TQ403 to wysokowydajny bezkontaktowy czujnik zbliżeniowy z linii produktów VM. Razem z przedłużaczem EA403 i kondycjonerem sygnału IQS450 tworzy kompletny system pomiaru odległości. Oparty na zasadzie prądu wirowego, system jest szeroko stosowany do monitorowania stanu i ochrony przemysłowych maszyn wirujących, szczególnie nadaje się do pomiaru drgań i położenia w urządzeniach o krytycznym znaczeniu, takich jak turbiny parowe, turbiny gazowe, turbiny hydrauliczne, generatory, turbosprężarki i pompy.
System TQ403 charakteryzuje się wysoką precyzją, wysoką niezawodnością, działaniem w szerokim zakresie temperatur i doskonałą możliwością dostosowania do środowiska. Obsługuje zastosowanie w obszarach niebezpiecznych (środowiska przeciwwybuchowe) i zapewnia opcje wyjścia zarówno napięciowego, jak i prądowego, dzięki czemu nadaje się do różnych wymagań integracji przemysłowych systemów monitorowania.
Zasada działania
System pomiaru zbliżeniowego TQ403 działa w oparciu o zasadę prądu wirowego do bezkontaktowego pomiaru przemieszczenia. Mechanizm działania systemu jest następujący:
1. Mechanizm wytwarzania i sprzęgania pola elektromagnetycznego
Rdzeniem czujnika TQ403 jest precyzyjnie uzwojona cewka napędzana sygnałem prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości z kondycjonera sygnału IQS450. Gdy prąd przemienny przepływa przez cewkę, wytwarza w otaczającej przestrzeni zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Pole to ma specyficzną charakterystykę rozkładu przestrzennego, a jego siła maleje wykładniczo wraz ze wzrostem odległości. Kiedy przewodzący obiekt metalowy wchodzi w to pole elektromagnetyczne, na powierzchni celu indukują się prądy wirowe w zamkniętej pętli, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Charakterystyka siły i rozkładu tych prądów wirowych jest ściśle związana z odległością szczeliny między czujnikiem a obiektem docelowym, właściwościami elektrycznymi i magnetycznymi materiału obiektu docelowego oraz częstotliwością wzbudzenia.
2. Modulacja impedancji i ekstrakcja sygnału
Przepływ prądów wirowych w materiale tarczy generuje odwrotne pole elektromagnetyczne o przeciwnej fazie do pola pierwotnego, zjawisko znane jako prawo Lenza. Interakcja pomiędzy tymi dwoma polami znacząco zmienia impedancję zastępczą cewki czujnika. Ta zmiana impedancji obejmuje zmiany zarówno w składowej rezystancyjnej, jak i indukcyjnej: zmiana w składowej rezystancyjnej wynika głównie z rozpraszania energii spowodowanej przez prądy wirowe, podczas gdy zmiana składowej indukcyjnej wynika ze osłabienia pola odwrotnego w polu pierwotnym. Istnieje wysoce nieliniowa zależność funkcjonalna pomiędzy zmianą impedancji cewki czujnika a odległością szczeliny. System przekształca tę nieliniową zależność w wysoce liniowe napięcie lub prąd wyjściowy poprzez precyzyjne projektowanie obwodów i przetwarzanie algorytmów.
3. Kondycjonowanie sygnału i przetwarzanie linearyzacyjne
Kondycjoner sygnału IQS450 stanowi inteligentny rdzeń całego systemu, zawierający wysokowydajny oscylator wysokiej częstotliwości, precyzyjny obwód demodulacji i zaawansowaną jednostkę przetwarzania sygnału. Oscylator generuje sygnał o wysokiej częstotliwości (zwykle 1-2 MHz) o stabilnej częstotliwości i stałej amplitudzie w celu napędzania cewki czujnika. Obwód odbiorczy precyzyjnie wyodrębnia przydatne informacje ze zmian impedancji za pomocą technologii wykrywania wrażliwej na fazę (PSD). System wykorzystuje technologię cyfrowej kompensacji temperatury i algorytmy dopasowania wielomianowego do przetwarzania linearyzacji w czasie rzeczywistym i kompensacji dryftu temperatury na surowych sygnałach z czujnika, zapewniając doskonałą dokładność pomiaru w całym zakresie temperatur roboczych.
4. Interfejs wyjściowy i integracja systemu
Przetworzone sygnały pomiarowe są wysyłane na dwa sposoby: tryb wyjścia napięciowego wykorzystuje konfigurację trójprzewodową zapewniającą wyjście liniowe od -1,6 V do -17,6 V, co odpowiada zakresowi pomiarowemu od 0,75 mm do 12,75 mm; tryb wyjścia prądowego wykorzystuje konfigurację dwuprzewodową zapewniającą sygnały prądowe od -15,5 mA do -20,5 mA. Obie metody wyjściowe posiadają zabezpieczenie zwarciowe i zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją, umożliwiając bezpośrednią integrację ze sterownikami PLC, DCS lub dedykowanymi systemami monitorowania maszyn. Parametry impedancji wyjściowej, pojemności i indukcyjności systemu są zoptymalizowane, aby zapewnić integralność i stabilność sygnału podczas transmisji długim kablem.
5. Kalibracja i kompensacja materiału docelowego
System jest fabrycznie skalibrowany przy użyciu stali VCL 140 (1.7225) jako standardowego materiału docelowego, z czułością ustawioną na 1,33 mV/μm lub 0,417 μA/μm. Ponieważ różne materiały mają różną przewodność elektryczną i przenikalność magnetyczną, wymagana jest ponowna kalibracja lub korekta współczynnika materiałowego, jeśli materiał docelowy zmienia się w praktycznych zastosowaniach. System obsługuje niestandardowe usługi kalibracji. Użytkownicy mogą dostarczyć próbki konkretnych materiałów, a my zapewnimy ukierunkowane rozwiązania kalibracyjne, aby zapewnić, że dokładność pomiaru spełnia określone wymagania aplikacji.
Cechy
System TQ403 integruje wiele zaawansowanych technologii, oferując doskonałą charakterystykę wydajności i szerokie możliwości adaptacji do zastosowań. Jego główne cechy to:
1. Prawdziwa możliwość pomiaru bezkontaktowego
W systemie zastosowano całkowicie bezkontaktową metodę pomiaru, eliminującą zużycie mechaniczne, ciepło tarcia i efekty obciążenia związane z tradycyjnymi czujnikami kontaktowymi. Ta metoda pomiaru jest szczególnie odpowiednia do zastosowań w maszynach wirujących o dużej prędkości, umożliwiając precyzyjne uchwycenie dynamicznego zachowania wirnika bez nakładania dodatkowego obciążenia lub zakłóceń na obracający się korpus. Brak fizycznego kontaktu między czujnikiem a obiektem znacznie wydłuża żywotność sprzętu i zmniejsza wymagania konserwacyjne.
2. Charakterystyka ultraszerokiego pasma i wysokiej odpowiedzi dynamicznej
System charakteryzuje się niezwykle szerokim zakresem odpowiedzi częstotliwościowej od DC do 20 kHz (-3dB), co jest wskaźnikiem wydajności wiodącym w przemysłowych czujnikach zbliżeniowych. Końcówka niskiej częstotliwości rozciąga się aż do prądu stałego, umożliwiając dokładny pomiar wolno zmieniających się przemieszczeń i pozycji statycznych; końcówka wysokiej częstotliwości osiąga 20 kHz, co jest wystarczające do wychwytywania składowych wibracji o wysokiej częstotliwości i uderzeń w większości maszyn wirujących. Ta charakterystyka o szerokim paśmie umożliwia wykorzystanie systemu nie tylko do monitorowania drgań, ale także do zaawansowanych zastosowań diagnostycznych, takich jak analiza częstotliwości zazębienia kół zębatych i ekstrakcja cech uszkodzeń łożysk.
3. Rozszerzony zakres pomiarowy i doskonała wydajność liniowa
TQ403 zapewnia szeroki zakres pomiarowy 12 mm, znacznie większy niż tradycyjne czujniki zbliżeniowe 2 mm lub 4 mm, oferując większy margines instalacji i margines bezpieczeństwa przy monitorowaniu drgań dużych maszyn wirujących. System utrzymuje doskonałe właściwości liniowe w całym zakresie pomiarowym, a błąd liniowości jest kontrolowany w minimalnym zakresie po precyzyjnej kompensacji. Użytkownicy mogą poznać charakterystykę dokładności różnych przedziałów pomiarowych poprzez dostarczone krzywe wydajności, wybierając w ten sposób odpowiednie punkty pracy w oparciu o rzeczywiste wymagania aplikacji.
4. Możliwość dostosowania do ekstremalnych warunków środowiskowych i wytrzymałość konstrukcji
System może pracować stabilnie w ekstremalnych zakresach temperatur od -40°C do +180°C, z krótkotrwałą tolerancją do +220°C w trudnych warunkach. Głowica czujnika posiada stopień ochrony IP68, co zapewnia pełną ochronę przed wnikaniem kurzu i ciągłym zanurzeniem. Mechanicznie czujnik wytrzymuje przyspieszenie wibracyjne o wartości szczytowej 5 g (10-500 Hz) i przyspieszenie udarowe o wartości szczytowej 15 g (fala półsinusoidalna, czas trwania 11 ms), zapewniając niezawodną pracę w trudnych warunkach przemysłowych.
5. Kompleksowa certyfikacja przeciwwybuchowa i gwarancja bezpieczeństwa
System zapewnia wiele certyfikowanych wersji przeciwwybuchowych, aby spełnić różne wymagania norm regionalnych i międzynarodowych: Wersja Ex ia jest zgodna z certyfikatami IECEx, ATEX, cCSAus i innymi, odpowiednia dla obszarów niebezpiecznych strefy 0/1/2; Wersja Ex nA jest odpowiednia dla obszarów Strefy 2. Każdy typ przeciwwybuchowy posiada odpowiednie certyfikaty i specjalne warunki stosowania. Użytkownicy mogą wybrać odpowiednią wersję przeciwwybuchową w oparciu o rzeczywiste środowisko aplikacji.
6. Elastyczna konfiguracja wyjścia i opcje integracji systemu
System zapewnia tryby wyjścia zarówno napięciowego, jak i prądowego, aby spełnić różne wymagania interfejsu. Tryb wyjścia napięciowego zapewnia zakres dynamiczny 16 V przy impedancji wyjściowej 500 Ω; tryb wyjścia prądowego zapewnia zakres dynamiczny 5 mA przy zastosowaniu metody połączenia dwuprzewodowego, co znacznie upraszcza wymagania dotyczące okablowania. Obydwa wyjścia posiadają zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe, zapewniając ochronę sprzętu w sytuacjach awaryjnych.
7. Doskonała wymienność komponentów i skalowalność systemu
System przyjmuje koncepcję modułowej konstrukcji, w której wszystkie komponenty (czujnik, kabel, kondycjoner) są w pełni wymienne bez konieczności ponownej kalibracji. Obsługuje różne kombinacje długości kabli (kabel zintegrowany 1 m/5 m/10 m + kabel przedłużający) przy całkowitej długości systemu 5 m lub 10 m. System obsługuje również „przycinanie elektryczne”, optymalizując wydajność systemu poprzez regulację długości elektrycznej kabla, aby zapewnić integralność sygnału podczas transmisji długim kablem.
8. Wytrzymała konstrukcja mechaniczna i wiele opcji zabezpieczeń
Głowica czujnika wykonana jest z materiału Torlon® (poliamid-imid), który zapewnia doskonałą stabilność w wysokich temperaturach, wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję chemiczną. W obudowie zastosowano stal nierdzewną MAZ (1.4305), zapewniającą doskonałą ochronę mechaniczną. Użytkownicy mogą również opcjonalnie wyposażyć w elastyczne węże ze stali nierdzewnej (minimalny promień zgięcia 50 mm) i osłony FEP, aby jeszcze bardziej zwiększyć ochronę mechaniczną kabla i dostosować się do środowiska.
9. Szeroka kompatybilność systemu i możliwość dostosowania aplikacji
System można bezproblemowo zintegrować z odpowiednimi systemami monitorowania VM lub niezależnie zasilać z zewnętrznego źródła zasilania. Zapewnia opcje montażu na szynie DIN (adapter montażowy MA130) w celu łatwej instalacji w szafach sterowniczych. System oferuje również różne akcesoria, w tym obudowy przemysłowe, skrzynki przyłączeniowe i zabezpieczenia połączeń, spełniające wymagania instalacyjne dla różnych środowisk zastosowań.
Podsumowanie specyfikacji technicznych
| przedmiotu |
Specyfikacja |
| Zasada pomiaru |
Efekt wiroprądowy |
| Zakres pomiarowy |
12 mm |
| Opcje wyjściowe |
Napięcie: -1,6 V do -17,6 V
Prąd: -15,5 mA do -20,5 mA |
| Odpowiedź częstotliwościowa |
DC do 20 kHz (-3 dB) |
| Błąd liniowości |
Patrz Krzywe wydajności (Strona 5) |
| Temperatura pracy |
-40°C do +180°C |
| Ocena ochrony |
IP68 (głowica czujnika) |
| Certyfikat przeciwwybuchowy |
Ex ia IIC T6–T3 Ga (strefa 0/1/2)
Ex nA IIC T6–T3 Gc (strefa 2) |
| Typ kabla |
Kabel koncentryczny 70 Ω, osłona FEP |
| Złącze |
Samoblokujące miniaturowe złącze koncentryczne |
| Waga |
Około. 140 g (standard) / 220 g (wersja Ex) |
Obszary zastosowań
System TQ403 jest szeroko stosowany w następujących scenariuszach przemysłowych:
Maszyny turbinowe: monitorowanie wibracji względnych wału i położenia osiowego turbin parowych, turbin gazowych i turbin hydraulicznych
Sprzęt do wytwarzania energii: monitorowanie stanu generatorów i wzbudnic
Zestawy kompresorowe: Ochrona przed drganiami sprężarek odśrodkowych i osiowych
Sprzęt pompowy: Monitorowanie stanu mechanicznego pomp szybkoobrotowych i pomp wielostopniowych
Inne maszyny wirujące: wentylatory, skrzynie biegów, silniki itp.
