L'adattatore di montaggio della sonda PA150 con catena di misurazione di prossimità è un sistema di misurazione dello spostamento senza contatto completo e autonomo della linea di prodotti VM. Questo sistema integrato combina un sensore di prossimità a correnti parassite TQ912 e un condizionatore di segnale IQS900 alloggiati all'interno di un involucro robusto e sigillato, progettato specificamente per ambienti industriali difficili e aree pericolose (atmosfere potenzialmente esplosive). La sua funzione principale è quella di misurare con precisione la vibrazione relativa dell'albero e la posizione assiale nei macchinari rotanti (come turbine a vapore, turbine a gas, turbine idrauliche, generatori, turbocompressori e pompe). È ampiamente utilizzato per la protezione dei macchinari, il monitoraggio delle condizioni, i sistemi di rilevamento della velocità eccessiva (ODS) e le applicazioni relative alla sicurezza, pienamente conformi agli standard API 670 5a edizione.
Un vantaggio chiave del PA150 è il suo design altamente integrato e modulare. Combina il sensore, un cavo integrale da 1 metro e il condizionatore di segnale in una singola unità, eliminando la necessità di un cavo di prolunga EA902 separato. Il suo esclusivo alloggiamento rimovibile con fermo a forma di U facilita l'installazione della sonda e la regolazione della distanza, anche mentre la macchina è in funzione. L'asta regolabile in acciaio inossidabile (disponibile in lunghezze da 50 a 800 mm) e varie opzioni di filettatura e lunghezza dell'adattatore forniscono un'enorme flessibilità di installazione per adattarsi a strutture di macchine complesse e vincoli di spazio.
Il sistema offre un'uscita in tensione (3 fili) o in corrente (2 fili), dotata di protezione da cortocircuito. La sua risposta in frequenza si estende fino a DC fino a 20 kHz, consentendo l'acquisizione di sottili dettagli di vibrazione in macchinari rotanti ad alta velocità. L'estremità del sensore offre un intervallo di temperature operative estremamente ampio (da -40°C a +180°C), consentendogli di gestire ambienti ad alta temperatura. Inoltre, il PA150 è disponibile in versioni standard e versioni antideflagranti (Ex) certificate da vari standard internazionali (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, ecc.), soddisfacendo i requisiti di sicurezza per l'uso in aree pericolose a livello globale. Il condizionatore di segnale IQS900 integrato supporta inoltre la funzionalità opzionale di autotest integrato (BIST), l'uscita del segnale grezzo e l'ingresso del segnale di test, semplificando notevolmente la messa in servizio del sistema, i test sul campo e i processi di risoluzione dei problemi.
Principio di funzionamento
Il sistema PA150 funziona in base al principio delle correnti parassite per ottenere misurazioni dello spostamento senza contatto e ad alta precisione. Il suo principio di funzionamento è un processo complesso e preciso che coinvolge induzione elettromagnetica, modulazione e demodulazione del segnale ad alta frequenza, linearizzazione del segnale, compensazione della temperatura e diagnostica integrata. Il processo è elaborato passo dopo passo di seguito.
1. Induzione di correnti parassite e generazione di segnali
Il cuore del sistema è il sensore di prossimità TQ912. La sua testa contiene una sonda costituita da una bobina avvolta di precisione, incapsulata in PPS termoplastico ad alte prestazioni (polifenilene solfuro) e crimpata in un corpo in acciaio inossidabile (AISI 316L). Un oscillatore ad alta frequenza all'interno del condizionatore di segnale IQS900 genera un segnale CA nella gamma MHz, che viene trasmesso alla bobina della sonda del sensore tramite un cavo coassiale con impedenza caratteristica di 70 ohm.
Quando la corrente ad alta frequenza scorre attraverso la bobina, genera un campo elettromagnetico alternato nella sua estremità anteriore. Quando questo campo si avvicina a un bersaglio metallico conduttivo (tipicamente l'albero della macchina), le correnti parassite vengono indotte sulla superficie del bersaglio secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday. Queste stesse correnti parassite generano un nuovo campo magnetico che si oppone al campo originale (legge di Lenz), provocando una modifica nell'impedenza effettiva della bobina del sensore. Questa variazione di impedenza ha una relazione funzionale specifica (tipicamente una relazione esponenziale negativa) con la distanza tra la punta della sonda e la superficie target ed è influenzata anche dalle proprietà elettromagnetiche (conduttività, permeabilità) del materiale target e dalla temperatura ambiente.
2. Modulazione, trasmissione e demodulazione del segnale
La variazione dell'ampiezza dell'impedenza della bobina del sensore modula il segnale portante ad alta frequenza proveniente dal condizionatore. Cioè, l'ampiezza del segnale di ritorno (che trasporta l'informazione sulla distanza) contiene l'informazione sul gap. Questo segnale modulato ad alta frequenza viene ritrasmesso al condizionatore di segnale IQS900 tramite il cavo coassiale.
All'interno dell'IQS900, il segnale di ritorno viene prima preamplificato. Successivamente, un preciso circuito di demodulazione (spesso utilizzando la tecnologia di rilevamento sensibile alla fase) è responsabile della rimozione della portante ad alta frequenza, estraendo un segnale di tensione a bassa frequenza proporzionale alla variazione dell'impedenza della bobina. Questo processo è cruciale; deve ripristinare accuratamente la reale ampiezza della variazione di impedenza sopprimendo al contempo efficacemente il rumore introdotto dalle fluttuazioni dell'alimentazione, dalle variazioni di capacità del cavo e dalle interferenze elettromagnetiche esterne (EMI), garantendo la purezza e l'affidabilità del segnale.
3. Linearizzazione, amplificazione e conversione dell'uscita
Il segnale di tensione grezza proveniente dal demodulatore ha una relazione non lineare con la distanza del gap. Il circuito di elaborazione interno dell'IQS900 include un modulo di linearizzazione dedicato. Questo modulo elabora il segnale grezzo attraverso algoritmi complessi (come l'adattamento polinomiale o la compensazione lineare a tratti) per convertirlo in un segnale standard che ha una relazione proporzionale altamente lineare con il gap meccanico.
Successivamente, il segnale linearizzato viene inviato a un circuito di amplificazione di precisione per la scalatura e la regolazione del bias per abbinare con precisione l'intervallo di uscita e la sensibilità selezionati dall'utente tramite le opzioni di ordinazione:
Modalità di uscita in tensione (3 fili): fornisce un segnale di tensione lineare da -1,6 V (corrispondente al divario minimo) a -17,6 V (corrispondente al divario massimo). Presenta una bassa impedenza di uscita (<100 Ω), una gamma dinamica di 16 V ed è adatto per la trasmissione a breve distanza a schede di acquisizione dati o PLC, offrendo una forte capacità anti-interferenza.
Modalità uscita corrente (2 fili): fornisce un segnale di corrente da -15,5 mA (gap minimo) a -20,5 mA (gap massimo). La gamma dinamica è 5 mA. L'uscita di corrente è immune alle cadute di tensione e al rumore su lunghe distanze, rendendola ideale per la trasmissione a lunga distanza verso sale di controllo o sistemi DCS e fornisce intrinsecamente il rilevamento della rottura del cavo.
Entrambe le uscite sono progettate con protezione da cortocircuito e protezione da sovratensione.
4. Compensazione della temperatura e calibrazione del sistema
Le variazioni di temperatura influiscono sulla resistenza della bobina, sulle caratteristiche del cavo e sulle proprietà elettromagnetiche del materiale target. Il sistema PA150 utilizza un design completo di compensazione della temperatura. Un sensore di temperatura interno monitora la temperatura ambiente e gli algoritmi regolano dinamicamente l'ampiezza del segnale di eccitazione o i parametri del circuito di demodulazione per mantenere la stabilità e la precisione del segnale di uscita nell'ampio intervallo di temperature specificato (Sensore: da -40°C a +180°C; Condizionatore: da -40°C a +85°C), riducendo al minimo la deriva della misurazione (<5% da -30 a +150°C).
L'intera catena di misurazione (sensore + condizionatore) è calibrata in fabbrica utilizzando un target standard in acciaio VCL 140 (1.7225) a 23°C ±5°C, garantendo la completa intercambiabilità dei componenti. Ciò significa che il sensore o il condizionatore all'interno del sistema può essere sostituito individualmente senza ricalibrare l'intero sistema, semplificando notevolmente la manutenzione sul campo e riducendo i costi di inventario dei pezzi di ricambio.
5. Funzionalità di diagnostica e test integrate (BIST)
La funzionalità diagnostica opzionale del condizionatore di segnale IQS900 è una caratteristica straordinaria. Supporta il built-in self-test (BIST), che può monitorare automaticamente in modo continuo o su richiesta lo stato della catena di misurazione (inclusi il sensore, il cavo e il condizionatore stesso). Se viene rilevato un guasto (ad esempio, circuito aperto del sensore, cortocircuito, danno al cavo o guasto del condizionatore interno), avvisa in remoto portando l'uscita su un valore al di fuori del normale intervallo operativo (< -20,5 mA o > -15,5 mA; < -17,6 V o > -1,6 V), consentendo la manutenzione predittiva.
Inoltre, l'IQS900 fornisce un supporto unico per i test in situ:
Uscita grezza (RAW/COM): fornisce un segnale di tensione 'grezzo' (da -0,8 a -8,8 V) che riflette direttamente il segnale interno ricevuto dal condizionatore prima dell'elaborazione di ridimensionamento finale. Questo è disponibile anche quando il sistema è configurato per l'uscita in corrente. Questa funzione viene utilizzata per verificare lo stato del collegamento dal sensore al front-end del condizionatore di segnale.
Ingresso di prova (TEST/COM): consente di iniettare un segnale di tensione di prova CA nell'ingresso del condizionatore. Il condizionatore elabora questo segnale di test come se provenisse dal sensore reale e lo trasmette all'uscita principale. Viene utilizzato per verificare l'integrità dell'intero percorso del segnale dal condizionatore di segnale al successivo sistema di monitoraggio (comprese le barriere di isolamento e il cablaggio).
Insieme, queste caratteristiche consentono un'efficiente messa in servizio e risoluzione dei problemi in situ senza scollegare i cavi o arrestare la macchina.
Caratteristiche e vantaggi principali
Elevata integrazione e installazione semplice: integra sensore, cavo e condizionatore in un'unica unità, eliminando i cavi di prolunga esterni. L'alloggiamento rimovibile e il fermo a forma di U consentono un'installazione e una regolazione della distanza della sonda eccezionalmente facili, supportando le regolazioni in linea mentre la macchina è in funzione.
Eccellente design meccanico e adattabilità: presenta un'asta regolabile in acciaio inossidabile (50-800 mm), varie filettature dell'adattatore (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) e lunghezze e molteplici opzioni di montaggio del cavo (opzione F), soddisfacendo quasi tutti i requisiti di spazio di installazione e di interfaccia meccanica.
Certificazioni ambientali e di sicurezza complete: sensore classificato IP68, custodia complessiva classificata IP65. Disponibili in versioni antideflagranti (Ex) certificate ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, ecc., per l'uso in aree pericolose Zona 0/1/2 (Gas) e Zona 20/21/22 (Polveri). Conforme alla API 670 5a edizione e agli standard di sicurezza funzionale SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Nucleo di misurazione ad alte prestazioni: basato sulla comprovata catena di misurazione TQ912 e IQS900, offre un intervallo di misurazione lineare di 2 mm o 4 mm, con sensibilità selezionabile di 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm o 1,25 μA/μm. L'ampia risposta in frequenza (da CC a 20 kHz) garantisce la cattura di tutti i componenti di vibrazione rilevanti.
Funzionalità avanzate di diagnostica e test: BIST (Built-In Self-Test) opzionale per il monitoraggio dello stato del sistema in tempo reale. Le interfacce di output grezzo e input di test supportano la messa in servizio completa in situ e la diagnosi dei guasti, riducendo i tempi di inattività.
Robusta tolleranza ambientale: il sensore resiste a temperature di esercizio da -40°C a +180°C, differenziali di pressione fino a 6 bar, vibrazioni fino a 5 g e urti fino a 15 g. L'alloggiamento sigillato in alluminio (con O-ring in Viton e guarnizione NBR) garantisce la protezione del condizionatore in ambienti industriali difficili.
Uscita elettrica e alimentazione flessibili: supporta l'uscita di tensione e corrente, compatibile con la maggior parte dei sistemi di monitoraggio. Ampio intervallo di alimentazione (da -18 a -30 V CC), che può essere fornito dal sistema di monitoraggio o da un alimentatore di sicurezza esterno.
Applicazioni
Sistemi di protezione dei macchinari: per il monitoraggio delle vibrazioni relative dell'albero e della posizione assiale in grandi macchinari rotanti come turbine a vapore, turbine a gas, turbine idrauliche, compressori, pompe e generatori per prevenire guasti catastrofici.
Monitoraggio delle condizioni e manutenzione predittiva: fornisce dati sulle vibrazioni ad alta precisione per l'analisi dello stato della macchina e la diagnosi dei guasti.
Sistemi di rilevamento della velocità eccessiva (ODS): funge da sensore di velocità (Keyphasor) per funzioni critiche di protezione dalla velocità eccessiva.
Applicazioni legate alla sicurezza: grazie alla certificazione SIL 2, può essere utilizzato nei circuiti di protezione delle macchine che richiedono sicurezza funzionale.
Applicazioni API 670: pienamente conforme allo standard 5a edizione dell'American Petroleum Institute per i sistemi di protezione dei macchinari, che lo rende ideale per l'industria petrolifera, del gas e petrolchimica.
Applicazioni in aree pericolose: le versioni antideflagranti consentono l'uso in ambienti con gas o polveri esplosivi, come nell'industria petrolifera e del gas, chimica e farmaceutica.
