Der TQ422 ist ein druckfester Näherungswandler von Vibro-Meter, der speziell für Hochdruckumgebungen entwickelt wurde. Es dient als Kernkomponente des Näherungsmesssystems TQ 422 & TQ 432 / EA 402 / IQS 452. Dieser nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Sensor ermöglicht die berührungslose Messung der relativen Verschiebung oder Vibration beweglicher Maschinenkomponenten. Aufgrund seines einzigartigen Designs hält es Drücken von bis zu 100 bar stand und eignet sich daher besonders für Messanwendungen in Unterwasserumgebungen wie Tauchpumpen, hydraulischen Turbinen (z. B. Kaplan- und Francis-Turbinen) und anderen Hochdruckbedingungen.
Der TQ422-Wandler bildet in Kombination mit einem passenden IQS 452-Signalaufbereiter und einem optionalen EA 402-Verlängerungskabel ein vollständiges, kalibriertes Näherungsmesssystem. Alle Komponenten dieses Systems sind austauschbar, was betriebliche Flexibilität und Wartungsfreundlichkeit gewährleistet.
Beim TQ422 und TQ432 handelt es sich um funktionsgleiche Näherungsgeber. Der Hauptunterschied liegt in ihrer Montage:
TQ422: Für die Vorwärtsmontage konzipiert. Seine Sonde verfügt an der Vorderseite über eine BOA-Schutzkappe (ca. 0,6 mm dick), die auch die Ursache für den inhärenten Offset (-2,4 V) im Spannungsausgang ist. Es ist direkt dem Hochdruckmedium ausgesetzt und stellt die erste Verteidigungslinie dar.
TQ432: Entwickelt für die umgekehrte Montage. Die Installation erfolgt typischerweise von der gegenüberliegenden Seite des Druckbehälters, was bedeutet, dass die Sondenspitze nicht direkt dem Hochdruckmedium ausgesetzt ist und daher keine BOA-Schutzkappe erforderlich ist.
Hauptmerkmale und Eigenschaften
1. Hochdruckanwendungsdesign
Die Sensorsonde ist aus PEEK-Material (Polyetheretherketon) gefertigt und hält Flüssigkeitsdrücken bis zu 100 bar direkt stand.
Der Wandlerkörper besteht aus Edelstahl (1.4435) und bietet hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
2. Berührungslose Messung
3. Eignung für explosionsfähige Atmosphären
4. Komplette Systemlösung
Gepaart mit dem Signalaufbereiter IQS 452 zur Spannungs- oder Stromausgabe:
Spannungsausgang (3-Draht): Empfindlichkeit 4 mV/μm, Dynamikbereich -2,4 V bis -18,4 V.
Stromausgang (2-Draht): Empfindlichkeit 1,25 μA/μm, Dynamikbereich 15,75 mA bis 20,75 mA (typischerweise verwendet mit der galvanischen Trenneinheit GSI 124).
Kann mit EA 402-Verlängerungskabeln verwendet werden, um die Messentfernung zu erweitern und ein komplettes 5-Meter- oder 10-Meter-System zu bilden.
5. Anpassungsfähigkeit an die Umwelt
Großer Betriebstemperaturbereich: Wandlerkörper von -25 °C bis +140 °C (Drift <5 %); Das Kabel hält -100 °C bis +200 °C stand.
Hohe Schutzart: IP68 (IEC 529 / DIN 40050), bietet vollständigen Staubschutz und die Möglichkeit für den Langzeitbetrieb unter Wasser.
Hervorragende Vibrationsfestigkeit: Hält Vibrationen von 2 g im Frequenzbereich von 10 Hz bis 500 Hz stand.
6. Optionale Schutzkonfiguration
Bietet optional einen BOA-Edelstahlgeflechtmantel (Braided Outer Armour), der zusätzlichen mechanischen Schutz für das integrierte Koaxialkabel des Wandlers bietet und die Druck- und Abriebfestigkeit erhöht.
Mit BOA-Mantel erhöht sich die Druckfestigkeit der Wandler-/Kabelbaugruppe auf 10 bar (1 bar ohne BOA).
Detailliertes Funktionsprinzip
Der Näherungswandler TQ422 arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip, einer elektromagnetischen Induktionstechnologie, die häufig zur berührungslosen Weg- und Vibrationsmessung eingesetzt wird. In den folgenden Abschnitten werden der Funktionsmechanismus, die Systemzusammensetzung und der Signalfluss erläutert.
1. Physikalisches Kernprinzip: Wirbelstromeffekt
Wenn ein Metallleiter in ein sich änderndes Magnetfeld gebracht wird oder sich relativ zu einem Magnetfeld bewegt, werden gemäß dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion im Leiter geschlossene Ströme, sogenannte Wirbelströme, induziert. Die Stärke, Verteilung und Phase dieser Wirbelströme hängen von mehreren Faktoren ab:
Der Spalt zwischen Spule und Leiter: Dies ist der Zielparameter für die Messung.
Die elektrische Leitfähigkeit (σ) und magnetische Permeabilität (μ) des Leiters.
Die Frequenz (f) des anregenden Magnetfeldes.
Die geometrische Form des Leiters.
Der Kern des TQ422-Sensors ist eine präzisionsgewickelte Spule, die im PEEK-Material an der Sondenspitze eingekapselt ist. PEEK ist ein technischer Hochleistungskunststoff, der für seine hervorragende mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit und geringe Feuchtigkeitsaufnahme bekannt ist. Entscheidend ist, dass es einen sehr geringen dielektrischen Verlust und gute Wellenübertragungseigenschaften in hochfrequenten elektromagnetischen Feldern aufweist, wodurch sichergestellt wird, dass es das von der Spule erzeugte Magnetfeld nicht stört.
2. Systemworkflow
Der Betriebsablauf des gesamten Näherungsmesssystems ist ein geschlossener Prozess aus „Übertragung-Induktion-Demodulation-Ausgabe“:
Hochfrequenzsignalerzeugung und -übertragung:
Der gepaarte Signalaufbereiter IQS 452 enthält einen Hochfrequenzoszillator (HF) und Modulations-/Demodulationsschaltungen.
Der Aufbereiter versorgt die Spule des TQ422-Wandlers über ein Koaxialkabel mit einem hochfrequenten Wechselstrom-Erregerstrom.
Erzeugung elektromagnetischer Felder und Wirbelstrominduktion:
Der durch die Spule fließende Wechselstrom erzeugt um sie herum ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld.
Wenn dieses Magnetfeld die PEEK-Sondenspitze durchdringt und auf die Oberfläche eines nahe gelegenen Metallziels (z. B. einer Maschinenwelle) einwirkt, werden Wirbelströme in der Oberflächenschicht des Ziels induziert.
Erkennung von Impedanzänderungen:
Die induzierten Wirbelströme erzeugen selbst ein Magnetfeld. Nach dem Lenzschen Gesetz ist dieses Magnetfeld dem ursprünglichen Spulenfeld entgegengerichtet und schwächt dadurch das magnetische Feld der ursprünglichen Spule.
Dieser „Schwächungseffekt“ äußert sich in einer Änderung der Ersatzimpedanz der Sensorspule. Die Impedanz (Z) der Spule, eine Kombination aus Widerstand (R) und induktiver Reaktanz (ωL), ändert sich empfindlich und regelmäßig mit Schwankungen im Spalt zwischen Spule und Ziel.
Kleinerer Spalt -> Stärkerer Wirbelstromeffekt -> Größere Änderung der Spulenimpedanz.
Größerer Spalt -> Schwächerer Wirbelstromeffekt -> Kleinere Änderung der Spulenimpedanz.
Signaldemodulation und -verarbeitung:
Der Signalaufbereiter IQS 452 überwacht kontinuierlich die Änderungen der Impedanz der Sensorspule.
Die interne Demodulationsschaltung wandelt (demoduliert) diese hochfrequente Impedanzänderung in ein lineares Gleichspannungs- oder Stromsignal proportional zur Lücke um.
Der Conditioner verwendet hochwertige Komponenten, um Signalstabilität und -genauigkeit zu gewährleisten, und bietet Kurzschlussschutz.
Ausgabe und Kalibrierung:
Spannungsmodus: Gibt -2,4 V bei minimalem Abstand (typischerweise beeinflusst durch die Schutzkappe) und -18,4 V bei maximalem Abstand (4 mm) aus.
Strommodus: Gibt 15,75 mA bei minimaler Lücke und 20,75 mA bei maximaler Lücke aus.
Das System ist werkseitig bei +23 °C ±5 °C unter Verwendung eines spezifischen Targetmaterials (VCL 140-Stahl, 1.7225) kalibriert.
Die endgültige Ausgabe ist ein Signal, das stark linear zur Entfernung ist:
3. Systemeigenschaften und Vergütung
Temperaturkompensation: Das System verfügt über eine Temperaturkompensation, um die Auswirkungen von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit zu minimieren und sicherzustellen, dass die Drift über den weiten Temperaturbereich von -25 °C bis +140 °C unter 5 % bleibt.
Abstimmung der Kabellänge (elektrisches Trimmen): Aufgrund der verteilten Parameter (Kapazität, Induktivität) des Koaxialkabels, die sich auf die Hochfrequenzsignalübertragung auswirken, stellt das System Mindestanforderungen an die Gesamtkabellänge (TSL – Gesamtsystemlänge, d. h. integriertes Kabel des Wandlers + Länge des Verlängerungskabels EA402) (5-m-System ≥4,4 m, 10-m-System ≥8,8 m), um eine optimale Systemleistung und Austauschbarkeit der Wandler sicherzustellen.
Anforderungen an das Zielmaterial: Die Empfindlichkeit und Linearität des Sensors hängen von der elektrischen Leitfähigkeit und magnetischen Permeabilität des Zielmaterials ab. Die Standardkalibrierung basiert auf VCL 140-Stahl. Bei abweichendem Targetmaterial muss eine Probe zur Sonderkalibrierung bereitgestellt werden.
Anwendungsbereiche
Wasserkraftgeneratorsätze: Messung der relativen Verschiebung, Vibration und Unrundheit von Wellen in verschiedenen Wasserturbinen wie Francis und Kaplan.
Tauchpumpen: Überwachung der dynamischen Betriebsbedingungen von Pumpenschächten in Unterwasser-Hochdruckumgebungen.
Industrielle rotierende Maschinen: Wellenverschiebungs- und Vibrationsüberwachung für kritische Geräte wie Kompressoren, Gasturbinen und Dampfturbinen.
Jede Anwendung, die eine berührungslose Wegmessung in Hochdruck-, gefährlichen (explosiven) oder flüssigkeitsgefüllten Umgebungen erfordert.
