De TQ402-nabijheidstransducer is een kerncomponent van het TQ402/TQ412-, EA402- en IQS900-nabijheidsmeetsysteem. Dit systeem vormt een complete, contactloze verplaatsingsmeetketen gebaseerd op het wervelstroomprincipe, speciaal ontworpen voor conditiebewaking en bescherming van industriële roterende machines.
De TQ402-transducer staat bekend om zijn hoge precisie, betrouwbaarheid en uitzonderlijke veerkracht en wordt veel gebruikt in kritische apparatuur zoals stoomturbines, gasturbines, hydraulische turbines, generatoren, turbocompressoren en pompen voor het meten van relatieve astrillingen en axiale positie. Het systeemontwerp voldoet aan de API 670-normen en is verkrijgbaar in versies die zijn gecertificeerd voor gebruik in potentieel explosieve atmosferen, waardoor het een ideale keuze is voor hoogwaardige industriële toepassingen.
II. Belangrijkste kenmerken
Hoge precisie en contactloze meting
De TQ402 meet nauwkeurig minieme veranderingen in de opening tussen de probetip en het metalen doeloppervlak, en zet deze om in overeenkomstige elektrische signalen. Deze contactloze methode vermijdt slijtage aan roterende componenten, waardoor deze perfect geschikt is voor zware bedrijfsomstandigheden met hoge snelheden en temperaturen.
Volledige uitwisselbaarheid van systeemcomponenten
Het gehele meetsysteem (inclusief TQ402/TQ412-sondes, EA402-verlengkabels en de IQS900-signaalconditioner) is nauwkeurig gekalibreerd, waarbij alle componenten volledig uitwisselbaar zijn. Gebruikers kunnen elk onderdeel vervangen zonder de noodzaak van complexe afstemming of herkalibratie ter plaatse, waarbij de gespecificeerde systeemprestaties behouden blijven. Dit vereenvoudigt het onderhoud aanzienlijk en verlaagt de voorraadkosten.
Groot meetbereik en uitvoeropties
Het systeem biedt twee standaard lineaire meetbereiken: 2 mm (0,15 tot 2,15 mm) en 4 mm (0,3 tot 4,3 mm). De IQS900-signaalconditioner biedt uitvoeropties voor zowel spanning (-1,6 V tot -17,6 V) als stroom (-15,5 mA tot -20,5 mA), waardoor integratie met verschillende backend-monitoringsystemen zoals VM600 of VibroSmart® wordt vergemakkelijkt.
Uitzonderlijke milieurobuustheid
Temperatuurbereik: Het transducerlichaam werkt betrouwbaar van -40°C tot +180°C met minder dan 5% drift, en kan kortstondige blootstelling tot +220°C overleven.
Beschermingsgraad: De sondetip en het integrale kabelgedeelte hebben een IP68-classificatie en beschermen tegen het binnendringen van stof en langdurige onderdompeling in water.
Mechanische sterkte: Het is bestand tegen piektrillingen van 5 g (10-500 Hz) en piekschokken van 15 g (duur 11 ms), waardoor een stabiele werking in zeer trillende omgevingen wordt gegarandeerd.
Robuuste fysieke constructie
Sondetip: Beschikt over een spoel ingekapseld in een tip gegoten uit Torlon® (polyamide-imide), die uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen, corrosieweerstand en mechanische sterkte biedt.
Transducerbehuizing: Gemaakt van AISI 316L roestvrij staal en ingegoten met epoxyhars voor hoge temperaturen, waardoor de algehele robuustheid en duurzaamheid wordt gegarandeerd.
Kabel en connectoren: Maakt gebruik van een 75 Ω coaxkabel met FEP-isolatie, 3,6 mm in diameter. Connectoren zijn zelfvergrendelende miniatuurcoaxiale typen, die veilig worden vergrendeld door ze met de hand aan te draaien en zijn voorzien van een anti-losmaakmechanisme.
Uitgebreide veiligheidscertificeringen en naleving
De TQ402 is verkrijgbaar in versies die zijn gecertificeerd voor gebruik in gevaarlijke omgevingen, waaronder:
Ex ia intrinsieke veiligheid (voor zone 0, 1, 2).
Ex nA Vonkvrij (voor Zone 2).
Bovendien voldoet het systeem aan meerdere internationale normen en richtlijnen zoals CE, EAC en RoHS.
III. Werkingsprincipe
De TQ402-nabijheidstransducer en zijn systeem werken op basis van het fysieke kernprincipe van het wervelstroomeffect. Hieronder wordt het volledige proces beschreven, van signaalgeneratie tot uiteindelijke uitvoer.
1. Generatie van het wervelstroomeffect
Het hart van de TQ402-sensor is een nauwkeurig opgewonden spoel, gegoten in de robuuste Torlon®-sondetip. Wanneer het systeem wordt gevoed, voorziet de bijbehorende IQS900-signaalconditioner deze spoel van een hoogfrequente wisselstroom (typisch 1-2 MHz). Volgens de wetten van het elektromagnetisme genereert deze wisselstroom een hoogfrequent elektromagnetisch wisselveld rond de punt van de sonde.
Wanneer de sonde een geleidend metalen doel nadert (bijvoorbeeld de stalen as van een machine), dringt dit elektromagnetische wisselveld door het doeloppervlak. De inductiewet van Faraday dicteert dat een veranderend magnetisch veld circulatiestromen met een gesloten lus, ook wel wervelstromen genoemd, in de geleider induceert. De dichtheid en intensiteit van deze wervelstromen hangen nauw samen met de afstand tussen de sonde en het doel.
2. Impedantieverandering en signaaldetectie
De geïnduceerde wervelstromen genereren zelf een tegengesteld elektromagnetisch veld (de wet van Lenz), dat interageert met het oorspronkelijke veld dat door de sondespoel wordt geproduceerd. Deze interactie veroorzaakt een verandering in de effectieve AC-impedantie van de sondespoel. Concreet geldt dat naarmate de afstand kleiner wordt, het koppeleffect sterker wordt, het wervelstroomeffect groter wordt en de impedantie van de spoel toeneemt. Omgekeerd neemt de impedantie af naarmate de afstand groter wordt.
Zo wordt de spleetafstand tussen de sonde en het doel direct omgezet in een verandering in de elektrische impedantie van de TQ402-sensorspoel. Deze impedantieverandering bevat informatie over zowel de statische (gemiddelde afstand) als dynamische (trillings) aspecten van de opening.
3. Signaalconditionering en demodulatie
De rol van de IQS900-signaalconditioner is het detecteren en verwerken van deze subtiele impedantieverandering. Het bevat een nauwkeurig modulator/demodulatorcircuit. De conditioner bewaakt continu veranderingen in het stuursignaal dat aan de spoel wordt geleverd als gevolg van de impedantievariatie.
Door demodulatie van het geretourneerde hoogfrequente signaal extraheert de IQS900 nauwkeurig de spannings- of stroomcomponent die evenredig is aan de spleetafstand. Dit proces filtert de hoogfrequente draaggolf weg, waardoor alleen het laagfrequente signaal (DC tot 20 kHz) over blijft dat verband houdt met de afstand.
4. Linearisatie en output
Het gedemoduleerde signaal wordt versterkt en gelineariseerd, omgezet in een standaard, gemakkelijk meetbare elektrische signaaluitvoer:
Spanningsuitgangsmodus: Voert een gelijkspanning uit die evenredig is aan de opening, met typische gevoeligheden van 8 mV/μm (200 mV/mil) voor het bereik van 2 mm, of 4 mV/μm (100 mV/mil) voor het bereik van 4 mm. De lineaire uitvoer varieert doorgaans van -1,6 V (minimale opening) tot -17,6 V (maximale opening).
Stroomuitvoermodus: Voert een stroom uit die evenredig is aan de opening, met typische gevoeligheden van 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) of 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil). De lineaire uitvoer varieert doorgaans van -15,5 mA (minimale opening) tot -20,5 mA (maximale opening).
Het systeem vertoont een uitstekende lineariteit binnen het gespecificeerde bereik (bijvoorbeeld 2 mm of 4 mm), waardoor een zeer nauwkeurige proportionele relatie tussen de uitgangsspanning/-stroom en de mechanische opening wordt gegarandeerd.
5. Scheiding van statische en dynamische signalen
Het uiteindelijke uitgangssignaal bevat zowel DC (gelijkstroom) als AC (wisselstroom) componenten:
DC-component: vertegenwoordigt de gemiddelde positie of statische opening tussen de sonde en het doel, gebruikt voor het bewaken van langzaam veranderende parameters zoals axiale verplaatsing of lagerslijtage.
AC-component: Gesuperponeerd op de DC-component, vertegenwoordigt het de dynamische trilling van het doel ten opzichte van de sonde. De amplitude weerspiegelt de trillingsintensiteit, en de frequentie geeft de bron van de trilling aan. Hierdoor kan het systeem tegelijkertijd positie- en trillingsmonitoring uitvoeren.
6. Temperatuurcompensatie en systeemkalibratie
Om de meetnauwkeurigheid over het gehele bedrijfstemperatuurbereik (-40°C tot +180°C) te garanderen, bevat het systeemontwerp temperatuurcompensatiemechanismen om de impact van temperatuurdrift op de output te minimaliseren. De transducer is in de fabriek gekalibreerd met VCL 140-staal (1.7225) als doelmateriaal, wat gelijkwaardig is aan gewone asmaterialen zoals AISI 4140. Voor toepassingen met speciale materialen wordt overleg met de fabrikant aanbevolen om specifieke prestatiecurven te verkrijgen.
IV. Systeemintegratie en selectiepunten
Totale systeemlengte: De totale systeemlengte is de som van de integrale kabellengte van de TQ402-transducer en de EA402-verlengkabellengte. Standaard systeemlengtes zijn 1 meter, 5 meter en 10 meter, haalbaar door flexibele combinaties van verschillende sonde- en verlengkabellengtes.
Elektrisch trimmen: Om de systeemprestaties en uitwisselbaarheid te garanderen, vereist de nominale lengte van verlengkabels 'elektrisch trimmen'. De werkelijk bruikbare minimale totale lengte is iets minder dan de nominale waarde (bijvoorbeeld minimaal 4,4 m voor een systeem van 5 m).
Optionele bescherming: Er kan worden gekozen voor flexibele roestvrijstalen slangen met FEP-mantels om extra mechanische bescherming en chemische weerstand voor de kabels te bieden.
Installatie: De transducerbehuizing biedt zowel metrische als imperiale schroefdraadopties en kan worden gecombineerd met verschillende montagebeugels om aan verschillende installatieruimtes en vereisten te voldoen.
V. Systeemdiagnostiek en veiligheidsintegriteit (SIL)
Het TQ402-systeem biedt, in combinatie met de IQS900-signaalversterker, geavanceerde functies die tegemoetkomen aan de behoeften van moderne industriële veiligheid en betrouwbaarheid.
Ingebouwde diagnostische functionaliteit: De IQS900 signaalconditioner biedt een optioneel ingebouwd zelftest (BIST) diagnosecircuit. Wanneer diagnostiek is ingeschakeld, bewaakt het systeem voortdurend de gezondheid van de gehele meetketen (inclusief de sensor, kabel en conditioner zelf). Bij detectie van onderbrekingen, kortsluitingen of andere fouten verandert het het uitgangssignaal om het probleem duidelijk aan te geven:
In de uitgangsmodus voor spanning/stroom valt de uitgangswaarde buiten het normale bereik van -1,6 V tot -17,6 V of -15,5 mA tot -20,5 mA, wat een duidelijk foutalarm oplevert voor het backend-monitoringsysteem en voorspellend onderhoud mogelijk maakt.
Functionele veiligheidscertificering: De IQS900-signaalversterker met diagnostiek is ontworpen om te voldoen aan SIL 2 (volgens IEC 61508) en PL c, Cat. 1 (volgens ISO 13849) Veiligheidsintegriteitsniveaus. Dit betekent dat het ontwerp van het systeem geschikt is om te voldoen aan de strenge eisen van veel veiligheidsgerelateerde toepassingen (bijvoorbeeld machinebeveiligingssystemen), waardoor gebruikers gemakkelijker productiesystemen kunnen bouwen die voldoen aan de veiligheidsnormen.
VI. Mechanische configuratie- en installatieopties
Flexibele mechanische configuratie:
Draadspecificaties: De behuizing van de TQ402-transducer biedt verschillende draadopties, waaronder metrisch M10x1, M14x1.5, M16x1.5 en imperiaal 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, geschikt voor wereldwijde standaarden voor apparatuur en montagegaten.
Dimensionale aanpassing: Gebruikers kunnen de behuizingslengte (van 20 mm tot 250 mm) en de lengte zonder schroefdraad (van 0 mm tot 230 mm) specificeren op basis van de vereisten voor de installatiediepte, wat een hoge installatieflexibiliteit biedt.
Omgekeerd gemonteerd model: Voor toepassingen waarbij de standaard TQ402 niet past, biedt de serie ook het TQ412-model. De TQ412 is speciaal ontworpen voor toepassingen met omgekeerde montage, waarbij de oriëntatie van de sondepunt op één lijn ligt met de uitgangsrichting van de kabel, geschikt voor metingen van binnenuit de apparatuurbehuizing naar buiten.
Aansluit- en beschermingsaccessoires:
Connectorbescherming: De IP172-verbindingsbeschermer is beschikbaar om het verbindingspunt tussen de sondekabel en de verlengkabel te beveiligen, waardoor verontreiniging door olie, vocht en mechanische schade wordt voorkomen.
Kabelbescherming: Naast de vaste FEP-mantel zijn als optie flexibele roestvrijstalen slangen (beschermingsbuizen) verkrijgbaar. Deze kunnen ten opzichte van de kabel bewegen voor eenvoudiger installatie en bieden robuuste mechanische bescherming in complexe en lastige routeringspaden.
Montagebeugels: Er is een verscheidenheid aan sondemontageadapters (bijv. PA15x-serie) beschikbaar, samen met de MA130 DIN-rail montageadapter voor de IQS900-signaalversterker. Deze ondersteunt standaard TH 35-rails, waardoor modulaire installatie met hoge dichtheid in schakelkasten mogelijk wordt.
