabeláži a/nebo samotném kondicionéru v reálném čase.
Certifikace SIL 2: Vyhovuje normám funkční bezpečnosti IEC 61508, vhodné pro aplikace související s bezpečností.
Indikace poruchy: Dálková indikace alarmu prostřednictvím výstupních signálů spadajících mimo normální rozsah (např. proudový výstup > –15,5 mA nebo < –20,5 mA).
6. Systémová integrace a zpracování signálů
Senzor TQ412, prodlužovací kabel EA402 a kondicionér IQS900 tvoří kompletní měřicí řetězec.
Celková délka systému (TSL) vyžaduje 'elektrické oříznutí' k zajištění výkonu systému a zaměnitelnosti (např. skutečná délka kabelu pro 5m systém nesmí být menší než 4,4 m).
Surový signál (vývod RAW/COM) a testovací vstup (vývod TEST/COM) lze použít pro ladění systému a pokročilou diagnostiku.
7. Instalace a mechanické přizpůsobení
Konstrukce s obrácenou montáží je vhodná pro instalaci v omezených prostorech nebo se speciální geometrií.
Nabízí různé délky těla (20–250 mm) a možnosti délky bez závitu (0–230 mm).
Volitelná flexibilní hadice z nerezové oceli nebo plášť FEP mohou prodloužit životnost kabelu a přizpůsobit se prostředí s vysokou teplotou, korozi nebo mechanickému opotřebení.
Typické aplikační scénáře
Monitorování vibrací rotačních strojů: Relativní měření vibrací hřídelí plynových turbín, parních turbín, vodních turbín, kompresorů a čerpadel.
Monitorování axiálního posuvu: Poloha axiálního ložiska, monitorování roztažení hřídele.
Měření mezery: Vůle těsnění, sledování vůle špičky čepele.
Bezpečnostní ochranné systémy: Integrace se systémy řady VM pro dosažení mechanické ochrany a prediktivní údržby.
