PA150-sondemonteringsadapteren med nærhedsmålingskæde er et komplet, selvstændigt, berøringsløst forskydningsmålesystem fra VM-produktlinjen. Dette integrerede system kombinerer en TQ912 hvirvelstrømsnærhedssensor og en IQS900 signalbehandlingsanlæg indeholdt i et robust, forseglet kabinet, specielt designet til barske industrielle miljøer og farlige områder (potentielt eksplosive atmosfærer). Dens kernefunktion er nøjagtigt at måle relativ akselvibration og aksial position i roterende maskineri (såsom dampturbiner, gasturbiner, hydrauliske turbiner, generatorer, turbokompressorer og pumper). Det bruges i vid udstrækning til maskinbeskyttelse, tilstandsovervågning, overhastighedsdetektionssystemer (ODS) og sikkerhedsrelaterede applikationer, fuldt kompatibel med API 670 5. udgave-standarder.
En vigtig fordel ved PA150 er dens meget integrerede og modulære design. Den kombinerer sensoren, et 1-meters integreret kabel og signalbehandleren i en enkelt enhed, hvilket eliminerer behovet for et separat EA902 forlængerkabel. Dens unikke aftagelige hus med en U-formet holder letter en usædvanlig nem sondeinstallation og spaltejustering, selv mens maskinen kører. Den justerbare stang i rustfrit stål (tilgængelig i længder fra 50 til 800 mm) og forskellige adaptergevind- og længdemuligheder giver enorm installationsfleksibilitet til tilpasning til komplekse maskinstrukturer og rumlige begrænsninger.
Systemet tilbyder enten spændings- (3-leder) eller strøm (2-leder) output, med kortslutningsbeskyttelse. Dens frekvensrespons strækker sig op til DC til 20 kHz, hvilket gør det muligt at fange subtile vibrationsdetaljer i højhastighedsroterende maskineri. Sensorenden tilbyder et ekstremt bredt driftstemperaturområde (-40°C til +180°C), hvilket gør det muligt at håndtere højtemperaturmiljøer. Desuden er PA150 tilgængelig i standardversioner og eksplosionssikre (Ex) versioner certificeret af forskellige internationale standarder (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC osv.), der opfylder sikkerhedskravene til brug i farlige områder globalt. Den indbyggede IQS900-signalbehandler understøtter også valgfri indbygget selvtest-funktionalitet (BIST), råsignaloutput og testsignalinput, hvilket væsentligt forenkler system-idriftsættelse, felttestning og fejlfindingsprocesser.
Arbejdsprincip
PA150-systemet fungerer baseret på hvirvelstrømsprincippet for at opnå dens højpræcisions-berøringsfri forskydningsmåling. Dens arbejdsprincip er en kompleks og præcis proces, der involverer elektromagnetisk induktion, højfrekvent signalmodulation og demodulation, signallinearisering, temperaturkompensation og indbygget diagnostik. Processen er uddybet trin-for-trin nedenfor.
1. Hvirvelstrømsinduktion og signalgenerering
Kernen i systemet er TQ912 nærhedssensoren. Dens hoved indeholder en sonde bestående af en præcisionsviklet spole, indkapslet i højtydende termoplastisk PPS (polyphenylensulfid) og krympet ind i en rustfri stål (AISI 316L) krop. En højfrekvent oscillator i IQS900 signalbehandlingsenheden genererer et AC-signal i MHz-området, som transmitteres til sensorsondespolen via et 70 ohm karakteristisk impedans-koaksialkabel.
Når højfrekvent strøm løber gennem spolen, genererer den et vekslende elektromagnetisk felt ved dens forende. Når dette felt nærmer sig et ledende metalmål (typisk maskinens aksel), induceres hvirvelstrømme på måloverfladen i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induktion. Disse hvirvelstrømme genererer i sig selv et nyt magnetfelt, der er modsat det oprindelige felt (Lenz's lov), hvilket forårsager en ændring i sensorspolens effektive impedans. Denne ændring i impedans har et specifikt funktionelt forhold (typisk tilnærmelsesvis et negativt eksponentielt forhold) med afstanden mellem sondespidsen og måloverfladen og er også påvirket af de elektromagnetiske egenskaber (ledningsevne, permeabilitet) af målmaterialet og den omgivende temperatur.
2. Signalmodulation, transmission og demodulation
Ændringen i sensorspolens impedansamplitude-modulerer det højfrekvente bæresignal fra conditioneren. Det vil sige, at amplituden af retursignalet (som bærer afstandsinformationen) indeholder mellemrumsinformationen. Dette modulerede højfrekvente signal sendes tilbage til IQS900 signalbehandlingsenheden via koaksialkablet.
Inde i IQS900 bliver retursignalet først forforstærket. Efterfølgende er et præcist demodulationskredsløb (ofte ved hjælp af fasefølsom detektionsteknologi) ansvarlig for at fjerne højfrekvente bærebølger og udvinde et lavfrekvent spændingssignal proportionalt med ændringen i spoleimpedans. Denne proces er afgørende; den skal nøjagtigt genoprette den sande amplitude af impedansændringen, samtidig med at den effektivt undertrykker støj introduceret af strømforsyningsfluktuationer, kabelkapacitansvariationer og ekstern elektromagnetisk interferens (EMI), hvilket sikrer signalets renhed og pålidelighed.
3. Linearisering, forstærkning og outputkonvertering
Råspændingssignalet fra demodulatoren har et ikke-lineært forhold til mellemrummets afstand. Det interne behandlingskredsløb i IQS900 inkluderer et dedikeret lineariseringsmodul. Dette modul behandler råsignalet gennem komplekse algoritmer (såsom polynomisk tilpasning eller stykkevis lineær kompensation) for at konvertere det til et standardsignal, der har et meget lineært proportionalt forhold til det mekaniske mellemrum.
Dernæst sendes det lineariserede signal til et præcisionsforstærkningskredsløb til skalering og biasjustering for præcist at matche outputområdet og følsomheden valgt af brugeren gennem bestillingsmuligheder:
Spændingsudgangstilstand (3-leder): Giver et lineært spændingssignal fra -1,6 V (svarende til minimum mellemrum) til -17,6 V (svarende til maksimum mellemrum). Den har lav udgangsimpedans (<100 Ω), et dynamisk område på 16 V, og er velegnet til kortdistancetransmission til dataindsamlingskort eller PLC'er, der tilbyder stærk anti-interferenskapacitet.
Strømudgangstilstand (2-leder): Giver et strømsignal fra -15,5 mA (min. mellemrum) til -20,5 mA (maks. mellemrum). Det dynamiske område er 5 mA. Strømudgangen er immun over for spændingsfald og støj over lange afstande, hvilket gør den ideel til langdistancetransmission til kontrolrum eller DCS-systemer og giver i sagens natur ledningsbruddetektion.
Begge udgange er designet med kortslutningsbeskyttelse og overspændingsbeskyttelse.
4. Temperaturkompensation og systemkalibrering
Temperaturvariationer påvirker spolens modstand, kabelegenskaber og målmaterialets elektromagnetiske egenskaber. PA150-systemet anvender omfattende temperaturkompensationsdesign. En intern temperatursensor overvåger omgivelsestemperaturen, og algoritmer justerer dynamisk excitationssignalets amplitude eller demodulationskredsløbsparametre for at opretholde outputsignalets stabilitet og nøjagtighed over det specificerede brede temperaturområde (sensor: -40°C til +180°C; Conditioner: -40°C til +85°C), hvilket minimerer @5 % måledrift -03°C (<0305°C).
Hele målekæden (sensor + conditioner) er fabrikskalibreret ved hjælp af et standard VCL 140 stål (1.7225) mål ved 23°C ±5°C, hvilket sikrer fuldstændig udskiftelighed af komponenter. Dette betyder, at sensoren eller conditioneren i systemet kan udskiftes individuelt uden at rekalibrere hele systemet, hvilket i høj grad forenkler feltvedligeholdelsen og reducerer lageromkostningerne for reservedele.
5. Indbygget diagnostik og testfunktioner (BIST)
Den valgfrie diagnostiske funktionalitet i IQS900-signalbehandlingen er en fremtrædende funktion. Den understøtter indbygget selvtest (BIST), som kontinuerligt eller efter behov automatisk kan overvåge tilstanden af målekæden (inklusive selve sensoren, kablet og conditioneren). Hvis der detekteres en fejl (f.eks. åben sensor, kortslutning, kabelskade eller intern conditionerfejl), advarer den eksternt ved at køre udgangen til en værdi uden for det normale driftsområde (< -20,5 mA eller > -15,5 mA; < -17,6 V eller > -1,6 V), hvilket muliggør forudsigelig vedligeholdelse.
Ydermere giver IQS900 unik in-situ testsupport:
Raw Output (RAW/COM): Giver et 'rå' spændingssignal (-0,8 til -8,8 V), der direkte reflekterer det interne signal modtaget af conditioneren før den endelige skaleringsbehandling. Dette er tilgængeligt, selv når systemet er konfigureret til strømudgang. Denne funktion bruges til at verificere tilstanden af forbindelsen fra sensoren til forenden af signalbehandleren.
Testindgang (TEST/COM): Tillader, at et AC-testspændingssignal injiceres i conditionerens indgang. Conditioneren behandler dette testsignal, som om det kom fra den rigtige sensor og sender det til hovedudgangen. Dette bruges til at verificere integriteten af hele signalvejen fra signalbehandleren til det efterfølgende overvågningssystem (inklusive isolationsbarrierer og ledninger).
Tilsammen muliggør disse funktioner effektiv idriftsættelse og fejlfinding på stedet uden at afbryde ledninger eller stoppe maskinen.
Nøglefunktioner og fordele
Høj integration og nem installation: Integrerer sensor, kabel og conditioner i én enhed, hvilket eliminerer eksterne forlængerkabler. Aftageligt hus og U-formet holder giver mulighed for usædvanlig nem sondeinstallation og spaltejustering, hvilket understøtter online justeringer, mens maskinen kører.
Fremragende mekanisk design og tilpasningsevne: Har en justerbar stang i rustfrit stål (50-800 mm), forskellige adaptergevind (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) og længder, og flere muligheder for kabeltilpasning (Option F), der opfylder næsten alle krav til installationsgrænseflader og mekaniske installationer.
Omfattende miljø- og sikkerhedscertificeringer: Sensor klassificeret IP68, overordnet hus klassificeret IP65. Tilgængelig i eksplosionssikre (Ex) versioner certificeret i henhold til ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC osv., til brug i zone 0/1/2 (gas) og zone 20/21/22 (støv) farlige områder. Overholder API 670 5. udgave og funktionelle sikkerhedsstandarder SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Højtydende målekerne: Baseret på den gennemprøvede TQ912 & IQS900 målekæde, der tilbyder 2 mm eller 4 mm lineært måleområde med valgbar følsomhed på 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm eller 1,25 μmμA. Bred frekvensgang (DC til 20 kHz) sikrer opfangning af alle relevante vibrationskomponenter.
Avanceret diagnostik og testfunktioner: Valgfri indbygget selvtest (BIST) til systemsundhedsovervågning i realtid. Raw output og Test input interfaces understøtter omfattende in-situ idriftsættelse og fejldiagnose, hvilket reducerer nedetiden.
Robust miljøtolerance: Sensoren modstår driftstemperaturer fra -40°C til +180°C, trykforskelle op til 6 bar, vibrationer op til 5g og stød op til 15g. Forseglet aluminiumshus (med Viton O-ringe og NBR-pakning) sikrer, at conditioneren er beskyttet i barske industrielle miljøer.
Fleksibel elektrisk udgang og strømforsyning: Understøtter spændings- og strømudgang, kompatibel med de fleste overvågningssystemer. Bredt strømforsyningsområde (-18 til -30 VDC), kan hentes fra overvågningssystemet eller en ekstern sikkerhedsstrømforsyning.
Ansøgninger
Maskinbeskyttelsessystemer: Til overvågning af relativ vibration og aksial position i store roterende maskiner såsom dampturbiner, gasturbiner, hydrauliske turbiner, kompressorer, pumper og generatorer for at forhindre katastrofale fejl.
Tilstandsovervågning og forudsigelig vedligeholdelse: Giver vibrationsdata med høj præcision til analyse af maskinens helbred og fejldiagnose.
Overhastighedsdetektionssystemer (ODS): Fungerer som en hastighedssensor (Keyphasor) for kritiske overhastighedsbeskyttelsesfunktioner.
Sikkerhedsrelaterede applikationer: Med sin SIL 2-certificering kan den bruges i maskinbeskyttelsesløkker, der kræver funktionel sikkerhed.
API 670-applikationer: Fuldt i overensstemmelse med American Petroleum Institutes 5. udgave-standard for maskinbeskyttelsessystemer, hvilket gør den ideel til olie-, gas- og petrokemiske industrier.
Anvendelser i farlige områder: Eksplosionssikre versioner muliggør brug i miljøer med eksplosive gasser eller støv, såsom i olie- og gas-, kemiske og farmaceutiske industrier.
