Il TQ412 è un trasduttore di spostamento a correnti parassite senza contatto a montaggio inverso ad alte prestazioni della linea di prodotti VM. È progettato specificatamente per il monitoraggio delle condizioni e la protezione di macchinari rotanti in ambienti industriali e funge da componente principale del sistema di misurazione di prossimità TQ402/TQ412, EA402 e IQS900. Basato sul principio di rilevamento delle correnti parassite, questo sistema misura accuratamente le vibrazioni relative, lo spostamento assiale e le variazioni del gioco negli alberi dei macchinari rotanti. È ampiamente utilizzato in apparecchiature critiche come turbine a vapore, turbine a gas, turbine idroelettriche, generatori, turbocompressori e pompe.
Il sensore TQ412 presenta un design a montaggio inverso, che lo rende adatto per l'installazione in scenari con spazi limitati o appositamente configurati. Insieme al cavo di prolunga EA402 e al condizionatore di segnale IQS900, forma una catena di misura completa. Tutti i componenti sono completamente intercambiabili e non richiedono calibrazione individuale, semplificando notevolmente l'integrazione e la manutenzione del sistema. Il sistema supporta due intervalli di misurazione (2 mm o 4 mm), fornisce uscita di tensione o corrente ed è conforme alle raccomandazioni dello standard API 670.
Caratteristiche e funzioni principali
1. Misurazione ad alta precisione senza contatto
Basato sull'effetto delle correnti parassite, misura le variazioni di spostamento su superfici metalliche senza contatto fisico con il bersaglio.
Intervallo di misurazione: 2 mm o 4 mm (selezionato tramite l'opzione di ordinazione).
Opzioni di sensibilità:
8 mV/μm (200 mV/mil) o 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) — corrispondente all'intervallo di 2 mm
4 mV/μm (100 mV/mil) o 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) — corrispondente all'intervallo di 4 mm
Risposta in frequenza: da CC a 20 kHz (–3 dB), in grado di catturare segnali di vibrazione dinamica provenienti da macchinari rotanti ad alta velocità.
2. Design a montaggio inverso
Specificamente progettato per strutture meccaniche speciali o con vincoli di spazio, offre una maggiore flessibilità di installazione.
Fornisce opzioni di filettatura metrica (M10×1) o imperiale (3/8'-24UNF) per soddisfare i diversi requisiti di installazione.
3. Adattabilità alle alte temperature e agli ambienti difficili
Intervallo di temperatura operativa del corpo del trasduttore: da –40°C a +180°C (operativo), con sopravvivenza a breve termine fino a +220°C.
Grado di protezione generale: testa del sensore con grado di protezione IP68, adatta per ambienti industriali difficili come quelli con umidità, olio e polvere.
Resistenza alle vibrazioni: resiste a vibrazioni di picco di 5 g nell'intervallo 10–500 Hz.
Resistenza agli urti: resiste a shock di picco di 15 g (mezza onda sinusoidale, durata 11 ms).
4. Certificazione e sicurezza antideflagrante
Offre molteplici opzioni di certificazione antideflagrante (specificate tramite codice di ordinazione):
Sicurezza intrinseca Ex ia (opzione A2): adatto per aree pericolose Zona 0/1/2, certificato da ATEX, IECEx, cCSAus e altri standard internazionali.
Ex nA Antiscintilla (Opzione A3): Adatto per aree pericolose Zona 2.
Sia il sensore che il cavo sono certificati antideflagranti, garantendo un utilizzo sicuro in atmosfere potenzialmente esplosive.
5. Modularità e intercambiabilità
Pienamente compatibile con i cavi TQ402, EA402 e il condizionatore di segnale IQS900. I componenti sono intercambiabili e non richiedono ricalibrazione.
Supporta tre lunghezze totali del sistema (TSL): 1 m, 5 m e 10 m, ottenibili tramite combinazioni di cavi integrali del sensore di diversa lunghezza e cavi di prolunga.
6. Progettazione meccanica e dei materiali
La testa del sensore utilizza materiale Torlon (poliammide-immide) per incapsulare la bobina, garantendo un'eccellente stabilità alle alte temperature e resistenza meccanica.
Il corpo è costruito in acciaio inossidabile (AISI 316L) per una forte resistenza alla corrosione.
L'invasatura interna in resina epossidica ad alta temperatura garantisce affidabilità a lungo termine.
I connettori coassiali miniaturizzati autobloccanti standard garantiscono connessioni affidabili e supportano ambienti ad alta temperatura (fino a 200°C).
7. Configurazioni di protezione opzionali
Principio di funzionamento dettagliato
1. Fondamenti dell'effetto delle correnti parassite
Il sensore TQ412 funziona in base al principio di rilevamento delle correnti parassite. La sua testa contiene una bobina avvolta da filo smaltato di precisione, azionata da un segnale di eccitazione CA ad alta frequenza (tipicamente 1–2 MHz) proveniente dal condizionatore di segnale IQS900. La corrente ad alta frequenza genera un campo magnetico alternato ad alta frequenza attorno alla bobina. Quando la sonda del sensore si avvicina a un bersaglio metallico conduttivo (ad esempio, la superficie di un albero), questo campo magnetico alternato induce correnti circolanti a circuito chiuso, note come correnti parassite, sulla superficie del conduttore. L'intensità di queste correnti parassite è inversamente proporzionale alla distanza tra la sonda del sensore e la superficie target. Secondo la legge di Lenz, queste correnti parassite generano un campo magnetico opposto che resiste al cambiamento del campo originale. Questa interazione provoca un cambiamento nell'impedenza equivalente (compresi i componenti resistivi e induttivi) della bobina del sensore. Il grado di variazione dell'impedenza ha una stretta relazione funzionale con la distanza del gap, fornendo la base fisica per una misurazione precisa.
2. Modulazione e demodulazione del segnale
Il condizionatore di segnale IQS900 è il 'cervello' dell'intero sistema. Il suo circuito interno comprende una configurazione di precisione di un oscillatore, modulatore e demodulatore ad alta frequenza. Il segnale ad alta frequenza dell'oscillatore aziona la bobina del sensore, formando un ponte CA ad alta frequenza. Quando l'impedenza della bobina cambia a causa della variazione del gap, si sbilancia il ponte. Il circuito modulatore rileva questo piccolo segnale di squilibrio (tipicamente a livello di millivolt). Successivamente, il demodulatore, utilizzando tecniche come Phase-Sensitive Detection (PSD), demodula il segnale modulato ad alta frequenza contenente le informazioni sul gap in un segnale di tensione CC che varia lentamente. Questo segnale CC è proporzionale alla distanza del gap. Per migliorare ulteriormente la precisione, il condizionatore integra anche un circuito di linearizzazione e un circuito di compensazione della temperatura. Il circuito di linearizzazione corregge le caratteristiche non lineari intrinseche del sensore attraverso metodi come l'adattamento polinomiale, garantendo una stretta relazione lineare tra l'uscita e la distanza nell'intero intervallo di misurazione. Il circuito di compensazione della temperatura monitora continuamente la temperatura ambiente e regola i parametri del circuito per contrastare gli effetti delle variazioni di temperatura sulla resistenza della bobina, sulle caratteristiche dei componenti elettronici e sulla capacità del cavo. Ciò garantisce una stabilità di misura estremamente elevata da -40°C a +180°C, con una deriva tipica inferiore al 5%.
3. Tipi di segnali di uscita
Il condizionatore IQS900 converte il segnale DC elaborato in due modalità di uscita industriale standard per adattarsi alle diverse esigenze di integrazione del sistema:
Modalità di uscita in tensione (3 fili): questa modalità fornisce un segnale di tensione ad alta precisione proporzionale al gap, compreso tra -1,6 V e -17,6 V. Utilizza internamente un circuito amplificatore operazionale a feedback negativo profondo, ottenendo un'impedenza di uscita molto bassa (<100 Ω a CC). Il vantaggio della bassa impedenza di uscita è la capacità di pilotare carichi capacitivi maggiori e di ridurre significativamente l'attenuazione e la distorsione del segnale durante la trasmissione su cavo lungo. È particolarmente adatto per il collegamento diretto a sistemi di acquisizione dati di ingresso ad alta impedenza, moduli di ingresso analogici PLC o oscilloscopi per la diagnosi.
Modalità uscita corrente (2 fili): questa modalità fornisce un segnale di corrente da -15,5 mA a -20,5 mA. L'uscita di corrente è rinomata per la sua forte immunità intrinseca alle interferenze elettromagnetiche (EMI), che la rende particolarmente adatta per ambienti industriali difficili che richiedono distanze di trasmissione fino a diverse centinaia di metri. Il preciso circuito di conversione V/I all'interno del condizionatore garantisce che il valore corrente non sia influenzato dalle variazioni della resistenza di linea. L'estremità di ricezione richiede solo un resistore di campionamento di precisione ≤350 Ω per convertire il segnale di corrente in un segnale di tensione per la misurazione. Questo design semplificato riduce notevolmente la complessità e il costo dell'apparecchiatura di ricezione remota.
4. Compensazione e calibrazione della temperatura
Il sistema è calibrato a +23°C ±5°C utilizzando materiale target standard (acciaio VCL 140, 1.7225).
Il circuito di compensazione della temperatura interna garantisce che la deriva dell'uscita rimanga al di sotto del 5% nell'intervallo compreso tra –40°C e +180°C.
Se vengono utilizzati materiali target non standard (come acciaio inossidabile, alluminio, leghe, ecc.), è necessario rigenerare le curve delle prestazioni o applicare correzioni di sensibilità.
5. Funzioni diagnostiche (opzionali)
Se abbinato a un condizionatore di segnale IQS900 dotato di diagnostica (opzione di ordinazione C2), il sistema può ottenere:
Diagnostica a catena: rilevamento in tempo reale di guasti nel sensore, nel cablaggio e/o nel condizionatore stesso.
Certificazione SIL 2: conforme agli standard di sicurezza funzionale IEC 61508, adatto per applicazioni legate alla sicurezza.
Indicazione di guasto: indicazione di allarme remoto tramite segnali di uscita che non rientrano nell'intervallo normale (ad esempio, uscita di corrente > –15,5 mA o < –20,5 mA).
6. Integrazione di sistema ed elaborazione del segnale
Il sensore TQ412, il cavo di prolunga EA402 e il condizionatore IQS900 formano una catena di misura completa.
La lunghezza totale del sistema (TSL) richiede una 'rifinitura elettrica' per garantire le prestazioni e l'intercambiabilità del sistema (ad esempio, la lunghezza effettiva del cavo per un sistema da 5 m non deve essere inferiore a 4,4 m).
Il segnale grezzo (pin RAW/COM) e l'ingresso di test (pin TEST/COM) possono essere utilizzati per il debug del sistema e la diagnostica avanzata.
7. Installazione e adattamento meccanico
Il design a montaggio inverso lo rende adatto all'installazione in spazi limitati o con geometrie speciali.
Offre varie lunghezze del corpo (20–250 mm) e opzioni di lunghezza non filettata (0–230 mm).
Il tubo flessibile opzionale in acciaio inossidabile o la guaina in FEP possono prolungare la durata del cavo, adattandosi ad ambienti ad alta temperatura, corrosione o usura meccanica.
Scenari applicativi tipici
Monitoraggio delle vibrazioni di macchinari rotanti: misurazione delle vibrazioni relative degli alberi di turbine a gas, turbine a vapore, turbine idroelettriche, compressori e pompe.
Monitoraggio dello spostamento assiale: posizione del cuscinetto reggispinta, monitoraggio dell'espansione dell'albero.
Misurazione dello spazio: gioco della guarnizione, monitoraggio del gioco della punta della lama.
Sistemi di protezione di sicurezza: integrazione con i sistemi della serie VM per ottenere protezione meccanica e manutenzione predittiva.
