Der IQS452 ist ein von VM entwickelter Hochleistungs-Signalaufbereiter, der speziell für den Einsatz mit berührungslosen Wirbelstromsensoren wie dem TQ422 und TQ432 entwickelt wurde. Dieses System wird zur Messung von Wellenvibrationen und Positionsänderungen in rotierenden Maschinen (z. B. Turbinen, Pumpen, Kompressoren) verwendet und findet breite Anwendung in Branchen wie Energie, Öl und Gas sowie Wasserkraft, insbesondere in Hochdruck-, Hochtemperatur- oder gefährlichen Umgebungen.
Der IQS452 unterstützt zwei Ausgabemodi: Spannungsausgang (3-Draht) und Stromausgang (2-Draht). Es bietet eine hervorragende Temperaturstabilität und Anti-Interferenz-Fähigkeit und eignet sich daher für anspruchsvolle Industrieanwendungen.
Vergleich zwischen IQS452 und IQS450
| Artikel |
IQS452 |
IQS450 |
| Messbereich |
4 mm |
12 mm |
| Empfindlichkeit |
4 mV/μm oder 1,25 μA/μm |
1,33 mV/μm oder 0,417 μA/μm |
| Druckfestigkeit |
Bis zu 100 bar am Sensorende |
Hochdruckfähigkeit nicht explizit angegeben |
| Temperaturbereich |
-30°C bis +70°C (Conditioner) |
-35°C bis +85°C (Conditioner) |
| Ausgabebereich |
Spannung: -2,4 V bis -18,4 V
Strom: 15,75–20,75 mA |
Spannung: -1,6 V bis -17,6 V
Strom: -15,5 bis -20,5 mA |
| Anwendungsszenario |
Hochdruckumgebungen (z. B. hydraulische Turbinen, Tauchpumpen) |
Allgemeine Industrieumgebungen (z. B. Dampfturbinen, Kompressoren, Generatoren) |
| Explosionsgeschützte Zertifizierungen |
ATEX, IECEx, CSA |
ATEX, IECEx, CSA, KGS, EAC |
| Mechanische Schnittstelle |
Sensor mit optionalem BOA-Panzerschutz |
Optionaler Edelstahlschlauch oder FEP-Mantel |
Funktionsprinzip
Der IQS452 arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip, um eine berührungslose Wegmessung zu ermöglichen. Sein Arbeitsprozess umfasst mehrere Präzisionsschritte, einschließlich elektromagnetischer Induktion, Signalmodulation und -demodulation, Linearisierung und Temperaturkompensation, die im Folgenden näher erläutert werden.
1. Grundlagen von Wirbelstromsensoren und elektromagnetischer Induktion
Das Herzstück eines Wirbelstromsensors ist eine Spule, die mit hochfrequentem Wechselstrom betrieben wird. Wenn es in die Nähe eines leitfähigen Ziels (z. B. einer Metallwelle) gebracht wird, werden aufgrund elektromagnetischer Induktion Wirbelströme auf der Zieloberfläche induziert. Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese Wirbelströme ein entgegengesetztes Magnetfeld, das die effektive Impedanz der Sensorspule verringert. Diese Impedanzänderung korreliert stark mit dem Spaltabstand zwischen Sensor und Ziel, obwohl die Beziehung von Natur aus nichtlinear ist und von den elektromagnetischen Eigenschaften des Zielmaterials (wie Leitfähigkeit und Permeabilität) und der Umgebungstemperatur beeinflusst wird.
Der IQS452 erzeugt über einen internen Oszillator ein hochfrequentes Anregungssignal (typischerweise im MHz-Bereich). Dieses Signal wird über ein hochwertiges Koaxialkabel an die Sensorspule übertragen. Die hohe Frequenz wird gewählt, um die Konzentration des Wirbelstromeffekts auf der Oberfläche (Skin-Effekt) zu erhöhen und dadurch die Messempfindlichkeit und Auflösung zu verbessern und gleichzeitig Störungen durch die tiefere Struktur des Zielmaterials zu reduzieren.
2. Signalmodulation, -übertragung und -demodulation
Die Änderung der Impedanz der Sensorspule moduliert (verändert) die Amplitude des Hochfrequenz-Trägersignals. Dieses modulierte Signal wird über das Koaxialkabel zurück zum Signalaufbereiter IQS452 geleitet. Um Signalverluste und Rauschstörungen bei der Übertragung über große Entfernungen zu minimieren, verwendet das System eine Koaxialstruktur mit Impedanzanpassung (typischerweise 70 Ω).
Im IQS452 wird das rücklaufende hochfrequente modulierte Signal zunächst vorverstärkt. Anschließend wird es einer Demodulation unterzogen (normalerweise unter Verwendung phasenempfindlicher oder Hüllkurvenerkennungstechniken), einem kritischen Prozess, bei dem der Hochfrequenzträger entfernt wird, um das Niederfrequenzspannungssignal mit den Entfernungsinformationen zu extrahieren. Dieser Prozess muss die wahre Amplitude der Impedanzänderung genau wiederherstellen und gleichzeitig Rauschen durch Stromschwankungen, Kabelkapazitätsschwankungen und externe elektromagnetische Störungen unterdrücken.
3. Linearisierung, Verstärkung und Ausgangskonvertierung
Das Rohspannungssignal vom Demodulator hat eine nichtlineare Beziehung zur Entfernung (ungefähr eine negative Exponentialfunktion). Die interne Verarbeitungsschaltung des IQS452 umfasst ein spezielles Linearisierungsmodul, das Algorithmen wie Polynomanpassung oder stückweise lineare Kompensation verwendet, um das nichtlineare Signal in einen Standardausgang umzuwandeln, der in Bezug auf den mechanischen Spalt hochgradig linear ist.
Anschließend wird das linearisierte Signal zur Skalierung und Vorspannungsanpassung an eine Präzisionsverstärkerschaltung gesendet, um es an den vom Benutzer ausgewählten Ausgangsbereich anzupassen:
Spannungsausgangsmodus (3-Draht): Bietet ein lineares Spannungssignal von -2,4 V (entspricht dem minimalen Abstand von 0 mm) bis -18,4 V (entspricht dem maximalen Abstand von 4,0 mm). Dieser Modus verfügt über eine niedrige Ausgangsimpedanz (typischerweise 500 Ω) und eine starke Entstörungsfähigkeit, wodurch er für die Übertragung über kurze Entfernungen zu Datenerfassungskarten oder SPS geeignet ist.
Stromausgangsmodus (2-Draht): Bietet ein 4-20-mA-Schleifenstromsignal von 15,75 mA (0 mm) bis 20,75 mA (4,0 mm). Der Stromausgang ist immun gegen Spannungsabfälle und Rauschen über große Entfernungen, wodurch er sich ideal für die Übertragung an Kontrollräume oder DCS-Systeme eignet und von Natur aus eine Drahtbrucherkennung bietet (kein Strom weist auf einen Fehler hin).
Beide Ausgangskreise sind mit einem Kurzschlussschutz ausgestattet, um Schäden durch Fehlverdrahtung oder Fehler zu verhindern.
4. Temperaturkompensation und Systemkalibrierung
Temperaturschwankungen beeinflussen den Spulenwiderstand, die Kabeleigenschaften und die elektromagnetischen Eigenschaften des Zielmaterials. Der IQS452 verfügt über ein Temperaturkompensationsdesign, das einen internen Temperatursensor zur Überwachung der Umgebungstemperatur und Algorithmen zur dynamischen Anpassung der Amplitude des Anregungssignals oder der Parameter der Demodulationsschaltung verwendet. Dies gewährleistet stabile Ausgangssignale über den angegebenen Betriebstemperaturbereich (-30 °C bis +70 °C).
Das gesamte System (Sensor + Kabel + Konditionierer) ist werkseitig unter Verwendung eines Standardtargets aus VCL 140-Stahl (1.7225) bei 23 °C ±5 °C kalibriert, um die Austauschbarkeit zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass jede Komponente innerhalb des Systems einzeln ausgetauscht werden kann, ohne dass der gesamte Aufbau neu kalibriert werden muss, was die Wartung vor Ort erheblich vereinfacht.
Hauptmerkmale und Vorteile
Das Design des IQS452 umfasst mehrere fortschrittliche Technologien, um die strengen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Sicherheit in industriellen Umgebungen zu erfüllen.
1. Überlegene Hochdruck- und Umweltanpassungsfähigkeit
Ein wesentlicher Vorteil sind die TQ422/TQ432-Sensoren in Kombination mit dem IQS452. Die Sensorsonde besteht aus robustem PEEK-Material (Polyetheretherketon), das nicht nur eine hervorragende mechanische Festigkeit und Formstabilität bietet, sondern auch Flüssigkeitsdrücken bis zu 100 bar (ca. 100 Atmosphären) direkt standhält. Dies macht es ideal für die Messung von Wellenvibrationen und -positionen in Anwendungen wie Wasserkraftturbinen (insbesondere Francis- und Kaplan-Typen), Tiefbrunnen-Tauchpumpen, Hochdruckkompressoren und Schiffsantriebssystemen. Der gesamte Sensorkörper ist aus Edelstahl (1.4435) gefertigt und mit Hochtemperatur-Epoxidharz vergossen, was eine langfristige Haltbarkeit in nassen, Hochdruck- und chemisch korrosiven Umgebungen gewährleistet.
2. Umfassende Sicherheitszertifizierungen und Explosionsschutz
Das Produktdesign berücksichtigt vollständig die Betriebssicherheit in gefährlichen Umgebungen und verfügt über Explosionsschutzzertifizierungen aus mehreren globalen Regionen:
Europäische ATEX-Zertifizierung: LCIE 02 ATEX 6086
Nordamerikanische CSA-Zertifizierung: Zertifikat Nr. 1514309, konform mit den Anforderungen der Klasse I, Division 1 und 2, Gruppen A, B, C, D, bestätigt als Ex ia-Schutzstufe.
Internationale IECEx-Zertifizierung: Bietet einen weltweit anerkannten Konformitätsnachweis.
Diese Zertifizierungen bedeuten, dass die Stromkreisenergie des IQS452-Systems (bestimmte explosionsgeschützte Versionen) auf ein extrem niedriges Niveau begrenzt ist, wodurch die Entzündung umgebender explosiver Gemische auch unter Fehlerbedingungen verhindert wird und so die Sicherheit für kritische Industrien wie Öl, Gas und Chemie gewährleistet wird.
3. Hohe Genauigkeit, breiter Frequenzgang und hervorragende Leistung
Hochpräzise Messung: Das System bietet eine hohe Empfindlichkeit von 4 mV/μm oder 1,25 μA/μm, ist in der Lage, Verschiebungsänderungen im Mikrometerbereich genau zu erkennen und liefert zuverlässige Daten für eine vorausschauende Wartung.
Breiter Frequenzgang: Der Frequenzgang reicht von DC bis 20 kHz (-3 dB). Diese Eigenschaft ermöglicht nicht nur die Messung langsamer Wellenverschiebungen (z. B. axiales Spiel), sondern auch die genaue Erfassung hochfrequenter Vibrationen, die durch Unwucht, Fehlausrichtung, Zahneingriff usw. in schnell rotierenden Maschinen (bis zu mehreren hunderttausend U/min) verursacht werden, und liefert umfassende Spektralinformationen für die Fehlerdiagnose.
Hervorragende Linearität und Temperaturstabilität: Interne Linearisierungsschaltungen und Temperaturkompensationstechnologie sorgen für eine hochlineare Ausgabe und Stabilität über den gesamten Bereich und den angegebenen Temperaturbereich und minimieren so Messfehler.
4. Robuste Umwelttoleranz und Zuverlässigkeit
Großer Temperaturbereich: Der Signalaufbereiter arbeitet zuverlässig bei Umgebungstemperaturen von -30 °C bis +70 °C, während der Sensor Temperaturen von -25 °C bis +140 °C standhält.
Hohe Schutzart: Der Sensorkopf erreicht die Schutzart IP68 (gemäß IEC 60529) und ermöglicht so ein langfristiges Eintauchen unter Wasser; Der Signalaufbereiter hat die Schutzart IP40 und ist für den Einbau in Schaltschränken geeignet.
Vibrations- und Schockfestigkeit: Der Conditioner widersteht Vibrationen von 2 g innerhalb von 10–500 Hz, und der Sensor hält Vibrationen von 5 g und mechanischen Stößen von 15 g (11 ms Halbsinuswelle) stand und gewährleistet so einen stabilen Betrieb in stark vibrierenden mechanischen Umgebungen.
5. Systemflexibilität und Benutzerfreundlichkeit
Austauschbarkeit der Komponenten: Der Sensor, das Verlängerungskabel und der Conditioner bilden ein vorkalibriertes System, in dem Komponenten unabhängig voneinander ohne Neukalibrierung ausgetauscht werden können, wodurch der Ersatzteilbestand und die Wartungskosten erheblich reduziert werden.
Mehrere Ausgangsoptionen: Benutzer können je nach Feldverkabelungsbedingungen und Anti-Interferenz-Anforderungen flexibel zwischen Spannungs- und Stromausgangsmodi wählen.
Mehrere Montagemöglichkeiten: Der Signalaufbereiter kann direkt mit Schrauben montiert oder optional mit einem MA130-Adapter für die Installation auf Standard-DIN-Schienen ausgestattet werden, was die Integration erleichtert.
Kabelschutzoptionen: Die optionale Panzerummantelung „BOA“ aus Edelstahl und der FEP-Außenmantel bieten hervorragenden mechanischen Abriebschutz und Beständigkeit gegen chemische Korrosion.
Zusammenfassung der Unterschiede:
IQS452 eignet sich besser für spezielle Umgebungen mit hohem Druck und hoher Zuverlässigkeit, wie z. B. Wasserkraft- und Tiefbrunnenpumpen.
IQS450 ist vielseitiger, mit einem größeren Messbereich (12 mm) und eignet sich für die Vibrations- und Positionsüberwachung in den meisten rotierenden Maschinen.
Die beiden unterscheiden sich geringfügig in den Ausgangseigenschaften, dem Temperaturbereich und den Explosionsschutzzertifizierungen, haben aber das gleiche Kernarbeitsprinzip.
