TQ412 to wysokowydajny, bezdotykowy przetwornik przemieszczenia prądu wirowego z możliwością montażu odwrotnego, z linii produktów VM. Został specjalnie zaprojektowany do monitorowania stanu i ochrony maszyn obrotowych w środowiskach przemysłowych i służy jako podstawowy element systemu pomiaru zbliżeniowego TQ402/TQ412, EA402 i IQS900. Opierając się na zasadzie wykrywania prądów wirowych, system ten dokładnie mierzy drgania względne, przemieszczenie osiowe i zmiany szczelin w wirujących wałach maszyn. Jest szeroko stosowany w krytycznych urządzeniach, takich jak turbiny parowe, turbiny gazowe, turbiny wodne, generatory, turbosprężarki i pompy.
Czujnik TQ412 ma konstrukcję z odwrotnym montażem, dzięki czemu nadaje się do instalacji w scenariuszach o ograniczonej przestrzeni lub specjalnie skonfigurowanych. Razem z przedłużaczem EA402 i kondycjonerem sygnału IQS900 tworzy kompletny tor pomiarowy. Wszystkie komponenty są w pełni wymienne i nie wymagają indywidualnej kalibracji, co znacznie upraszcza integrację i konserwację systemu. Układ obsługuje dwa zakresy pomiarowe (2 mm lub 4 mm), udostępnia wyjście napięciowe lub prądowe i jest zgodny z zaleceniami normy API 670.
Kluczowe cechy i funkcje
1. Bezkontaktowy pomiar o wysokiej precyzji
W oparciu o efekt prądu wirowego mierzy zmiany przemieszczenia na powierzchniach metalowych bez fizycznego kontaktu z celem.
Zakres pomiarowy: 2 mm lub 4 mm (wybierany w opcji zamówienia).
Opcje czułości:
8 mV/μm (200 mV/mil) lub 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) — odpowiada zakresowi 2 mm
4 mV/μm (100 mV/mil) lub 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) — odpowiada zakresowi 4 mm
Pasmo przenoszenia: DC do 20 kHz (–3 dB), zdolne do wychwytywania dynamicznych sygnałów wibracyjnych z maszyn wirujących o dużej prędkości.
2. Konstrukcja z odwrotnym montażem
Zaprojektowane specjalnie do konstrukcji mechanicznych o ograniczonej przestrzeni lub specjalnej, oferujące większą elastyczność instalacji.
Zapewnia opcje gwintów metrycznych (M10×1) lub imperialnych (3/8-24UNF), aby spełnić różne wymagania instalacyjne.
3. Możliwość dostosowania do wysokich temperatur i trudnych warunków otoczenia
Zakres temperatury roboczej korpusu przetwornika: –40°C do +180°C (praca), krótkotrwała trwałość do +220°C.
Ogólny stopień ochrony: Głowica czujnika o stopniu ochrony IP68, odpowiednia do trudnych środowisk przemysłowych, takich jak wilgoć, olej i kurz.
Odporność na wibracje: Wytrzymuje drgania szczytowe o wartości 5 g w zakresie 10–500 Hz.
Odporność na wstrząsy: Wytrzymuje szczytowy wstrząs o mocy 15 g (fala półsinusoidalna, czas trwania 11 ms).
4. Certyfikacja i bezpieczeństwo przeciwwybuchowe
Oferuje wiele opcji certyfikacji przeciwwybuchowej (określonych w kodzie zamówienia):
Iskrobezpieczeństwo Ex ia (opcja A2): Nadaje się do obszarów niebezpiecznych w strefie 0/1/2, posiada certyfikaty ATEX, IECEx, cCSAus i inne międzynarodowe standardy.
Ex nA Nieiskrzący (opcja A3): Nadaje się do obszarów niebezpiecznych w strefie 2.
Zarówno czujnik, jak i kabel posiadają certyfikaty przeciwwybuchowe, co gwarantuje bezpieczne użytkowanie w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.
5. Modułowość i wymienność
W pełni kompatybilny z kablami TQ402, EA402 i kondycjonerem sygnału IQS900. Komponenty są wymienne i nie wymagają ponownej kalibracji.
Obsługuje trzy całkowite długości systemu (TSL): 1 m, 5 m i 10 m, które można osiągnąć poprzez kombinację zintegrowanych kabli czujnika o różnej długości i kabli przedłużających.
6. Projektowanie mechaniczne i materiałowe
Głowica czujnika wykorzystuje materiał Torlon (poliamid-imid) do obudowy cewki, zapewniając doskonałą stabilność w wysokich temperaturach i wytrzymałość mechaniczną.
Korpus wykonany jest ze stali nierdzewnej (AISI 316L) zapewniającej dużą odporność na korozję.
Wewnętrzne zalewanie żywicą epoksydową w wysokiej temperaturze zapewnia długoterminową niezawodność.
Standardowe samoblokujące miniaturowe złącza koncentryczne zapewniają niezawodne połączenia i obsługują środowiska o wysokiej temperaturze (do 200°C).
7. Opcjonalne konfiguracje zabezpieczeń
Szczegółowa zasada działania
1. Podstawy efektu wiroprądowego
Czujnik TQ412 działa w oparciu o zasadę wykrywania prądów wirowych. Jego głowica zawiera cewkę nawiniętą z precyzyjnie emaliowanego drutu, napędzaną sygnałem wzbudzenia prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości (zwykle 1–2 MHz) z kondycjonera sygnału IQS900. Prąd o wysokiej częstotliwości wytwarza wokół cewki zmienne pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości. Kiedy sonda czujnika zbliża się do przewodzącego obiektu metalowego (np. powierzchni wału), to zmienne pole magnetyczne indukuje prądy krążące w zamkniętej pętli, zwane prądami wirowymi, na powierzchni przewodnika. Siła tych prądów wirowych jest odwrotnie proporcjonalna do odległości szczeliny pomiędzy sondą czujnika a powierzchnią docelową. Zgodnie z prawem Lenza te prądy wirowe wytwarzają przeciwne pole magnetyczne, które opiera się zmianom pierwotnego pola. Interakcja ta powoduje zmianę impedancji zastępczej (w tym składowych rezystancyjnych i indukcyjnych) cewki czujnika. Stopień zmiany impedancji ma ścisły związek funkcjonalny z odległością szczeliny, zapewniając fizyczną podstawę do precyzyjnego pomiaru.
2. Modulacja i demodulacja sygnału
Kondycjoner sygnału IQS900 to „mózg” całego systemu. Jego wewnętrzne obwody obejmują precyzyjną konfigurację oscylatora, modulatora i demodulatora wysokiej częstotliwości. Sygnał o wysokiej częstotliwości z oscylatora napędza cewkę czujnika, tworząc mostek prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości. Kiedy impedancja cewki zmienia się ze względu na zmianę szczeliny, powoduje to zaburzenie równowagi mostka. Obwód modulatora wykrywa ten minutowy sygnał niezrównoważenia (zwykle na poziomie miliwoltów). Następnie demodulator, wykorzystując techniki takie jak wykrywanie z czułością na fazę (PSD), demoduluje modulowany sygnał o wysokiej częstotliwości zawierający informację o przerwie na wolno zmieniający się sygnał napięcia stałego. Ten sygnał prądu stałego jest proporcjonalny do odległości szczeliny. Aby jeszcze bardziej zwiększyć dokładność, kondycjoner integruje również obwody linearyzacji i obwody kompensacji temperatury. Obwód linearyzacyjny koryguje nieodłączną nieliniową charakterystykę czujnika za pomocą metod takich jak dopasowanie wielomianowe, zapewniając ścisłą liniową zależność między sygnałem wyjściowym a odległością w całym zakresie pomiarowym. Obwód kompensacji temperatury stale monitoruje temperaturę otoczenia i dostosowuje parametry obwodu, aby przeciwdziałać wpływowi zmian temperatury na rezystancję cewki, charakterystykę elementów elektronicznych i pojemność kabla. Zapewnia to wyjątkowo wysoką stabilność pomiaru w zakresie od -40°C do +180°C, przy typowym dryfie mniejszym niż 5%.
3. Typy sygnałów wyjściowych
Kondycjoner IQS900 konwertuje przetworzony sygnał DC na dwa standardowe przemysłowe tryby wyjściowe, aby dostosować się do różnych potrzeb w zakresie integracji systemu:
Tryb wyjścia napięciowego (3-przewodowy): Ten tryb zapewnia bardzo precyzyjny sygnał napięciowy proporcjonalny do przerwy w zakresie od -1,6 V do -17,6 V. Wewnętrznie wykorzystuje obwód wzmacniacza operacyjnego z głębokim ujemnym sprzężeniem zwrotnym, osiągając bardzo niską impedancję wyjściową (<100 Ω przy DC). Zaletą niskiej impedancji wyjściowej jest możliwość sterowania większymi obciążeniami pojemnościowymi i znaczne ograniczenie tłumienia i zniekształceń sygnału podczas transmisji długimi kablami. Doskonale nadaje się do bezpośredniego podłączenia do systemów akwizycji danych wejściowych o wysokiej impedancji, analogowych modułów wejściowych PLC lub oscyloskopów do celów diagnostycznych.
Tryb wyjścia prądowego (2-przewodowy): Ten tryb zapewnia sygnał prądowy od -15,5 mA do -20,5 mA. Wyjście prądowe znane jest ze swojej wrodzonej, dużej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), dzięki czemu szczególnie nadaje się do stosowania w trudnych warunkach przemysłowych, wymagających odległości transmisji do kilkuset metrów. Precyzyjny obwód konwersji V/I wewnątrz kondycjonera gwarantuje, że na wartość prądu nie mają wpływu zmiany rezystancji linii. Strona odbiorcza wymaga jedynie precyzyjnego rezystora próbkującego ≤350 Ω do konwersji sygnału prądowego na sygnał napięciowy do pomiaru. Ta uproszczona konstrukcja znacznie zmniejsza złożoność i koszt zdalnego sprzętu odbiorczego.
4. Kompensacja temperatury i kalibracja
System jest kalibrowany w temperaturze +23°C ±5°C przy użyciu standardowego materiału tarczy (stal VCL 140, 1.7225).
Wewnętrzny obwód kompensacji temperatury zapewnia, że dryft wyjściowy utrzymuje się poniżej 5% w zakresie od –40°C do +180°C.
W przypadku użycia niestandardowych materiałów docelowych (takich jak stal nierdzewna, aluminium, stopy itp.) należy zregenerować krzywe wydajności lub zastosować korektę czułości.
5. Funkcje diagnostyczne (opcjonalnie)
W połączeniu z kondycjonerem sygnału IQS900 wyposażonym w funkcję diagnostyki (opcja zamówienia C2) system może osiągnąć:
Diagnostyka łańcucha: wykrywanie w czasie rzeczywistym usterek czujnika, okablowania i/lub samego kondycjonera.
Certyfikat SIL 2: Zgodny z normami bezpieczeństwa funkcjonalnego IEC 61508, odpowiedni do zastosowań związanych z bezpieczeństwem.
Wskazanie błędu: Zdalna sygnalizacja alarmu za pomocą sygnałów wyjściowych wykraczających poza normalny zakres (np. wyjście prądowe > –15,5 mA lub < –20,5 mA).
6. Integracja systemów i przetwarzanie sygnałów
Czujnik TQ412, przedłużacz EA402 i kondycjoner IQS900 tworzą kompletny łańcuch pomiarowy.
Całkowita długość systemu (TSL) wymaga „docięcia elektrycznego” w celu zapewnienia wydajności systemu i wymienności (np. rzeczywista długość kabla w przypadku systemu 5 m nie może być mniejsza niż 4,4 m).
Sygnał surowy (pin RAW/COM) i wejście testowe (pin TEST/COM) mogą być wykorzystywane do debugowania systemu i zaawansowanej diagnostyki.
7. Instalacja i adaptacja mechaniczna
Konstrukcja z odwrotnym montażem sprawia, że nadaje się do montażu w ograniczonych przestrzeniach lub przy specjalnych geometriach.
Oferuje różne długości korpusu (20–250 mm) i opcje długości bez gwintu (0–230 mm).
Opcjonalny elastyczny wąż ze stali nierdzewnej lub osłona z FEP mogą wydłużyć żywotność kabla, dostosowując się do środowisk o wysokiej temperaturze, korozji lub zużyciu mechanicznym.
Typowe scenariusze zastosowań
Monitorowanie drgań maszyn wirujących: Pomiar drgań względnych wałów turbin gazowych, turbin parowych, turbin wodnych, sprężarek i pomp.
Monitorowanie przemieszczenia osiowego: położenie łożyska wzdłużnego, monitorowanie rozszerzania wału.
Pomiar szczeliny: luz uszczelnienia, monitorowanie luzu końcówki ostrza.
Systemy ochrony bezpieczeństwa: Integracja z systemami serii VM w celu uzyskania ochrony mechanicznej i konserwacji predykcyjnej.
