De TQ412 is een krachtige, omgekeerd gemonteerde, contactloze wervelstroomverplaatsingstransducer uit de VM-productlijn. Het is speciaal ontworpen voor de conditiebewaking en bescherming van roterende machines in industriële omgevingen en dient als kerncomponent van het TQ402/TQ412, EA402 en IQS900 nabijheidsmeetsysteem. Dit systeem is gebaseerd op het wervelstroomdetectieprincipe en meet nauwkeurig de relatieve trillingen, axiale verplaatsing en spleetveranderingen in roterende machineassen. Het wordt veel gebruikt in kritische apparatuur zoals stoomturbines, gasturbines, hydroturbines, generatoren, turbocompressoren en pompen.
De TQ412-sensor heeft een omgekeerd gemonteerd ontwerp, waardoor hij geschikt is voor installatie in scenario's met beperkte ruimte of speciaal geconfigureerde scenario's. Samen met de EA402-verlengkabel en de signaalversterker IQS900 vormt hij een complete meetketen. Alle componenten zijn volledig uitwisselbaar en vereisen geen individuele kalibratie, wat de systeemintegratie en het onderhoud aanzienlijk vereenvoudigt. Het systeem ondersteunt twee meetbereiken (2 mm of 4 mm), levert spannings- of stroomuitvoer en voldoet aan de API 670-standaardaanbevelingen.
Belangrijkste kenmerken en functies
1. Contactloze, uiterst nauwkeurige meting
Op basis van het wervelstroomeffect meet het verplaatsingsveranderingen op metalen oppervlakken zonder fysiek contact met het doel.
Meetbereik: 2 mm of 4 mm (geselecteerd via besteloptie).
Gevoeligheidsopties:
8 mV/μm (200 mV/mil) of 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) — overeenkomend met het bereik van 2 mm
4 mV/μm (100 mV/mil) of 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) — overeenkomend met het bereik van 4 mm
Frequentierespons: DC tot 20 kHz (–3 dB), geschikt voor het opvangen van dynamische trillingssignalen van snel roterende machines.
2. Ontwerp met omgekeerde montage
Specifiek ontworpen voor beperkte ruimte of speciale mechanische structuur, voor grotere installatieflexibiliteit.
Biedt metrische (M10×1) of imperiale (3/8'-24UNF) schroefdraadopties om aan verschillende installatievereisten te voldoen.
3. Aanpassingsvermogen bij hoge temperaturen en ruwe omgevingen
Bedrijfstemperatuurbereik transducerbehuizing: –40°C tot +180°C (in bedrijf), met kortetermijnoverleving tot +220°C.
Algemene beschermingsgraad: Sensorkop met classificatie IP68, geschikt voor zware industriële omgevingen zoals omgevingen met vocht, olie en stof.
Trillingsbestendigheid: Bestand tegen piektrillingen van 5 g in het bereik van 10–500 Hz.
Schokbestendigheid: Bestand tegen piekschokken van 15 g (halve sinusgolf, duur van 11 ms).
4. Explosieveilige certificering en veiligheid
Biedt meerdere explosieveilige certificeringsopties (aangegeven via bestelcode):
Ex ia intrinsieke veiligheid (optie A2): Geschikt voor gevaarlijke gebieden van Zone 0/1/2, gecertificeerd door ATEX, IECEx, cCSAus en andere internationale normen.
Ex nA Vonkvrij (optie A3): Geschikt voor gevaarlijke zones van Zone 2.
Zowel de sensor als de kabel zijn explosieveilig gecertificeerd, wat een veilig gebruik in potentieel explosieve atmosferen garandeert.
5. Modulariteit en uitwisselbaarheid
Volledig compatibel met TQ402-, EA402-kabels en de IQS900-signaalconditioner. Componenten zijn uitwisselbaar en vereisen geen herkalibratie.
Ondersteunt drie totale systeemlengtes (TSL): 1 m, 5 m en 10 m, haalbaar door combinaties van geïntegreerde sensorkabels en verlengkabels met verschillende lengtes.
6. Mechanisch en materiaalontwerp
De sensorkop maakt gebruik van Torlon-materiaal (polyamide-imide) om de spoel in te kapselen, wat zorgt voor uitstekende stabiliteit bij hoge temperaturen en mechanische sterkte.
De behuizing is gemaakt van roestvrij staal (AISI 316L) voor een sterke corrosieweerstand.
Interne epoxyharspotting op hoge temperatuur zorgt voor betrouwbaarheid op lange termijn.
Standaard zelfborgende miniatuur coaxiale connectoren zorgen voor betrouwbare verbindingen en ondersteunen omgevingen met hoge temperaturen (tot 200°C).
7. Optionele beveiligingsconfiguraties
Gedetailleerd werkingsprincipe
1. Grondbeginselen van wervelstroomeffecten
De TQ412-sensor werkt op basis van het wervelstroomdetectieprincipe. De kop bevat een spoel die is gewikkeld uit nauwkeurig geëmailleerde draad, aangedreven door een hoogfrequent AC-excitatiesignaal (doorgaans 1–2 MHz) van de IQS900-signaalconditioner. De hoogfrequente stroom genereert een hoogfrequent magnetisch wisselveld rond de spoel. Wanneer de sensorsonde een geleidend metalen doel nadert (bijvoorbeeld een schachtoppervlak), induceert dit wisselende magnetische veld circulatiestromen met gesloten lus, ook wel wervelstromen genoemd, op het geleideroppervlak. De sterkte van deze wervelstromen is omgekeerd evenredig met de spleetafstand tussen de sensorsonde en het doeloppervlak. Volgens de wet van Lenz genereren deze wervelstromen een tegengesteld magnetisch veld dat de verandering in het oorspronkelijke veld weerstaat. Deze interactie veroorzaakt een verandering in de equivalente impedantie (inclusief resistieve en inductieve componenten) van de sensorspoel. De mate van impedantieverandering heeft een strikt functionele relatie met de spleetafstand en vormt de fysieke basis voor nauwkeurige metingen.
2. Signaalmodulatie en demodulatie
De IQS900-signaalconditioner is het 'brein' van het hele systeem. De interne circuits omvatten een nauwkeurige opstelling van een hoogfrequente oscillator, modulator en demodulator. Het hoogfrequente signaal van de oscillator drijft de sensorspoel aan en vormt een hoogfrequente AC-brug. Wanneer de spoelimpedantie verandert als gevolg van variatie in de opening, raakt de brug uit balans. Het modulatorcircuit detecteert dit minieme onbalanssignaal (meestal op millivoltniveau). Vervolgens demoduleert de demodulator, met behulp van technieken als Phase-Sensitive Detection (PSD), het hoogfrequente gemoduleerde signaal dat de gap-informatie bevat, naar een langzaam variërend gelijkspanningssignaal. Dit DC-signaal is evenredig met de spleetafstand. Om de nauwkeurigheid verder te verbeteren, integreert de conditioner ook linearisatiecircuits en temperatuurcompensatiecircuits. Het linearisatiecircuit corrigeert de inherente niet-lineaire eigenschappen van de sensor door middel van methoden zoals polynomiale aanpassing, waardoor een strikt lineaire relatie tussen de output en de afstand over het gehele meetbereik wordt gegarandeerd. Het temperatuurcompensatiecircuit bewaakt continu de omgevingstemperatuur en past de circuitparameters aan om de effecten van temperatuurveranderingen op de spoelweerstand, de kenmerken van elektronische componenten en de kabelcapaciteit tegen te gaan. Dit garandeert een extreem hoge meetstabiliteit van -40°C tot +180°C, met een typische drift van minder dan 5%.
3. Uitgangssignaaltypen
De IQS900-conditioner converteert het verwerkte DC-signaal naar twee standaard industriële uitgangsmodi om zich aan te passen aan verschillende systeemintegratiebehoeften:
Spanningsuitgangsmodus (3-draads): Deze modus levert een zeer nauwkeurig spanningssignaal dat proportioneel is aan de kloof, variërend van -1,6 V tot -17,6 V. Het maakt intern gebruik van een operationeel versterkercircuit met diepe negatieve feedback, waardoor een zeer lage uitgangsimpedantie wordt bereikt (<100 Ω bij DC). Het voordeel van een lage uitgangsimpedantie is de mogelijkheid om grotere capacitieve belastingen aan te sturen en de signaalverzwakking en vervorming tijdens lange kabeltransmissie aanzienlijk te verminderen. Het is zeer geschikt voor directe aansluiting op data-acquisitiesystemen met hoge impedantie, analoge PLC-ingangsmodules of oscilloscopen voor diagnose.
Stroomuitgangsmodus (2-draads): Deze modus levert een stroomsignaal van -15,5 mA tot -20,5 mA. De stroomuitgang staat bekend om zijn inherente sterke immuniteit tegen elektromagnetische interferentie (EMI), waardoor deze bijzonder geschikt is voor zware industriële omgevingen die transmissieafstanden tot enkele honderden meters vereisen. Het nauwkeurige V/I-conversiecircuit in de conditioner zorgt ervoor dat de stroomwaarde niet wordt beïnvloed door veranderingen in de lijnweerstand. Het ontvangende uiteinde heeft slechts een precisiebemonsteringsweerstand van ≤350 Ω nodig om het stroomsignaal om te zetten in een spanningssignaal voor meting. Dit vereenvoudigde ontwerp vermindert de complexiteit en kosten van de apparatuur voor ontvangst op afstand aanzienlijk.
4. Temperatuurcompensatie en kalibratie
Het systeem is gekalibreerd bij +23°C ±5°C met standaard doelmateriaal (VCL 140 staal, 1.7225).
Interne temperatuurcompensatiecircuits zorgen ervoor dat de uitgangsdrift onder de 5% blijft binnen het bereik van –40°C tot +180°C.
Als niet-standaard doelmaterialen (zoals roestvrij staal, aluminium, legeringen, enz.) worden gebruikt, moeten de prestatiecurven worden geregenereerd of moeten gevoeligheidscorrecties worden toegepast.
5. Diagnostische functies (optioneel)
In combinatie met een IQS900-signaalconditioner met diagnostiek (besteloptie C2) kan het systeem het volgende bereiken:
Chain Diagnostics: Realtime detectie van fouten in de sensor, bekabeling en/of de conditioner zelf.
SIL 2-certificering: Voldoet aan de functionele veiligheidsnormen IEC 61508, geschikt voor veiligheidsgerelateerde toepassingen.
Foutindicatie: Alarmindicatie op afstand via uitgangssignalen die buiten het normale bereik vallen (bijv. stroomuitgang > –15,5 mA of < –20,5 mA).
6. Systeemintegratie en signaalverwerking
De TQ412-sensor, de EA402-verlengkabel en de IQS900-conditioner vormen een complete meetketen.
De totale systeemlengte (TSL) vereist 'elektrisch trimmen' om de systeemprestaties en uitwisselbaarheid te garanderen (de werkelijke kabellengte voor een systeem van 5 m mag bijvoorbeeld niet minder zijn dan 4,4 m).
Het onbewerkte signaal (RAW/COM-pin) en testinvoer (TEST/COM-pin) kunnen worden gebruikt voor systeemfoutopsporing en geavanceerde diagnostiek.
7. Installatie en mechanische aanpassing
Het omgekeerde montageontwerp maakt hem geschikt voor installatie in beperkte ruimtes of met speciale geometrieën.
Biedt verschillende lichaamslengtes (20–250 mm) en lengteopties zonder schroefdraad (0–230 mm).
Optionele flexibele roestvrijstalen slang of FEP-mantel kan de levensduur van de kabel verlengen en zich aanpassen aan omgevingen met hoge temperaturen, corrosie of mechanische slijtage.
Typische toepassingsscenario's
Trillingsmonitoring van roterende machines: relatieve trillingsmeting van assen in gasturbines, stoomturbines, hydroturbines, compressoren en pompen.
Bewaking van axiale verplaatsing: positie van druklager, bewaking van asuitzetting.
Spleetmeting: afdichtingsspeling, controle van de speling van de bladpunt.
Veiligheidsbeschermingssystemen: Integratie met systemen uit de VM-serie om mechanische bescherming en voorspellend onderhoud te bereiken.
