Đầu dò tiệm cận TQ402 là thành phần cốt lõi của hệ thống đo tiệm cận TQ402/TQ412, EA402 và IQS900. Hệ thống này tạo thành một chuỗi đo chuyển vị hoàn chỉnh, không tiếp xúc dựa trên nguyên lý dòng điện xoáy, được thiết kế đặc biệt để theo dõi tình trạng và bảo vệ máy móc quay công nghiệp.
Được biết đến với độ chính xác cao, độ tin cậy và khả năng phục hồi môi trường đặc biệt, đầu dò TQ402 được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quan trọng như tua bin hơi nước, tua bin khí, tua bin thủy lực, máy phát điện, máy nén tua bin và máy bơm để đo độ rung tương đối của trục và vị trí trục. Thiết kế hệ thống tuân thủ các tiêu chuẩn API 670 và có sẵn các phiên bản được chứng nhận để sử dụng trong môi trường có khả năng gây nổ, khiến hệ thống trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp cao cấp.
II. Các tính năng chính
Đo lường không tiếp xúc và độ chính xác cao
TQ402 đo chính xác những thay đổi nhỏ trong khoảng cách giữa đầu dò và bề mặt kim loại mục tiêu, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện tương ứng. Phương pháp không tiếp xúc này tránh mài mòn các bộ phận quay, khiến nó hoàn toàn phù hợp với các điều kiện vận hành khắc nghiệt liên quan đến tốc độ và nhiệt độ cao.
Khả năng thay thế thành phần toàn hệ thống
Toàn bộ hệ thống đo lường (bao gồm đầu dò TQ402/TQ412, cáp mở rộng EA402 và bộ điều hòa tín hiệu IQS900) được hiệu chuẩn chính xác, với tất cả các thành phần hoàn toàn có thể hoán đổi cho nhau. Người dùng có thể thay thế bất kỳ thành phần nào mà không cần phải so khớp hoặc hiệu chỉnh lại tại chỗ phức tạp, duy trì hiệu suất hệ thống được chỉ định. Điều này giúp đơn giản hóa đáng kể việc bảo trì và giảm chi phí tồn kho.
Phạm vi đo rộng và các tùy chọn đầu ra
Hệ thống cung cấp hai phạm vi đo tuyến tính tiêu chuẩn: 2 mm (0,15 đến 2,15 mm) và 4 mm (0,3 đến 4,3 mm). Bộ điều hòa tín hiệu IQS900 cung cấp cả tùy chọn đầu ra điện áp (-1,6 V đến -17,6 V) và dòng điện (-15,5 mA đến -20,5 mA), tạo điều kiện tích hợp với nhiều hệ thống giám sát phụ trợ khác nhau như VM600 hoặc VibroSmart®.
Độ bền môi trường đặc biệt
Phạm vi nhiệt độ: Thân đầu dò hoạt động đáng tin cậy từ -40°C đến +180°C với độ lệch dưới 5% và có thể tồn tại khi tiếp xúc ngắn hạn lên tới +220°C.
Xếp hạng bảo vệ: Đầu dò và phần cáp tích hợp được xếp hạng IP68, bảo vệ chống bụi xâm nhập và ngâm lâu trong nước.
Độ bền cơ học: Nó có thể chịu được độ rung cực đại 5 g (10-500 Hz) và độ rung cực đại 15 g (thời gian 11 ms), đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường có độ rung cao.
Cấu trúc vật lý chắc chắn
Đầu dò: Có một cuộn dây được bọc trong một đầu được đúc từ Torlon® (polyamide-imide), mang lại khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và độ bền cơ học tuyệt vời.
Thân đầu dò: Được chế tạo từ thép không gỉ AISI 316L và được bọc bằng nhựa epoxy nhiệt độ cao, đảm bảo độ chắc chắn và độ bền tổng thể.
Cáp và đầu nối: Sử dụng cáp đồng trục 75 Ω có lớp cách điện FEP, đường kính 3,6 mm. Đầu nối là loại đồng trục thu nhỏ tự khóa, khóa chắc chắn bằng cách siết chặt bằng tay và có cơ chế chống lỏng.
Chứng nhận và tuân thủ an toàn toàn diện
TQ402 có sẵn các phiên bản được chứng nhận để sử dụng trong khu vực nguy hiểm, bao gồm:
Ex ia An toàn nội tại (đối với Vùng 0, 1, 2).
Ex nA Không phát ra tia lửa (đối với Vùng 2).
Ngoài ra, hệ thống còn tuân thủ nhiều tiêu chuẩn và chỉ thị quốc tế như CE, EAC và RoHS.
III. Nguyên tắc làm việc
Bộ chuyển đổi độ gần TQ402 và hệ thống của nó hoạt động dựa trên nguyên lý vật lý cốt lõi của hiệu ứng dòng điện xoáy. Sau đây là chi tiết về toàn bộ quá trình từ tạo tín hiệu đến đầu ra cuối cùng.
1. Tạo ra hiệu ứng dòng điện xoáy
Trái tim của cảm biến TQ402 là một cuộn dây quấn chính xác, được đúc bên trong đầu dò Torlon® chắc chắn. Khi hệ thống được cấp nguồn, bộ điều hòa tín hiệu IQS900 đi kèm sẽ cung cấp cho cuộn dây này dòng điện xoay chiều tần số cao (thường là 1-2 MHz). Theo định luật điện từ, dòng điện xoay chiều này tạo ra một trường điện từ xoay chiều tần số cao xung quanh đầu dò.
Khi đầu dò tiếp cận mục tiêu kim loại dẫn điện (ví dụ: trục thép của máy), trường điện từ xen kẽ này sẽ xuyên qua bề mặt mục tiêu. Định luật cảm ứng của Faraday chỉ ra rằng từ trường biến thiên sẽ tạo ra dòng điện tuần hoàn vòng kín, được gọi là dòng điện xoáy, bên trong dây dẫn. Mật độ và cường độ của các dòng điện xoáy này có liên quan mật thiết đến khoảng cách giữa đầu dò và mục tiêu.
2. Thay đổi trở kháng và phát hiện tín hiệu
Bản thân dòng điện xoáy cảm ứng tạo ra một trường điện từ ngược chiều (Định luật Lenz), trường này tương tác với trường ban đầu do cuộn dây đầu dò tạo ra. Sự tương tác này gây ra sự thay đổi trở kháng AC hiệu dụng của cuộn dây đầu dò. Cụ thể, khi khoảng cách giảm, hiệu ứng ghép nối tăng cường, hiệu ứng dòng điện xoáy trở nên đáng kể hơn và trở kháng của cuộn dây tăng lên. Ngược lại, khi khoảng cách tăng lên thì trở kháng giảm.
Do đó, khoảng cách giữa đầu dò và mục tiêu được chuyển đổi trực tiếp thành sự thay đổi trở kháng điện của cuộn dây cảm biến TQ402. Sự thay đổi trở kháng này chứa thông tin về cả khía cạnh tĩnh (khoảng cách trung bình) và động (rung động) của khe hở.
3. Điều hòa và giải điều chế tín hiệu
Vai trò của bộ điều hòa tín hiệu IQS900 là phát hiện và xử lý sự thay đổi trở kháng tinh tế này. Nó chứa một mạch điều chế/giải điều chế chính xác. Bộ điều hòa liên tục theo dõi những thay đổi trong tín hiệu truyền động được cung cấp cho cuộn dây do sự thay đổi trở kháng.
Thông qua việc giải điều chế tín hiệu tần số cao được trả về, IQS900 sẽ trích xuất chính xác thành phần điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với khoảng cách khe hở. Quá trình này lọc sóng mang tần số cao, chỉ để lại tín hiệu tần số thấp (DC đến 20 kHz) liên quan đến khoảng cách.
4. Tuyến tính hóa và đầu ra
Tín hiệu giải điều chế được khuếch đại và tuyến tính hóa, chuyển đổi thành đầu ra tín hiệu điện tiêu chuẩn, dễ đo lường:
Chế độ đầu ra điện áp: Xuất ra điện áp DC tỷ lệ với khe hở, với độ nhạy thông thường là 8 mV/μm (200 mV/mil) cho phạm vi 2 mm hoặc 4 mV/μm (100 mV/mil) cho phạm vi 4 mm. Đầu ra tuyến tính thường nằm trong khoảng từ -1,6 V (khoảng cách tối thiểu) đến -17,6 V (khoảng cách tối đa).
Chế độ đầu ra hiện tại: Xuất ra dòng điện tỷ lệ với khoảng cách, với độ nhạy thông thường là 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) hoặc 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil). Đầu ra tuyến tính thường nằm trong khoảng từ -15,5 mA (khoảng cách tối thiểu) đến -20,5 mA (khoảng cách tối đa).
Hệ thống thể hiện độ tuyến tính tuyệt vời trong phạm vi chỉ định của nó (ví dụ: 2 mm hoặc 4 mm), đảm bảo mối quan hệ tỷ lệ có độ chính xác cao giữa điện áp/dòng điện đầu ra và khe hở cơ học.
5. Tách tín hiệu tĩnh và động
Tín hiệu đầu ra cuối cùng chứa cả thành phần DC (Dòng điện một chiều) và AC (Dòng điện xoay chiều):
Thành phần DC: Biểu thị vị trí trung bình hoặc khoảng cách tĩnh giữa đầu dò và mục tiêu, được sử dụng để theo dõi các thông số thay đổi chậm như độ dịch chuyển dọc trục hoặc độ mòn ổ trục.
Thành phần AC: Được đặt chồng lên thành phần DC, nó thể hiện độ rung động của mục tiêu so với đầu dò. Biên độ của nó phản ánh cường độ rung và tần số của nó cho biết nguồn rung. Điều này cho phép hệ thống thực hiện đồng thời cả giám sát vị trí và rung động.
6. Bù nhiệt độ và hiệu chỉnh hệ thống
Để đảm bảo độ chính xác của phép đo trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ vận hành (-40°C đến +180°C), thiết kế hệ thống kết hợp các cơ chế bù nhiệt độ để giảm thiểu tác động của chênh lệch nhiệt độ đến đầu ra. Đầu dò được hiệu chuẩn tại nhà máy bằng cách sử dụng thép VCL 140 (1.7225) làm vật liệu mục tiêu, tương đương với các vật liệu trục thông thường như AISI 4140. Đối với các ứng dụng có vật liệu đặc biệt, nên tham khảo ý kiến của nhà sản xuất để có được đường cong hiệu suất cụ thể.
IV. Điểm tích hợp và lựa chọn hệ thống
Tổng chiều dài hệ thống: Tổng chiều dài hệ thống là tổng chiều dài cáp tích hợp của đầu dò TQ402 và chiều dài cáp mở rộng EA402. Chiều dài hệ thống tiêu chuẩn là 1 mét, 5 mét và 10 mét, có thể đạt được thông qua sự kết hợp linh hoạt giữa các đầu dò và chiều dài cáp kéo dài khác nhau.
Cắt tỉa bằng điện: Để đảm bảo hiệu suất hệ thống và khả năng thay thế lẫn nhau, độ dài danh nghĩa của cáp kéo dài yêu cầu 'cắt tỉa bằng điện'. Tổng chiều dài tối thiểu có thể sử dụng thực tế nhỏ hơn một chút so với giá trị danh nghĩa (ví dụ: tối thiểu 4,4 m đối với hệ thống 5 m).
Bảo vệ tùy chọn: Có thể chọn các ống thép không gỉ linh hoạt có vỏ bọc FEP để cung cấp thêm khả năng bảo vệ cơ học và khả năng kháng hóa chất cho cáp.
Cài đặt: Thân đầu dò cung cấp cả tùy chọn ren hệ mét và hệ mét, đồng thời có thể được ghép nối với nhiều giá đỡ khác nhau để phù hợp với các không gian và yêu cầu lắp đặt khác nhau.
V. Tính toàn vẹn về an toàn và chẩn đoán hệ thống (SIL)
Hệ thống TQ402, kết hợp với bộ điều hòa tín hiệu IQS900, cung cấp các tính năng tiên tiến đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy và an toàn công nghiệp hiện đại.
Chức năng chẩn đoán tích hợp: Bộ điều hòa tín hiệu IQS900 cung cấp mạch chẩn đoán Tự kiểm tra tích hợp (BIST) tùy chọn. Khi bật chẩn đoán, hệ thống sẽ liên tục theo dõi tình trạng của toàn bộ chuỗi đo lường (bao gồm cả cảm biến, cáp và bộ điều hòa). Khi phát hiện hở mạch, đoản mạch hoặc các lỗi khác, nó sẽ thay đổi tín hiệu đầu ra để chỉ rõ vấn đề:
Ở chế độ đầu ra điện áp/dòng điện, giá trị đầu ra sẽ nằm ngoài phạm vi bình thường -1,6 V đến -17,6 V hoặc -15,5 mA đến -20,5 mA, cung cấp cảnh báo lỗi rõ ràng cho hệ thống giám sát phụ trợ và cho phép bảo trì dự đoán.
Chứng nhận An toàn Chức năng: Bộ điều hòa tín hiệu IQS900 có chức năng chẩn đoán được thiết kế để đáp ứng SIL 2 (theo IEC 61508) và PL c, Cat. 1 (theo ISO 13849) Mức độ toàn vẹn về an toàn. Điều này có nghĩa là thiết kế của hệ thống đủ để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của nhiều ứng dụng liên quan đến an toàn (ví dụ: hệ thống bảo vệ máy móc), giúp người dùng dễ dàng xây dựng hệ thống sản xuất tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn hơn.
VI. Tùy chọn cài đặt và cấu hình cơ khí
Cấu hình cơ khí linh hoạt:
Thông số luồng: Thân đầu dò TQ402 cung cấp nhiều tùy chọn luồng khác nhau, bao gồm hệ mét M10x1, M14x1.5, M16x1.5 và hệ Anh 3/8'-24UNF, 1/2'-20UNF, 5/8'-18UNF, đáp ứng các tiêu chuẩn về thiết bị và lỗ lắp trên toàn cầu.
Tùy chỉnh kích thước: Người dùng có thể chỉ định Chiều dài vỏ (từ 20 mm đến 250 mm) và Chiều dài chưa đọc (từ 0 mm đến 230 mm) dựa trên yêu cầu về độ sâu lắp đặt, mang lại tính linh hoạt lắp đặt cao.
Mô hình gắn ngược: Đối với các ứng dụng mà tiêu chuẩn TQ402 không thể phù hợp, dòng sản phẩm này cũng cung cấp mô hình TQ412. TQ412 được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng lắp ngược, trong đó hướng đầu dò thẳng hàng với hướng thoát của cáp, phù hợp với các phép đo được thực hiện từ bên trong vỏ thiết bị ra bên ngoài.
Phụ kiện kết nối và bảo vệ:
Bảo vệ đầu nối: Bộ bảo vệ kết nối IP172 có sẵn để bảo vệ điểm kết nối giữa cáp đầu dò và cáp mở rộng, ngăn ngừa ô nhiễm do dầu, độ ẩm và hư hỏng cơ học.
Bảo vệ cáp: Ngoài vỏ bọc FEP cố định, các ống thép không gỉ linh hoạt (ống bảo vệ) có sẵn dưới dạng tùy chọn. Chúng có thể di chuyển so với cáp để lắp đặt dễ dàng hơn, cung cấp khả năng bảo vệ cơ học chắc chắn trong các đường định tuyến phức tạp và khắc nghiệt.
Giá đỡ: Hiện có sẵn nhiều loại bộ chuyển đổi gắn đầu dò (ví dụ dòng PA15x), cùng với bộ chuyển đổi gắn ray MA130 cho bộ điều hòa tín hiệu IQS900. Điều này hỗ trợ các thanh ray TH 35 tiêu chuẩn, tạo điều kiện cho việc lắp đặt theo mô-đun, mật độ cao trong tủ điều khiển.
