Il trasduttore di prossimità TQ402 è un componente fondamentale dei sistemi di misurazione di prossimità TQ402/TQ412, EA402 e IQS900. Questo sistema costituisce una catena di misura dello spostamento completa e senza contatto basata sul principio delle correnti parassite, appositamente progettata per il monitoraggio delle condizioni e la protezione delle macchine rotanti industriali.
Noto per la sua elevata precisione, affidabilità ed eccezionale resistenza ambientale, il trasduttore TQ402 è ampiamente utilizzato in apparecchiature critiche come turbine a vapore, turbine a gas, turbine idrauliche, generatori, turbocompressori e pompe per misurare le vibrazioni relative dell'albero e la posizione assiale. Il design del sistema è conforme agli standard API 670 ed è disponibile in versioni certificate per l'uso in atmosfere potenzialmente esplosive, rendendolo la scelta ideale per applicazioni industriali di fascia alta.
II. Caratteristiche principali
Misurazione ad alta precisione e senza contatto
Il TQ402 misura accuratamente i più piccoli cambiamenti nello spazio tra la punta della sonda e la superficie metallica target, convertendoli in segnali elettrici corrispondenti. Questo metodo senza contatto evita l'usura dei componenti rotanti, rendendolo perfettamente adatto a condizioni operative difficili che comportano velocità e temperature elevate.
Intercambiabilità dell'intero sistema dei componenti
L'intero sistema di misurazione (comprese le sonde TQ402/TQ412, i cavi di prolunga EA402 e il condizionatore di segnale IQS900) è calibrato con precisione e tutti i componenti sono completamente intercambiabili. Gli utenti possono sostituire qualsiasi componente senza la necessità di complessi abbinamenti o ricalibrazioni in loco, mantenendo le prestazioni del sistema specificate. Ciò semplifica notevolmente la manutenzione e riduce i costi di inventario.
Ampio intervallo di misurazione e opzioni di output
Il sistema offre due intervalli di misurazione lineare standard: 2 mm (da 0,15 a 2,15 mm) e 4 mm (da 0,3 a 4,3 mm). Il condizionatore di segnale IQS900 fornisce opzioni di uscita sia in tensione (da -1,6 V a -17,6 V) che in corrente (da -15,5 mA a -20,5 mA), facilitando l'integrazione con vari sistemi di monitoraggio backend come VM600 o VibroSmart®.
Eccezionale robustezza ambientale
Intervallo di temperatura: il corpo del trasduttore funziona in modo affidabile da -40°C a +180°C con una deriva inferiore al 5% e può sopravvivere a un'esposizione a breve termine fino a +220°C.
Grado di protezione: la punta della sonda e la parte del cavo integrale hanno un grado di protezione IP68, proteggendo dall'ingresso di polvere e dall'immersione prolungata in acqua.
Resistenza meccanica: può sopportare vibrazioni di picco di 5 g (10-500 Hz) e shock di picco di 15 g (durata 11 ms), garantendo un funzionamento stabile in ambienti altamente vibranti.
Costruzione fisica robusta
Punta della sonda: presenta una bobina incapsulata all'interno di una punta stampata in Torlon® (poliammide-immide), che offre un'eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e resistenza meccanica.
Corpo del trasduttore: realizzato in acciaio inossidabile AISI 316L e ricoperto di resina epossidica ad alta temperatura, che garantisce robustezza e durata complessive.
Cavi e connettori: utilizza un cavo coassiale da 75 Ω con isolamento FEP, diametro 3,6 mm. I connettori sono di tipo coassiale miniaturizzato autobloccante, che si bloccano saldamente con il serraggio manuale e sono dotati di un meccanismo anti-allentamento.
Certificazioni di sicurezza e conformità complete
Il TQ402 è disponibile in versioni certificate per l'uso in aree pericolose, tra cui:
Ex ia Sicurezza Intrinseca (per Zona 0, 1, 2).
Ex nA Antiscintilla (per Zona 2).
Inoltre, il sistema è conforme a numerosi standard e direttive internazionali come CE, EAC e RoHS.
III. Principio di funzionamento
Il trasduttore di prossimità TQ402 e il suo sistema funzionano in base al principio fisico fondamentale dell'effetto delle correnti parassite. Di seguito viene descritto in dettaglio il processo completo dalla generazione del segnale all'output finale.
1. Generazione dell'effetto delle correnti parassite
Il cuore del sensore TQ402 è una bobina avvolta di precisione, modellata all'interno della robusta punta della sonda Torlon®. Quando il sistema è alimentato, il condizionatore di segnale IQS900 fornito in dotazione fornisce a questa bobina una corrente alternata ad alta frequenza (tipicamente 1-2 MHz). Secondo le leggi dell'elettromagnetismo, questa corrente alternata genera un campo elettromagnetico alternato ad alta frequenza attorno alla punta della sonda.
Quando la sonda si avvicina a un bersaglio metallico conduttivo (ad esempio, l'albero in acciaio di una macchina), questo campo elettromagnetico alternato penetra nella superficie del bersaglio. La legge dell'induzione di Faraday impone che un campo magnetico variabile induca correnti circolanti a circuito chiuso, note come correnti parassite, all'interno del conduttore. La densità e l'intensità di queste correnti parassite sono strettamente correlate alla distanza tra la sonda e il bersaglio.
2. Variazione di impedenza e rilevamento del segnale
Le stesse correnti parassite indotte generano un campo elettromagnetico opposto (legge di Lenz), che interagisce con il campo originale prodotto dalla bobina della sonda. Questa interazione provoca un cambiamento nell'impedenza CA effettiva della bobina della sonda. Nello specifico, al diminuire della distanza, l'effetto di accoppiamento si rafforza, l'effetto delle correnti parassite diventa più significativo e l'impedenza della bobina aumenta. Al contrario, all’aumentare della distanza, l’impedenza diminuisce.
Pertanto, la distanza tra la sonda e il target viene convertita direttamente in una variazione dell'impedenza elettrica della bobina del sensore TQ402. Questa variazione di impedenza contiene informazioni sia sugli aspetti statici (distanza media) che dinamici (vibrazioni) del gap.
3. Condizionamento e demodulazione del segnale
Il ruolo del condizionatore di segnale IQS900 è quello di rilevare ed elaborare questo sottile cambiamento di impedenza. Contiene un preciso circuito modulatore/demodulatore. Il condizionatore monitora continuamente i cambiamenti nel segnale di comando fornito alla bobina risultante dalla variazione di impedenza.
Attraverso la demodulazione del segnale ad alta frequenza restituito, l'IQS900 estrae accuratamente la componente di tensione o corrente proporzionale alla distanza del gap. Questo processo filtra l'onda portante ad alta frequenza, lasciando solo il segnale a bassa frequenza (da CC a 20 kHz) relativo alla distanza.
4. Linearizzazione e output
Il segnale demodulato viene amplificato e linearizzato, convertito in un segnale elettrico in uscita standard e facilmente misurabile:
Modalità di uscita tensione: emette una tensione CC proporzionale al divario, con sensibilità tipica di 8 mV/μm (200 mV/mil) per la gamma di 2 mm o 4 mV/μm (100 mV/mil) per la gamma di 4 mm. L'uscita lineare varia tipicamente da -1,6 V (gap minimo) a -17,6 V (gap massimo).
Modalità di uscita corrente: emette una corrente proporzionale al gap, con sensibilità tipica di 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) o 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil). L'uscita lineare varia tipicamente da -15,5 mA (gap minimo) a -20,5 mA (gap massimo).
Il sistema presenta un'eccellente linearità all'interno dell'intervallo specificato (ad esempio, 2 mm o 4 mm), garantendo una relazione proporzionale estremamente accurata tra la tensione/corrente di uscita e il traferro meccanico.
5. Separazione dei segnali statici e dinamici
Il segnale di uscita finale contiene sia componenti CC (corrente continua) che CA (corrente alternata):
Componente CC: rappresenta la posizione media o il divario statico tra la sonda e il target, utilizzato per monitorare parametri a variazione lenta come lo spostamento assiale o l'usura dei cuscinetti.
Componente AC: sovrapposta alla componente DC, rappresenta la vibrazione dinamica del target rispetto alla sonda. La sua ampiezza riflette l'intensità della vibrazione e la sua frequenza indica la fonte della vibrazione. Ciò consente al sistema di eseguire contemporaneamente il monitoraggio della posizione e delle vibrazioni.
6. Compensazione della temperatura e calibrazione del sistema
Per garantire la precisione della misurazione nell'intero intervallo di temperature operative (da -40°C a +180°C), il design del sistema incorpora meccanismi di compensazione della temperatura per ridurre al minimo l'impatto della deriva termica sull'uscita. Il trasduttore è calibrato in fabbrica utilizzando l'acciaio VCL 140 (1.7225) come materiale target, che è equivalente ai materiali comuni dell'albero come AISI 4140. Per applicazioni con materiali speciali, si consiglia di consultare il produttore per ottenere curve prestazionali specifiche.
IV. Punti di integrazione e selezione del sistema
Lunghezza totale del sistema: la lunghezza totale del sistema è la somma della lunghezza del cavo integrale del trasduttore TQ402 e della lunghezza del cavo di prolunga EA402. Le lunghezze standard del sistema sono 1 metro, 5 metri e 10 metri, ottenibili attraverso combinazioni flessibili di diverse lunghezze di sonda e cavo di prolunga.
Taglio elettrico: per garantire le prestazioni e l'intercambiabilità del sistema, la lunghezza nominale dei cavi di prolunga richiede un 'taglio elettrico'. La lunghezza totale minima utilizzabile effettiva è leggermente inferiore al valore nominale (ad esempio, minimo 4,4 m per un sistema da 5 m).
Protezione opzionale: è possibile selezionare tubi flessibili in acciaio inossidabile con guaine in FEP per fornire ulteriore protezione meccanica e resistenza chimica ai cavi.
Installazione: il corpo del trasduttore offre opzioni di filettatura metrica e imperiale e può essere abbinato a varie staffe di montaggio per adattarsi a diversi spazi e requisiti di installazione.
V. Diagnostica del sistema e integrità della sicurezza (SIL)
Il sistema TQ402, insieme al condizionatore di segnale IQS900, offre funzionalità avanzate che soddisfano le esigenze della moderna sicurezza e affidabilità industriale.
Funzionalità diagnostica integrata: il condizionatore di segnale IQS900 offre un circuito diagnostico BIST (Built-In Self-Test) opzionale. Quando la diagnostica è abilitata, il sistema monitora continuamente lo stato dell'intera catena di misurazione (compresi il sensore, il cavo e il condizionatore stesso). Al rilevamento di aperture, cortocircuiti o altri guasti, altera il segnale di uscita per indicare chiaramente il problema:
Nella modalità di uscita tensione/corrente, il valore di uscita non rientra nel normale intervallo compreso tra -1,6 V e -17,6 V o tra -15,5 mA e -20,5 mA, fornendo un chiaro allarme di guasto al sistema di monitoraggio backend e consentendo la manutenzione predittiva.
Certificazione di sicurezza funzionale: il condizionatore di segnale IQS900 con diagnostica è progettato per soddisfare SIL 2 (secondo IEC 61508) e PL c, Cat. 1 (secondo ISO 13849) Livelli di integrità della sicurezza. Ciò significa che la progettazione del sistema è adeguata a soddisfare i severi requisiti di molte applicazioni legate alla sicurezza (ad esempio, sistemi di protezione dei macchinari), aiutando gli utenti a costruire più facilmente sistemi di produzione conformi agli standard di sicurezza.
VI. Opzioni di configurazione e installazione meccanica
Configurazione meccanica flessibile:
Specifiche della filettatura: il corpo del trasduttore TQ402 offre varie opzioni di filettatura, tra cui metrica M10x1, M14x1,5, M16x1,5 e imperiale 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, per soddisfare gli standard delle apparecchiature globali e dei fori di montaggio.
Personalizzazione dimensionale: gli utenti possono specificare la lunghezza della custodia (da 20 mm a 250 mm) e la lunghezza non filettata (da 0 mm a 230 mm) in base ai requisiti di profondità di installazione, offrendo un'elevata flessibilità di installazione.
Modello a montaggio inverso: per le applicazioni in cui il TQ402 standard non è adatto, la serie offre anche il modello TQ412. Il TQ412 è progettato specificatamente per applicazioni a montaggio inverso, dove l'orientamento della punta della sonda si allinea con la direzione di uscita del cavo, adatto per misurazioni effettuate dall'interno dell'alloggiamento dell'apparecchiatura verso l'esterno.
Accessori di connessione e protezione:
Protezione del connettore: è disponibile la protezione di interconnessione IP172 per salvaguardare il punto di connessione tra il cavo della sonda e il cavo di prolunga, prevenendo la contaminazione da olio, umidità e danni meccanici.
Protezione del cavo: oltre alla guaina fissa in FEP, sono disponibili come opzione tubi flessibili in acciaio inossidabile (tubi di protezione). Questi possono spostarsi rispetto al cavo per facilitare l'installazione, fornendo una solida protezione meccanica in percorsi di instradamento complessi e difficili.
Staffe di montaggio: sono disponibili una varietà di adattatori di montaggio della sonda (ad esempio, serie PA15x), insieme all'adattatore di montaggio su guida DIN MA130 per il condizionatore di segnale IQS900. Supporta le guide TH 35 standard, facilitando l'installazione modulare ad alta densità all'interno degli armadi di controllo.
