TQ432 to odporny na ciśnienie przetwornik zbliżeniowy specjalnie zaprojektowany przez firmę VM do zastosowań w środowiskach o wysokim ciśnieniu, służący jako ważny element systemu pomiaru zbliżeniowego TQ 422 i TQ 432 / EA 402 / IQS 452. Podobnie jak TQ422, czujnik ten działa na zasadzie prądu wirowego, umożliwiając bezdotykowy pomiar przemieszczenia względnego lub wibracji ruchomych elementów maszyn. Jego unikalna konstrukcja pozwala mu wytrzymać ciśnienie do 100 barów, co czyni go szczególnie odpowiednim do zastosowań pomiarowych wymagających odwrotnego montażu w środowiskach zanurzonych, takich jak pompy głębinowe, turbiny hydrauliczne (np. Turbiny Kaplana i Francisa) i innych zastosowań wysokociśnieniowych.
Przetwornik TQ432 tworzy kompletny, skalibrowany system pomiaru odległości w połączeniu z pasującym kondycjonerem sygnału IQS 452 i opcjonalnym kablem przedłużającym EA 402. Wszystkie komponenty tego systemu są wymienne, co zapewnia elastyczność operacyjną i wygodę konserwacji.
TQ432 i TQ422 to funkcjonalnie identyczne przetworniki zbliżeniowe. Podstawowe różnice polegają na sposobie montażu i konfiguracji zabezpieczeń:
TQ422: Zaprojektowany do montażu z przodu. Sonda jest wyposażona w nakładkę zabezpieczającą BOA (o grubości około 0,6 mm) z przodu, co powoduje nieodłączne przesunięcie napięcia wyjściowego -2,4 V. Jest bezpośrednio wystawiony na działanie medium pod wysokim ciśnieniem.
TQ432: Zaprojektowany do montażu odwrotnego. Zwykle instaluje się go po przeciwnej stronie zbiornika ciśnieniowego, co oznacza, że końcówka sondy nie jest bezpośrednio wystawiona na działanie medium pod wysokim ciśnieniem i dlatego nie wymaga nasadki ochronnej BOA, co skutkuje sygnałem wyjściowym zaczynającym się od 0 bez przesunięcia.
Kluczowe cechy i charakterystyka
1. Projekt aplikacji wysokociśnieniowej
Sonda czujnika jest wykonana z materiału PEEK (polieteroeteroketon), który jest w stanie bezpośrednio wytrzymać ciśnienie płynu do 100 barów.
Korpus przetwornika jest wykonany ze stali nierdzewnej (1.4435), co zapewnia doskonałą wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję.
2. Pomiar bezdotykowy
3. Przydatność w atmosferach wybuchowych
4. Odwrotny projekt montażu
Zaprojektowane specjalnie do zastosowań związanych z montażem odwrotnym, zwykle instalowanych po przeciwnej stronie zbiornika ciśnieniowego.
Końcówka sondy nie jest bezpośrednio wystawiona na działanie mediów pod wysokim ciśnieniem, dlatego nie wymaga nakładki ochronnej BOA.
Taka konstrukcja zapewnia sygnał wyjściowy bez nieodłącznego przesunięcia, co upraszcza przetwarzanie sygnału i procedury kalibracji.
5. Kompletne rozwiązanie systemowe
W połączeniu z kondycjonerem sygnału IQS 452 w celu zapewnienia wyjścia napięciowego lub prądowego:
Wyjście napięciowe (3-przewodowe): Czułość 4 mV/μm, zakres dynamiczny 0 V do -16 V (bez przesunięcia).
Wyjście prądowe (2-przewodowe): Czułość 1,25 μA/μm, zakres dynamiczny 4 mA do 20 mA (używany z jednostką izolującą GSI 124).
Można używać z przedłużaczami EA 402 w celu zwiększenia odległości pomiarowej, tworząc kompletny system o długości 5 lub 10 metrów.
6. Możliwość dostosowania do środowiska
Szeroki zakres temperatur pracy: Korpus przetwornika od -25°C do +140°C (dryft <5%); kabel wytrzymuje temperatury od -100°C do +200°C.
Wysoki stopień ochrony: IP68 (IEC 529 / DIN 40050), zapewniający całkowitą ochronę przed kurzem i możliwość długotrwałej pracy w zanurzeniu.
Doskonała odporność na wibracje: wytrzymuje wibracje o masie 2 g w zakresie częstotliwości od 10 Hz do 500 Hz.
7. Opcjonalna konfiguracja ochrony
Oferuje oplot ze stali nierdzewnej BOA (Braided Outer Armour), zapewniający dodatkową ochronę mechaniczną integralnego kabla koncentrycznego przetwornika, zwiększając odporność na zgniatanie i ścieranie.
W przypadku osłony BOA odporność na ciśnienie zespołu przetwornika/kabla wzrasta do 10 barów (1 bar bez BOA).
Szczegółowa zasada działania
Przetwornik zbliżeniowy TQ432 działa w oparciu o zasadę prądu wirowego, technologię indukcji elektromagnetycznej szeroko stosowaną do bezkontaktowego pomiaru przemieszczenia i wibracji. W poniższych sekcjach szczegółowo opisano mechanizm działania, skład systemu i przepływ sygnału.
1. Podstawowa zasada fizyczna: efekt prądu wirowego
Kiedy metalowy przewodnik zostanie umieszczony w zmiennym polu magnetycznym lub porusza się względem pola magnetycznego, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, w przewodniku indukują się prądy w pętli zamkniętej, zwane prądami wirowymi. Siła, rozkład i faza tych prądów wirowych zależą od kilku czynników:
Szczelina między cewką a przewodnikiem: Jest to docelowy parametr pomiaru.
Przewodność elektryczna (σ) i przenikalność magnetyczna (μ) przewodnika.
Częstotliwość (f) ekscytującego pola magnetycznego.
Geometryczny kształt przewodnika.
Rdzeniem czujnika TQ432 jest precyzyjnie nawinięta cewka zamknięta w materiale PEEK na końcówce sondy. PEEK to wysokowydajne tworzywo konstrukcyjne znane z doskonałej wytrzymałości mechanicznej, odporności chemicznej i niskiej absorpcji wilgoci. Co najważniejsze, wykazuje bardzo niskie straty dielektryczne i dobre właściwości przenoszenia fal w polach elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości, dzięki czemu nie zakłóca pola magnetycznego generowanego przez cewkę.
2. Przepływ pracy systemu
Operacyjny przepływ pracy całego systemu pomiaru odległości to proces w zamkniętej pętli „transmisja-indukcja-demodulacja-wyjście”:
Generowanie i transmisja sygnału wysokiej częstotliwości:
Sparowany kondycjoner sygnału IQS 452 zawiera oscylator wysokiej częstotliwości (HF) oraz układ modulacji/demodulacji.
Kondycjoner dostarcza prąd wzbudzenia prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości do cewki przetwornika TQ432 za pośrednictwem kabla koncentrycznego.
Wytwarzanie pola elektromagnetycznego i indukcja prądu wirowego:
Prąd przemienny przepływający przez cewkę wytwarza wokół niej zmienne pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości.
Kiedy to pole magnetyczne przenika przez końcówkę sondy PEEK i oddziałuje na powierzchnię pobliskiego obiektu metalowego (np. wału maszyny), w warstwie powierzchniowej obiektu indukowane są prądy wirowe.
Wykrywanie zmiany impedancji:
Indukowane prądy wirowe same w sobie wytwarzają pole magnetyczne. Zgodnie z prawem Lenza to pole magnetyczne przeciwstawia się pierwotnemu polu cewki, osłabiając w ten sposób pole magnetyczne pierwotnej cewki.
Ten efekt „osłabienia” objawia się zmianą równoważnej impedancji cewki czujnika. Impedancja cewki (Z), będąca kombinacją rezystancji (R) i reaktancji indukcyjnej (ωL), zmienia się z czułością i regularnie wraz ze zmianami odstępu między cewką a celem.
Zmniejszanie odstępu -> Silniejszy efekt prądu wirowego -> Większa zmiana impedancji cewki.
Zwiększanie odstępu -> Słabszy efekt prądu wirowego -> Mniejsza zmiana impedancji cewki.
Demodulacja i przetwarzanie sygnału:
Kondycjoner sygnału IQS 452 w sposób ciągły monitoruje zmiany impedancji cewki czujnika.
Wewnętrzny obwód demodulacyjny przekształca (demoduluje) tę zmianę impedancji o wysokiej częstotliwości na liniowy sygnał napięcia lub prądu stałego, proporcjonalny do przerwy.
Ponieważ TQ432 nie ma nasadki zabezpieczającej BOA, jego sygnał wyjściowy zaczyna się od 0 V (lub 4 mA) i utrzymuje liniową zależność od odstępu, upraszczając procedurę przetwarzania sygnału.
Wyjście i kalibracja:
System jest fabrycznie skalibrowany na +23°C ±5°C przy użyciu określonego materiału tarczy (stal VCL 140, 1.7225).
Końcowym sygnałem wyjściowym jest sygnał wysoce liniowy w stosunku do odległości:
3. Charakterystyka systemu i kompensacja
Kompensacja temperatury: System zawiera kompensację temperatury, aby zminimalizować wpływ zmian temperatury otoczenia na dokładność pomiaru, zapewniając, że dryft pozostaje poniżej 5% w szerokim zakresie temperatur od -25°C do +140°C.
Dostrajanie długości kabla (przycinanie elektryczne): Ze względu na rozproszone parametry (pojemność, indukcyjność) kabla koncentrycznego wpływające na transmisję sygnału o wysokiej częstotliwości, system ma minimalne wymagania dotyczące całkowitej długości kabla (TSL – całkowita długość systemu, tj. kabel zintegrowany z przetwornikiem + długość kabla przedłużającego EA402) (system 5 m ≥ 4,4 m, system 10 m ≥ 8,8 m), aby zapewnić optymalną wydajność systemu i wymienność przetworników.
Wymagania dotyczące materiału docelowego: Czułość i liniowość czujnika są powiązane z przewodnością elektryczną i przenikalnością magnetyczną materiału docelowego. Kalibracja standardowa oparta jest na stali VCL 140. Jeżeli materiał docelowy jest inny, należy dostarczyć próbkę do specjalnej kalibracji.
Obszary zastosowań
Zestawy generatorów hydroelektrycznych: Pomiar przemieszczenia względnego, wibracji i bicia wałów w różnych turbinach hydraulicznych, takich jak Francis i Kaplan, szczególnie odpowiednie dla pozycji wymagających montażu odwrotnego.
Pompy głębinowe: Monitorowanie dynamicznych warunków pracy wałów pomp w podwodnych środowiskach wysokiego ciśnienia.
Przemysłowe maszyny wirujące: monitorowanie przemieszczenia wałów i wibracji urządzeń o krytycznym znaczeniu, takich jak sprężarki, turbiny gazowe i turbiny parowe.
Wszelkie zastosowania wymagające bezkontaktowego pomiaru przemieszczenia w środowiskach pod wysokim ciśnieniem, w środowisku niebezpiecznym (wybuchowym) lub zanurzonym w cieczy, szczególnie tam, gdzie wymagany jest odwrotny montaż lub gdzie pożądane jest uniknięcie przesunięcia sygnału.
