Der TQ403 ist ein leistungsstarker berührungsloser Näherungsmesssensor aus der VM-Produktlinie. Zusammen mit dem Verlängerungskabel EA403 und dem Signalaufbereiter IQS450 bildet es ein komplettes Näherungsmesssystem. Basierend auf dem Wirbelstromprinzip wird das System häufig zur Zustandsüberwachung und zum Schutz rotierender Industriemaschinen eingesetzt und eignet sich insbesondere für die Vibrations- und Positionsmessung in kritischen Geräten wie Dampfturbinen, Gasturbinen, Hydraulikturbinen, Generatoren, Turbokompressoren und Pumpen.
Das TQ403-System zeichnet sich durch hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit, Betrieb in einem großen Temperaturbereich und hervorragende Anpassungsfähigkeit an die Umgebung aus. Es unterstützt den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (explosionsgeschützte Umgebungen) und bietet sowohl Spannungs- als auch Stromausgangsoptionen, wodurch es für verschiedene Anforderungen an die Integration industrieller Überwachungssysteme geeignet ist.
Funktionsprinzip
Das Näherungsmesssystem TQ403 arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip zur berührungslosen Wegmessung. Der Arbeitsmechanismus des Systems ist wie folgt:
1. Erzeugung und Kopplungsmechanismus des elektromagnetischen Feldes
Der Kern des TQ403-Sensors ist eine präzisionsgewickelte Spulenstruktur, die von einem hochfrequenten Wechselstromsignal vom IQS450-Signalaufbereiter angetrieben wird. Wenn Wechselstrom durch die Spule fließt, erzeugt sie im umgebenden Raum ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses Feld weist spezifische räumliche Verteilungseigenschaften auf, wobei seine Stärke mit zunehmender Entfernung exponentiell abnimmt. Wenn ein leitfähiges Metallziel in dieses elektromagnetische Feld eintritt, werden gemäß dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion Wirbelströme mit geschlossenem Regelkreis auf der Zieloberfläche induziert. Die Stärke und Verteilungseigenschaften dieser Wirbelströme hängen eng mit dem Spaltabstand zwischen Sensor und Ziel, den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Zielmaterials und der Anregungsfrequenz zusammen.
2. Impedanzmodulation und Signalextraktion
Der Fluss von Wirbelströmen im Zielmaterial erzeugt ein umgekehrtes elektromagnetisches Feld mit entgegengesetzter Phase zum ursprünglichen Feld, ein Phänomen, das als Lenzsches Gesetz bekannt ist. Die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Feldern verändert die äquivalente Impedanz der Sensorspule erheblich. Diese Impedanzänderung umfasst Schwankungen sowohl der Widerstands- als auch der Induktivitätskomponenten: Die Änderung der Widerstandskomponente ist hauptsächlich auf die durch Wirbelströme verursachte Energiedissipation zurückzuführen, während die Änderung der induktiven Komponente auf die schwächende Wirkung des Umkehrfelds auf das ursprüngliche Feld zurückzuführen ist. Zwischen der Impedanzänderung der Sensorspule und dem Spaltabstand besteht ein stark nichtlinearer funktionaler Zusammenhang. Das System wandelt diese nichtlineare Beziehung durch präzises Schaltungsdesign und Algorithmusverarbeitung in einen hochlinearen Spannungs- oder Stromausgang um.
3. Signalkonditionierung und Linearisierungsverarbeitung
Der IQS450-Signalkonditionierer dient als intelligenter Kern des gesamten Systems und enthält einen Hochleistungs-Hochfrequenzoszillator, eine Präzisions-Demodulationsschaltung und eine fortschrittliche Signalverarbeitungseinheit. Der Oszillator erzeugt ein Hochfrequenzsignal (typischerweise 1–2 MHz) mit stabiler Frequenz und konstanter Amplitude, um die Sensorspule anzutreiben. Der Empfangsschaltkreis extrahiert mithilfe der phasenempfindlichen Detektionstechnologie (PSD) präzise nützliche Informationen aus Impedanzänderungen. Das System nutzt digitale Temperaturkompensationstechnologie und polynomiale Anpassungsalgorithmen, um eine Echtzeit-Linearisierungsverarbeitung und Temperaturdriftkompensation an den Rohsignalen des Sensors durchzuführen und so eine hervorragende Messgenauigkeit über den gesamten Betriebstemperaturbereich sicherzustellen.
4. Ausgangsschnittstelle und Systemintegration
Die verarbeiteten Messsignale werden auf zwei Arten ausgegeben: Der Spannungsausgabemodus verwendet eine Dreileiterkonfiguration, die einen linearen Ausgang von -1,6 V bis -17,6 V liefert, was einem Messbereich von 0,75 mm bis 12,75 mm entspricht; Der Stromausgangsmodus verwendet eine Zweidrahtkonfiguration, die Stromsignale von -15,5 mA bis -20,5 mA liefert. Beide Ausgabemethoden verfügen über Kurzschlussschutz und Verpolungsschutz und ermöglichen so eine direkte Integration in SPS, DCS oder spezielle Maschinenüberwachungssysteme. Die Ausgangsimpedanz-, Kapazitäts- und Induktivitätsparameter des Systems sind optimiert, um Signalintegrität und -stabilität bei der Übertragung über lange Kabel sicherzustellen.
5. Kalibrierung und Zielmaterialkompensation
Das System ist werkseitig unter Verwendung von VCL 140-Stahl (1.7225) als Standard-Zielmaterial kalibriert, wobei die Empfindlichkeit auf 1,33 mV/μm oder 0,417 μA/μm eingestellt ist. Da verschiedene Materialien unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität aufweisen, ist eine Neukalibrierung oder Korrektur des Materialkoeffizienten erforderlich, wenn sich das Zielmaterial in praktischen Anwendungen ändert. Das System unterstützt maßgeschneiderte Kalibrierungsdienste. Benutzer können spezifische Materialproben bereitstellen, und wir bieten gezielte Kalibrierungslösungen an, um sicherzustellen, dass die Messgenauigkeit den spezifischen Anwendungsanforderungen entspricht.
Merkmale
Das TQ403-System integriert mehrere fortschrittliche Technologien und bietet hervorragende Leistungsmerkmale und eine breite Anwendungsanpassungsfähigkeit. Zu seinen Hauptmerkmalen gehören:
1. Echte berührungslose Messfähigkeit
Das System verwendet eine vollständig berührungslose Messmethode, wodurch mechanischer Verschleiß, Reibungswärme und Lasteffekte, die mit herkömmlichen Kontaktsensoren verbunden sind, eliminiert werden. Diese Messmethode eignet sich besonders für Anwendungen mit rotierenden Maschinen mit hoher Drehzahl und ermöglicht die präzise Erfassung des dynamischen Verhaltens des Rotors, ohne dass der rotierende Körper zusätzlich belastet oder gestört wird. Das Fehlen eines physischen Kontakts zwischen Sensor und Ziel verlängert die Lebensdauer der Geräte erheblich und reduziert den Wartungsaufwand.
2. Ultragroße Bandbreite und hohe dynamische Reaktionseigenschaften
Das System verfügt über einen extrem breiten Frequenzgangbereich von DC bis 20 kHz (-3 dB), ein Leistungsindikator, der bei industriellen Näherungssensoren führend ist. Das Niederfrequenzende reicht bis zum Gleichstrom und ermöglicht so die genaue Messung sich langsam ändernder Verschiebungen und statischer Positionen. Das Hochfrequenzende erreicht 20 kHz, was ausreicht, um hochfrequente Vibrationskomponenten und Stoßereignisse in den meisten rotierenden Maschinen zu erfassen. Aufgrund dieser großen Bandbreite kann das System nicht nur zur Schwingungsüberwachung, sondern auch für erweiterte Diagnoseanwendungen wie die Analyse der Zahneingriffsfrequenz und die Extraktion von Lagerfehlermerkmalen eingesetzt werden.
3. Erweiterter Messbereich und hervorragende lineare Leistung
Der TQ403 bietet einen großen Messbereich von 12 mm, der deutlich größer ist als herkömmliche 2-mm- oder 4-mm-Näherungssensoren und einen größeren Installations- und Sicherheitsspielraum für die Vibrationsüberwachung großer rotierender Maschinen bietet. Das System behält über den gesamten Messbereich hervorragende lineare Eigenschaften bei, wobei der Linearitätsfehler nach der Präzisionskompensation auf einen minimalen Bereich begrenzt wird. Benutzer können die Genauigkeitseigenschaften verschiedener Messintervalle anhand der bereitgestellten Leistungskurven kennen und so geeignete Betriebspunkte basierend auf den tatsächlichen Anwendungsanforderungen auswählen.
4. Extreme Anpassungsfähigkeit an die Umwelt und robustes Design
Das System kann in extremen Temperaturbereichen von -40 °C bis +180 °C stabil arbeiten, mit kurzfristiger Toleranz bis zu +220 °C in rauen Umgebungen. Der Sensorkopf verfügt über die Schutzart IP68 und bietet vollständigen Schutz gegen das Eindringen von Staub und dauerhaftes Eintauchen. Mechanisch hält der Sensor einer Vibrationsbeschleunigung von 5 g Spitze (10–500 Hz) und einer Stoßbeschleunigung von 15 g Spitze (Halbsinuswelle, 11 ms Dauer) stand und gewährleistet so einen zuverlässigen Betrieb in rauen Industrieumgebungen.
5. Umfassende explosionsgeschützte Zertifizierung und Sicherheitsgarantie
Das System bietet mehrere explosionsgeschützte zertifizierte Versionen, um verschiedene regionale und internationale Standardanforderungen zu erfüllen: Die Ex ia-Version entspricht IECEx, ATEX, cCSAus und anderen Zertifizierungen und ist für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 0/1/2 geeignet; Die Ex-nA-Version ist für Bereiche der Zone 2 geeignet. Jeder explosionsgeschützte Typ verfügt über entsprechende Zertifikate und besondere Einsatzbedingungen. Benutzer können basierend auf der tatsächlichen Anwendungsumgebung den geeigneten Explosionsschutz auswählen.
6. Flexible Ausgangskonfiguration und Systemintegrationsoptionen
Das System bietet sowohl Spannungs- als auch Stromausgangsmodi, um unterschiedliche Schnittstellenanforderungen zu erfüllen. Der Spannungsausgangsmodus bietet einen Dynamikbereich von 16 V mit einer Ausgangsimpedanz von 500 Ω; Der Stromausgangsmodus bietet einen Dynamikbereich von 5 mA über eine Zweidraht-Verbindungsmethode, was die Verkabelungsanforderungen erheblich vereinfacht. Beide Ausgänge verfügen über einen Kurzschlussschutz und einen Überlastschutz, um den Geräteschutz in Unfallsituationen zu gewährleisten.
7. Hervorragende Austauschbarkeit der Komponenten und Skalierbarkeit des Systems
Das System basiert auf einem modularen Designkonzept, bei dem alle Komponenten (Sensor, Kabel, Konditionierer) ohne Neukalibrierung vollständig austauschbar sind. Es unterstützt verschiedene Kabellängenkombinationen (1 m/5 m/10 m integriertes Kabel + Verlängerungskabel) mit Gesamtsystemlängen von 5 m oder 10 m. Das System unterstützt auch „elektrisches Trimmen“ und optimiert die Systemleistung durch Anpassen der elektrischen Länge des Kabels, um die Signalintegrität bei der Übertragung über lange Kabel sicherzustellen.
8. Robuste mechanische Struktur und mehrere Schutzoptionen
Der Sensorkopf besteht aus dem Material Torlon® (Polyamidimid), das eine hervorragende Hochtemperaturstabilität, mechanische Festigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit bietet. Das Gehäuse besteht aus dem Edelstahlmaterial MAZ (1.4305) und bietet hervorragenden mechanischen Schutz. Benutzer können optional auch flexible Edelstahlschläuche (Mindestbiegeradius 50 mm) und FEP-Ummantelungen ausrüsten, um den mechanischen Schutz des Kabels und die Anpassungsfähigkeit an die Umwelt weiter zu verbessern.
9. Breite Systemkompatibilität und Anwendungsanpassungsfähigkeit
Das System kann nahtlos in die entsprechenden Überwachungssysteme von VM integriert oder unabhängig über eine externe Stromversorgung mit Strom versorgt werden. Es bietet Optionen zur DIN-Schienenmontage (MA130-Montageadapter) für eine einfache Installation in Schaltschränken. Das System bietet außerdem verschiedene Zubehöroptionen, darunter Industriegehäuse, Anschlusskästen und Verbindungsschutzvorrichtungen, um Installationsanforderungen für verschiedene Anwendungsumgebungen zu erfüllen.
Zusammenfassung der technischen Spezifikationen
| Artikelspezifikation |
|
| Messprinzip |
Wirbelstromeffekt |
| Messbereich |
12 mm |
| Ausgabeoptionen |
Spannung: -1,6 V bis -17,6 V
Strom: -15,5 mA bis -20,5 mA |
| Frequenzgang |
DC bis 20 kHz (-3 dB) |
| Linearitätsfehler |
Siehe Leistungskurven (Seite 5) |
| Betriebstemperatur |
-40°C bis +180°C |
| Schutzklasse |
IP68 (Sensorkopf) |
| Explosionsgeschützte Zertifizierung |
Ex ia IIC T6–T3 Ga (Zone 0/1/2)
Ex nA IIC T6–T3 Gc (Zone 2) |
| Kabeltyp |
70 Ω Koaxialkabel, FEP-Mantel |
| Stecker |
Selbstsichernder Miniatur-Koaxialstecker |
| Gewicht |
Ca. 140 g (Standard) / 220 g (Ex-Version) |
Anwendungsbereiche
Das TQ403-System wird häufig in den folgenden Industrieszenarien eingesetzt:
Turbomaschinen: Wellenrelative Vibration und axiale Positionsüberwachung für Dampfturbinen, Gasturbinen und Wasserturbinen
Energieerzeugungsausrüstung: Zustandsüberwachung von Generatoren und Erregern
Kompressor-Sets: Vibrationsschutz für Radial- und Axialkompressoren
Pumpenausrüstung: Überwachung des mechanischen Zustands von Hochgeschwindigkeitspumpen und mehrstufigen Pumpen
Andere rotierende Maschinen: Lüfter, Getriebe, Motoren usw.
