Przetwornik zbliżeniowy TQ402 jest głównym elementem systemu pomiaru zbliżeniowego TQ402/TQ412, EA402 i IQS900. System ten tworzy kompletny, bezdotykowy łańcuch pomiaru przemieszczenia oparty na zasadzie prądu wirowego, specjalnie zaprojektowany do monitorowania stanu i ochrony przemysłowych maszyn wirujących.
Znany ze swojej wysokiej precyzji, niezawodności i wyjątkowej odporności na warunki środowiskowe, przetwornik TQ402 jest szeroko stosowany w krytycznych urządzeniach, takich jak turbiny parowe, turbiny gazowe, turbiny hydrauliczne, generatory, turbosprężarki i pompy do pomiaru względnych drgań wału i położenia osiowego. Konstrukcja systemu jest zgodna ze standardami API 670 i jest dostępna w wersjach certyfikowanych do stosowania w atmosferach potencjalnie wybuchowych, co czyni go idealnym wyborem do zaawansowanych zastosowań przemysłowych.
II. Kluczowe funkcje
Wysoka precyzja i bezkontaktowy pomiar
TQ402 dokładnie mierzy drobne zmiany w szczelinie pomiędzy końcówką sondy a powierzchnią metalu docelowego, przekształcając je na odpowiednie sygnały elektryczne. Ta bezkontaktowa metoda pozwala uniknąć zużycia obracających się elementów, dzięki czemu doskonale nadaje się do trudnych warunków pracy, związanych z dużymi prędkościami i temperaturami.
Pełna wymienność komponentów systemu
Cały system pomiarowy (w tym sondy TQ402/TQ412, kable przedłużające EA402 i kondycjoner sygnału IQS900) jest precyzyjnie skalibrowany, a wszystkie komponenty są w pełni wymienne. Użytkownicy mogą wymienić dowolny komponent bez konieczności skomplikowanego dopasowywania lub ponownej kalibracji na miejscu, zachowując określoną wydajność systemu. To znacznie upraszcza konserwację i zmniejsza koszty magazynowania.
Szeroki zakres pomiarowy i opcje wyjściowe
System oferuje dwa standardowe zakresy pomiarów liniowych: 2 mm (0,15 do 2,15 mm) i 4 mm (0,3 do 4,3 mm). Kondycjoner sygnału IQS900 zapewnia opcje wyjściowe zarówno napięciowe (-1,6 V do -17,6 V), jak i prądowe (-15,5 mA do -20,5 mA), ułatwiając integrację z różnymi systemami monitorowania zaplecza, takimi jak VM600 lub VibroSmart®.
Wyjątkowa odporność na środowisko
Zakres temperatur: Korpus przetwornika działa niezawodnie w zakresie od -40°C do +180°C z dryftem mniejszym niż 5% i może wytrzymać krótkotrwałą ekspozycję do +220°C.
Stopień ochrony: Końcówka sondy i integralna część kabla mają stopień ochrony IP68, co chroni przed wnikaniem kurzu i długotrwałym zanurzeniem w wodzie.
Wytrzymałość mechaniczna: Wytrzymuje szczytowe wibracje o wartości 5 g (10–500 Hz) i wstrząsy szczytowe o masie 15 g (czas trwania 11 ms), zapewniając stabilną pracę w środowiskach o silnych wibracjach.
Wytrzymała konstrukcja fizyczna
Końcówka sondy: Cewka zamknięta w końcówce formowanej z Torlonu® (poliamid-imid), oferująca doskonałą odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję i wytrzymałość mechaniczną.
Korpus przetwornika: wykonany ze stali nierdzewnej AISI 316L i zalany wysokotemperaturową żywicą epoksydową, co zapewnia ogólną wytrzymałość i trwałość.
Kabel i złącza: Wykorzystuje kabel koncentryczny 75 Ω z izolacją FEP i średnicą 3,6 mm. Złącza to samoblokujące, miniaturowe złącza koncentryczne, które bezpiecznie blokują się po dokręceniu ręką i są wyposażone w mechanizm zapobiegający poluzowaniu.
Kompleksowe certyfikaty bezpieczeństwa i zgodność
TQ402 jest dostępny w wersjach certyfikowanych do użytku w obszarach niebezpiecznych, w tym:
Ex ia iskrobezpieczeństwo (dla strefy 0, 1, 2).
Ex nA Nieiskrzący (dla strefy 2).
Dodatkowo system jest zgodny z wieloma międzynarodowymi normami i dyrektywami, takimi jak CE, EAC i RoHS.
III. Zasada działania
Przetwornik zbliżeniowy TQ402 i jego system działają w oparciu o podstawową zasadę fizyczną efektu prądu wirowego. Poniżej szczegółowo opisano cały proces od wygenerowania sygnału do końcowego sygnału wyjściowego.
1. Generacja efektu wiroprądowego
Sercem czujnika TQ402 jest precyzyjnie uzwojona cewka, uformowana wewnątrz wytrzymałej końcówki sondy Torlon®. Kiedy system jest zasilany, dołączony do zestawu kondycjoner sygnału IQS900 zasila tę cewkę prądem przemiennym o wysokiej częstotliwości (zwykle 1-2 MHz). Zgodnie z prawami elektromagnetyzmu, ten prąd przemienny generuje wokół końcówki sondy zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.
Kiedy sonda zbliża się do przewodzącego metalowego celu (np. stalowego wału maszyny), to zmienne pole elektromagnetyczne przenika przez powierzchnię celu. Prawo indukcji Faradaya mówi, że zmieniające się pole magnetyczne indukuje w przewodniku prądy krążące w zamkniętej pętli, zwane prądami wirowymi. Gęstość i intensywność tych prądów wirowych są ściśle powiązane z odległością pomiędzy sondą a celem.
2. Zmiana impedancji i wykrywanie sygnału
Indukowane prądy wirowe same generują przeciwne pole elektromagnetyczne (prawo Lenza), które oddziałuje z pierwotnym polem wytwarzanym przez cewkę sondy. Ta interakcja powoduje zmianę efektywnej impedancji AC cewki sondy. W szczególności, gdy odległość maleje, efekt sprzęgania wzmacnia się, efekt prądu wirowego staje się bardziej znaczący, a impedancja cewki wzrasta. I odwrotnie, wraz ze wzrostem odległości impedancja maleje.
W ten sposób odległość między sondą a celem jest bezpośrednio przekształcana na zmianę impedancji elektrycznej cewki czujnika TQ402. Ta zmiana impedancji zawiera informacje zarówno o statycznych (średnia odległość), jak i dynamicznych (wibracje) aspektach szczeliny.
3. Kondycjonowanie i demodulacja sygnału
Rolą kondycjonera sygnału IQS900 jest wykrywanie i przetwarzanie tej subtelnej zmiany impedancji. Zawiera precyzyjny obwód modulatora/demodulatora. Kondycjoner w sposób ciągły monitoruje zmiany w sygnale sterującym dostarczanym do cewki, wynikające ze zmian impedancji.
Poprzez demodulację zwracanego sygnału wysokiej częstotliwości, IQS900 dokładnie wyodrębnia składową napięcia lub prądu proporcjonalną do odległości przerwy. Proces ten odfiltrowuje falę nośną o wysokiej częstotliwości, pozostawiając jedynie sygnał o niskiej częstotliwości (od prądu stałego do 20 kHz) związany z odległością.
4. Linearyzacja i wyjście
Demodulowany sygnał jest wzmacniany i linearyzowany, konwertowany na standardowy, łatwo mierzalny sygnał elektryczny:
Tryb wyjścia napięciowego: Wysyła napięcie prądu stałego proporcjonalne do odstępu, z typową czułością 8 mV/μm (200 mV/mil) dla zakresu 2 mm lub 4 mV/μm (100 mV/mil) dla zakresu 4 mm. Wyjście liniowe zazwyczaj mieści się w zakresie od -1,6 V (minimalna przerwa) do -17,6 V (maksymalna przerwa).
Tryb wyjścia prądowego: Wysyła prąd proporcjonalny do przerwy, z typową czułością 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) lub 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil). Wyjście liniowe zazwyczaj mieści się w zakresie od -15,5 mA (minimalna przerwa) do -20,5 mA (maksymalna przerwa).
System wykazuje doskonałą liniowość w określonym zakresie (np. 2 mm lub 4 mm), zapewniając bardzo dokładną proporcjonalną zależność pomiędzy napięciem/prądem wyjściowym a szczeliną mechaniczną.
5. Separacja sygnałów statycznych i dynamicznych
Końcowy sygnał wyjściowy zawiera zarówno składowe DC (prąd stały), jak i AC (prąd przemienny):
Składnik stały: reprezentuje średnią pozycję lub szczelinę statyczną pomiędzy sondą a obiektem docelowym, używany do monitorowania wolno zmieniających się parametrów, takich jak przemieszczenie osiowe lub zużycie łożyska.
Składowa AC: Nałożona na składową stałą, reprezentuje dynamiczną wibrację celu względem sondy. Jego amplituda odzwierciedla intensywność drgań, a częstotliwość wskazuje źródło drgań. Dzięki temu system może jednocześnie monitorować położenie i wibracje.
6. Kompensacja temperatury i kalibracja systemu
Aby zapewnić dokładność pomiaru w całym zakresie temperatur roboczych (od -40°C do +180°C), w konstrukcji systemu zastosowano mechanizmy kompensacji temperatury, aby zminimalizować wpływ dryftu temperatury na sygnał wyjściowy. Przetwornik jest fabrycznie skalibrowany przy użyciu stali VCL 140 (1.7225) jako materiału docelowego, co jest odpowiednikiem popularnych materiałów wałów, takich jak AISI 4140. W przypadku zastosowań z materiałami specjalnymi zaleca się konsultację z producentem w celu uzyskania określonych krzywych wydajności.
IV. Integracja systemu i punkty wyboru
Całkowita długość systemu: Całkowita długość systemu jest sumą całkowitej długości kabla przetwornika TQ402 i długości kabla przedłużającego EA402. Standardowe długości systemu to 1 metr, 5 metrów i 10 metrów, co można osiągnąć poprzez elastyczne kombinacje różnych długości sond i przedłużaczy.
Przycinanie elektryczne: Aby zapewnić wydajność systemu i wymienność, nominalna długość kabli przedłużających wymaga „przycięcia elektrycznego”. Rzeczywista minimalna użyteczna długość całkowita jest nieco mniejsza niż wartość nominalna (np. minimum 4,4 m dla systemu 5 m).
Opcjonalna ochrona: Można wybrać elastyczne węże ze stali nierdzewnej z osłonami FEP, aby zapewnić dodatkową ochronę mechaniczną i odporność chemiczną kabli.
Instalacja: Korpus przetwornika oferuje opcje gwintów metrycznych i imperialnych i można go łączyć z różnymi wspornikami montażowymi, aby dopasować się do różnych przestrzeni montażowych i wymagań.
V. Diagnostyka systemu i integralność bezpieczeństwa (SIL)
System TQ402 w połączeniu z kondycjonerem sygnału IQS900 oferuje zaawansowane funkcje zaspokajające potrzeby współczesnego bezpieczeństwa i niezawodności w przemyśle.
Wbudowana funkcja diagnostyczna: Kondycjoner sygnału IQS900 oferuje opcjonalny obwód diagnostyczny wbudowanego autotestu (BIST). Gdy włączona jest diagnostyka, system w sposób ciągły monitoruje stan całego łańcucha pomiarowego (w tym czujnika, kabla i samego kondycjonera). Po wykryciu przerw, zwarć lub innych usterek zmienia sygnał wyjściowy, aby wyraźnie wskazać problem:
W trybie wyjścia napięciowego/prądowego wartość wyjściowa będzie wykraczać poza normalny zakres -1,6 V do -17,6 V lub -15,5 mA do -20,5 mA, zapewniając wyraźny alarm o usterce w systemie monitorowania zaplecza i umożliwiając konserwację predykcyjną.
Certyfikat bezpieczeństwa funkcjonalnego: Kondycjoner sygnału IQS900 z diagnostyką został zaprojektowany tak, aby spełniać wymagania SIL 2 (zgodnie z IEC 61508) i PL c, kat. 1 (zgodnie z ISO 13849) Poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa. Oznacza to, że konstrukcja systemu jest odpowiednia, aby spełnić rygorystyczne wymagania wielu zastosowań związanych z bezpieczeństwem (np. systemów ochrony maszyn), pomagając użytkownikom w łatwiejszym budowaniu systemów produkcyjnych zgodnych z normami bezpieczeństwa.
VI. Opcje konfiguracji mechanicznej i instalacji
Elastyczna konfiguracja mechaniczna:
Specyfikacje gwintów: Korpus przetwornika TQ402 oferuje różne opcje gwintów, w tym metryczne M10x1, M14x1,5, M16x1,5 i calowe 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, spełniające wymagania światowych standardów dotyczących sprzętu i otworów montażowych.
Dostosowanie wymiarowe: Użytkownicy mogą określić długość obudowy (od 20 mm do 250 mm) i długość bez gwintu (od 0 mm do 230 mm) w zależności od wymagań dotyczących głębokości instalacji, zapewniając dużą elastyczność instalacji.
Model z mocowaniem odwrotnym: Do zastosowań, w których nie pasuje standardowy TQ402, seria oferuje również model TQ412. TQ412 został specjalnie zaprojektowany do zastosowań z odwrotnym montażem, gdzie orientacja końcówki sondy jest zgodna z kierunkiem wyjścia kabla, co jest odpowiednie do pomiarów wykonywanych od wnętrza obudowy urządzenia na zewnątrz.
Akcesoria do połączeń i zabezpieczeń:
Ochrona złącza: Dostępny jest ochraniacz połączeń IP172, który chroni punkt połączenia pomiędzy kablem sondy a kablem przedłużającym, zapobiegając zanieczyszczeniu olejem, wilgocią i uszkodzeniom mechanicznym.
Ochrona kabli: Poza stałą osłoną z FEP, opcjonalnie dostępne są elastyczne węże ze stali nierdzewnej (rurki ochronne). Mogą one poruszać się względem kabla, co ułatwia instalację, zapewniając solidną ochronę mechaniczną na skomplikowanych i trudnych trasach trasowania.
Wsporniki montażowe: Dostępnych jest wiele adapterów do montażu sond (np. seria PA15x), a także adapter do montażu na szynie DIN MA130 dla kondycjonera sygnału IQS900. Obsługuje to standardowe szyny TH 35, ułatwiając modułową instalację o dużej gęstości w szafach sterowniczych.
