Cảm biến tiệm cận Model 330850 25 mm là bộ điều hòa tín hiệu cốt lõi của Hệ thống đầu dò tiệm cận Bently Nevada 3300 XL 25 mm. Cảm biến này hoạt động phối hợp với đầu dò tiệm cận 25 mm chuyên dụng và cáp mở rộng để tạo thành một hệ thống đo lường hoàn chỉnh. Mục đích thiết kế chính của nó là đáp ứng các yêu cầu khắt khe về phép đo Độ giãn nở vi sai trên máy phát điện tua bin hơi nước cỡ trung bình đến lớn, đồng thời phù hợp với các ứng dụng giám sát tình trạng máy móc khác yêu cầu phạm vi đo tuyến tính đặc biệt lớn.
Sự giãn nở vi sai đề cập đến sự chênh lệch tăng trưởng dọc trục tương đối giữa rôto tuabin và stato (vỏ) gây ra bởi tốc độ giãn nở và co nhiệt khác nhau của chúng. Việc đo DE chính xác là rất quan trọng để ngăn chặn sự tiếp xúc cọ xát thảm khốc giữa các bộ phận quay và bộ phận đứng yên, từ đó đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của thiết bị quay lớn. Cảm biến 330850 được thiết kế cho phép đo quan trọng này, với các đặc điểm chính là phạm vi tuyến tính rộng 12,7 mm (500 mils) và độ nhạy đầu ra là 0,787 V/mm (20 mV/mil), cho phép cảm biến thu thập và chuyển đổi chính xác những thay đổi ở mức micron thành tín hiệu điện áp tiêu chuẩn hóa.
Là một phần của dòng 3300 XL, cảm biến 330850 được thiết kế để có thể hoán đổi về mặt điện và cơ học với các hệ thống tích hợp DE 25 mm và dòng 7200 thế hệ trước. Điều này cho phép người dùng thực hiện nâng cấp trực tiếp các hệ thống cũ mà không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào đối với cấu hình màn hình, đồng thời được hưởng lợi từ hiệu suất và độ tin cậy nâng cao của dòng XL.
2. Nguyên lý làm việc của hệ thống: Cảm biến dòng điện xoáy và điều hòa tín hiệu
Hoạt động của cảm biến 330850 dựa trên Nguyên lý cảm biến dòng điện xoáy, một quy trình phức tạp giúp chuyển đổi chính xác khoảng cách vật lý (khoảng cách) thành tín hiệu điện áp tuyến tính. Nguyên lý làm việc có thể được chia chi tiết như sau:
2.1 Tạo trường RF và hiệu ứng dòng điện xoáy
Cảm biến chứa bộ dao động Tần số vô tuyến (RF) chính xác. Bộ tạo dao động này cung cấp dòng điện xoay chiều tần số cao (thường ở mức MHz) cho cuộn dây của đầu dò tiệm cận 25 mm được kết nối thông qua cáp mở rộng. Khi dòng điện này chạy qua cuộn dây ở đầu đầu dò, nó sẽ tạo ra một trường điện từ xoay chiều tần số cao tỏa ra phía trước từ đầu dò.
Khi đầu dò được lắp đặt và nhắm vào bề mặt mục tiêu dẫn điện (thường là vòng đệm hoặc đoạn dốc trên rôto tuabin), trường điện từ xen kẽ này sẽ tạo ra dòng điện tuần hoàn giống như dòng xoáy, được gọi là dòng điện xoáy, trên bề mặt mục tiêu. Cường độ và sự phân bố của các dòng điện xoáy này không cố định mà phụ thuộc nhiều vào khoảng cách giữa đầu dò và bề mặt mục tiêu.
2.2 Phát hiện sự thay đổi trở kháng
Theo định luật cảm ứng điện từ, dòng điện xoáy cảm ứng này tạo ra từ trường riêng, trái ngược với từ trường ban đầu của cuộn dây đầu dò (Định luật Lenz). Từ trường đối nghịch này có tác dụng triệt tiêu một phần từ trường ban đầu của đầu dò và tác động vật lý trực tiếp là làm thay đổi trở kháng hiệu dụng của cuộn dây đầu dò.
Cụ thể:
Giảm khoảng cách: Khi đầu dò di chuyển đến gần mục tiêu hơn, khớp nối điện từ mạnh hơn, hiệu ứng dòng điện xoáy trở nên đáng kể hơn và trở kháng của cuộn dây giảm đáng kể.
Khoảng cách ngày càng tăng: Khi đầu dò di chuyển ra khỏi mục tiêu, khớp nối điện từ yếu đi, hiệu ứng dòng điện xoáy giảm dần và trở kháng của cuộn dây tăng theo.
Do đó, sự thay đổi cơ học trong khoảng cách giữa đầu dò và mục tiêu được chuyển đổi theo thời gian thực và có độ chính xác cao thành sự thay đổi tham số điện: trở kháng của cuộn dây đầu dò.
2.3 Giải điều chế, khuếch đại tín hiệu và đầu ra tiêu chuẩn hóa
Chức năng cốt lõi của cảm biến 330850 là phát hiện và xử lý sự thay đổi trở kháng tinh vi này. Mạch bên trong của nó trước tiên giải điều chế thông tin chứa khe hở từ tín hiệu sóng mang tần số cao, tạo ra tín hiệu điện áp thô có mối quan hệ phi tuyến tính với khe hở. Sau đó, thông qua các mạch tuyến tính hóa chính xác, tín hiệu thô này được bù và hiệu chỉnh để tạo ra mối quan hệ tỷ lệ tuyến tính chặt chẽ giữa điện áp đầu ra và khe hở vật lý trong phạm vi tuyến tính được chỉ định từ 0,63 mm đến 13,33 mm (25 đến 525 mils).
Đầu ra cuối cùng là tín hiệu điện áp DC được tiêu chuẩn hóa, dễ xử lý:
Phạm vi tuyến tính: 0,63 mm đến 13,33 mm (25 đến 525 triệu).
Điện áp đầu ra tương ứng: Khoảng -1,5 Vdc đến -11,5 Vdc.
Hệ số tỷ lệ trung bình: 0,787 V/mm (20 mV/mil). Điều này có nghĩa là cứ mỗi 1 mm chuyển động của mục tiêu, điện áp đầu ra của cảm biến sẽ thay đổi 0,787 volt. Độ nhạy thấp hơn này được thiết kế tối ưu để đạt được phạm vi tuyến tính rộng 12,7 mm.
Hệ thống có khả năng đo cả vị trí tĩnh (ví dụ: cài đặt khe hở cố định) và các thay đổi động (ví dụ: phao dọc trục), cung cấp dữ liệu toàn diện để bảo vệ và phân tích máy móc.
2.4 Khả năng thay thế hoàn chỉnh và hiệu chuẩn tại nhà máy
Ưu điểm chính của hệ thống 3300 XL là khả năng thay thế hoàn toàn. Bất kỳ đầu dò 3300 XL 25 mm, cáp mở rộng và cảm biến 330850 nào cũng có thể được kết hợp theo bất kỳ thứ tự nào mà không cần hiệu chuẩn hoặc khớp hiện trường. Điều này giúp đơn giản hóa đáng kể việc quản lý phụ tùng thay thế và bảo trì hiện trường. Điều này đạt được thông qua:
Tất cả các thành phần được sản xuất theo thông số kỹ thuật nghiêm ngặt, thống nhất.
Cảm biến được hiệu chuẩn chính xác tại nhà máy cho vật liệu mục tiêu thép AISI 4140 tiêu chuẩn. (Hiệu chuẩn cho các vật liệu mục tiêu khác có sẵn theo yêu cầu).
3. Đặc điểm kết cấu và thiết kế
3.1 Tính linh hoạt trong thi công và lắp đặt cơ khí
Vật liệu vỏ: Được chế tạo từ hợp kim nhôm A380, độ bền cân bằng, trọng lượng nhẹ và đặc tính che chắn điện từ tốt.
Yếu tố hình thức: Một thiết kế mỏng hỗ trợ hai phương pháp lắp chính:
Giá đỡ DIN-rail: Lý tưởng cho bố trí bảng điều khiển mật độ cao, tiết kiệm không gian và cho phép lắp đặt dễ dàng.
Gắn bảng điều khiển: Thích hợp cho các phương pháp lắp truyền thống, cung cấp khả năng cố định cơ học chắc chắn hơn.
Kết nối thiết bị đầu cuối: Tính năng khối thiết bị đầu cuối kẹp lò xo SpringLoc. Thiết kế này cho phép đi dây tại hiện trường mà không cần dụng cụ đặc biệt, tăng đáng kể tốc độ và độ tin cậy kết nối, đồng thời ngăn chặn hiệu quả tình trạng lỏng dây do rung.
3.2 Độ bền và độ bền môi trường
Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -51°C đến +100°C (-60°F đến +212°F), đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Miễn nhiễm RFI/EMI: Thiết kế được tối ưu hóa mang lại khả năng miễn nhiễm tuyệt vời đối với Tần số vô tuyến và Nhiễu điện từ, bảo vệ tín hiệu đầu ra khỏi bị hỏng do các tín hiệu vô tuyến tần số cao phổ biến tại chỗ. Điều này cho phép nó dễ dàng tuân thủ và đạt được sự chấp thuận về nhãn hiệu CE của Châu Âu.
Đầu nối: Các giao diện dành cho đầu dò và cáp mở rộng sử dụng đầu nối ClickLoc nhiệt độ cao đặc biệt, có khả năng chống ăn mòn và chống rung, đảm bảo độ tin cậy kết nối lâu dài.
3.3 Tùy chọn độ dài hệ thống
Cảm biến 330850 được cung cấp ở hai tùy chọn 'độ dài hệ thống' cài sẵn. Người dùng phải chọn tùy chọn phù hợp với tổng chiều dài kết hợp của cáp đầu dò và cáp mở rộng cho ứng dụng cụ thể của họ:
Chiều dài hệ thống 5,0 mét
Chiều dài hệ thống 9,0 mét
Thiết kế này đảm bảo các đặc tính điện (ví dụ: điện dung, điện trở) của toàn bộ vòng lặp vẫn nằm trong giới hạn xác định trước, đảm bảo hiệu suất hệ thống đáp ứng các số liệu trong bảng thông số kỹ thuật.
4. Hiệu suất điện và thông số kỹ thuật
4.1 Nguồn điện và tiêu thụ
Yêu cầu về nguồn điện: -17,5 Vdc đến -26 Vdc (không có rào cản); -23 Vdc đến -26 Vdc (có rào cản).
Mức tiêu thụ hiện tại tối đa: 12 mA.
4.2 Đặc tính đầu ra
4.3 Độ chính xác và tuyến tính
Phạm vi tuyến tính: 12,7 mm (500 triệu).
Hệ số tỷ lệ trung bình: danh nghĩa 0,787 V/mm (20 mV/mil).
Độ lệch so với Đường thẳng phù hợp nhất (DSL): < ±0,31 mm (±12 mils). Điều này chỉ định độ lệch tối đa của đường cong đầu ra thực tế so với một đường thẳng lý tưởng trên toàn bộ phạm vi tuyến tính.
4.4 Đáp ứng tần số
4.5 Chứng nhận và Tuân thủ
Tuân thủ các yêu cầu đánh dấu CE.
Được chứng nhận theo Chỉ thị EMC.
Tuân thủ chỉ thị RoHS.
Có nhiều Chứng nhận dành cho Khu vực Nguy hiểm như ATEX và IECEx, hỗ trợ sử dụng ở các khu vực Vùng 0/1/2 (yêu cầu kết nối với các rào cản an toàn nội tại hoặc bộ cách ly điện thích hợp).
5. Kịch bản ứng dụng và tích hợp hệ thống
5.1 Ứng dụng cốt lõi: Đo giãn nở vi sai
Hệ thống cảm biến 330850 chủ yếu được sử dụng để giám sát DE trong máy tuốc bin lớn như tua bin hơi nước và tua bin khí. Cấu hình lắp điển hình bao gồm:
Hai đầu dò quan sát cùng một mặt của vòng cổ: Cung cấp phép đo dự phòng, nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
Cấu hình đầu vào bổ sung: Hai đầu dò quan sát các mặt đối diện của vòng đệm, nhân đôi phạm vi DE có thể đo được một cách hiệu quả.
Quan sát đường dốc: Phù hợp với phạm vi đo DE dài hơn, mặc dù nó có thể gây ra một số lỗi do chuyển động của rôto hướng tâm.
5.2 Phụ kiện chuyên dụng: Giá đỡ trượt
Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt, hiệu chuẩn và xác minh tiếp theo, Bently Nevada cung cấp Giá đỡ trượt 3300 XL chuyên dụng. Giá đỡ này cho phép người vận hành dễ dàng trượt toàn bộ đầu dò và cụm cảm biến theo trục sau khi lắp đặt, mô phỏng chuyển động của rôto. Điều này cho phép xác minh độ chính xác và tuyến tính của hệ thống đo lường trong điều kiện thực tế, đảm bảo đầu dò luôn vuông góc và thẳng hàng với mục tiêu.
5.3 Công cụ xác minh hệ thống
Bộ xác minh chỉ báo quay số: Cung cấp tham chiếu cơ học để hiệu chỉnh chính xác chuyển động của giá đỡ trượt, cho phép so sánh với đầu ra điện của cảm biến.
Phích cắm thử nghiệm 3300 XL: Cho phép kiểm tra hiệu suất của cảm biến một cách thuận tiện thông qua các lỗ chốt thử nghiệm của nó mà không cần ngắt kết nối dây điện trường.
6. Tóm tắt ưu điểm chính của sản phẩm
Phạm vi tuyến tính rộng đặc biệt: phạm vi 12,7 mm, được thiết kế đặc biệt để đo DE trên máy tuabin lớn.
Độ chính xác và ổn định cao: Duy trì độ chính xác đo vượt trội trong phạm vi nhiệt độ rộng và trong môi trường điện từ đòi hỏi khắt khe.
Khả năng thay thế hoàn toàn: Không cần kết hợp hoặc hiệu chuẩn thành phần, giảm đáng kể chi phí phụ tùng thay thế và thời gian dừng bảo trì.
Độ bền môi trường vượt trội: Khả năng chịu nhiệt độ cao, chống rung và khả năng miễn dịch RFI/EMI tuyệt vời.
Dễ dàng cài đặt và bảo trì: Thiết bị đầu cuối SpringLoc, đầu nối ClickLoc và thiết kế khung trượt giúp việc lắp đặt, nối dây và xác minh hiệu quả và đáng tin cậy.
Khả năng tương thích ngược: Thay thế trực tiếp các hệ thống cũ, bảo vệ khoản đầu tư ban đầu của người dùng.
Chứng nhận An toàn Toàn diện: Được trang bị các chứng nhận về khu vực dễ cháy nổ cho thị trường toàn cầu.
