L'adaptateur de montage de sonde PA150 avec chaîne de mesure de proximité est un système complet et autonome de mesure de déplacement sans contact de la gamme de produits VM. Ce système intégré combine un capteur de proximité à courants de Foucault TQ912 et un conditionneur de signal IQS900 logés dans un boîtier robuste et étanche, spécialement conçu pour les environnements industriels difficiles et les zones dangereuses (atmosphères potentiellement explosives). Sa fonction principale est de mesurer avec précision les vibrations relatives de l'arbre et la position axiale dans les machines tournantes (telles que les turbines à vapeur, les turbines à gaz, les turbines hydrauliques, les générateurs, les turbocompresseurs et les pompes). Il est largement utilisé pour la protection des machines, la surveillance de l'état, les systèmes de détection de survitesse (ODS) et les applications liées à la sécurité, entièrement conforme aux normes API 670 5e édition.
L'un des principaux avantages du PA150 est sa conception hautement intégrée et modulaire. Il combine le capteur, un câble intégré de 1 mètre et le conditionneur de signal en une seule unité, éliminant ainsi le besoin d'un câble d'extension EA902 séparé. Son boîtier amovible unique doté d'un dispositif de retenue en forme de U facilite exceptionnellement l'installation de la sonde et le réglage de l'écartement, même lorsque la machine est en marche. La tige réglable en acier inoxydable (disponible dans des longueurs de 50 à 800 mm) et les diverses options de filetage et de longueur d'adaptateur offrent une immense flexibilité d'installation pour s'adapter aux structures de machines complexes et aux contraintes spatiales.
Le système offre une sortie de tension (3 fils) ou de courant (2 fils), avec une protection contre les courts-circuits. Sa réponse en fréquence s'étend jusqu'à 20 kHz en courant continu, permettant la capture de détails vibratoires subtils dans les machines tournantes à grande vitesse. L'extrémité du capteur offre une plage de températures de fonctionnement extrêmement large (-40°C à +180°C), lui permettant de gérer des environnements à haute température. De plus, le PA150 est disponible en versions standard et en versions antidéflagrantes (Ex) certifiées par diverses normes internationales (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc.), répondant aux exigences de sécurité pour une utilisation dans les zones dangereuses du monde entier. Le conditionneur de signal intégré IQS900 prend également en charge la fonctionnalité optionnelle d'autotest intégré (BIST), la sortie de signal brut et l'entrée de signal de test, simplifiant considérablement la mise en service du système, les tests sur le terrain et les processus de dépannage.
Principe de fonctionnement
Le système PA150 fonctionne sur la base du principe des courants de Foucault pour obtenir une mesure de déplacement de haute précision et sans contact. Son principe de fonctionnement est un processus complexe et précis impliquant l'induction électromagnétique, la modulation et la démodulation des signaux haute fréquence, la linéarisation du signal, la compensation de température et les diagnostics intégrés. Le processus est détaillé étape par étape ci-dessous.
1. Induction de courants de Foucault et génération de signaux
Le cœur du système est le capteur de proximité TQ912. Sa tête contient une sonde constituée d'une bobine enroulée avec précision, encapsulée dans du PPS (sulfure de polyphénylène) thermoplastique haute performance et sertie dans un corps en acier inoxydable (AISI 316L). Un oscillateur haute fréquence intégré au conditionneur de signal IQS900 génère un signal alternatif dans la plage MHz, qui est transmis à la bobine de la sonde du capteur via un câble coaxial à impédance caractéristique de 70 ohms.
Lorsqu’un courant haute fréquence traverse la bobine, il génère un champ électromagnétique alternatif à son extrémité avant. Lorsque ce champ s'approche d'une cible métallique conductrice (généralement l'arbre de la machine), des courants de Foucault sont induits sur la surface de la cible conformément à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Ces courants de Foucault génèrent eux-mêmes un nouveau champ magnétique opposé au champ d'origine (loi de Lenz), provoquant une modification de l'impédance effective de la bobine du capteur. Ce changement d'impédance a une relation fonctionnelle spécifique (généralement approximativement une relation exponentielle négative) avec la distance entre la pointe de la sonde et la surface cible et est également influencé par les propriétés électromagnétiques (conductivité, perméabilité) du matériau cible et la température ambiante.
2. Modulation, transmission et démodulation du signal
Le changement de l'impédance de la bobine du capteur module l'amplitude du signal porteur haute fréquence provenant du conditionneur. C'est-à-dire que l'amplitude du signal de retour (transportant les informations de distance) contient les informations d'écart. Ce signal haute fréquence modulé est retransmis au conditionneur de signal IQS900 via le câble coaxial.
À l'intérieur de l'IQS900, le signal de retour est d'abord pré-amplifié. Par la suite, un circuit de démodulation précis (utilisant souvent une technologie de détection sensible à la phase) est chargé d'éliminer la porteuse haute fréquence, extrayant un signal de tension basse fréquence proportionnel au changement d'impédance de la bobine. Ce processus est crucial ; il doit restaurer avec précision la véritable amplitude du changement d'impédance tout en supprimant efficacement le bruit introduit par les fluctuations de l'alimentation électrique, les variations de capacité des câbles et les interférences électromagnétiques externes (EMI), garantissant ainsi la pureté et la fiabilité du signal.
3. Linéarisation, amplification et conversion de sortie
Le signal de tension brut provenant du démodulateur a une relation non linéaire avec la distance d'espacement. Le circuit de traitement interne de l'IQS900 comprend un module de linéarisation dédié. Ce module traite le signal brut via des algorithmes complexes (tels que l'ajustement polynomial ou la compensation linéaire par morceaux) pour le convertir en un signal standard ayant une relation proportionnelle hautement linéaire avec l'espace mécanique.
Ensuite, le signal linéarisé est envoyé à un circuit d'amplification de précision pour la mise à l'échelle et l'ajustement de la polarisation afin de correspondre précisément à la plage de sortie et à la sensibilité sélectionnées par l'utilisateur via les options de commande :
Mode de sortie de tension (3 fils) : fournit un signal de tension linéaire de -1,6 V (correspondant à l'écart minimum) à -17,6 V (correspondant à l'écart maximum). Il présente une faible impédance de sortie (<100 Ω), une plage dynamique de 16 V et convient à la transmission sur de courtes distances vers des cartes d'acquisition de données ou des automates, offrant une forte capacité anti-interférence.
Mode de sortie de courant (2 fils) : fournit un signal de courant de -15,5 mA (écart minimum) à -20,5 mA (écart maximum). La plage dynamique est de 5 mA. La sortie de courant est insensible aux chutes de tension et au bruit sur de longues distances, ce qui la rend idéale pour la transmission longue distance vers des salles de contrôle ou des systèmes DCS, et permet intrinsèquement une détection de rupture de fil.
Les deux sorties sont conçues avec une protection contre les courts-circuits et une protection contre les surtensions.
4. Compensation de température et calibrage du système
Les variations de température affectent la résistance de la bobine, les caractéristiques du câble et les propriétés électromagnétiques du matériau cible. Le système PA150 utilise une conception complète de compensation de température. Un capteur de température interne surveille la température ambiante et des algorithmes ajustent dynamiquement l'amplitude du signal d'excitation ou les paramètres du circuit de démodulation pour maintenir la stabilité et la précision du signal de sortie sur la large plage de température spécifiée (capteur : -40 °C à +180 °C ; conditionneur : -40 °C à +85 °C), minimisant ainsi la dérive de mesure (<5 % à -30 °C à 150 °C).
L'ensemble de la chaîne de mesure (capteur + conditionneur) est calibré en usine à l'aide d'une cible standard en acier VCL 140 (1.7225) à 23°C ±5°C, garantissant une interchangeabilité totale des composants. Cela signifie que le capteur ou le conditionneur du système peut être remplacé individuellement sans recalibrer l'ensemble du système, ce qui simplifie considérablement la maintenance sur le terrain et réduit les coûts d'inventaire des pièces de rechange.
5. Fonctionnalités de diagnostic et de test intégrées (BIST)
La fonctionnalité de diagnostic en option du conditionneur de signaux IQS900 est une fonctionnalité remarquable. Il prend en charge l'autotest intégré (BIST), qui peut surveiller automatiquement, en continu ou à la demande, l'état de la chaîne de mesure (y compris le capteur, le câble et le conditionneur lui-même). Si un défaut est détecté (par exemple, circuit ouvert du capteur, court-circuit, câble endommagé ou défaut du conditionneur interne), il alerte à distance en pilotant la sortie à une valeur en dehors de la plage de fonctionnement normale (< -20,5 mA ou > -15,5 mA ; < -17,6 V ou > -1,6 V), permettant une maintenance prédictive.
De plus, l'IQS900 offre une prise en charge unique des tests in situ :
Sortie brute (RAW/COM) : fournit un signal de tension « brut » (-0,8 à -8,8 V) qui reflète directement le signal interne reçu par le conditionneur avant le traitement de mise à l'échelle final. Ceci est disponible même lorsque le système est configuré pour une sortie courant. Cette fonction est utilisée pour vérifier l'état de la liaison entre le capteur et l'extrémité avant du conditionneur de signal.
Entrée de test (TEST/COM) : permet d'injecter un signal de tension de test CA dans l'entrée du conditionneur. Le conditionneur traite ce signal de test comme s'il provenait du capteur réel et le transmet à la sortie principale. Ceci est utilisé pour vérifier l'intégrité de l'ensemble du chemin du signal depuis le conditionneur de signal jusqu'au système de surveillance ultérieur (y compris les barrières d'isolation et le câblage).
Ensemble, ces fonctionnalités permettent une mise en service et un dépannage efficaces sur place sans débrancher les fils ni arrêter la machine.
Principales caractéristiques et avantages
Haute intégration et installation facile : intègre le capteur, le câble et le conditionneur en une seule unité, éliminant ainsi les câbles d'extension externes. Le boîtier amovible et le dispositif de retenue en forme de U permettent une installation et un réglage de l'écart exceptionnellement faciles, prenant en charge les réglages en ligne pendant le fonctionnement de la machine.
Excellente conception mécanique et adaptabilité : comprend une tige en acier inoxydable réglable (50-800 mm), divers filetages d'adaptateur (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) et longueurs, et plusieurs options de raccord de câble (option F), répondant à presque toutes les exigences d'espace d'installation et d'interface mécanique.
Certifications complètes en matière d'environnement et de sécurité : capteur classé IP68, boîtier global classé IP65. Disponible en versions antidéflagrantes (Ex) certifiées ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc., pour une utilisation dans les zones dangereuses de zone 0/1/2 (gaz) et de zone 20/21/22 (poussière). Conforme à la 5e édition de l'API 670 et aux normes de sécurité fonctionnelle SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Noyau de mesure haute performance : basé sur la chaîne de mesure éprouvée TQ912 et IQS900, offrant une plage de mesure linéaire de 2 mm ou 4 mm, avec une sensibilité sélectionnable de 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm ou 1,25 μA/μm. Une large réponse en fréquence (DC à 20 kHz) garantit la capture de tous les composants vibratoires pertinents.
Capacités avancées de diagnostic et de test : autotest intégré (BIST) en option pour la surveillance de l'état du système en temps réel. Les interfaces de sortie brute et d'entrée de test prennent en charge une mise en service et un diagnostic de pannes in situ complets, réduisant ainsi les temps d'arrêt.
Tolérance environnementale robuste : le capteur résiste à des températures de fonctionnement de -40 °C à +180 °C, des différences de pression jusqu'à 6 bars, des vibrations jusqu'à 5 g et des chocs jusqu'à 15 g. Le boîtier en aluminium scellé (avec joints toriques Viton et joint NBR) garantit la protection du conditionneur dans les environnements industriels difficiles.
Sortie électrique et alimentation flexibles : prend en charge la sortie de tension et de courant, compatible avec la plupart des systèmes de surveillance. Large plage d'alimentation (-18 à -30 VCC) pouvant provenir du système de surveillance ou d'une alimentation de sécurité externe.
Applications
Systèmes de protection des machines : pour la surveillance des vibrations relatives de l'arbre et de la position axiale dans les grandes machines tournantes telles que les turbines à vapeur, les turbines à gaz, les turbines hydrauliques, les compresseurs, les pompes et les générateurs afin d'éviter les pannes catastrophiques.
Surveillance de l'état et maintenance prédictive : fournit des données de vibration de haute précision pour l'analyse de l'état de la machine et le diagnostic des pannes.
Systèmes de détection de survitesse (ODS) : sert de capteur de vitesse (Keyphasor) pour les fonctions critiques de protection contre la survitesse.
Applications liées à la sécurité : Avec sa certification SIL 2, il peut être utilisé dans les boucles de protection des machines nécessitant une sécurité fonctionnelle.
Applications API 670 : Entièrement conforme à la norme 5e édition de l'American Petroleum Institute pour les systèmes de protection des machines, ce qui le rend idéal pour les industries pétrolière, gazière et pétrochimique.
Applications en zones dangereuses : les versions antidéflagrantes permettent une utilisation dans des environnements contenant des gaz ou des poussières explosifs, comme dans les industries pétrolières et gazières, chimiques et pharmaceutiques.
