Il TQ432 è un trasduttore di prossimità resistente alla pressione appositamente progettato da VM per ambienti ad alta pressione, che funge da componente importante del sistema di misurazione di prossimità TQ 422 e TQ 432 / EA 402 / IQS 452. Come il TQ422, questo sensore funziona secondo il principio delle correnti parassite, consentendo la misurazione senza contatto dello spostamento relativo o delle vibrazioni dei componenti in movimento dei macchinari. Il suo design esclusivo gli consente di resistere a pressioni fino a 100 bar, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni di misura che richiedono il montaggio inverso in ambienti sommersi come pompe sommergibili, turbine idrauliche (ad esempio turbine Kaplan e Francis) e altre applicazioni ad alta pressione.
Il trasduttore TQ432 costituisce un sistema di misurazione di prossimità completo e calibrato se abbinato a un condizionatore di segnale IQS 452 corrispondente e a un cavo di prolunga EA 402 opzionale. Tutti i componenti di questo sistema sono intercambiabili, garantendo flessibilità operativa e praticità di manutenzione.
TQ432 e TQ422 sono trasduttori di prossimità funzionalmente identici. Le differenze principali risiedono nel metodo di montaggio e nella configurazione della protezione:
TQ422: Progettato per il montaggio in avanti. La sua sonda è dotata di un cappuccio di protezione BOA (spesso circa 0,6 mm) nella parte anteriore, che provoca un offset intrinseco di -2,4 V nella tensione di uscita. È direttamente esposto al mezzo ad alta pressione.
TQ432: Progettato per il montaggio inverso. Solitamente viene installato dal lato opposto del recipiente a pressione, il che significa che la punta della sonda non è direttamente esposta al mezzo ad alta pressione e pertanto non richiede un cappuccio di protezione BOA, risultando in un segnale di uscita che inizia da 0 senza offset.
Caratteristiche e caratteristiche principali
1. Progettazione di applicazioni ad alta pressione
La sonda del sensore è realizzata in materiale PEEK (polietereterchetone), in grado di resistere direttamente a pressioni del fluido fino a 100 bar.
Il corpo del trasduttore è realizzato in acciaio inossidabile (1.4435), che offre un'eccellente robustezza meccanica e resistenza alla corrosione.
2. Misurazione senza contatto
Funziona in base al principio delle correnti parassite, non richiedendo alcun contatto fisico con il bersaglio (tipicamente un albero metallico), evitando così l'usura e consentendo misurazioni affidabili a lungo termine senza attrito.
3. Idoneità per atmosfere esplosive
4. Design a montaggio inverso
Specificamente progettato per applicazioni a montaggio inverso, tipicamente installato dal lato opposto del recipiente a pressione.
La punta della sonda non è direttamente esposta a mezzi ad alta pressione, pertanto non richiede un cappuccio di protezione BOA.
Questo design si traduce in un segnale di uscita senza offset intrinseco, semplificando le procedure di elaborazione del segnale e calibrazione.
5. Soluzione di sistema completa
Abbinato al condizionatore di segnale IQS 452 per fornire uscita in tensione o corrente:
Uscita in tensione (3 fili): sensibilità 4 mV/μm, gamma dinamica da 0 V a -16 V (nessun offset).
Uscita in corrente (2 fili): sensibilità 1,25 μA/μm, gamma dinamica da 4 mA a 20 mA (utilizzato con l'unità di isolamento GSI 124).
Può essere utilizzato con cavi di prolunga EA 402 per estendere la distanza di misurazione, formando un sistema completo da 5 o 10 metri.
6. Adattabilità ambientale
Ampio intervallo di temperature operative: Corpo del trasduttore da -25°C a +140°C (deriva <5%); il cavo può resistere da -100°C a +200°C.
Grado di protezione elevato: IP68 (IEC 529/DIN 40050), che fornisce protezione completa dalla polvere e capacità di funzionamento sommerso a lungo termine.
Eccellente resistenza alle vibrazioni: può sopportare vibrazioni di 2 g nell'intervallo di frequenza da 10 Hz a 500 Hz.
7. Configurazione della protezione opzionale
Offre l'opzione BOA (armatura esterna intrecciata) con guaina intrecciata in acciaio inossidabile, che fornisce protezione meccanica aggiuntiva per il cavo coassiale integrale del trasduttore, migliorando la resistenza allo schiacciamento e all'abrasione.
Con la guaina BOA, la resistenza alla pressione del gruppo trasduttore/cavo aumenta a 10 bar (1 bar senza BOA).
Principio di funzionamento dettagliato
Il trasduttore di prossimità TQ432 funziona in base al principio delle correnti parassite, una tecnologia di induzione elettromagnetica ampiamente utilizzata per la misurazione senza contatto di spostamenti e vibrazioni. Le sezioni seguenti approfondiscono il suo meccanismo di funzionamento, la composizione del sistema e il flusso del segnale.
1. Principio fisico fondamentale: effetto delle correnti parassite
Quando un conduttore metallico viene posto in un campo magnetico variabile o si muove rispetto a un campo magnetico, secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, all'interno del conduttore vengono indotte correnti ad anello chiuso, note come correnti parassite. La forza, la distribuzione e la fase di queste correnti parassite dipendono da diversi fattori:
Lo spazio tra la bobina e il conduttore: questo è il parametro target per la misurazione.
La conduttività elettrica (σ) e la permeabilità magnetica (μ) del conduttore.
La frequenza (f) del campo magnetico eccitante.
La forma geometrica del conduttore.
Il nucleo del sensore TQ432 è una bobina avvolta di precisione incapsulata nel materiale PEEK sulla punta della sonda. Il PEEK è un tecnopolimero ad alte prestazioni noto per la sua eccellente resistenza meccanica, resistenza chimica e basso assorbimento di umidità. Fondamentalmente, presenta una perdita dielettrica molto bassa e buone proprietà di trasmissione delle onde nei campi elettromagnetici ad alta frequenza, garantendo che non interferisca con il campo magnetico generato dalla bobina.
2. Flusso di lavoro del sistema
Il flusso di lavoro operativo dell'intero sistema di misurazione di prossimità è un processo a circuito chiuso di 'trasmissione-induzione-demodulazione-uscita':
Generazione e trasmissione di segnali ad alta frequenza:
Il condizionatore di segnale IQS 452 accoppiato contiene un oscillatore ad alta frequenza (HF) e un circuito di modulazione/demodulazione.
Il condizionatore fornisce una corrente di eccitazione CA ad alta frequenza alla bobina del trasduttore TQ432 tramite un cavo coassiale.
Generazione di campi elettromagnetici e induzione di correnti parassite:
La corrente alternata che passa attraverso la bobina genera attorno ad essa un campo magnetico alternato ad alta frequenza.
Quando questo campo magnetico penetra nella punta della sonda in PEEK e agisce sulla superficie di un bersaglio metallico vicino (ad esempio, l'albero di una macchina), vengono indotte correnti parassite nello strato superficiale del bersaglio.
Rilevamento del cambiamento di impedenza:
Le stesse correnti parassite indotte generano un campo magnetico. Secondo la legge di Lenz, questo campo magnetico si oppone al campo magnetico della bobina originale, indebolendo così il campo magnetico della bobina originale.
Questo effetto di 'indebolimento' si manifesta come un cambiamento nell'impedenza equivalente della bobina del sensore. L'impedenza della bobina (Z), una combinazione di resistenza (R) e reattanza induttiva (ωL), cambia in modo sensibile e regolare con le variazioni dello spazio tra la bobina e il bersaglio.
Diminuzione del gap -> Effetto corrente parassita più forte -> Maggiore variazione nell'impedenza della bobina.
Aumento del divario -> Effetto corrente parassita più debole -> Variazione più piccola nell'impedenza della bobina.
Demodulazione ed elaborazione del segnale:
Il condizionatore di segnale IQS 452 monitora continuamente le variazioni nell'impedenza della bobina del sensore.
Il circuito di demodulazione interno converte (demodula) questa variazione di impedenza ad alta frequenza in una tensione CC lineare o in un segnale di corrente proporzionale al divario.
Poiché il TQ432 non dispone di cappuccio di protezione BOA, il segnale di uscita parte da 0 V (o 4 mA) e mantiene una relazione lineare con il gap, semplificando la procedura di elaborazione del segnale.
Uscita e calibrazione:
Il sistema è calibrato in fabbrica a +23°C ±5°C utilizzando un materiale target specifico (acciaio VCL 140, 1.7225).
L'output finale è un segnale altamente lineare alla distanza:
3. Caratteristiche del sistema e remunerazione
Compensazione della temperatura: il sistema incorpora la compensazione della temperatura per ridurre al minimo l'impatto delle variazioni della temperatura ambiente sulla precisione della misurazione, garantendo che la deriva rimanga inferiore al 5% nell'ampio intervallo di temperature compreso tra -25°C e +140°C.
Regolazione della lunghezza del cavo (trimming elettrico): a causa dei parametri distribuiti (capacità, induttanza) del cavo coassiale che influenzano la trasmissione del segnale ad alta frequenza, il sistema ha requisiti minimi per la lunghezza totale del cavo (TSL - Lunghezza totale del sistema, ovvero cavo integrale del trasduttore + lunghezza del cavo di prolunga EA402) (sistema da 5 m ≥ 4,4 m, sistema da 10 m ≥ 8,8 m) per garantire prestazioni ottimali del sistema e intercambiabilità del trasduttore.
Requisiti del materiale target: la sensibilità e la linearità del sensore sono correlate alla conduttività elettrica e alla permeabilità magnetica del materiale target. La calibrazione standard si basa sull'acciaio VCL 140. Se il materiale target è diverso, è necessario fornire un campione per una calibrazione speciale.
Aree di applicazione
Gruppi elettrogeni idroelettrici: misurazione dello spostamento relativo, delle vibrazioni e dell'eccentricità degli alberi in varie turbine idrauliche come Francis e Kaplan, particolarmente adatte per posizioni che richiedono il montaggio inverso.
Pompe sommerse: monitoraggio delle condizioni operative dinamiche degli alberi delle pompe in ambienti sottomarini ad alta pressione.
Macchinari rotanti industriali: spostamento dell'albero e monitoraggio delle vibrazioni per apparecchiature critiche come compressori, turbine a gas e turbine a vapore.
Qualsiasi applicazione che richieda la misurazione dello spostamento senza contatto in ambienti ad alta pressione, pericolosi (esplosivi) o immersi in liquidi, in particolare quelli che richiedono il montaggio inverso o dove si desidera evitare l'offset del segnale.
