De PA150 sondemontageadapter met nabijheidsmeetketting is een compleet, op zichzelf staand contactloos verplaatsingsmeetsysteem uit de VM-productlijn. Dit geïntegreerde systeem combineert een TQ912 wervelstroom-naderingssensor en een IQS900-signaalconditioner, ondergebracht in een robuuste, afgesloten behuizing, speciaal ontworpen voor zware industriële omgevingen en gevaarlijke gebieden (potentieel explosieve atmosferen). De kernfunctie ervan is het nauwkeurig meten van relatieve astrillingen en axiale positie in roterende machines (zoals stoomturbines, gasturbines, hydraulische turbines, generatoren, turbocompressoren en pompen). Het wordt veel gebruikt voor machinebescherming, conditiebewaking, detectiesystemen voor oversnelheid (ODS) en veiligheidsgerelateerde toepassingen, en voldoet volledig aan de API 670 5e editie-normen.
Een belangrijk voordeel van de PA150 is het sterk geïntegreerde en modulaire ontwerp. Het combineert de sensor, een integrale kabel van 1 meter en de signaalversterker in één enkele eenheid, waardoor er geen aparte EA902-verlengkabel nodig is. De unieke verwijderbare behuizing met een U-vormige houder maakt uitzonderlijk eenvoudige installatie van de sonde en aanpassing van de afstand mogelijk, zelfs terwijl de machine draait. De verstelbare roestvrijstalen staaf (verkrijgbaar in lengtes van 50 tot 800 mm) en verschillende adapterschroefdraad- en lengteopties zorgen voor een enorme installatieflexibiliteit om aan te passen aan complexe machineconstructies en ruimtelijke beperkingen.
Het systeem biedt spannings- (3-draads) of stroom- (2-draads) uitvoer, voorzien van kortsluitbeveiliging. De frequentierespons strekt zich uit tot DC tot 20 kHz, waardoor subtiele trillingsdetails in snel roterende machines kunnen worden vastgelegd. Het sensoruiteinde biedt een extreem breed bedrijfstemperatuurbereik (-40°C tot +180°C), waardoor het bestand is tegen omgevingen met hoge temperaturen. Bovendien is de PA150 verkrijgbaar in standaardversies en explosieveilige (Ex) versies gecertificeerd door verschillende internationale normen (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc.), die voldoen aan de veiligheidseisen voor gebruik in gevaarlijke gebieden wereldwijd. De ingebouwde IQS900-signaalconditioner ondersteunt ook optionele ingebouwde zelftestfunctionaliteit (BIST), ruwe signaaluitvoer en testsignaalinvoer, waardoor de inbedrijfstelling van het systeem, veldtesten en probleemoplossingsprocessen aanzienlijk worden vereenvoudigd.
Werkingsprincipe
Het PA150-systeem werkt op basis van het Eddy Current-principe om zeer nauwkeurige, contactloze verplaatsingsmetingen te realiseren. Het werkingsprincipe is een complex en nauwkeurig proces waarbij elektromagnetische inductie, modulatie en demodulatie van hoogfrequente signalen, signaallinearisatie, temperatuurcompensatie en ingebouwde diagnostiek betrokken zijn. Hieronder wordt het proces stap voor stap uitgewerkt.
1. Wervelstroominductie en signaalgeneratie
De kern van het systeem is de TQ912 nabijheidssensor. De kop bevat een sonde die bestaat uit een precisiegewikkelde spoel, ingekapseld in hoogwaardig thermoplastisch PPS (polyfenyleensulfide) en gekrompen in een roestvrijstalen (AISI 316L) behuizing. Een hoogfrequente oscillator in de IQS900-signaalconditioner genereert een AC-signaal in het MHz-bereik, dat via een coaxkabel met karakteristieke impedantie van 70 ohm naar de sensorsondespoel wordt verzonden.
Wanneer hoogfrequente stroom door de spoel vloeit, genereert deze aan de voorkant een elektromagnetisch wisselveld. Wanneer dit veld een geleidend metalen doel nadert (meestal de as van de machine), worden wervelstromen op het doeloppervlak geïnduceerd volgens de wet van Faraday van elektromagnetische inductie. Deze wervelstromen genereren zelf een nieuw magnetisch veld dat tegengesteld is aan het oorspronkelijke veld (de wet van Lenz), waardoor een verandering in de effectieve impedantie van de sensorspoel ontstaat. Deze verandering in impedantie heeft een specifieke functionele relatie (meestal ongeveer een negatief exponentiële relatie) met de spleetafstand tussen de punt van de sonde en het doeloppervlak en wordt ook beïnvloed door de elektromagnetische eigenschappen (geleidingsvermogen, permeabiliteit) van het doelmateriaal en de omgevingstemperatuur.
2. Signaalmodulatie, transmissie en demodulatie
De verandering in de impedantie-amplitude van de sensorspoel moduleert het hoogfrequente draaggolfsignaal van de conditioner. Dat wil zeggen dat de amplitude van het retoursignaal (dat de afstandsinformatie draagt) de gap-informatie bevat. Dit gemoduleerde hoogfrequente signaal wordt via de coaxkabel teruggestuurd naar de IQS900-signaalversterker.
Binnenin de IQS900 wordt het retoursignaal eerst voorversterkt. Vervolgens is een nauwkeurig demodulatiecircuit (vaak gebruikmakend van fasegevoelige detectietechnologie) verantwoordelijk voor het wegstrippen van de hoogfrequente draaggolf, waardoor een laagfrequent spanningssignaal wordt geëxtraheerd dat evenredig is aan de verandering in de spoelimpedantie. Dit proces is cruciaal; het moet nauwkeurig de werkelijke amplitude van de impedantieverandering herstellen en tegelijkertijd ruis die wordt veroorzaakt door fluctuaties in de stroomvoorziening, variaties in de kabelcapaciteit en externe elektromagnetische interferentie (EMI) effectief onderdrukken, waardoor signaalzuiverheid en betrouwbaarheid worden gegarandeerd.
3. Linearisatie, versterking en uitgangsconversie
Het ruwe spanningssignaal van de demodulator heeft een niet-lineaire relatie met de spleetafstand. Het interne verwerkingscircuit van de IQS900 omvat een speciale linearisatiemodule. Deze module verwerkt het ruwe signaal via complexe algoritmen (zoals polynomiale aanpassing of stuksgewijs lineaire compensatie) om het om te zetten in een standaardsignaal dat een zeer lineair proportionele relatie heeft met de mechanische opening.
Vervolgens wordt het gelineariseerde signaal naar een precisieversterkingscircuit gestuurd voor schaal- en biasaanpassing om precies overeen te komen met het uitgangsbereik en de gevoeligheid die door de gebruiker is geselecteerd via bestelopties:
Spanningsuitgangsmodus (3-draads): Biedt een lineair spanningssignaal van -1,6 V (komt overeen met de minimale opening) tot -17,6 V (komt overeen met de maximale opening). Het beschikt over een lage uitgangsimpedantie (<100 Ω), een dynamisch bereik van 16 V, en is geschikt voor transmissie over korte afstanden naar data-acquisitiekaarten of PLC's, en biedt sterke anti-interferentiemogelijkheden.
Stroomuitgangsmodus (2-draads): Biedt een stroomsignaal van -15,5 mA (min. afstand) tot -20,5 mA (max. afstand). Het dynamisch bereik bedraagt 5 mA. De stroomuitvoer is immuun voor spanningsdalingen en ruis over lange afstanden, waardoor het ideaal is voor transmissie over lange afstanden naar controlekamers of DCS-systemen, en inherent draadbreukdetectie biedt.
Beide uitgangen zijn ontworpen met kortsluitbeveiliging en overspanningsbeveiliging.
4. Temperatuurcompensatie en systeemkalibratie
Temperatuurvariaties beïnvloeden de spoelweerstand, kabeleigenschappen en de elektromagnetische eigenschappen van het doelmateriaal. Het PA150-systeem maakt gebruik van een uitgebreid ontwerp voor temperatuurcompensatie. Een interne temperatuursensor bewaakt de omgevingstemperatuur en algoritmen passen dynamisch de amplitude van het excitatiesignaal of de demodulatiecircuitparameters aan om de stabiliteit en nauwkeurigheid van het uitgangssignaal te behouden over het gespecificeerde brede temperatuurbereik (sensor: -40°C tot +180°C; conditioner: -40°C tot +85°C), waardoor de meetdrift wordt geminimaliseerd (<5% bij -30 tot 150°C).
De gehele meetketen (sensor + conditioner) is in de fabriek gekalibreerd met behulp van een standaard VCL 140 stalen (1.7225) doel bij 23°C ±5°C, waardoor volledige uitwisselbaarheid van componenten wordt gegarandeerd. Dit betekent dat de sensor of conditioner in het systeem afzonderlijk kan worden vervangen zonder het hele systeem opnieuw te kalibreren, waardoor het onderhoud ter plaatse aanzienlijk wordt vereenvoudigd en de voorraadkosten voor reserveonderdelen worden verlaagd.
5. Ingebouwde diagnose- en testfuncties (BIST)
De optionele diagnostische functionaliteit van de IQS900-signaalconditioner is een opvallend kenmerk. Het ondersteunt ingebouwde zelftest (BIST), die continu of op aanvraag automatisch de gezondheid van de meetketen (inclusief de sensor, kabel en conditioner zelf) kan bewaken. Als er een fout wordt gedetecteerd (bijvoorbeeld een open circuit van de sensor, kortsluiting, kabelschade of een interne conditionerfout), wordt er op afstand gewaarschuwd door de uitgang naar een waarde buiten het normale bedrijfsbereik te sturen (< -20,5 mA of > -15,5 mA; < -17,6 V of > -1,6 V), waardoor voorspellend onderhoud mogelijk wordt.
Bovendien biedt de IQS900 unieke in-situ testondersteuning:
Ruwe uitvoer (RAW/COM): Biedt een 'onbewerkt' spanningssignaal (-0,8 tot -8,8 V) dat direct het interne signaal weerspiegelt dat door de conditioner wordt ontvangen vóór de definitieve schalingsverwerking. Dit is zelfs beschikbaar als het systeem is geconfigureerd voor stroomuitvoer. Deze functie wordt gebruikt om de gezondheid van de verbinding tussen de sensor en de voorkant van de signaalversterker te verifiëren.
Testingang (TEST/COM): Hiermee kan een AC-testspanningssignaal in de ingang van de conditioner worden geïnjecteerd. De conditioner verwerkt dit testsignaal alsof het van de echte sensor komt en geeft het door aan de hoofduitgang. Dit wordt gebruikt om de integriteit van het gehele signaalpad van de signaalconditioner naar het daaropvolgende monitoringsysteem (inclusief isolatiebarrières en bedrading) te verifiëren.
Samen maken deze functies een efficiënte inbedrijfstelling en probleemoplossing ter plaatse mogelijk zonder kabels los te koppelen of de machine te stoppen.
Belangrijkste kenmerken en voordelen
Hoge integratie en eenvoudige installatie: integreert sensor, kabel en conditioner in één eenheid, waardoor externe verlengkabels overbodig worden. De verwijderbare behuizing en U-vormige houder zorgen voor uitzonderlijk eenvoudige installatie van de sonde en aanpassing van de opening, waardoor online aanpassingen worden ondersteund terwijl de machine draait.
Uitstekend mechanisch ontwerp en aanpassingsvermogen: Beschikt over een verstelbare roestvrijstalen staaf (50-800 mm), verschillende adapterdraden (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) en lengtes, en meerdere kabelbevestigingsopties (optie F), die voldoen aan bijna alle vereisten voor installatieruimte en mechanische interface.
Uitgebreide milieu- en veiligheidscertificeringen: sensor met classificatie IP68, algehele behuizing met IP65-classificatie. Verkrijgbaar in explosieveilige (Ex) versies gecertificeerd volgens ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, enz., voor gebruik in gevaarlijke zones Zone 0/1/2 (Gas) en Zone 20/21/22 (Stof). Voldoet aan API 670 5e editie en functionele veiligheidsnormen SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Hoogwaardige meetkern: Gebaseerd op de beproefde TQ912- en IQS900-meetketen, die een lineair meetbereik van 2 mm of 4 mm biedt, met een selecteerbare gevoeligheid van 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm of 1,25 μA/μm. Brede frequentierespons (DC tot 20 kHz) zorgt voor opname van alle relevante trillingscomponenten.
Geavanceerde diagnose- en testmogelijkheden: Optionele ingebouwde zelftest (BIST) voor realtime monitoring van de systeemstatus. Ruwe output en testinvoerinterfaces ondersteunen uitgebreide in-situ inbedrijfstelling en foutdiagnose, waardoor de downtime wordt verminderd.
Robuuste omgevingstolerantie: de sensor is bestand tegen bedrijfstemperaturen van -40 °C tot +180 °C, drukverschillen tot 6 bar, trillingen tot 5 g en schokken tot 15 g. De afgedichte aluminium behuizing (met Viton O-ringen en NBR-pakking) zorgt ervoor dat de conditioner beschermd is in zware industriële omgevingen.
Flexibele elektrische uitvoer en voeding: Ondersteunt spannings- en stroomuitvoer, compatibel met de meeste bewakingssystemen. Groot voedingsbereik (-18 tot -30 VDC), kan afkomstig zijn van het monitoringsysteem of een externe veiligheidsvoeding.
Toepassingen
Machinebeschermingssystemen: Voor het bewaken van relatieve trillingen van de as en het bewaken van de axiale positie in grote roterende machines zoals stoomturbines, gasturbines, hydraulische turbines, compressoren, pompen en generatoren om catastrofale storingen te voorkomen.
Conditiebewaking en voorspellend onderhoud: Biedt uiterst nauwkeurige trillingsgegevens voor analyse van de machinestatus en foutdiagnose.
Detectiesystemen voor te hoge snelheid (ODS): Dient als snelheidssensor (Keyphasor) voor kritieke beveiligingsfuncties voor te hoge snelheid.
Veiligheidsgerelateerde toepassingen: Met zijn SIL 2-certificering kan het worden gebruikt in machinebeveiligingslussen die functionele veiligheid vereisen.
API 670-toepassingen: Volledig compatibel met de 5e editie van de American Petroleum Institute-norm voor machinebeschermingssystemen, waardoor deze ideaal is voor de olie-, gas- en petrochemische industrie.
Toepassingen in explosiegevaarlijke omgevingen: explosieveilige versies maken gebruik mogelijk in omgevingen met explosieve gassen of stof, zoals in de olie- en gas-, chemische en farmaceutische industrie.
