De IQS452 is een hoogwaardige signaalconditioner ontwikkeld door VM, speciaal ontworpen om te werken met contactloze wervelstroomsensoren zoals de TQ422 en TQ432. Dit systeem wordt gebruikt voor het meten van astrillingen en positieveranderingen in roterende machines (bijv. turbines, pompen, compressoren) en wordt veel toegepast in industrieën zoals energie, olie en gas, en waterkracht, vooral in omgevingen met hoge druk, hoge temperaturen of gevaarlijke omgevingen.
De IQS452 ondersteunt twee uitgangsmodi: spanningsuitgang (3-draads) en stroomuitgang (2-draads). Het biedt uitstekende temperatuurstabiliteit en anti-interferentiemogelijkheden, waardoor het geschikt is voor veeleisende industriële toepassingen.
Vergelijking tussen IQS452 en IQS450
| Artikel |
IQS452 |
IQS450 |
| Meetbereik |
4 mm |
12 mm |
| Gevoeligheid |
4 mV/μm of 1,25 μA/μm |
1,33 mV/μm of 0,417 μA/μm |
| Druk weerstand |
Tot 100 bar aan sensoruiteinde |
Hogedrukvermogen niet expliciet vermeld |
| Temperatuurbereik |
-30°C tot +70°C (Conditioner) |
-35°C tot +85°C (Conditioner) |
| Uitgangsbereik |
Spanning: -2,4 V tot -18,4 V
Stroom: 15,75–20,75 mA |
Spanning: -1,6 V tot -17,6 V
Stroom: -15,5 tot -20,5 mA |
| Toepassingsscenario |
Omgevingen met hoge druk (bijv. hydraulische turbines, dompelpompen) |
Algemene industriële omgevingen (bijv. stoomturbines, compressoren, generatoren) |
| Explosieveilige certificeringen |
ATEX, IECEx, CSA |
ATEX, IECEx, CSA, KGS, EAC |
| Mechanische interface |
Sensor met optionele BOA-pantserbescherming |
Optionele roestvrijstalen slang of FEP-mantel |
Werkingsprincipe
De IQS452 werkt op basis van het Eddy Current-principe om contactloze verplaatsingsmetingen te realiseren. Het werkproces omvat meerdere precisiefasen, waaronder elektromagnetische inductie, signaalmodulatie en demodulatie, linearisatie en temperatuurcompensatie, elk hieronder uitgewerkt.
1. Grondbeginselen van wervelstroomsensoren en elektromagnetische inductie
De kern van een wervelstroomsensor is een spoel die wordt aangedreven door hoogfrequente wisselstroom. Wanneer het in de buurt van een geleidend doel (zoals een metalen schacht) wordt gebracht, worden er wervelstromen op het doeloppervlak geïnduceerd als gevolg van elektromagnetische inductie. Volgens de wet van Lenz genereren deze wervelstromen een tegengesteld magnetisch veld dat de effectieve impedantie van de sensorspoel vermindert. Deze verandering in impedantie is sterk gecorreleerd met de spleetafstand tussen de sensor en het doel, hoewel de relatie inherent niet-lineair is en wordt beïnvloed door de elektromagnetische eigenschappen van het doelmateriaal (zoals geleidbaarheid en permeabiliteit) en de omgevingstemperatuur.
De IQS452 genereert via een interne oscillator een hoogfrequent excitatiesignaal (meestal in het MHz-bereik). Dit signaal wordt via een hoogwaardige coaxkabel naar de sensorspoel verzonden. De hoge frequentie is gekozen om de concentratie van het wervelstroomeffect op het oppervlak (huideffect) te vergroten, waardoor de meetgevoeligheid en resolutie worden verbeterd en de interferentie door de diepere structuur van het doelmateriaal wordt verminderd.
2. Signaalmodulatie, transmissie en demodulatie
De verandering in de impedantie van de sensorspoel moduleert (verandert) de amplitude van het hoogfrequente draaggolfsignaal. Dit gemoduleerde signaal gaat via de coaxkabel terug naar de IQS452-signaalversterker. Om signaalverlies en ruisinterferentie tijdens transmissie over lange afstanden tot een minimum te beperken, maakt het systeem gebruik van een coaxiale structuur met impedantie-aanpassing (doorgaans 70 Ω).
Binnenin de IQS452 wordt het terugkerende hoogfrequent gemoduleerde signaal eerst voorversterkt. Vervolgens ondergaat het demodulatie (meestal met behulp van fasegevoelige of omhullende detectietechnieken), een kritisch proces dat de hoogfrequente draaggolf verwijdert om het laagfrequente spanningssignaal te extraheren dat de afstandsinformatie bevat. Dit proces moet nauwkeurig de werkelijke amplitude van de impedantieverandering herstellen, terwijl ruis als gevolg van stroomfluctuaties, variaties in de kabelcapaciteit en externe elektromagnetische interferentie worden onderdrukt.
3. Linearisatie, versterking en uitgangsconversie
Het ruwe spanningssignaal van de demodulator heeft een niet-lineaire relatie met de afstand (ongeveer een negatief exponentiële functie). Het interne verwerkingscircuit van de IQS452 omvat een speciale linearisatiemodule die gebruik maakt van algoritmen zoals polynomiale aanpassing of stuksgewijs lineaire compensatie om het niet-lineaire signaal om te zetten in een standaarduitvoer die zeer lineair is ten opzichte van de mechanische opening.
Vervolgens wordt het gelineariseerde signaal naar een precisieversterkingscircuit gestuurd voor schaling en aanpassing van de bias, zodat het overeenkomt met het door de gebruiker geselecteerde uitgangsbereik:
Spanningsuitgangsmodus (3-draads): Biedt een lineair spanningssignaal van -2,4 V (overeenkomend met de minimale opening van 0 mm) tot -18,4 V (overeenkomend met de maximale opening van 4,0 mm). Deze modus heeft een lage uitgangsimpedantie (doorgaans 500Ω) en een sterk anti-interferentievermogen, waardoor deze geschikt is voor transmissie over korte afstanden naar data-acquisitiekaarten of PLC's.
Stroomuitgangsmodus (2-draads): Biedt een 4-20 mA lusstroomsignaal van 15,75 mA (0 mm) tot 20,75 mA (4,0 mm). De stroomuitvoer is immuun voor spanningsdalingen en ruis over lange afstanden, waardoor deze ideaal is voor transmissie naar controlekamers of DCS-systemen, en biedt inherent draadbreukdetectie (nulstroom duidt op een fout).
Beide uitgangscircuits zijn ontworpen met kortsluitbeveiliging om schade door verkeerde bedrading of fouten te voorkomen.
4. Temperatuurcompensatie en systeemkalibratie
Temperatuurvariaties beïnvloeden de spoelweerstand, kabeleigenschappen en de elektromagnetische eigenschappen van het doelmateriaal. De IQS452 bevat een temperatuurcompensatieontwerp, waarbij gebruik wordt gemaakt van een interne temperatuursensor om de omgevingstemperatuur te bewaken en algoritmen om de amplitude van het excitatiesignaal of de parameters van het demodulatiecircuit dynamisch aan te passen. Dit zorgt voor stabiele uitgangssignalen over het gespecificeerde bedrijfstemperatuurbereik (-30°C tot +70°C).
Het gehele systeem (sensor + kabel + conditioner) is in de fabriek gekalibreerd met behulp van een standaard VCL 140 stalen (1.7225) richtmerk bij 23°C ±5°C, wat uitwisselbaarheid garandeert. Dit betekent dat elk onderdeel binnen het systeem afzonderlijk kan worden vervangen zonder dat de gehele installatie opnieuw hoeft te worden gekalibreerd, waardoor het onderhoud ter plaatse aanzienlijk wordt vereenvoudigd.
Belangrijkste kenmerken en voordelen
Het ontwerp van de IQS452 omvat meerdere geavanceerde technologieën om te voldoen aan de strenge eisen voor betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en veiligheid in industriële omgevingen.
1. Superieure hogedruk- en omgevingsaanpassingsvermogen
De TQ422/TQ432-sensoren in combinatie met de IQS452 vormen een belangrijk voordeel. De sensorsonde is gemaakt van robuust PEEK-materiaal (polyetheretherketon), dat niet alleen uitstekende mechanische sterkte en maatvastheid biedt, maar ook direct bestand is tegen vloeistofdrukken tot 100 bar (ongeveer 100 atmosfeer). Dit maakt het ideaal voor het meten van astrillingen en -positie in toepassingen zoals waterkrachtturbines (vooral Francis- en Kaplan-types), dompelpompen met diepe putten, hogedrukcompressoren en voortstuwingssystemen voor schepen. Het gehele sensorlichaam is gemaakt van roestvrij staal (1.4435) en ingegoten met epoxyhars voor hoge temperaturen, waardoor duurzaamheid op lange termijn wordt gegarandeerd in natte, hoge druk en chemisch corrosieve omgevingen.
2. Uitgebreide veiligheidscertificeringen en explosiebeveiliging
Bij het productontwerp is volledig rekening gehouden met de operationele veiligheid in gevaarlijke omgevingen, waarbij explosieveilige certificeringen zijn verkregen uit meerdere mondiale regio's:
Europese ATEX-certificering: LCIE 02 ATEX 6086 X, conform II 2G-normen, geschikt voor Zone 1 & 2 explosieve gasatmosferen (EEx ib IIC T6-T3).
Noord-Amerikaanse CSA-certificering: Certificaat nr. 1514309, voldoet aan de vereisten van Klasse I, Divisie 1 & 2, Groepen A, B, C, D, bevestigd als Ex ia-beschermingsniveau.
Internationale IECEx-certificering: biedt wereldwijd erkend conformiteitsbewijs.
Deze certificeringen betekenen dat de circuitenergie van het IQS452-systeem (specifieke explosieveilige versies) beperkt is tot extreem lage niveaus, waardoor ontsteking van omringende explosieve mengsels wordt voorkomen, zelfs in storingsomstandigheden, waardoor de veiligheid voor kritieke industrieën zoals olie, gas en chemicaliën wordt gegarandeerd.
3. Hoge nauwkeurigheid, brede frequentierespons en uitstekende prestaties
Uiterst nauwkeurige metingen: Het systeem biedt een hoge gevoeligheid van 4 mV/μm of 1,25 μA/μm, is in staat verplaatsingsveranderingen op micronniveau nauwkeurig te detecteren en levert betrouwbare gegevens voor voorspellend onderhoud.
Brede frequentierespons: De frequentierespons varieert van DC tot 20 kHz (-3 dB). Deze eigenschap maakt het niet alleen mogelijk om langzame asverplaatsingen te meten (zoals axiale vlotter), maar ook nauwkeurig hoogfrequente trillingen vast te leggen die worden veroorzaakt door onbalans, verkeerde uitlijning, in elkaar grijpende tandwielen, enz. in roterende machines met hoge snelheid (tot enkele honderdduizenden RPM), wat rijke spectrale informatie oplevert voor foutdiagnose.
Uitstekende lineariteit en temperatuurstabiliteit: interne linearisatiecircuits en temperatuurcompensatietechnologie zorgen voor een zeer lineaire output en stabiliteit over het volledige bereik en het gespecificeerde temperatuurbereik, waardoor meetfouten worden geminimaliseerd.
4. Robuuste milieutolerantie en betrouwbaarheid
Groot temperatuurbereik: de signaalconditioner werkt betrouwbaar bij omgevingstemperaturen van -30 °C tot +70 °C, terwijl de sensor bestand is tegen temperaturen van -25 °C tot +140 °C.
Hoge beschermingsgraad: De sensorkop bereikt een IP68-beschermingsgraad (volgens IEC 60529), waardoor langdurige onderdompeling onder water mogelijk is; de signaalversterker heeft een IP40-classificatie, geschikt voor installatie in schakelkasten.
Trillings- en schokbestendigheid: De conditioner is bestand tegen trillingen van 2 g binnen 10-500 Hz, en de sensor is bestand tegen trillingen van 5 g en mechanische schokken van 15 g (11 ms halve sinusgolf), waardoor een stabiele werking in sterk trillende mechanische omgevingen wordt gegarandeerd.
5. Systeemflexibiliteit en gebruiksgemak
Uitwisselbaarheid van componenten: De sensor, verlengkabel en conditioner vormen een vooraf gekalibreerd systeem waarbij componenten onafhankelijk kunnen worden vervangen zonder herkalibratie, waardoor de voorraad reserveonderdelen en de onderhoudskosten aanzienlijk worden verlaagd.
Meerdere uitgangsopties: Gebruikers kunnen flexibel spannings- of stroomuitgangsmodi kiezen op basis van de lokale bedradingsomstandigheden en anti-interferentiebehoeften.
Meerdere montagemogelijkheden: De signaalversterker kan direct met schroeven worden gemonteerd of optioneel worden voorzien van een MA130-adapter voor installatie op standaard DIN-rails, wat de integratie vergemakkelijkt.
Opties voor kabelbescherming: Optionele roestvrijstalen 'BOA'-pantsermantel en FEP-buitenmantel bieden uitstekende mechanische bescherming tegen slijtage en weerstand tegen chemische corrosie.
Samenvatting van de verschillen:
IQS452 is meer geschikt voor speciale omgevingen met hoge druk en hoge betrouwbaarheid, zoals waterkracht- en diepe putpompen.
IQS450 is veelzijdiger, met een groter meetbereik (12 mm), geschikt voor trillings- en positiebewaking in de meeste roterende machines.
De twee verschillen enigszins wat betreft uitgangskarakteristieken, temperatuurbereik en explosieveilige certificeringen, maar delen hetzelfde kernprincipe.
