IQS452 là bộ điều hòa tín hiệu hiệu suất cao do VM phát triển, được thiết kế đặc biệt để hoạt động với các cảm biến dòng điện xoáy không tiếp xúc như TQ422 và TQ432. Hệ thống này được sử dụng để đo độ rung của trục và sự thay đổi vị trí trong máy móc quay (ví dụ: tua bin, máy bơm, máy nén) và được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm năng lượng, dầu khí và thủy điện, đặc biệt là trong môi trường áp suất cao, nhiệt độ cao hoặc nguy hiểm.
IQS452 hỗ trợ hai chế độ đầu ra: đầu ra điện áp (3 dây) và đầu ra dòng điện (2 dây). Nó mang lại sự ổn định nhiệt độ tuyệt vời và khả năng chống nhiễu, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe.
So sánh IQS452 và IQS450
| Sản phẩm |
IQS452 |
IQS450 |
| Phạm vi đo |
4mm |
12 mm |
| Độ nhạy |
4 mV/μm hoặc 1,25 A/μm |
1,33 mV/μm hoặc 0,417 A/μm |
| Khả năng chịu áp lực |
Lên đến 100 bar ở đầu cảm biến |
Khả năng áp suất cao không được nêu rõ ràng |
| Phạm vi nhiệt độ |
-30°C đến +70°C (Điều hòa) |
-35°C đến +85°C (Điều hòa) |
| Phạm vi đầu ra |
Điện áp: -2,4 V đến -18,4 V
Dòng điện: 15,75–20,75 mA |
Điện áp: -1,6 V đến -17,6 V
Dòng điện: -15,5 đến -20,5 mA |
| Kịch bản ứng dụng |
Môi trường áp suất cao (ví dụ: tua bin thủy lực, máy bơm chìm) |
Môi trường công nghiệp chung (ví dụ: tua bin hơi nước, máy nén, máy phát điện) |
| Chứng nhận chống cháy nổ |
ATEX, IECEx, CSA |
ATEX, IECEx, CSA, KGS, EAC |
| Giao diện cơ khí |
Cảm biến với lớp giáp bảo vệ BOA tùy chọn |
Ống thép không gỉ tùy chọn hoặc vỏ bọc FEP |
Nguyên tắc làm việc
IQS452 hoạt động dựa trên Nguyên lý dòng điện xoáy để đạt được phép đo dịch chuyển không tiếp xúc. Quá trình làm việc của nó bao gồm nhiều giai đoạn chính xác bao gồm cảm ứng điện từ, điều chế và giải điều chế tín hiệu, tuyến tính hóa và bù nhiệt độ, mỗi giai đoạn được trình bày chi tiết dưới đây.
1. Nguyên tắc cơ bản của cảm biến dòng điện xoáy và cảm ứng điện từ
Lõi của cảm biến dòng điện xoáy là một cuộn dây được điều khiển bởi dòng điện xoay chiều tần số cao. Khi được đưa đến gần mục tiêu dẫn điện (chẳng hạn như trục kim loại), dòng điện xoáy được tạo ra trên bề mặt mục tiêu do cảm ứng điện từ. Theo Định luật Lenz, những dòng điện xoáy này tạo ra một từ trường ngược chiều làm giảm trở kháng hiệu dụng của cuộn dây cảm biến. Sự thay đổi trở kháng này có mối tương quan chặt chẽ với khoảng cách giữa cảm biến và mục tiêu, mặc dù mối quan hệ này vốn không tuyến tính và bị ảnh hưởng bởi các đặc tính điện từ của vật liệu mục tiêu (chẳng hạn như độ dẫn điện và độ thấm) và nhiệt độ môi trường.
IQS452 tạo ra tín hiệu kích thích tần số cao (thường ở dải MHz) thông qua bộ tạo dao động bên trong. Tín hiệu này được truyền đến cuộn dây cảm biến thông qua cáp đồng trục chất lượng cao. Tần số cao được chọn để tăng cường sự tập trung của hiệu ứng dòng điện xoáy trên bề mặt (hiệu ứng da), từ đó cải thiện độ nhạy và độ phân giải của phép đo đồng thời giảm nhiễu từ cấu trúc sâu hơn của vật liệu mục tiêu.
2. Điều chế, truyền tải và giải điều chế tín hiệu
Sự thay đổi trở kháng của cuộn dây cảm biến sẽ điều chỉnh (làm thay đổi) biên độ của tín hiệu sóng mang tần số cao. Tín hiệu đã điều chế này truyền ngược lại dọc theo cáp đồng trục đến bộ điều hòa tín hiệu IQS452. Để giảm thiểu tình trạng mất tín hiệu và nhiễu trong quá trình truyền đường dài, hệ thống sử dụng cấu trúc đồng trục có kết hợp trở kháng (thường là 70Ω).
Bên trong IQS452, tín hiệu điều chế tần số cao quay trở lại lần đầu tiên được khuếch đại trước. Sau đó, nó trải qua quá trình giải điều chế (thường sử dụng các kỹ thuật phát hiện đường bao hoặc nhạy pha), một quá trình quan trọng giúp loại bỏ sóng mang tần số cao để trích xuất tín hiệu điện áp tần số thấp chứa thông tin khoảng cách. Quá trình này phải khôi phục chính xác biên độ thực của sự thay đổi trở kháng đồng thời triệt tiêu nhiễu do dao động điện năng, biến đổi điện dung cáp và nhiễu điện từ bên ngoài.
3. Tuyến tính hóa, khuếch đại và chuyển đổi đầu ra
Tín hiệu điện áp thô từ bộ giải điều chế có mối quan hệ phi tuyến với khoảng cách (xấp xỉ là hàm số mũ âm). Mạch xử lý bên trong của IQS452 bao gồm một mô-đun tuyến tính hóa chuyên dụng sử dụng các thuật toán như khớp đa thức hoặc bù tuyến tính từng phần để chuyển đổi tín hiệu phi tuyến thành đầu ra tiêu chuẩn có tính tuyến tính cao đối với khe hở cơ học.
Sau đó, tín hiệu được tuyến tính hóa được gửi đến mạch khuếch đại chính xác để điều chỉnh tỷ lệ và độ lệch cho phù hợp với phạm vi đầu ra do người dùng chọn:
Chế độ đầu ra điện áp (3 dây): Cung cấp tín hiệu điện áp tuyến tính từ -2,4 V (tương ứng với khoảng cách tối thiểu 0 mm) đến -18,4 V (tương ứng với khoảng cách tối đa 4,0 mm). Chế độ này có trở kháng đầu ra thấp (thường là 500Ω) và khả năng chống nhiễu mạnh, giúp nó phù hợp để truyền khoảng cách ngắn tới thẻ thu thập dữ liệu hoặc PLC.
Chế độ đầu ra hiện tại (2 dây): Cung cấp tín hiệu dòng điện vòng lặp 4-20 mA từ 15,75 mA (0 mm) đến 20,75 mA (4,0 mm). Dòng điện đầu ra không bị sụt áp và nhiễu trên khoảng cách xa, lý tưởng để truyền đến phòng điều khiển hoặc hệ thống DCS, đồng thời cung cấp khả năng phát hiện đứt dây (dòng điện bằng 0 cho thấy có lỗi).
Cả hai mạch đầu ra đều được thiết kế với chức năng bảo vệ ngắn mạch để tránh hư hỏng do nối dây sai hoặc lỗi.
4. Bù nhiệt độ và hiệu chỉnh hệ thống
Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến điện trở cuộn dây, đặc tính cáp và tính chất điện từ của vật liệu mục tiêu. IQS452 kết hợp thiết kế bù nhiệt độ, sử dụng cảm biến nhiệt độ bên trong để theo dõi nhiệt độ môi trường và các thuật toán để điều chỉnh linh hoạt biên độ của tín hiệu kích thích hoặc các thông số của mạch giải điều chế. Điều này đảm bảo tín hiệu đầu ra ổn định trong phạm vi nhiệt độ hoạt động được chỉ định (-30°C đến +70°C).
Toàn bộ hệ thống (cảm biến + cáp + bộ điều hòa) được hiệu chuẩn tại nhà máy bằng cách sử dụng mục tiêu thép VCL 140 (1.7225) tiêu chuẩn ở 23°C ±5°C, đảm bảo khả năng thay thế lẫn nhau. Điều này có nghĩa là bất kỳ thành phần nào trong hệ thống đều có thể được thay thế riêng lẻ mà không cần hiệu chỉnh lại toàn bộ thiết lập, giúp đơn giản hóa đáng kể việc bảo trì tại hiện trường.
Các tính năng và lợi ích chính
Thiết kế của IQS452 kết hợp nhiều công nghệ tiên tiến để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy, độ chính xác và an toàn trong môi trường công nghiệp.
1. Khả năng thích ứng với môi trường và áp suất cao vượt trội
Cảm biến TQ422/TQ432 kết hợp với IQS452 là lợi thế cốt lõi. Đầu dò cảm biến được làm bằng vật liệu PEEK (polyetheretherketone) chắc chắn, không chỉ mang lại độ bền cơ học và độ ổn định kích thước tuyệt vời mà còn có thể chịu được trực tiếp áp suất chất lỏng lên tới 100 bar (khoảng 100 atm). Điều này khiến nó trở nên lý tưởng để đo độ rung và vị trí của trục trong các ứng dụng như tua bin thủy điện (đặc biệt là loại Francis và Kaplan), máy bơm chìm giếng sâu, máy nén cao áp và hệ thống động cơ đẩy hàng hải. Toàn bộ thân cảm biến được chế tạo từ thép không gỉ (1.4435) và được bọc bằng nhựa epoxy nhiệt độ cao, đảm bảo độ bền lâu dài trong môi trường ẩm ướt, áp suất cao và ăn mòn hóa học.
2. Chứng nhận an toàn toàn diện và chống cháy nổ
Thiết kế sản phẩm xem xét đầy đủ đến an toàn vận hành trong môi trường nguy hiểm và đã đạt được chứng nhận chống cháy nổ từ nhiều khu vực trên toàn cầu:
Chứng nhận ATEX Châu Âu: LCIE 02 ATEX 6086 X, phù hợp tiêu chuẩn II 2G, phù hợp với môi trường khí nổ Zone 1 & 2 (EEx ib IIC T6-T3).
Chứng nhận CSA Bắc Mỹ: Chứng chỉ số 1514309, tuân thủ các yêu cầu Loại I, Phân khu 1 & 2, Nhóm A, B, C, D, được xác nhận là cấp độ bảo vệ Ex ia.
Chứng nhận IECEx quốc tế: Cung cấp bằng chứng tuân thủ được công nhận trên toàn cầu.
Những chứng nhận này có nghĩa là hệ thống IQS452 (các phiên bản chống cháy nổ cụ thể) được giới hạn năng lượng mạch ở mức cực thấp, ngăn chặn sự bắt lửa của hỗn hợp nổ xung quanh ngay cả trong điều kiện có lỗi, do đó đảm bảo an toàn cho các ngành công nghiệp quan trọng như dầu, khí đốt và hóa chất.
3. Độ chính xác cao, đáp ứng tần số rộng và hiệu suất tuyệt vời
Đo lường có độ chính xác cao: Hệ thống cung cấp độ nhạy cao 4 mV/μm hoặc 1,25 μA/μm, có khả năng phát hiện chính xác các thay đổi dịch chuyển ở cấp độ micron, cung cấp dữ liệu đáng tin cậy để dự đoán bảo trì.
Đáp ứng tần số rộng: Đáp ứng tần số nằm trong khoảng từ DC đến 20 kHz (-3 dB). Đặc tính này cho phép nó không chỉ đo các chuyển vị chậm của trục (như phao dọc trục) mà còn ghi lại chính xác các rung động tần số cao do mất cân bằng, lệch trục, ăn khớp bánh răng, v.v., trong máy quay tốc độ cao (lên đến vài trăm nghìn vòng/phút), cung cấp thông tin quang phổ phong phú để chẩn đoán lỗi.
Độ ổn định nhiệt độ và tuyến tính tuyệt vời: Các mạch tuyến tính hóa bên trong và công nghệ bù nhiệt độ duy trì đầu ra tuyến tính cao và độ ổn định trên toàn dải nhiệt độ và phạm vi nhiệt độ chỉ định, giảm thiểu sai số đo.
4. Khả năng chịu đựng và độ tin cậy môi trường mạnh mẽ
Phạm vi nhiệt độ rộng: Bộ điều hòa tín hiệu hoạt động đáng tin cậy ở nhiệt độ môi trường xung quanh từ -30°C đến +70°C, trong khi cảm biến chịu được nhiệt độ từ -25°C đến +140°C.
Xếp hạng bảo vệ cao: Đầu cảm biến đạt được xếp hạng bảo vệ IP68 (theo IEC 60529), cho phép ngâm dưới nước lâu dài; Bộ điều hòa tín hiệu đạt tiêu chuẩn IP40, thích hợp lắp đặt bên trong tủ điều khiển.
Chống rung và sốc: Máy điều hòa chịu được rung động 2g trong vòng 10-500 Hz và cảm biến chịu được rung động 5g và sốc cơ học 15g (sóng nửa hình sin 11ms), đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường cơ học có độ rung cao.
5. Tính linh hoạt của hệ thống và dễ sử dụng
Khả năng thay thế linh kiện: Cảm biến, cáp mở rộng và bộ điều hòa tạo thành một hệ thống được hiệu chuẩn trước, trong đó các linh kiện có thể được thay thế độc lập mà không cần hiệu chuẩn lại, giúp giảm đáng kể chi phí tồn kho phụ tùng và chi phí bảo trì.
Nhiều tùy chọn đầu ra: Người dùng có thể linh hoạt lựa chọn chế độ đầu ra điện áp hoặc dòng điện dựa trên điều kiện nối dây hiện trường và nhu cầu chống nhiễu.
Nhiều tùy chọn lắp đặt: Bộ điều hòa tín hiệu có thể được gắn trực tiếp bằng vít hoặc được trang bị tùy chọn với bộ chuyển đổi MA130 để lắp đặt trên đường ray DIN tiêu chuẩn, tạo điều kiện tích hợp.
Tùy chọn bảo vệ cáp: Lớp vỏ giáp 'BOA' bằng thép không gỉ tùy chọn và lớp vỏ ngoài FEP mang lại khả năng chống mài mòn cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn hóa học.
Tóm tắt sự khác biệt:
IQS452 phù hợp hơn với các môi trường đặc biệt có áp suất cao, độ tin cậy cao, chẳng hạn như thủy điện và máy bơm giếng sâu.
IQS450 linh hoạt hơn, với phạm vi đo lớn hơn (12 mm), phù hợp để theo dõi độ rung và vị trí trong hầu hết các máy quay.
Cả hai loại này hơi khác nhau về đặc tính đầu ra, phạm vi nhiệt độ và chứng nhận chống cháy nổ nhưng có chung nguyên tắc hoạt động cốt lõi.
