O IQS452 é um condicionador de sinal de alto desempenho desenvolvido pela VM projetado especificamente para funcionar com sensores de correntes parasitas sem contato, como o TQ422 e o TQ432. Este sistema é usado para medir a vibração do eixo e mudanças de posição em máquinas rotativas (por exemplo, turbinas, bombas, compressores) e é amplamente aplicado em indústrias como energia, petróleo e gás e energia hidrelétrica, especialmente em ambientes de alta pressão, alta temperatura ou perigosos.
O IQS452 suporta dois modos de saída: saída de tensão (3 fios) e saída de corrente (2 fios). Oferece excelente estabilidade de temperatura e capacidade anti-interferência, tornando-o adequado para aplicações industriais exigentes.
Comparação entre IQS452 e IQS450
| Artigo |
IQS452 |
IQS450 |
| Faixa de medição |
4mm |
12mm |
| Sensibilidade |
4 mV/μm ou 1,25 μA/μm |
1,33 mV/μm ou 0,417 μA/μm |
| Resistência à pressão |
Até 100 bar na extremidade do sensor |
Capacidade de alta pressão não declarada explicitamente |
| Faixa de temperatura |
-30°C a +70°C (Condicionador) |
-35°C a +85°C (Condicionador) |
| Faixa de saída |
Tensão: -2,4 V a -18,4 V
Corrente: 15,75–20,75 mA |
Tensão: -1,6 V a -17,6 V
Corrente: -15,5 a -20,5 mA |
| Cenário de aplicação |
Ambientes de alta pressão (por exemplo, turbinas hidráulicas, bombas submersíveis) |
Ambientes industriais gerais (por exemplo, turbinas a vapor, compressores, geradores) |
| Certificações à prova de explosão |
ATEX, IECEx, CSA |
ATEX, IECEx, CSA, KGS, EAC |
| Interface Mecânica |
Sensor com proteção de armadura BOA opcional |
Mangueira de aço inoxidável opcional ou bainha FEP |
Princípio de funcionamento
O IQS452 opera com base no princípio das correntes parasitas para obter medição de deslocamento sem contato. Seu processo de trabalho envolve vários estágios de precisão, incluindo indução eletromagnética, modulação e demodulação de sinal, linearização e compensação de temperatura, cada um elaborado abaixo.
1. Fundamentos de sensores de correntes parasitas e indução eletromagnética
O núcleo de um sensor de correntes parasitas é uma bobina acionada por corrente alternada de alta frequência. Quando aproximado de um alvo condutor (como uma haste de metal), correntes parasitas são induzidas na superfície do alvo devido à indução eletromagnética. De acordo com a Lei de Lenz, essas correntes parasitas geram um campo magnético oposto que reduz a impedância efetiva da bobina do sensor. Esta mudança na impedância está altamente correlacionada com a distância entre o sensor e o alvo, embora a relação seja inerentemente não linear e influenciada pelas propriedades eletromagnéticas do material alvo (como condutividade e permeabilidade) e pela temperatura ambiente.
O IQS452 gera um sinal de excitação de alta frequência (normalmente na faixa de MHz) através de um oscilador interno. Este sinal é transmitido à bobina do sensor através de um cabo coaxial de alta qualidade. A alta frequência é escolhida para aumentar a concentração do efeito da corrente parasita na superfície (efeito pelicular), melhorando assim a sensibilidade e a resolução da medição, ao mesmo tempo que reduz a interferência da estrutura mais profunda do material alvo.
2. Modulação, transmissão e desmodulação de sinal
A mudança na impedância da bobina do sensor modula (altera) a amplitude do sinal portador de alta frequência. Este sinal modulado viaja de volta ao longo do cabo coaxial até o condicionador de sinal IQS452. Para minimizar a perda de sinal e a interferência de ruído durante a transmissão de longa distância, o sistema utiliza uma estrutura coaxial com correspondência de impedância (normalmente 70Ω).
Dentro do IQS452, o sinal modulado de alta frequência de retorno é primeiro pré-amplificado. Em seguida, ele passa por desmodulação (normalmente usando técnicas sensíveis à fase ou de detecção de envelope), um processo crítico que remove a portadora de alta frequência para extrair o sinal de tensão de baixa frequência que contém as informações de distância. Este processo deve restaurar com precisão a verdadeira amplitude da mudança de impedância, ao mesmo tempo que suprime o ruído das flutuações de energia, variações de capacitância do cabo e interferência eletromagnética externa.
3. Linearização, Amplificação e Conversão de Saída
O sinal de tensão bruto do demodulador tem uma relação não linear com a distância (aproximadamente uma função exponencial negativa). O circuito de processamento interno do IQS452 inclui um módulo de linearização dedicado que emprega algoritmos como ajuste polinomial ou compensação linear por partes para converter o sinal não linear em uma saída padrão que é altamente linear em relação ao intervalo mecânico.
Posteriormente, o sinal linearizado é enviado para um circuito de amplificação de precisão para ajuste de escala e polarização para corresponder à faixa de saída selecionada pelo usuário:
Modo de saída de tensão (3 fios): Fornece um sinal de tensão linear de -2,4 V (correspondendo ao intervalo mínimo de 0 mm) a -18,4 V (correspondendo ao intervalo máximo de 4,0 mm). Este modo apresenta baixa impedância de saída (normalmente 500Ω) e forte capacidade anti-interferência, tornando-o adequado para transmissão de curta distância para placas de aquisição de dados ou PLCs.
Modo de saída de corrente (2 fios): Fornece um sinal de corrente de loop de 4-20 mA de 15,75 mA (0 mm) a 20,75 mA (4,0 mm). A saída de corrente é imune a quedas de tensão e ruído em longas distâncias, tornando-a ideal para transmissão para salas de controle ou sistemas DCS e fornece inerentemente detecção de ruptura de fio (corrente zero indica falha).
Ambos os circuitos de saída são projetados com proteção contra curto-circuito para evitar danos causados por fiação incorreta ou falhas.
4. Compensação de temperatura e calibração do sistema
As variações de temperatura afetam a resistência da bobina, as características do cabo e as propriedades eletromagnéticas do material alvo. O IQS452 incorpora um projeto de compensação de temperatura, utilizando um sensor de temperatura interno para monitorar a temperatura ambiente e algoritmos para ajustar dinamicamente a amplitude do sinal de excitação ou os parâmetros do circuito de desmodulação. Isso garante sinais de saída estáveis em toda a faixa de temperatura operacional especificada (-30°C a +70°C).
Todo o sistema (sensor + cabo + condicionador) é calibrado de fábrica usando um alvo padrão de aço VCL 140 (1.7225) a 23°C ±5°C, garantindo intercambialidade. Isso significa que qualquer componente do sistema pode ser substituído individualmente sem recalibrar toda a configuração, simplificando bastante a manutenção em campo.
Principais recursos e benefícios
O design do IQS452 incorpora múltiplas tecnologias avançadas para atender aos rigorosos requisitos de confiabilidade, precisão e segurança em ambientes industriais.
1. Alta pressão superior e adaptabilidade ambiental
Os sensores TQ422/TQ432 emparelhados com o IQS452 são uma vantagem fundamental. A sonda do sensor é feita de material robusto PEEK (polieteretercetona), que não só oferece excelente resistência mecânica e estabilidade dimensional, mas também pode suportar diretamente pressões de fluidos de até 100 bar (aproximadamente 100 atmosferas). Isso o torna ideal para medir a vibração e a posição do eixo em aplicações como turbinas hidrelétricas (especialmente dos tipos Francis e Kaplan), bombas submersíveis para poços profundos, compressores de alta pressão e sistemas de propulsão marítima. Todo o corpo do sensor é construído em aço inoxidável (1.4435) e revestido com resina epóxi de alta temperatura, garantindo durabilidade a longo prazo em ambientes úmidos, de alta pressão e quimicamente corrosivos.
2. Certificações abrangentes de segurança e proteção contra explosão
O design do produto considera totalmente a segurança operacional em ambientes perigosos, tendo obtido certificações à prova de explosão de diversas regiões globais:
Certificação Europeia ATEX: LCIE 02 ATEX 6086 X, em conformidade com as normas II 2G, adequada para atmosferas gasosas explosivas Zona 1 e 2 (EEx ib IIC T6-T3).
Certificação CSA norte-americana: Certificado nº 1514309, em conformidade com os requisitos de Classe I, Divisão 1 e 2, Grupos A, B, C, D, confirmado como nível de proteção Ex ia.
Certificação Internacional IECEx: Fornece prova de conformidade reconhecida globalmente.
Estas certificações significam que o sistema IQS452 (versões específicas à prova de explosão) tem a energia do seu circuito limitada a níveis extremamente baixos, evitando a ignição de misturas explosivas circundantes mesmo em condições de falha, garantindo assim a segurança para indústrias críticas como petróleo, gás e produtos químicos.
3. Alta precisão, ampla resposta de frequência e excelente desempenho
Medição de alta precisão: O sistema fornece alta sensibilidade de 4 mV/μm ou 1,25 μA/μm, capaz de detectar com precisão alterações de deslocamento em nível de mícron, fornecendo dados confiáveis para manutenção preditiva.
Ampla resposta de frequência: A resposta de frequência varia de DC a 20 kHz (-3 dB). Esta característica permite não apenas medir deslocamentos lentos do eixo (como flutuação axial), mas também capturar com precisão vibrações de alta frequência causadas por desequilíbrio, desalinhamento, engrenamento de engrenagens, etc., em máquinas rotativas de alta velocidade (até várias centenas de milhares de RPM), fornecendo informações espectrais ricas para diagnóstico de falhas.
Excelente linearidade e estabilidade de temperatura: Os circuitos internos de linearização e a tecnologia de compensação de temperatura mantêm uma saída altamente linear e estabilidade em toda a faixa e na faixa de temperatura especificada, minimizando erros de medição.
4. Robusta tolerância e confiabilidade ambiental
Ampla faixa de temperatura: O condicionador de sinal opera de forma confiável em temperaturas ambientes de -30°C a +70°C, enquanto o sensor suporta temperaturas de -25°C a +140°C.
Alta classificação de proteção: A cabeça do sensor atinge uma classificação de proteção IP68 (de acordo com IEC 60529), permitindo submersão subaquática de longo prazo; o condicionador de sinal tem classificação IP40, adequado para instalação dentro de gabinetes de controle.
Resistência a vibrações e choques: O condicionador suporta vibrações de 2g dentro de 10-500 Hz, e o sensor suporta vibrações de 5g e choques mecânicos de 15g (meia onda senoidal de 11ms), garantindo operação estável em ambientes mecânicos altamente vibratórios.
5. Flexibilidade do sistema e facilidade de uso
Intercambialidade de componentes: O sensor, o cabo de extensão e o condicionador formam um sistema pré-calibrado onde os componentes podem ser substituídos de forma independente, sem recalibração, reduzindo significativamente o estoque de peças sobressalentes e os custos de manutenção.
Múltiplas opções de saída: Os usuários podem escolher com flexibilidade os modos de saída de tensão ou corrente com base nas condições de fiação de campo e nas necessidades anti-interferência.
Múltiplas opções de montagem: O condicionador de sinal pode ser montado diretamente através de parafusos ou opcionalmente equipado com um adaptador MA130 para instalação em trilhos DIN padrão, facilitando a integração.
Opções de proteção do cabo: Revestimento opcional de armadura 'BOA' de aço inoxidável e revestimento externo FEP fornecem excelente proteção contra abrasão mecânica e resistência à corrosão química.
Resumo das diferenças:
O IQS452 é mais adequado para ambientes especiais de alta pressão e alta confiabilidade, como energia hidrelétrica e bombas de poços profundos.
O IQS450 é mais versátil, com faixa de medição maior (12 mm), adequado para monitoramento de vibração e posição na maioria das máquinas rotativas.
Os dois diferem ligeiramente nas características de saída, faixa de temperatura e certificações à prova de explosão, mas compartilham o mesmo princípio básico de funcionamento.
