El adaptador de montaje de sonda PA150 con cadena de medición de proximidad es un sistema completo, autónomo y sin contacto de medición de desplazamiento de la línea de productos VM. Este sistema integrado combina un sensor de proximidad de corrientes parásitas TQ912 y un acondicionador de señal IQS900 alojado dentro de una carcasa sellada y resistente, diseñada específicamente para entornos industriales hostiles y áreas peligrosas (atmósferas potencialmente explosivas). Su función principal es medir con precisión la vibración relativa del eje y la posición axial en maquinaria giratoria (como turbinas de vapor, turbinas de gas, turbinas hidráulicas, generadores, turbocompresores y bombas). Se usa ampliamente para protección de maquinaria, monitoreo de condición, sistemas de detección de exceso de velocidad (ODS) y aplicaciones relacionadas con la seguridad, y cumple totalmente con los estándares API 670, quinta edición.
Una ventaja clave del PA150 es su diseño modular y altamente integrado. Combina el sensor, un cable integral de 1 metro y el acondicionador de señal en una sola unidad, eliminando la necesidad de un cable de extensión EA902 por separado. Su exclusiva carcasa extraíble con un retenedor en forma de U facilita excepcionalmente la instalación de la sonda y el ajuste del espacio, incluso mientras la máquina está en funcionamiento. La varilla de acero inoxidable ajustable (disponible en longitudes de 50 a 800 mm) y varias opciones de rosca y longitud del adaptador brindan una inmensa flexibilidad de instalación para adaptarse a estructuras complejas de máquinas y limitaciones espaciales.
El sistema ofrece salida de voltaje (3 cables) o corriente (2 cables), con protección contra cortocircuitos. Su respuesta de frecuencia se extiende desde CC hasta 20 kHz, lo que permite capturar detalles sutiles de vibración en maquinaria giratoria de alta velocidad. El extremo del sensor ofrece un rango de temperatura de funcionamiento extremadamente amplio (-40 °C a +180 °C), lo que le permite manejar entornos de alta temperatura. Además, el PA150 está disponible en versiones estándar y a prueba de explosiones (Ex) certificadas por varios estándares internacionales (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc.), cumpliendo con los requisitos de seguridad para uso en áreas peligrosas a nivel mundial. El acondicionador de señal IQS900 integrado también admite la funcionalidad opcional de autoprueba integrada (BIST), salida de señal sin procesar y entrada de señal de prueba, lo que simplifica significativamente los procesos de puesta en marcha del sistema, pruebas de campo y resolución de problemas.
Principio de funcionamiento
El sistema PA150 funciona según el principio de corrientes de Foucault para lograr una medición de desplazamiento sin contacto de alta precisión. Su principio de funcionamiento es un proceso complejo y preciso que involucra inducción electromagnética, modulación y demodulación de señales de alta frecuencia, linealización de señales, compensación de temperatura y diagnóstico integrado. El proceso se detalla paso a paso a continuación.
1. Inducción de corrientes de Foucault y generación de señales
El núcleo del sistema es el sensor de proximidad TQ912. Su cabezal contiene una sonda que consta de una bobina enrollada con precisión, encapsulada en PPS (sulfuro de polifenileno) termoplástico de alto rendimiento y engarzada en un cuerpo de acero inoxidable (AISI 316L). Un oscilador de alta frecuencia dentro del acondicionador de señal IQS900 genera una señal de CA en el rango de MHz, que se transmite a la bobina de la sonda del sensor a través de un cable coaxial de impedancia característica de 70 ohmios.
Cuando la corriente de alta frecuencia fluye a través de la bobina, genera un campo electromagnético alterno en su extremo frontal. Cuando este campo se acerca a un objetivo metálico conductor (normalmente el eje de la máquina), se inducen corrientes parásitas en la superficie del objetivo de acuerdo con la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday. Estas corrientes parásitas generan por sí mismas un nuevo campo magnético opuesto al campo original (Ley de Lenz), provocando un cambio en la impedancia efectiva de la bobina del sensor. Este cambio en la impedancia tiene una relación funcional específica (normalmente aproximadamente una relación exponencial negativa) con la distancia entre la punta de la sonda y la superficie objetivo y también está influenciado por las propiedades electromagnéticas (conductividad, permeabilidad) del material objetivo y la temperatura ambiente.
2. Modulación, transmisión y demodulación de señales
El cambio en la amplitud de la impedancia de la bobina del sensor modula la señal portadora de alta frecuencia del acondicionador. Es decir, la amplitud de la señal de retorno (que transporta la información de distancia) contiene la información del espacio. Esta señal modulada de alta frecuencia se transmite de regreso al acondicionador de señal IQS900 a través del cable coaxial.
Dentro del IQS900, la señal de retorno se preamplifica primero. Posteriormente, un circuito de demodulación preciso (que a menudo utiliza tecnología de detección sensible a la fase) es responsable de eliminar la portadora de alta frecuencia, extrayendo una señal de voltaje de baja frecuencia proporcional al cambio en la impedancia de la bobina. Este proceso es crucial; debe restaurar con precisión la amplitud real del cambio de impedancia y, al mismo tiempo, suprimir eficazmente el ruido introducido por las fluctuaciones de la fuente de alimentación, las variaciones de capacitancia del cable y la interferencia electromagnética (EMI) externa, garantizando la pureza y confiabilidad de la señal.
3. Linealización, amplificación y conversión de salida
La señal de voltaje bruto del demodulador tiene una relación no lineal con la distancia del espacio. El circuito de procesamiento interno del IQS900 incluye un módulo de linealización dedicado. Este módulo procesa la señal sin procesar a través de algoritmos complejos (como ajuste polinómico o compensación lineal por partes) para convertirla en una señal estándar que tiene una relación proporcional altamente lineal con el espacio mecánico.
Luego, la señal linealizada se envía a un circuito de amplificación de precisión para ajustar la escala y la polarización para que coincida con precisión con el rango de salida y la sensibilidad seleccionados por el usuario a través de las opciones de pedido:
Modo de salida de voltaje (3 cables): Proporciona una señal de voltaje lineal de -1,6 V (correspondiente al espacio mínimo) a -17,6 V (correspondiente al espacio máximo). Presenta una impedancia de salida baja (<100 Ω), un rango dinámico de 16 V y es adecuado para la transmisión de corta distancia a tarjetas de adquisición de datos o PLC, ofreciendo una fuerte capacidad antiinterferencias.
Modo de salida de corriente (2 cables): Proporciona una señal de corriente de -15,5 mA (espacio mínimo) a -20,5 mA (espacio máximo). El rango dinámico es de 5 mA. La salida de corriente es inmune a las caídas de voltaje y al ruido en largas distancias, lo que la hace ideal para la transmisión de larga distancia a salas de control o sistemas DCS, e inherentemente proporciona detección de rotura de cables.
Ambas salidas están diseñadas con protección contra cortocircuitos y protección contra sobretensiones.
4. Compensación de temperatura y calibración del sistema
Las variaciones de temperatura afectan la resistencia de la bobina, las características del cable y las propiedades electromagnéticas del material objetivo. El sistema PA150 emplea un diseño integral de compensación de temperatura. Un sensor de temperatura interno monitorea la temperatura ambiente y los algoritmos ajustan dinámicamente la amplitud de la señal de excitación o los parámetros del circuito de demodulación para mantener la estabilidad y precisión de la señal de salida en el amplio rango de temperatura especificado (Sensor: -40 °C a +180 °C; Acondicionador: -40 °C a +85 °C), minimizando la deriva de medición (<5% a -30 a 150 °C).
Toda la cadena de medición (sensor + acondicionador) se calibra en fábrica utilizando un objetivo de acero estándar VCL 140 (1.7225) a 23 °C ±5 °C, lo que garantiza una completa intercambiabilidad de los componentes. Esto significa que el sensor o acondicionador dentro del sistema se puede reemplazar individualmente sin recalibrar todo el sistema, lo que simplifica enormemente el mantenimiento en campo y reduce los costos de inventario de repuestos.
5. Funciones de prueba y diagnóstico integradas (BIST)
La funcionalidad de diagnóstico opcional del acondicionador de señal IQS900 es una característica destacada. Admite la autoprueba integrada (BIST), que puede monitorear automáticamente de forma continua o bajo demanda el estado de la cadena de medición (incluido el sensor, el cable y el acondicionador). Si se detecta una falla (por ejemplo, circuito abierto del sensor, cortocircuito, daño en el cable o falla del acondicionador interno), alerta de forma remota llevando la salida a un valor fuera del rango de funcionamiento normal (< -20,5 mA o > -15,5 mA; < -17,6 V o > -1,6 V), lo que permite el mantenimiento predictivo.
Además, el IQS900 proporciona soporte exclusivo para pruebas in situ:
Salida sin procesar (RAW/COM): Proporciona una señal de voltaje 'sin procesar' (-0,8 a -8,8 V) que refleja directamente la señal interna recibida por el acondicionador antes del procesamiento de escala final. Esto está disponible incluso cuando el sistema está configurado para salida actual. Esta función se utiliza para verificar el estado del enlace desde el sensor hasta el extremo frontal del acondicionador de señal.
Entrada de prueba (TEST/COM): Permite inyectar una señal de voltaje de prueba de CA en la entrada del acondicionador. El acondicionador procesa esta señal de prueba como si viniera del sensor real y la pasa a la salida principal. Esto se utiliza para verificar la integridad de toda la ruta de la señal desde el acondicionador de señal hasta el sistema de monitoreo posterior (incluidas las barreras de aislamiento y el cableado).
Juntas, estas características permiten una puesta en marcha y resolución de problemas eficientes in situ sin desconectar cables ni detener la máquina.
Características y beneficios clave
Alta integración y fácil instalación: integra sensor, cable y acondicionador en una sola unidad, eliminando cables de extensión externos. La carcasa extraíble y el retenedor en forma de U permiten una instalación de la sonda y un ajuste de espacio excepcionalmente sencillos, lo que permite realizar ajustes en línea mientras la máquina está en funcionamiento.
Excelente diseño mecánico y adaptabilidad: cuenta con una varilla de acero inoxidable ajustable (50-800 mm), varias roscas de adaptador (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) y longitudes, y múltiples opciones de conexión de cables (Opción F), que satisfacen casi todos los requisitos de interfaz mecánica y espacio de instalación.
Certificaciones integrales ambientales y de seguridad: Sensor con clasificación IP68, carcasa general con clasificación IP65. Disponible en versiones a prueba de explosiones (Ex) certificadas según ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc., para uso en áreas peligrosas Zona 0/1/2 (Gas) y Zona 20/21/22 (Polvo). Cumple con API 670 5ª edición y estándares de seguridad funcional SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Núcleo de medición de alto rendimiento: basado en la cadena de medición probada TQ912 e IQS900, que ofrece un rango de medición lineal de 2 mm o 4 mm, con sensibilidad seleccionable de 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm o 1,25 μA/μm. La amplia respuesta de frecuencia (CC a 20 kHz) garantiza la captura de todos los componentes de vibración relevantes.
Capacidades avanzadas de diagnóstico y prueba: autoprueba integrada opcional (BIST) para monitoreo del estado del sistema en tiempo real. Las interfaces de salida sin procesar y de entrada de prueba admiten una puesta en marcha y diagnóstico de fallas integrales in situ, lo que reduce el tiempo de inactividad.
Sólida tolerancia ambiental: el sensor soporta temperaturas de funcionamiento de -40 °C a +180 °C, diferenciales de presión de hasta 6 bar, vibraciones de hasta 5 g y golpes de hasta 15 g. La carcasa de aluminio sellada (con juntas tóricas de Viton y junta de NBR) garantiza que el acondicionador esté protegido en entornos industriales hostiles.
Salida eléctrica y fuente de alimentación flexibles: admite salida de voltaje y corriente, compatible con la mayoría de los sistemas de monitoreo. Amplio rango de fuente de alimentación (-18 a -30 VCC), que puede obtenerse del sistema de monitoreo o de una fuente de alimentación de seguridad externa.
Aplicaciones
Sistemas de protección de maquinaria: para monitoreo de vibración relativa del eje y posición axial en maquinaria rotativa grande, como turbinas de vapor, turbinas de gas, turbinas hidráulicas, compresores, bombas y generadores para evitar fallas catastróficas.
Monitoreo de condición y mantenimiento predictivo: proporciona datos de vibración de alta precisión para el análisis del estado de la máquina y el diagnóstico de fallas.
Sistemas de detección de exceso de velocidad (ODS): sirve como sensor de velocidad (fasor clave) para funciones críticas de protección contra exceso de velocidad.
Aplicaciones relacionadas con la seguridad: Con su certificación SIL 2, se puede utilizar en bucles de protección de máquinas que requieran seguridad funcional.
Aplicaciones API 670: Totalmente compatible con la quinta edición del estándar del Instituto Americano del Petróleo para sistemas de protección de maquinaria, lo que lo hace ideal para las industrias de petróleo, gas y petroquímica.
Aplicaciones en áreas peligrosas: Las versiones a prueba de explosiones permiten su uso en entornos con gases o polvo explosivos, como en las industrias de petróleo y gas, química y farmacéutica.
