TQ902 to wysokowydajny, bezdotykowy czujnik zbliżeniowy oparty na zasadzie prądu wirowego z linii produktów VM. Służy jako główny element front-end kompletnego łańcucha pomiarów zbliżeniowych, który zazwyczaj składa się z czujnika TQ902, opcjonalnego przedłużacza EA902 i kondycjonera sygnału IQS900.
Czujnik TQ902 został specjalnie zaprojektowany do monitorowania stanu i systemów zabezpieczających maszyny wirujące. Jego podstawową funkcją jest dokładny pomiar względnego przemieszczenia (przerwy) pomiędzy sondą czujnika a metalowym obiektem (zazwyczaj wałem maszyny wirującej). Wykorzystując metodę bezkontaktową, przekształca drobne zmiany w szczelinie mechanicznej na zmiany parametrów elektrycznych, dostarczając surowe dane do późniejszego kondycjonowania sygnału i podejmowania decyzji systemowych.
TQ902 to odpowiednik kształtu, dopasowania i funkcjonalności czujników serii TQ4xx, z optymalizacją materiałów i konstrukcji, dorównującą lub nawet przewyższającą ich wydajność.
System ten jest szeroko stosowany w krytycznych urządzeniach, takich jak turbiny parowe, turbiny gazowe, turbiny hydrauliczne, turbosprężarki, duże pompy, wentylatory, generatory i silniki, do monitorowania drgań promieniowych wału, przemieszczenia osiowego (położenie ciągu) i prędkości obrotowej (Keyphasor). Jest to niezbędna jednostka czujnikowa do zapewnienia ochrony maszyn, konserwacji predykcyjnej i bezpieczeństwa funkcjonalnego (np. systemy wykrywania nadmiernej prędkości - ODS). Cały łańcuch pomiarowy jest zgodny z wymaganiami API 670 5. edycja.
Podstawowe cechy i zalety
Konstrukcja czujnika TQ902 ma na celu zapewnienie niezawodnych, stabilnych i precyzyjnych pomiarów w ekstremalnych warunkach przemysłowych. Jego podstawowe funkcje obejmują:
Zasada bezkontaktowego pomiaru prądu wirowego:
Wykorzystuje do pomiaru dojrzały efekt prądu wirowego, całkowicie unikając kontaktu z szybko obracającym się celem, eliminując zużycie i zapewniając wyjątkowo długą żywotność i wysoką niezawodność.
Możliwość pomiaru celów wykonanych z różnych materiałów metalicznych, oferując szeroki zakres zastosowań.
Odporność na wysokie temperatury i środowisko:
Szeroki zakres temperatur roboczych: Korpus czujnika może pracować nieprzerwanie w temperaturach otoczenia od -40°C do +180°C i wytrzymuje krótkotrwałe temperatury do +220°C (maksymalnie przez 2 godziny), odpowiedni do różnych środowisk przemysłowych o wysokiej temperaturze, takich jak lokalizacje w pobliżu obudów łożysk turbin.
Wyjątkowy stopień ochrony: Głowica czujnika (sonda i zintegrowany kabel) ma stopień ochrony IP68, zapewniając pełną ochronę przed wnikaniem kurzu i ciągłym zanurzeniem, zapewniając stabilną pracę w trudnych, mokrych, zaolejonych i zakurzonych środowiskach.
Solidna konstrukcja mechaniczna:
Materiał sondy: Czuła cewka czujnika jest precyzyjnie zamknięta w końcówce sondy wykonanej z PPS (siarczku polifenylenu), wysokowydajnego tworzywa termoplastycznego odpornego na wysokie temperatury. Materiał PPS zapewnia doskonałą odporność na wysokie temperatury, chemikalia i wytrzymałość mechaniczną.
Materiał korpusu: Korpus czujnika jest wykonany ze stali nierdzewnej AISI 316L i jest bezpiecznie zaciśnięty na części sondy, co zapewnia ogólną integralność strukturalną i odporność na korozję.
Konstrukcja odporna na ciśnienie: Czujnik wytrzymuje maksymalną różnicę ciśnień wynoszącą 6 barów (100 psid) pomiędzy końcówką sondy a korpusem, co jest odpowiednie dla środowisk instalacyjnych o gradientach ciśnienia.
Elastyczna konfiguracja i instalacja:
Wiele typów gwintów: oferuje opcje gwintów metrycznych (M10×1, M14×1,5, M16×1,5) i imperialnych (3/8”-24UNF, 5/8”-18UNF, 1/2”-20UNF), aby spełnić wymagania instalacyjne dla różnych regionów i urządzeń na całym świecie.
Możliwość dostosowania wymiarów: Długość korpusu (C) i długość bez gwintu (D) można dostosować w odstępach co 1 mm w określonym zakresie (np. od 20 mm do 250 mm), aby dostosować się do różnych głębokości otworów montażowych i konstrukcji mechanicznych.
Wiele długości kabli: zapewnia różne integralne długości kabli (E) (np. 0,5 m, 1,0 m, 1,5 m, 2,0 m, 5,0 m, 10,0 m), które można łączyć z przedłużaczami EA902 w celu uzyskania całkowitej długości systemu (TSL) wynoszącej 1 m, 5 m lub 10 m, spełniając wymagania dotyczące odległości okablowania na miejscu.
Kompleksowe certyfikaty ochrony przeciwwybuchowej:
Dostępne w certyfikowanych wersjach przeciwwybuchowych (kod opcji zamówienia A5) do stosowania w obszarach niebezpiecznych (atmosfery potencjalnie wybuchowe).
W trybie ochrony „Ex ec”, sam TQ902 działa jako „proste urządzenie” i, w przypadku użycia z kondycjonerem sygnału IQS900 certyfikowanym dla „Ex ec”, może być stosowany w środowiskach gazowych Strefy 2.
W trybie iskrobezpieczeństwa „Ex ia”, TQ902 działa również jako „proste urządzenie” i, w przypadku użycia z IQS900 certyfikowanym dla „Ex ia”, może być stosowany w strefach 0, 1, 2 w środowiskach gazowych oraz w strefach 20, 21, 22 w środowiskach pyłowych.
Posiada certyfikaty z wielu regionów świata, w tym z europejskiego ATEX, międzynarodowego IECEx, północnoamerykańskiego cCSAus, koreańskiego KGS, UK UKEX i kazachstańskiego EAEU.
Opcjonalne zestawy ochronne:
Elastyczny wąż ze stali nierdzewnej z osłoną z FEP: Opcjonalny elastyczny wąż ze stali nierdzewnej z osłoną z FEP (fluoroetylenu propylenu) zapewnia szczelną (szczelną) ochronę mechaniczną i izolację elektryczną kabla czujnika. Płaszcz FEP zapewnia również odporność na prawie wszystkie chemikalia, niską przepuszczalność (dla cieczy, gazów, wilgoci), elastyczność, niskie tarcie i wysoką wytrzymałość mechaniczną, skutecznie chroniąc kabel przed uszkodzeniami w wymagających warunkach pracy.
Doskonała odporność na wibracje i wstrząsy:
Wytrzymuje wibracje o wartości szczytowej 5 g w zakresie od 10 Hz do 500 Hz i przyspieszenie udarowe o wartości szczytowej 15 g (impuls półsinusoidalny, czas trwania 11 ms), zapewniając stabilne dostarczanie sygnału nawet w pobliżu silnie wibrujących maszyn.
Wymienność komponentów:
Tworzy skalibrowany łańcuch pomiarowy z przedłużaczem EA902 i kondycjonerem sygnału IQS900, w którym wszystkie elementy są wymienne. Oznacza to, że dowolny komponent można wymienić bez konieczności ponownej kalibracji całego systemu, co znacznie zmniejsza koszty konserwacji i złożoność inwentaryzacji.
Szczegółowe wyjaśnienie zasady działania
Czujnik TQ902 jest inicjatorem sygnału dla całego łańcucha pomiarowego. Jego zasada działania opiera się na indukcji elektromagnetycznej i efekcie prądu wirowego. Jest to proces fizyczny, który przekształca zmiany szczeliny mechanicznej w zmiany indukcyjności, szczegółowo opisany w następujących krokach:
Utworzenie pola elektromagnetycznego wysokiej częstotliwości:
Czujnik wymaga zasilania z znajdującego się za nim kondycjonera sygnału IQS900. Oscylator wysokiej częstotliwości wewnątrz IQS900 generuje stabilny sinusoidalny prąd przemienny o wysokiej częstotliwości (zazwyczaj w zakresie MHz).
Ten prąd o wysokiej częstotliwości jest przesyłany kablem koncentrycznym do precyzyjnej cewki wewnątrz czujnika TQ902. Cewka ta jest wykonana z nawiniętego drutu i zamknięta w końcówce sondy z materiału PPS.
Wytwarzanie prądów wirowych i rozpraszanie energii:
Kiedy przez cewkę przepływa prąd o wysokiej częstotliwości, wytwarza on w otaczającej przestrzeni zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Pole to przenika przez materiał PPS w górnej części sondy czujnika i rozciąga się w przestrzeń przed nim.
Kiedy sonda czujnika zbliża się do metalowego celu (np. wału), zmienne pole elektromagnetyczne indukuje na powierzchni celu prądy w pętli zamkniętej, zwane prądami wirowymi.
Zgodnie z prawem Lenza te prądy wirowe wytwarzają nowe indukowane pole magnetyczne o kierunku przeciwnym do pola pierwotnego, zawsze próbując przeciwstawić się zmianie pola, które je wytworzyło.
Modulacja impedancji czujnika:
Gdy prądy wirowe przepływają w obrębie obiektu, wytwarzają ciepło ze względu na właściwości rezystancyjne materiału, rozpraszając energię. Energia ta pochodzi ze źródła (IQS900) napędzającego cewkę.
To rozproszenie energii objawia się zmianą efektywnej impedancji cewki czujnika. W szczególności zmniejsza się zarówno indukcyjność cewki (L), jak i rezystancja skuteczna (R).
Kluczowy punkt: Szczelina (odległość) pomiędzy sondą czujnika a metalowym obiektem bezpośrednio określa siłę efektu prądu wirowego, regulując w ten sposób stopień zmiany impedancji cewki. Mniejsza szczelina powoduje silniejsze sprzężenie pola elektromagnetycznego, silniejsze indukowane prądy wirowe, większe straty energii i bardziej znaczącą zmianę impedancji cewki. I odwrotnie, większa przerwa powoduje mniejszą zmianę impedancji.
Transmisja sygnału:
Zmiana impedancji cewki moduluje (zmienia) amplitudę sygnału o wysokiej częstotliwości odbitego z IQS900. Zasadniczo informacja o przerwie jest kodowana w postaci zmiany amplitudy tego sygnału o wysokiej częstotliwości.
Ten modulowany sygnał wysokiej częstotliwości jest zwracany kablem koncentrycznym do kondycjonera sygnału IQS900 w celu dalszego przetwarzania.
Przebieg pracy: IQS900 dostarcza prąd o wysokiej częstotliwości → Cewka TQ902 generuje zmienne pole magnetyczne → Indukuje prądy wirowe w metalowym obiekcie → Prądy wirowe powodują rozpraszanie energii → Zmiany impedancji cewki → Zmiana impedancji moduluje amplitudę sygnału zwrotnego → Zmodulowany sygnał powraca do IQS900.
Sam TQ902 nie wysyła bezpośrednio sygnału napięcia lub prądu proporcjonalnego do przerwy. Realizuje pierwszy etap „konwersji elektromechanicznej”, przekształcając zmiany szczeliny mechanicznej w zmiany parametrów elektrycznych (impedancja/indukcyjność). Kolejne złożone zadania przetwarzania sygnału – demodulacja (wyodrębnianie zmian amplitudy z sygnału wysokiej częstotliwości), wzmacnianie, linearyzacja, kompensacja temperatury i standaryzacja sygnału wyjściowego (konwersja na sygnały 4-20 mA lub -1~-17 V DC) – są wykonywane przez znajdujący się poniżej kondycjoner sygnału IQS900. Wydajność i dokładność TQ902 stanowią podstawę i gwarancję bardzo precyzyjnych pomiarów całego systemu.
Zastosowanie i znaczenie w całym łańcuchu pomiarowym
Jako jednostka czujnikowa, TQ902 odgrywa kluczową rolę w całym łańcuchu pomiarowym składającym się z „Czujnika – Kabla – Kondycjonera Sygnału”:
Część czołowa systemów ochrony maszyn: Stale monitoruje wibracje i położenie wału, a gdy amplituda lub przemieszczenie wibracji przekracza progi bezpieczeństwa, system uruchamia alarmy lub wyłącza się, aby zapobiec katastrofalnemu uszkodzeniu sprzętu.
Podstawa monitorowania stanu i diagnostyki: Dostarczany przez niego surowy sygnał zawiera bogate informacje o stanie maszyny. Analiza widm i trendów drgań pozwala na wczesną diagnostykę usterek, takich jak niewyważenie wirnika, niewspółosiowość i zużycie łożysk, umożliwiając konserwację predykcyjną.
Kluczowy komponent w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem funkcjonalnym: W połączeniu z IQS900 wyposażonym w diagnostykę (certyfikat SIL 2) cały łańcuch pomiarowy może być stosowany w przyrządowych systemach bezpieczeństwa (SIS), takich jak systemy ochrony przed przekroczeniem prędkości (ODS), zapewniając ochronę operacji związanych z bezpieczeństwem zakładu, zgodną z międzynarodowymi normami bezpieczeństwa (IEC 61508, ISO 13849).
Punkt początkowy transmisji na duże odległości: Kiedy sygnał jest konwertowany na sygnał prądowy (2-przewodowy) przez IQS900 i przesyłany przez jednostki izolujące, takie jak GSI127, można osiągnąć transmisję sygnału na odległości do 1 kilometra, co jest odpowiednie do rozproszonego monitorowania w dużych zakładach.
