Der TQ902 ist ein leistungsstarker, berührungsloser Näherungssensor nach dem Wirbelstromprinzip aus der VM-Produktlinie. Es dient als zentrale Front-End-Komponente einer vollständigen Näherungsmesskette, die typischerweise aus dem TQ902-Sensor, einem optionalen EA902-Verlängerungskabel und einem IQS900-Signalaufbereiter besteht.
Der TQ902-Sensor wurde speziell für Zustandsüberwachungs- und Schutzsysteme rotierender Maschinen entwickelt. Seine Hauptfunktion besteht darin, die relative Verschiebung (Spalt) zwischen der Sensorsonde und einem Metallziel (typischerweise der Welle rotierender Maschinen) genau zu messen. Mithilfe einer berührungslosen Methode wandelt es kleinste Änderungen des mechanischen Spalts in Variationen der elektrischen Parameter um und liefert Rohdaten für die anschließende Signalaufbereitung und Systementscheidung.
Der TQ902 ist in Form, Passform und Funktion ein gleichwertiger Ersatz für die Sensoren der TQ4xx-Serie, mit Optimierungen in Material und Design, die deren Leistung erreichen oder sogar übertreffen.
Dieses System wird häufig in kritischen Geräten wie Dampfturbinen, Gasturbinen, hydraulischen Turbinen, Turbokompressoren, großen Pumpen, Lüftern, Generatoren und Motoren eingesetzt, um die radiale Vibration der Welle, die axiale Verschiebung (Schubposition) und die Drehzahl (Keyphasor) zu überwachen. Es ist eine unverzichtbare Sensoreinheit für den Maschinenschutz, die vorausschauende Wartung und die funktionale Sicherheit (z. B. Overspeed Detection Systems – ODS). Die gesamte Messkette entspricht den Anforderungen der API 670 5th Edition.
Hauptmerkmale und Vorteile
Das Design des TQ902-Sensors zielt darauf ab, zuverlässige, stabile und präzise Messungen in extremen Industrieumgebungen zu ermöglichen. Zu seinen Kernfunktionen gehören:
Prinzip der berührungslosen Wirbelstrommessung:
Nutzt den ausgereiften Wirbelstromeffekt für die Messung, vermeidet den Kontakt mit dem sich schnell drehenden Ziel vollständig, eliminiert Verschleiß und sorgt für eine extrem lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit.
Kann Ziele aus verschiedenen metallischen Materialien messen und bietet ein breites Anwendungsspektrum.
Hochtemperatur- und Umweltbeständigkeit:
Breiter Betriebstemperaturbereich: Das Sensorgehäuse kann kontinuierlich bei Umgebungstemperaturen von -40 °C bis +180 °C betrieben werden und hält kurzfristigen Überlebenstemperaturen von bis zu +220 °C (für maximal 2 Stunden) stand. Es eignet sich für verschiedene Industrieumgebungen mit hohen Temperaturen, wie z. B. Standorte in der Nähe von Turbinenlagergehäusen.
Außergewöhnliche Schutzart: Der Sensorkopf (Sonde und integriertes Kabel) verfügt über die Schutzart IP68 und bietet vollständigen Schutz gegen das Eindringen von Staub und kontinuierliches Eintauchen und gewährleistet einen stabilen Betrieb in rauen, nassen, öligen und staubigen Umgebungen.
Robuste mechanische Konstruktion:
Sondenmaterial: Die empfindliche Spule des Sensors ist präzise in der Sondenspitze aus PPS (Polyphenylensulfid) eingekapselt, einem leistungsstarken technischen Hochtemperatur-Thermoplast. PPS-Material bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Chemikalien und mechanische Festigkeit.
Gehäusematerial: Das Sensorgehäuse besteht aus Edelstahl AISI 316L und ist fest mit dem Sondenabschnitt verpresst, wodurch die allgemeine strukturelle Integrität und Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist.
Druckbeständiges Design: Der Sensor kann einem maximalen Druckunterschied von 6 bar (100 psid) zwischen der Sondenspitze und dem Körper standhalten und eignet sich für Installationsumgebungen mit Druckgradienten.
Flexible Konfiguration und Installation:
Mehrere Gewindetypen: Bietet sowohl metrische (M10×1, M14×1,5, M16×1,5) als auch zöllige (3/8'-24UNF, 5/8'-18UNF, 1/2'-20UNF) Gewindeoptionen, um Installationsanforderungen für verschiedene Regionen und Geräte weltweit zu erfüllen.
Anpassbare Abmessungen: Körperlänge (C) und Länge ohne Gewinde (D) können in 1-mm-Schritten innerhalb eines bestimmten Bereichs (z. B. 20 mm bis 250 mm) angepasst werden, um sich an unterschiedliche Montagelochtiefen und mechanische Strukturen anzupassen.
Mehrere Kabellängen: Bietet verschiedene integrierte Kabellängen (E) (z. B. 0,5 m, 1,0 m, 1,5 m, 2,0 m, 5,0 m, 10,0 m), die mit EA902-Verlängerungskabeln kombiniert werden können, um Gesamtsystemlängen (TSL) von 1 m, 5 m oder 10 m zu erreichen und so die Anforderungen an die Verkabelungsentfernung vor Ort zu erfüllen.
Umfassende Explosionsschutz-Zertifizierungen:
Erhältlich in zertifizierten explosionsgeschützten Versionen (Bestelloptionscode A5) für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (explosionsgefährdete Bereiche).
Im Schutzmodus „Ex ec“ fungiert der TQ902 selbst als „einfaches Gerät“ und kann bei Verwendung mit einem für „Ex ec“ zertifizierten IQS900-Signalaufbereiter in Gasumgebungen der Zone 2 eingesetzt werden.
Im Eigensicherheitsschutzmodus „Ex ia“ fungiert der TQ902 auch als „einfaches Gerät“ und kann bei Verwendung mit einem für „Ex ia“ zertifizierten IQS900 in Gasumgebungen der Zonen 0, 1, 2 und Staubumgebungen der Zonen 20, 21 und 22 eingesetzt werden.
Verfügt über Zertifizierungen aus mehreren globalen Regionen, darunter europäisches ATEX, internationales IECEx, nordamerikanisches cCSAus, koreanisches KGS, britisches UKEX und kasachisches EAEU.
Optionale Schutzkits:
Flexibler Edelstahlschlauch mit FEP-Ummantelung: Optionaler flexibler Edelstahlschlauch mit FEP-Ummantelung (Fluorethylen-Propylen) bietet versiegelten (leckagefreien), mechanischen Schutz und elektrische Isolierung für das Sensorkabel. Der FEP-Mantel bietet außerdem Beständigkeit gegen fast alle Chemikalien, geringe Durchlässigkeit (gegen Flüssigkeiten, Gase, Feuchtigkeit), Flexibilität, geringe Reibung und hohe mechanische Belastbarkeit und schützt das Kabel effektiv vor Beschädigungen unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.
Hervorragende Vibrations- und Schockfestigkeit:
Austauschbarkeit der Komponenten:
Bildet mit dem Verlängerungskabel EA902 und dem Signalaufbereiter IQS900 eine kalibrierte Messkette, wobei alle Komponenten austauschbar sind. Dies bedeutet, dass jede Komponente ausgetauscht werden kann, ohne dass das gesamte System neu kalibriert werden muss, was die Wartungskosten und die Lagerkomplexität erheblich reduziert.
Ausführliche Erläuterung des Funktionsprinzips
Der TQ902-Sensor ist der Signalinitiator für die gesamte Messkette. Sein Funktionsprinzip basiert auf elektromagnetischer Induktion und dem Wirbelstromeffekt. Hierbei handelt es sich um einen physikalischen Prozess, der mechanische Lückenänderungen in Induktivitätsänderungen umwandelt, der in den folgenden Schritten beschrieben wird:
Aufbau eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes:
Der Sensor erfordert die Ansteuerung durch einen nachgeschalteten IQS900-Signalaufbereiter. Ein Hochfrequenzoszillator im IQS900 erzeugt einen stabilen, hochfrequenten (typischerweise MHz-Bereich) sinusförmigen Wechselstrom.
Dieser Hochfrequenzstrom wird über ein Koaxialkabel an die Präzisionsspule im TQ902-Sensor übertragen. Diese Spule besteht aus gewickeltem Draht und ist in die Sondenspitze aus PPS-Material eingekapselt.
Wirbelstromerzeugung und Energiedissipation:
Wenn hochfrequenter Strom durch die Spule fließt, erzeugt sie im umgebenden Raum ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses Feld durchdringt das PPS-Material an der Oberseite der Sensorsonde und erstreckt sich in den Raum vor ihm.
Wenn sich die Sensorsonde einem Metallziel (z. B. einer Welle) nähert, induziert das elektromagnetische Wechselfeld auf der Zieloberfläche geschlossene Ströme, sogenannte Wirbelströme.
Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese Wirbelströme ein neues induziertes Magnetfeld, dessen Richtung dem ursprünglichen Feld entgegengesetzt ist, und immer versuchen, der Änderung des Feldes, das sie erzeugt hat, entgegenzuwirken.
Sensorimpedanzmodulation:
Wenn Wirbelströme innerhalb des Ziels fließen, erzeugen sie aufgrund der Widerstandseigenschaften des Materials Wärme und leiten Energie ab. Diese Energie kommt von der Quelle (IQS900), die die Spule antreibt.
Dieser Energieverlust äußert sich in einer Änderung der effektiven Impedanz der Sensorspule. Insbesondere nehmen sowohl die Induktivität (L) als auch der effektive Widerstand (R) der Spule ab.
Kernpunkt: Der Abstand (Abstand) zwischen der Sensorsonde und dem Metallobjekt bestimmt direkt die Stärke des Wirbelstromeffekts und bestimmt damit den Grad der Spulenimpedanzänderung. Ein kleinerer Spalt führt zu einer stärkeren elektromagnetischen Feldkopplung, stärkeren induzierten Wirbelströmen, einem größeren Energieverlust und einer stärkeren Änderung der Spulenimpedanz. Umgekehrt führt eine größere Lücke zu einer geringeren Impedanzänderung.
Signalübertragung:
Die Änderung der Spulenimpedanz moduliert (verändert) die Amplitude des vom IQS900 zurückreflektierten Hochfrequenzsignals. Im Wesentlichen ist die Lückeninformation in der Amplitudenvariation dieses Hochfrequenzsignals kodiert.
Dieses modulierte Hochfrequenzsignal wird über das Koaxialkabel zur weiteren Verarbeitung an den Signalaufbereiter IQS900 zurückgeführt.
Arbeitsablauf: IQS900 liefert Hochfrequenzstrom → TQ902-Spule erzeugt magnetisches Wechselfeld → Induziert Wirbelströme im Metallziel → Wirbelströme verursachen Energieverlust → Spulenimpedanz ändert sich → Impedanzänderung moduliert die Amplitude des Rücksignals → Moduliertes Signal kehrt zum IQS900 zurück.
Der TQ902 selbst gibt kein direkt proportionales Spannungs- oder Stromsignal zur Lücke aus. Es vollzieht den ersten Schritt der „elektromechanischen Umwandlung“, indem es Änderungen des mechanischen Spalts in Änderungen der elektrischen Parameter (Impedanz/Induktivität) umwandelt. Nachfolgende komplexe Signalverarbeitungsaufgaben – Demodulation (Extrahieren der Amplitudenvariation aus dem Hochfrequenzsignal), Verstärkung, Linearisierung, Temperaturkompensation und standardisierte Ausgabe (Umwandlung in 4-20-mA- oder -1-17-V-DC-Signale) – werden alle vom nachgeschalteten IQS900-Signalaufbereiter ausgeführt. Die Leistung und Genauigkeit des TQ902 sind Grundlage und Garant für die hochpräzise Messung des Gesamtsystems.
Anwendung und Bedeutung in der gesamten Messkette
Als Sensoreinheit spielt der TQ902 eine entscheidende Rolle in der gesamten Messkette bestehend aus „Sensor – Kabel – Signalaufbereiter“:
Frontend für Maschinenschutzsysteme: Es überwacht kontinuierlich Wellenvibrationen und -positionen und wenn die Vibrationsamplitude oder -verschiebung Sicherheitsschwellenwerte überschreitet, löst das System Alarme oder Abschaltungen aus, um katastrophale Schäden an der Ausrüstung zu verhindern.
Grundlage für Zustandsüberwachung und Diagnose: Das bereitgestellte Rohsignal enthält umfangreiche Informationen zum Maschinenzustand. Durch die Analyse von Schwingungsspektren und -trends können frühe Fehler wie Rotorunwucht, Fehlausrichtung und Lagerverschleiß diagnostiziert werden, was eine vorausschauende Wartung ermöglicht.
Schlüsselkomponente in funktionalen Sicherheitsanwendungen: In Kombination mit einem IQS900 mit Diagnose (SIL 2-zertifiziert) kann die gesamte Messkette in sicherheitsinstrumentierten Systemen (SIS) wie Overspeed Protection Systems (ODS) verwendet werden und bietet Schutz für Anlagensicherheitsvorgänge, der den internationalen Sicherheitsstandards (IEC 61508, ISO 13849) entspricht.
Ausgangspunkt für die Fernübertragung: Wenn das Signal vom IQS900 in ein Stromsignal (2-Draht) umgewandelt und über Isolationseinheiten wie den GSI127 übertragen wird, kann eine Signalübertragung über Entfernungen von bis zu 1 Kilometer erreicht werden, was für die verteilte Überwachung in großen Anlagen geeignet ist.
