Датчик приближения TQ402 является основным компонентом систем измерения приближения TQ402/TQ412, EA402 и IQS900. Эта система образует полную бесконтактную цепь измерения смещения, основанную на принципе вихревых токов, специально разработанную для мониторинга состояния и защиты промышленного вращающегося оборудования.
Датчик TQ402, известный своей высокой точностью, надежностью и исключительной устойчивостью к воздействию окружающей среды, широко используется в критически важном оборудовании, таком как паровые турбины, газовые турбины, гидравлические турбины, генераторы, турбокомпрессоры и насосы, для измерения относительной вибрации вала и осевого положения. Конструкция системы соответствует стандартам API 670 и доступна в версиях, сертифицированных для использования в потенциально взрывоопасных средах, что делает ее идеальным выбором для высокотехнологичных промышленных применений.
II. Ключевые особенности
Высокая точность и бесконтактное измерение
TQ402 точно измеряет мельчайшие изменения в зазоре между наконечником зонда и целевой металлической поверхностью, преобразуя их в соответствующие электрические сигналы. Этот бесконтактный метод позволяет избежать износа вращающихся компонентов, что делает его идеально подходящим для суровых условий эксплуатации, связанных с высокими скоростями и температурами.
Полная взаимозаменяемость компонентов системы
Вся измерительная система (включая датчики TQ402/TQ412, удлинительные кабели EA402 и формирователь сигнала IQS900) точно откалибрована, при этом все компоненты полностью взаимозаменяемы. Пользователи могут заменить любой компонент без необходимости сложного сопоставления или повторной калибровки на месте, сохраняя заданную производительность системы. Это значительно упрощает обслуживание и снижает затраты на складские запасы.
Широкий диапазон измерения и возможности вывода
Система предлагает два стандартных диапазона линейных измерений: 2 мм (0,15–2,15 мм) и 4 мм (0,3–4,3 мм). Формирователь сигналов IQS900 обеспечивает выходное напряжение как по напряжению (от -1,6 В до -17,6 В), так и по току (от -15,5 до -20,5 мА), что упрощает интеграцию с различными серверными системами мониторинга, такими как VM600 или VibroSmart®.
Исключительная экологическая надежность
Температурный диапазон: Корпус преобразователя надежно работает в диапазоне от -40°C до +180°C с дрейфом менее 5% и может выдерживать кратковременное воздействие до +220°C.
Степень защиты: наконечник зонда и встроенная часть кабеля имеют класс защиты IP68, что обеспечивает защиту от проникновения пыли и длительного погружения в воду.
Механическая прочность: он выдерживает пиковую вибрацию 5 g (10–500 Гц) и пиковый удар 15 g (длительностью 11 мс), обеспечивая стабильную работу в средах с высокой вибрацией.
Прочная физическая конструкция
Наконечник зонда: имеет катушку, заключенную в наконечник, отлитый из материала Torlon® (полиамидимид), обеспечивающий превосходную устойчивость к высоким температурам, коррозионную стойкость и механическую прочность.
Корпус преобразователя: изготовлен из нержавеющей стали AISI 316L и залит высокотемпературной эпоксидной смолой, что обеспечивает общую надежность и долговечность.
Кабель и разъемы: используется коаксиальный кабель сопротивлением 75 Ом с изоляцией FEP и диаметром 3,6 мм. Разъемы представляют собой миниатюрные самоблокирующиеся коаксиальные разъемы, которые надежно фиксируются при затягивании вручную и оснащены механизмом, предотвращающим ослабление.
Комплексные сертификаты безопасности и соответствие требованиям
TQ402 доступен в версиях, сертифицированных для использования во взрывоопасных зонах, включая:
Искробезопасность Ex ia (для зон 0, 1, 2).
Ex nA, искробезопасный (для зоны 2).
Кроме того, система соответствует множеству международных стандартов и директив, таких как CE, EAC и RoHS.
III. Принцип работы
Бесконтактный датчик TQ402 и его система работают на основе основного физического принципа эффекта вихревых токов. Ниже подробно описан весь процесс от генерации сигнала до конечного вывода.
1. Генерация эффекта вихревых токов.
Сердцем датчика TQ402 является катушка с прецизионной намоткой, отлитая внутри прочного наконечника датчика Torlon®. Когда система включена, прилагаемый формирователь сигнала IQS900 подает на эту катушку высокочастотный переменный ток (обычно 1–2 МГц). Согласно законам электромагнетизма, этот переменный ток создает высокочастотное переменное электромагнитное поле вокруг наконечника щупа.
Когда зонд приближается к проводящей металлической цели (например, стальному валу машины), это переменное электромагнитное поле проникает через поверхность цели. Закон индукции Фарадея гласит, что изменяющееся магнитное поле индуцирует в проводнике циркулирующие токи по замкнутому контуру, известные как вихревые токи. Плотность и интенсивность этих вихревых токов тесно связаны с расстоянием между зондом и мишенью.
2. Изменение импеданса и обнаружение сигнала
Сами индуцированные вихревые токи генерируют противоположное электромагнитное поле (закон Ленца), которое взаимодействует с исходным полем, создаваемым катушкой зонда. Это взаимодействие вызывает изменение эффективного сопротивления переменного тока катушки зонда. В частности, по мере уменьшения расстояния эффект связи усиливается, эффект вихревых токов становится более значительным, а импеданс катушки увеличивается. И наоборот, с увеличением расстояния сопротивление уменьшается.
Таким образом, расстояние между зондом и целью напрямую преобразуется в изменение электрического импеданса катушки датчика TQ402. Это изменение импеданса содержит информацию как о статических (среднее расстояние), так и о динамических (вибрация) аспектах зазора.
3. Формирование и демодуляция сигнала
Роль преобразователя сигнала IQS900 заключается в обнаружении и обработке этого незначительного изменения импеданса. Он содержит точную схему модулятора/демодулятора. Формирователь постоянно отслеживает изменения управляющего сигнала, подаваемого на катушку, в результате изменения импеданса.
Посредством демодуляции возвращенного высокочастотного сигнала IQS900 точно извлекает составляющую напряжения или тока, пропорциональную расстоянию зазора. Этот процесс отфильтровывает высокочастотную несущую волну, оставляя только низкочастотный сигнал (от постоянного тока до 20 кГц), связанный с расстоянием.
4. Линеаризация и вывод
Демодулированный сигнал усиливается и линеаризуется, преобразуется в стандартный, легко измеримый выходной электрический сигнал:
Режим вывода напряжения: выдает напряжение постоянного тока, пропорциональное зазору, с типичной чувствительностью 8 мВ/мкм (200 мВ/мил) для диапазона 2 мм или 4 мВ/мкм (100 мВ/мил) для диапазона 4 мм. Линейный выход обычно находится в диапазоне от -1,6 В (минимальный зазор) до -17,6 В (максимальный зазор).
Режим токового выхода: выдает ток, пропорциональный зазору, с типичной чувствительностью 2,5 мкА/мкм (62,5 мкА/мил) или 1,25 мкА/мкм (31,2 мкА/мил). Линейный выход обычно находится в диапазоне от -15,5 мА (минимальный зазор) до -20,5 мА (максимальный зазор).
Система демонстрирует превосходную линейность в заданном диапазоне (например, 2 мм или 4 мм), обеспечивая высокую точность пропорционального соотношения между выходным напряжением/током и механическим зазором.
5. Разделение статических и динамических сигналов
Конечный выходной сигнал содержит компоненты постоянного тока (постоянный ток) и переменного тока (переменный ток):
Компонент постоянного тока: представляет собой среднее положение или статический зазор между датчиком и объектом, используемый для мониторинга медленно меняющихся параметров, таких как осевое смещение или износ подшипника.
Компонент переменного тока: накладывается на компонент постоянного тока и представляет динамическую вибрацию объекта относительно зонда. Его амплитуда отражает интенсивность вибрации, а частота указывает на источник вибрации. Это позволяет системе одновременно выполнять мониторинг положения и вибрации.
6. Температурная компенсация и калибровка системы.
Чтобы обеспечить точность измерений во всем диапазоне рабочих температур (от -40°C до +180°C), в конструкцию системы включены механизмы температурной компенсации, позволяющие минимизировать влияние температурного дрейфа на выходной сигнал. Датчик калибруется на заводе с использованием стали VCL 140 (1.7225) в качестве целевого материала, что эквивалентно обычным материалам вала, таким как AISI 4140. Для применений со специальными материалами рекомендуется проконсультироваться с производителем для получения конкретных кривых производительности.
IV. Системная интеграция и точки выбора
Общая длина системы: Общая длина системы представляет собой сумму длины встроенного кабеля датчика TQ402 и длины удлинительного кабеля EA402. Стандартная длина системы составляет 1 метр, 5 метров и 10 метров, что достигается за счет гибкого сочетания различных длин зондов и удлинительных кабелей.
Электрическая обрезка: Для обеспечения производительности и взаимозаменяемости системы номинальная длина удлинительных кабелей требует «электрической обрезки». Фактическая минимальная полезная общая длина немного меньше номинального значения (например, минимум 4,4 м для системы длиной 5 м).
Дополнительная защита: можно выбрать гибкие шланги из нержавеющей стали с оболочкой из ФЭП, чтобы обеспечить дополнительную механическую защиту и химическую стойкость кабелей.
Установка: Корпус преобразователя имеет как метрическую, так и дюймовую резьбу и может сочетаться с различными монтажными кронштейнами в зависимости от места установки и требований.
V. Диагностика системы и полнота безопасности (SIL)
Система TQ402 в сочетании с формирователем сигналов IQS900 предлагает расширенные функции, отвечающие потребностям современной промышленной безопасности и надежности.
Встроенные функции диагностики. Формирователь сигналов IQS900 предлагает дополнительную диагностическую схему встроенной самопроверки (BIST). При включенной диагностике система постоянно контролирует исправность всей измерительной цепочки (включая датчик, кабель и сам кондиционер). При обнаружении обрывов, коротких замыканий или других неисправностей он изменяет выходной сигнал, чтобы четко указать на проблему:
В режиме выхода напряжения/тока выходное значение выйдет за пределы нормального диапазона от -1,6 В до -17,6 В или от -15,5 мА до -20,5 мА, обеспечивая четкую сигнализацию о неисправности внутренней системе мониторинга и позволяя проводить профилактическое обслуживание.
Сертификация функциональной безопасности: Формирователь сигналов IQS900 с диагностикой соответствует требованиям SIL 2 (согласно IEC 61508) и PL c, Cat. 1 (согласно ISO 13849) Уровни полноты безопасности. Это означает, что конструкция системы соответствует строгим требованиям многих приложений, связанных с безопасностью (например, систем защиты оборудования), что помогает пользователям легче создавать производственные системы, соответствующие стандартам безопасности.
VI. Механическая конфигурация и варианты установки
Гибкая механическая конфигурация:
Характеристики резьбы: Корпус преобразователя TQ402 имеет различные варианты резьбы, включая метрическую M10x1, M14x1,5, M16x1,5 и дюймовую 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, соответствующие мировым стандартам оборудования и монтажных отверстий.
Настройка размеров: пользователи могут указать длину корпуса (от 20 мм до 250 мм) и длину без резьбы (от 0 мм до 230 мм) в зависимости от требований к глубине установки, что обеспечивает высокую гибкость установки.
Модель с обратным монтажом: Для применений, где стандартный TQ402 не подходит, в этой серии также предлагается модель TQ412. TQ412 специально разработан для применений с обратным монтажом, когда ориентация наконечника зонда совпадает с направлением выхода кабеля, что подходит для измерений, проводимых изнутри корпуса оборудования наружу.
Аксессуары для подключения и защиты:
Защита разъема: доступна защита IP172 для защиты точки соединения между кабелем датчика и удлинительным кабелем, предотвращая загрязнение маслом, влагой и механическими повреждениями.
Защита кабеля: помимо фиксированной оболочки из FEP в качестве опции доступны гибкие шланги из нержавеющей стали (защитные трубки). Они могут перемещаться относительно кабеля для облегчения установки, обеспечивая надежную механическую защиту на сложных и суровых маршрутах прокладки.
Монтажные кронштейны: доступны различные адаптеры для монтажа датчиков (например, серии PA15x), а также адаптер для монтажа на DIN-рейку MA130 для формирователя сигналов IQS900. Он поддерживает стандартные направляющие TH 35, что упрощает модульную установку высокой плотности внутри шкафов управления.
