Der TQ412 ist ein leistungsstarker, rückseitig montierter, berührungsloser Wirbelstrom-Wegaufnehmer aus der VM-Produktlinie. Es wurde speziell für die Zustandsüberwachung und den Schutz rotierender Maschinen in Industrieumgebungen entwickelt und dient als Kernkomponente der Näherungsmesssysteme TQ402/TQ412, EA402 und IQS900. Basierend auf dem Wirbelstrom-Erfassungsprinzip misst dieses System präzise relative Vibrationen, axiale Verschiebungen und Spaltänderungen in rotierenden Maschinenwellen. Es wird häufig in kritischen Geräten wie Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen, Generatoren, Turbokompressoren und Pumpen eingesetzt.
Der TQ412-Sensor verfügt über ein umgekehrtes Montagedesign und eignet sich daher für die Installation in platzbeschränkten oder speziell konfigurierten Szenarien. Zusammen mit dem Verlängerungskabel EA402 und dem Signalaufbereiter IQS900 bildet es eine komplette Messkette. Alle Komponenten sind vollständig austauschbar und erfordern keine individuelle Kalibrierung, was die Systemintegration und -wartung erheblich vereinfacht. Das System unterstützt zwei Messbereiche (2 mm oder 4 mm), bietet einen Spannungs- oder Stromausgang und entspricht den API 670-Standardempfehlungen.
Hauptmerkmale und Funktionen
1. Berührungslose hochpräzise Messung
Basierend auf dem Wirbelstromeffekt misst es Verschiebungsänderungen auf Metalloberflächen ohne physischen Kontakt mit dem Ziel.
Messbereich: 2 mm oder 4 mm (wählbar über Bestelloption).
Empfindlichkeitsoptionen:
8 mV/μm (200 mV/mil) oder 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) – entsprechend dem 2-mm-Bereich
4 mV/μm (100 mV/mil) oder 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) – entsprechend dem 4-mm-Bereich
Frequenzgang: DC bis 20 kHz (–3 dB), geeignet zur Erfassung dynamischer Vibrationssignale von sich schnell drehenden Maschinen.
2. Reverse-Mount-Design
Speziell für beengte Platzverhältnisse oder spezielle mechanische Strukturen entwickelt und bietet eine größere Installationsflexibilität.
Bietet metrische (M10×1) oder zöllige (3/8'-24UNF) Gewindeoptionen, um unterschiedlichen Installationsanforderungen gerecht zu werden.
3. Anpassungsfähigkeit an hohe Temperaturen und raue Umgebungen
Betriebstemperaturbereich des Wandlerkörpers: –40 °C bis +180 °C (im Betrieb), mit kurzfristiger Überlebensfähigkeit bis zu +220 °C.
Gesamtschutzart: Sensorkopf mit Schutzart IP68, geeignet für raue Industrieumgebungen wie Feuchtigkeit, Öl und Staub.
Vibrationsfestigkeit: Hält Spitzenvibrationen von 5 g im Bereich von 10–500 Hz stand.
Schockfestigkeit: Hält einem Spitzenstoß von 15 g stand (halbe Sinuswelle, 11 ms Dauer).
4. Explosionsgeschützte Zertifizierung und Sicherheit
Bietet mehrere explosionsgeschützte Zertifizierungsoptionen (angegeben über den Bestellcode):
Ex ia Eigensicherheit (Option A2): Geeignet für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 0/1/2, zertifiziert nach ATEX, IECEx, cCSAus und anderen internationalen Standards.
Ex nA Funkenfrei (Option A3): Geeignet für Gefahrenbereiche der Zone 2.
Sowohl der Sensor als auch das Kabel sind explosionsgeschützt zertifiziert und gewährleisten so einen sicheren Einsatz in potenziell explosionsgefährdeten Atmosphären.
5. Modularität und Austauschbarkeit
Vollständig kompatibel mit TQ402-, EA402-Kabeln und dem IQS900-Signalaufbereiter. Die Komponenten sind austauschbar und erfordern keine Neukalibrierung.
Unterstützt drei Gesamtsystemlängen (TSL): 1 m, 5 m und 10 m, erreichbar durch Kombinationen von integrierten Sensorkabeln unterschiedlicher Länge und Verlängerungskabeln.
6. Mechanisches und Materialdesign
Der Sensorkopf verwendet Torlon-Material (Polyamidimid), um die Spule einzukapseln, was eine hervorragende Hochtemperaturstabilität und mechanische Festigkeit bietet.
Das Gehäuse besteht aus Edelstahl (AISI 316L) für hohe Korrosionsbeständigkeit.
Der interne Hochtemperatur-Epoxidharz-Verguss sorgt für langfristige Zuverlässigkeit.
Standardmäßige selbstsichernde Miniatur-Koaxialsteckverbinder sorgen für zuverlässige Verbindungen und unterstützen Umgebungen mit hohen Temperaturen (bis zu 200 °C).
7. Optionale Schutzkonfigurationen
Detailliertes Funktionsprinzip
1. Grundlagen des Wirbelstromeffekts
Der TQ412-Sensor arbeitet nach dem Wirbelstrom-Sensorprinzip. Sein Kopf enthält eine aus präzisionslackiertem Draht gewickelte Spule, die von einem hochfrequenten Wechselstrom-Erregersignal (typischerweise 1–2 MHz) vom IQS900-Signalaufbereiter angetrieben wird. Der hochfrequente Strom erzeugt ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld um die Spule. Nähert sich die Sensorsonde einem leitfähigen Metallobjekt (z. B. einer Wellenoberfläche), induziert dieses magnetische Wechselfeld auf der Leiteroberfläche zirkulierende Ströme, sogenannte Wirbelströme. Die Stärke dieser Wirbelströme ist umgekehrt proportional zum Spaltabstand zwischen der Sensorsonde und der Zieloberfläche. Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese Wirbelströme ein entgegengesetztes Magnetfeld, das der Änderung des ursprünglichen Feldes Widerstand leistet. Diese Wechselwirkung führt zu einer Änderung der äquivalenten Impedanz (einschließlich ohmscher und induktiver Komponenten) der Sensorspule. Der Grad der Impedanzänderung steht in einem engen funktionalen Zusammenhang mit dem Spaltabstand und bildet die physikalische Grundlage für eine präzise Messung.
2. Signalmodulation und -demodulation
Der Signalaufbereiter IQS900 ist das „Gehirn“ des gesamten Systems. Seine interne Schaltung besteht aus einem Präzisionsaufbau aus einem Hochfrequenzoszillator, Modulator und Demodulator. Das Hochfrequenzsignal des Oszillators treibt die Sensorspule an und bildet eine Hochfrequenz-Wechselstrombrücke. Wenn sich die Spulenimpedanz aufgrund von Lückenschwankungen ändert, kommt es zu einem Ungleichgewicht der Brücke. Die Modulatorschaltung erkennt dieses winzige Ungleichgewichtssignal (typischerweise im Millivolt-Bereich). Anschließend demoduliert der Demodulator mithilfe von Techniken wie der phasenempfindlichen Erkennung (PSD) das hochfrequente modulierte Signal, das die Lückeninformationen enthält, in ein langsam variierendes Gleichspannungssignal. Dieses Gleichstromsignal ist proportional zum Spaltabstand. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, verfügt der Aufbereiter außerdem über eine Linearisierungsschaltung und eine Temperaturkompensationsschaltung. Die Linearisierungsschaltung korrigiert die inhärenten nichtlinearen Eigenschaften des Sensors durch Methoden wie die Polynomanpassung und stellt so eine streng lineare Beziehung zwischen dem Ausgang und der Entfernung über den gesamten Messbereich sicher. Der Temperaturkompensationsschaltkreis überwacht kontinuierlich die Umgebungstemperatur und passt die Schaltkreisparameter an, um den Auswirkungen von Temperaturänderungen auf den Spulenwiderstand, die Eigenschaften elektronischer Komponenten und die Kabelkapazität entgegenzuwirken. Dies gewährleistet eine extrem hohe Messstabilität von -40 °C bis +180 °C mit einer typischen Drift von weniger als 5 %.
3. Ausgangssignaltypen
Der IQS900-Conditioner wandelt das verarbeitete Gleichstromsignal in zwei standardmäßige industrielle Ausgangsmodi um, um es an unterschiedliche Systemintegrationsanforderungen anzupassen:
Spannungsausgangsmodus (3-Draht): Dieser Modus liefert ein hochpräzises Spannungssignal proportional zur Lücke im Bereich von -1,6 V bis -17,6 V. Intern wird eine Operationsverstärkerschaltung mit starker negativer Rückkopplung verwendet, wodurch eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz (<100 Ω bei Gleichstrom) erreicht wird. Der Vorteil einer niedrigen Ausgangsimpedanz besteht in der Möglichkeit, größere kapazitive Lasten anzusteuern und die Signaldämpfung und -verzerrung bei der Übertragung über lange Kabel deutlich zu reduzieren. Es eignet sich gut für den direkten Anschluss an hochohmige Eingangsdatenerfassungssysteme, SPS-Analogeingangsmodule oder Oszilloskope zur Diagnose.
Stromausgangsmodus (2-Draht): Dieser Modus liefert ein Stromsignal von -15,5 mA bis -20,5 mA. Der Stromausgang ist für seine inhärente hohe Immunität gegen elektromagnetische Störungen (EMI) bekannt und eignet sich daher besonders für raue Industrieumgebungen, die Übertragungsentfernungen von bis zu mehreren hundert Metern erfordern. Der präzise V/I-Umwandlungsschaltkreis im Inneren des Konditionierers stellt sicher, dass der Stromwert nicht durch Änderungen des Leitungswiderstands beeinflusst wird. Auf der Empfangsseite ist lediglich ein Präzisions-Abtastwiderstand von ≤350 Ω erforderlich, um das Stromsignal zur Messung in ein Spannungssignal umzuwandeln. Dieses vereinfachte Design reduziert die Komplexität und Kosten der Fernempfangsausrüstung erheblich.
4. Temperaturkompensation und Kalibrierung
Das System wird bei +23 °C ±5 °C unter Verwendung von Standard-Targetmaterial (VCL 140-Stahl, 1.7225) kalibriert.
Die interne Temperaturkompensationsschaltung sorgt dafür, dass die Ausgangsdrift im Bereich von –40 °C bis +180 °C unter 5 % bleibt.
Wenn nicht standardmäßige Zielmaterialien (wie Edelstahl, Aluminium, Legierungen usw.) verwendet werden, müssen Leistungskurven neu generiert oder Empfindlichkeitskorrekturen vorgenommen werden.
5. Diagnosefunktionen (optional)
In Kombination mit einem IQS900-Signalaufbereiter mit Diagnosefunktion (Bestelloption C2) kann das System Folgendes erreichen:
Kettendiagnose: Echtzeiterkennung von Fehlern im Sensor, in der Verkabelung und/oder im Conditioner selbst.
SIL 2-Zertifizierung: Entspricht den funktionalen Sicherheitsstandards IEC 61508, geeignet für sicherheitsrelevante Anwendungen.
Fehleranzeige: Fernalarmanzeige über Ausgangssignale, die außerhalb des normalen Bereichs liegen (z. B. Stromausgang > –15,5 mA oder < –20,5 mA).
6. Systemintegration und Signalverarbeitung
Der TQ412-Sensor, das EA402-Verlängerungskabel und der IQS900-Conditioner bilden eine vollständige Messkette.
Die Gesamtsystemlänge (TSL) erfordert eine „elektrische Trimmung“, um die Systemleistung und Austauschbarkeit sicherzustellen (z. B. darf die tatsächliche Kabellänge für ein 5-m-System nicht weniger als 4,4 m betragen).
Das Rohsignal (RAW/COM-Pin) und der Testeingang (TEST/COM-Pin) können für System-Debugging und erweiterte Diagnosen verwendet werden.
7. Installation und mechanische Anpassung
Durch das Reverse-Mount-Design eignet es sich für die Installation auf engstem Raum oder bei besonderen Geometrien.
Bietet verschiedene Körperlängen (20–250 mm) und Längenoptionen ohne Gewinde (0–230 mm).
Ein optionaler flexibler Edelstahlschlauch oder eine FEP-Ummantelung kann die Lebensdauer des Kabels verlängern und sich an Umgebungen mit hohen Temperaturen, Korrosion oder mechanischem Verschleiß anpassen.
Typische Anwendungsszenarien
Vibrationsüberwachung rotierender Maschinen: Relative Vibrationsmessung von Wellen in Gasturbinen, Dampfturbinen, Wasserturbinen, Kompressoren und Pumpen.
Überwachung der axialen Verschiebung: Drucklagerposition, Überwachung der Wellenausdehnung.
Spaltmessung: Überwachung des Dichtungsspiels und des Schaufelspitzenspiels.
Sicherheitsschutzsysteme: Integration mit Systemen der VM-Serie, um mechanischen Schutz und vorausschauende Wartung zu erreichen.
