O adaptador de montagem de sonda PA150 com corrente de medição de proximidade é um sistema completo e independente de medição de deslocamento sem contato da linha de produtos VM. Este sistema integrado combina um sensor de proximidade por correntes parasitas TQ912 e um condicionador de sinal IQS900 alojado em um gabinete robusto e selado, projetado especificamente para ambientes industriais severos e áreas perigosas (atmosferas potencialmente explosivas). Sua função principal é medir com precisão a vibração relativa do eixo e a posição axial em máquinas rotativas (como turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas hidráulicas, geradores, turbocompressores e bombas). É amplamente utilizado para proteção de máquinas, monitoramento de condições, sistemas de detecção de excesso de velocidade (ODS) e aplicações relacionadas à segurança, em total conformidade com os padrões API 670 5ª Edição.
Uma vantagem importante do PA150 é seu design altamente integrado e modular. Ele combina o sensor, um cabo integral de 1 metro e o condicionador de sinal em uma única unidade, eliminando a necessidade de um cabo de extensão EA902 separado. Seu invólucro removível exclusivo com um retentor em forma de U facilita a instalação da sonda e o ajuste da folga excepcionalmente fácil, mesmo quando a máquina está em funcionamento. A haste ajustável em aço inoxidável (disponível em comprimentos de 50 a 800 mm) e várias opções de rosca e comprimento do adaptador proporcionam imensa flexibilidade de instalação para adaptação a estruturas complexas de máquinas e restrições espaciais.
O sistema oferece saída de tensão (3 fios) ou corrente (2 fios), com proteção contra curto-circuito. Sua resposta de frequência se estende de DC a 20 kHz, permitindo a captura de detalhes sutis de vibração em máquinas rotativas de alta velocidade. A extremidade do sensor oferece uma faixa de temperatura operacional extremamente ampla (-40°C a +180°C), permitindo lidar com ambientes de alta temperatura. Além disso, o PA150 está disponível em versões padrão e versões à prova de explosão (Ex) certificadas por vários padrões internacionais (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc.), atendendo aos requisitos de segurança para uso em áreas perigosas em todo o mundo. O condicionador de sinal IQS900 integrado também suporta funcionalidade opcional de autoteste integrado (BIST), saída de sinal bruto e entrada de sinal de teste, simplificando significativamente o comissionamento do sistema, testes de campo e processos de solução de problemas.
Princípio de funcionamento
O sistema PA150 opera com base no princípio das correntes parasitas para obter medição de deslocamento de alta precisão e sem contato. Seu princípio de funcionamento é um processo complexo e preciso que envolve indução eletromagnética, modulação e demodulação de sinal de alta frequência, linearização de sinal, compensação de temperatura e diagnóstico integrado. O processo é elaborado passo a passo abaixo.
1. Indução de corrente parasita e geração de sinal
O núcleo do sistema é o sensor de proximidade TQ912. Sua cabeça contém uma sonda que consiste em uma bobina enrolada com precisão, encapsulada em PPS termoplástico de alto desempenho (sulfeto de polifenileno) e cravada em um corpo de aço inoxidável (AISI 316L). Um oscilador de alta frequência dentro do condicionador de sinal IQS900 gera um sinal CA na faixa de MHz, que é transmitido à bobina da ponta de prova do sensor por meio de um cabo coaxial de impedância característica de 70 ohms.
Quando a corrente de alta frequência flui através da bobina, ela gera um campo eletromagnético alternado em sua extremidade frontal. Quando este campo se aproxima de um alvo de metal condutor (normalmente o eixo da máquina), correntes parasitas são induzidas na superfície do alvo de acordo com a Lei da Indução Eletromagnética de Faraday. Essas próprias correntes parasitas geram um novo campo magnético oposto ao campo original (Lei de Lenz), causando uma mudança na impedância efetiva da bobina do sensor. Esta mudança na impedância tem uma relação funcional específica (normalmente uma relação exponencial aproximadamente negativa) com a distância entre a ponta da sonda e a superfície alvo e também é influenciada pelas propriedades eletromagnéticas (condutividade, permeabilidade) do material alvo e pela temperatura ambiente.
2. Modulação, transmissão e desmodulação de sinal
A mudança na impedância da bobina do sensor modula em amplitude o sinal portador de alta frequência do condicionador. Isto é, a amplitude do sinal de retorno (que transporta a informação de distância) contém a informação de intervalo. Este sinal modulado de alta frequência é transmitido de volta ao condicionador de sinal IQS900 através do cabo coaxial.
Dentro do IQS900, o sinal de retorno é primeiro pré-amplificado. Posteriormente, um circuito de demodulação preciso (geralmente usando tecnologia de detecção sensível à fase) é responsável por remover a portadora de alta frequência, extraindo um sinal de tensão de baixa frequência proporcional à mudança na impedância da bobina. Este processo é crucial; ele deve restaurar com precisão a verdadeira amplitude da mudança de impedância enquanto suprime efetivamente o ruído introduzido pelas flutuações da fonte de alimentação, variações de capacitância do cabo e interferência eletromagnética externa (EMI), garantindo pureza e confiabilidade do sinal.
3. Linearização, Amplificação e Conversão de Saída
O sinal de tensão bruto do demodulador tem uma relação não linear com a distância do intervalo. O circuito de processamento interno do IQS900 inclui um módulo de linearização dedicado. Este módulo processa o sinal bruto por meio de algoritmos complexos (como ajuste polinomial ou compensação linear por partes) para convertê-lo em um sinal padrão que possui uma relação proporcional altamente linear com a lacuna mecânica.
Em seguida, o sinal linearizado é enviado para um circuito de amplificação de precisão para ajuste de escala e polarização para corresponder precisamente à faixa de saída e sensibilidade selecionada pelo usuário por meio de opções de pedido:
Modo de saída de tensão (3 fios): Fornece um sinal de tensão linear de -1,6 V (correspondendo ao intervalo mínimo) a -17,6 V (correspondendo ao intervalo máximo). Possui baixa impedância de saída (<100 Ω), faixa dinâmica de 16 V e é adequado para transmissão de curta distância para placas de aquisição de dados ou PLCs, oferecendo forte capacidade anti-interferência.
Modo de saída de corrente (2 fios): Fornece um sinal de corrente de -15,5 mA (intervalo mínimo) a -20,5 mA (intervalo máximo). A faixa dinâmica é de 5 mA. A saída de corrente é imune a quedas de tensão e ruído em longas distâncias, tornando-a ideal para transmissão de longa distância para salas de controle ou sistemas DCS e fornece inerentemente detecção de ruptura de fio.
Ambas as saídas são projetadas com proteção contra curto-circuito e proteção contra sobretensão.
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 sistema PA150 emprega um projeto abrangente de compensação de temperatura. Um sensor de temperatura interno monitora a temperatura ambiente e algoritmos ajustam dinamicamente a amplitude do sinal de excitação ou os parâmetros do circuito de demodulação para manter a estabilidade e a precisão do sinal de saída em toda a ampla faixa de temperatura especificada (Sensor: -40°C a +180°C; Condicionador: -40°C a +85°C), minimizando o desvio de medição (<5% @ -30 a 150°C).
Toda a cadeia de medição (sensor + condicionador) é calibrada de fábrica usando um alvo padrão de aço VCL 140 (1.7225) a 23°C ±5°C, garantindo total intercambialidade dos componentes. Isso significa que o sensor ou condicionador dentro do sistema pode ser substituído individualmente sem recalibrar todo o sistema, simplificando bastante a manutenção em campo e reduzindo os custos de estoque de peças sobressalentes.
5. Recursos integrados de diagnóstico e teste (BIST)
A funcionalidade de diagnóstico opcional do condicionador de sinal IQS900 é um recurso de destaque. Ele suporta autoteste integrado (BIST), que pode monitorar continuamente ou sob demanda automaticamente a integridade da cadeia de medição (incluindo o sensor, o cabo e o próprio condicionador). Se uma falha for detectada (por exemplo, circuito aberto do sensor, curto-circuito, danos no cabo ou falha interna do condicionador), ele alerta remotamente conduzindo a saída para um valor fora da faixa normal de operação (< -20,5 mA ou > -15,5 mA; < -17,6 V ou > -1,6 V), permitindo a manutenção preditiva.
Além disso, o IQS900 oferece suporte exclusivo para testes in-situ:
Saída Bruta (RAW/COM): Fornece um sinal de tensão 'bruto' (-0,8 a -8,8 V) que reflete diretamente o sinal interno recebido pelo condicionador antes do processamento de escala final. Isto está disponível mesmo quando o sistema está configurado para saída de corrente. Esta função é usada para verificar a integridade do link do sensor até a extremidade frontal do condicionador de sinal.
Entrada de Teste (TEST/COM): Permite que um sinal de tensão de teste AC seja injetado na entrada do condicionador. O condicionador processa este sinal de teste como se viesse do sensor real e o passa para a saída principal. Isto é usado para verificar a integridade de todo o caminho do sinal desde o condicionador de sinal até o sistema de monitoramento subsequente (incluindo barreiras de isolamento e fiação).
Juntos, esses recursos permitem comissionamento e solução de problemas eficientes no local, sem desconectar os fios ou parar a máquina.
Principais recursos e benefícios
Alta integração e fácil instalação: Integra sensor, cabo e condicionador em uma unidade, eliminando cabos de extensão externos. O invólucro removível e o retentor em forma de U permitem uma instalação excepcionalmente fácil da sonda e ajuste de folga, suportando ajustes on-line enquanto a máquina está em funcionamento.
Excelente design mecânico e adaptabilidade: apresenta uma haste de aço inoxidável ajustável (50-800mm), várias roscas adaptadoras (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) e comprimentos, e múltiplas opções de encaixe de cabo (Opção F), atendendo a quase todos os requisitos de espaço de instalação e interface mecânica.
Certificações ambientais e de segurança abrangentes: Sensor com classificação IP68, carcaça geral com classificação IP65. Disponível em versões à prova de explosão (Ex) certificadas por ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, etc., para uso em áreas perigosas Zona 0/1/2 (Gás) e Zona 20/21/22 (Poeira). Está em conformidade com API 670 5ª edição e padrões de segurança funcional SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Núcleo de medição de alto desempenho: baseado na comprovada cadeia de medição TQ912 e IQS900, oferecendo faixa de medição linear de 2 mm ou 4 mm, com sensibilidade selecionável de 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm ou 1,25 μA/μm. A ampla resposta de frequência (DC a 20 kHz) garante a captura de todos os componentes de vibração relevantes.
Recursos avançados de diagnóstico e teste: Autoteste integrado opcional (BIST) para monitoramento da integridade do sistema em tempo real. As interfaces de saída bruta e entrada de teste suportam comissionamento abrangente no local e diagnóstico de falhas, reduzindo o tempo de inatividade.
Tolerância ambiental robusta: o sensor suporta temperaturas operacionais de -40°C a +180°C, diferenciais de pressão de até 6 bar, vibração de até 5g e choque de até 15g. A caixa de alumínio selada (com anéis de vedação Viton e junta NBR) garante que o condicionador esteja protegido em ambientes industriais agressivos.
Saída elétrica flexível e fonte de alimentação: Suporta saída de tensão e corrente, compatível com a maioria dos sistemas de monitoramento. Ampla faixa de fonte de alimentação (-18 a -30 VCC), pode ser fornecida pelo sistema de monitoramento ou por uma fonte de alimentação de segurança externa.
Aplicações
Sistemas de proteção de máquinas: Para monitoramento de vibração relativa do eixo e posição axial em grandes máquinas rotativas, como turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas hidráulicas, compressores, bombas e geradores, para evitar falhas catastróficas.
Monitoramento de condições e manutenção preditiva: Fornece dados de vibração de alta precisão para análise da integridade da máquina e diagnóstico de falhas.
Sistemas de detecção de excesso de velocidade (ODS): Serve como um sensor de velocidade (Keyphasor) para funções críticas de proteção contra excesso de velocidade.
Aplicações relacionadas à segurança: Com sua certificação SIL 2, pode ser usado em circuitos de proteção de máquinas que exigem segurança funcional.
Aplicações API 670: Totalmente compatível com o padrão 5ª Edição do American Petroleum Institute para sistemas de proteção de máquinas, tornando-o ideal para as indústrias de petróleo, gás e petroquímica.
Aplicações em áreas perigosas: As versões à prova de explosão permitem o uso em ambientes com gases ou poeira explosivos, como nas indústrias de petróleo e gás, química e farmacêutica.
