TQ403 là cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc hiệu suất cao thuộc dòng sản phẩm VM. Cùng với cáp mở rộng EA403 và bộ điều hòa tín hiệu IQS450, nó tạo thành một hệ thống đo khoảng cách hoàn chỉnh. Dựa trên nguyên lý dòng điện xoáy, hệ thống này được sử dụng rộng rãi để theo dõi tình trạng và bảo vệ máy quay công nghiệp, đặc biệt thích hợp để đo độ rung và vị trí 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.
Hệ thống TQ403 có độ chính xác cao, độ tin cậy cao, hoạt động ở phạm vi nhiệt độ rộng và khả năng thích ứng môi trường tuyệt vời. Nó hỗ trợ sử dụng trong các khu vực nguy hiểm (môi trường chống cháy nổ) và cung cấp cả tùy chọn đầu ra điện áp và dòng điện, giúp nó phù hợp với các yêu cầu tích hợp hệ thống giám sát công nghiệp khác nhau.
Nguyên tắc làm việc
Hệ thống đo độ gần TQ403 hoạt động dựa trên Nguyên lý dòng điện xoáy để đo độ dịch chuyển không tiếp xúc. Cơ chế hoạt động của hệ thống như sau:
1. Cơ chế tạo và ghép trường điện từ
Cốt lõi của cảm biến TQ403 là cấu trúc cuộn dây quấn chính xác được điều khiển bởi tín hiệu AC tần số cao từ bộ điều hòa tín hiệu IQS450. Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra một trường điện từ xoay chiều tần số cao trong không gian xung quanh. Trường này có đặc điểm phân bố không gian cụ thể, với cường độ giảm dần theo cấp số nhân khi khoảng cách ngày càng tăng. Khi một mục tiêu kim loại dẫn điện đi vào trường điện từ này, dòng điện xoáy vòng kín sẽ được tạo ra trên bề mặt mục tiêu theo định luật cảm ứng điện từ Faraday. Cường độ và đặc tính phân bố của các dòng điện xoáy này có liên quan chặt chẽ đến khoảng cách giữa cảm biến và mục tiêu, tính chất điện và từ của vật liệu mục tiêu và tần số kích thích.
2. Điều chế trở kháng và trích xuất tín hiệu
Dòng dòng điện xoáy trong vật liệu mục tiêu tạo ra một trường điện từ ngược pha với trường ban đầu, một hiện tượng được gọi là định luật Lenz. Sự tương tác giữa hai trường này làm thay đổi đáng kể trở kháng tương đương của cuộn dây cảm biến. Sự thay đổi trở kháng này bao gồm các biến thể ở cả thành phần điện trở và thành phần cảm ứng: sự thay đổi thành phần điện trở chủ yếu bắt nguồn từ sự tiêu tán năng lượng do dòng điện xoáy gây ra, trong khi sự thay đổi thành phần cảm ứng bắt nguồn từ hiệu ứng suy yếu của trường ngược trên trường ban đầu. Có một mối quan hệ chức năng phi tuyến tính cao giữa sự thay đổi trở kháng của cuộn dây cảm biến và khoảng cách khe hở. Hệ thống chuyển đổi mối quan hệ phi tuyến tính này thành đầu ra dòng điện hoặc điện áp tuyến tính cao thông qua thiết kế mạch chính xác và xử lý thuật toán.
3. Xử lý tuyến tính và điều hòa tín hiệu
Bộ điều hòa tín hiệu IQS450 đóng vai trò là lõi thông minh của toàn bộ hệ thống, chứa bộ dao động tần số cao hiệu suất cao, mạch giải điều chế chính xác và bộ xử lý tín hiệu tiên tiến. Bộ tạo dao động tạo ra tín hiệu tần số cao (thường là 1-2 MHz) với tần số ổn định và biên độ không đổi để điều khiển cuộn dây cảm biến. Mạch thu trích xuất chính xác thông tin hữu ích từ những thay đổi trở kháng bằng công nghệ phát hiện nhạy pha (PSD). Hệ thống sử dụng công nghệ bù nhiệt độ kỹ thuật số và thuật toán khớp đa thức để thực hiện xử lý tuyến tính hóa thời gian thực và bù chênh lệch nhiệt độ trên tín hiệu thô từ cảm biến, đảm bảo độ chính xác đo tuyệt vời trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ vận hành.
4. Giao diện đầu ra và tích hợp hệ thống
Các tín hiệu đo đã xử lý được xuất ra theo hai cách: chế độ đầu ra điện áp sử dụng cấu hình ba dây cung cấp đầu ra tuyến tính từ -1,6V đến -17,6V, tương ứng với phạm vi đo từ 0,75mm đến 12,75mm; chế độ đầu ra dòng điện sử dụng cấu hình hai dây cung cấp tín hiệu dòng điện từ -15,5mA đến -20,5mA. Cả hai phương pháp đầu ra đều có tính năng bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ phân cực ngược, cho phép tích hợp trực tiếp với PLC, DCS hoặc hệ thống giám sát máy chuyên dụng. Các thông số trở kháng, điện dung và điện cảm đầu ra của hệ thống được tối ưu hóa để đảm bảo tính toàn vẹn và ổn định của tín hiệu trong quá trình truyền cáp dài.
5. Hiệu chuẩn và bù vật liệu mục tiêu
Hệ thống được hiệu chuẩn tại nhà máy bằng cách sử dụng thép VCL 140 (1,7225) làm vật liệu mục tiêu tiêu chuẩn, với độ nhạy được đặt thành 1,33 mV/μm hoặc 0,417 μA/μm. Vì các vật liệu khác nhau có độ dẫn điện và độ thấm từ khác nhau nên cần phải hiệu chuẩn lại hoặc hiệu chỉnh hệ số vật liệu nếu vật liệu mục tiêu thay đổi trong các ứng dụng thực tế. Hệ thống hỗ trợ các dịch vụ hiệu chuẩn tùy chỉnh. Người dùng có thể cung cấp các mẫu vật liệu cụ thể và chúng tôi sẽ cung cấp các giải pháp hiệu chuẩn có mục tiêu để đảm bảo độ chính xác của phép đo đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể.
Đặc trưng
Hệ thống TQ403 tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, mang lại đặc tính hiệu suất tuyệt vời và khả năng thích ứng ứng dụng rộng rãi. Các tính năng chính của nó bao gồm:
1. Khả năng đo không tiếp xúc thực sự
Hệ thống áp dụng phương pháp đo hoàn toàn không tiếp xúc, loại bỏ hao mòn cơ học, nhiệt ma sát và hiệu ứng tải liên quan đến cảm biến tiếp xúc truyền thống. Phương pháp đo này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng máy móc quay tốc độ cao, cho phép nắm bắt chính xác hành vi động học của rôto mà không tạo thêm bất kỳ tải trọng hoặc nhiễu nào lên thân quay. Việc không tiếp xúc vật lý giữa cảm biến và mục tiêu giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của thiết bị và giảm yêu cầu bảo trì.
2. Đặc điểm băng thông siêu rộng và phản hồi động cao
Hệ thống có dải tần đáp ứng cực rộng từ DC đến 20kHz (-3dB), một chỉ báo hiệu suất dẫn đầu trong các cảm biến tiệm cận công nghiệp. Đầu tần số thấp kéo dài xuống DC, cho phép đo chính xác các chuyển vị và vị trí tĩnh thay đổi chậm; đầu tần số cao đạt tới 20kHz, đủ để thu được các bộ phận rung tần số cao và các sự kiện va chạm trong hầu hết các máy móc quay. Đặc tính băng thông rộng này cho phép hệ thống không chỉ được sử dụng để theo dõi độ rung mà còn cho các ứng dụng chẩn đoán nâng cao như phân tích tần số chia lưới bánh răng và trích xuất tính năng lỗi vòng bi.
3. Phạm vi đo mở rộng và hiệu suất tuyến tính tuyệt vời
TQ403 cung cấp phạm vi đo rộng 12 mm, lớn hơn đáng kể so với các cảm biến tiệm cận 2 mm hoặc 4 mm truyền thống, mang lại biên độ lắp đặt và biên độ an toàn lớn hơn để theo dõi độ rung của máy quay lớn. Hệ thống duy trì các đặc tính tuyến tính tuyệt vời trong toàn bộ phạm vi đo, với sai số tuyến tính được kiểm soát trong phạm vi tối thiểu sau khi bù chính xác. Người dùng có thể biết đặc tính chính xác của các khoảng đo khác nhau thông qua các đường cong hiệu suất được cung cấp, từ đó lựa chọn điểm vận hành phù hợp dựa trên yêu cầu ứng dụng thực tế.
4. Thiết kế chắc chắn và thích ứng với môi trường khắc nghiệt
Hệ thống có thể hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ khắc nghiệt từ -40°C đến +180°C, với khả năng chịu đựng ngắn hạn lên tới +220°C trong môi trường khắc nghiệt. Đầu cảm biến có xếp hạng bảo vệ IP68, cung cấp khả năng bảo vệ hoàn toàn chống lại sự xâm nhập của bụi và ngâm liên tục. Về mặt cơ học, cảm biến có thể chịu được gia tốc rung ở mức đỉnh 5g (10-500Hz) và gia tốc rung ở mức đỉnh 15g (nửa sóng hình sin, thời lượng 11ms), đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
5. Chứng nhận chống cháy nổ toàn diện và đảm bảo an toàn
Hệ thống cung cấp nhiều phiên bản được chứng nhận chống cháy nổ để đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn khu vực và quốc tế khác nhau: Phiên bản Ex ia tuân thủ IECEx, ATEX, cCSAus và các chứng nhận khác, phù hợp với các khu vực nguy hiểm Vùng 0/1/2; Phiên bản Ex nA phù hợp với khu vực Zone 2. Mỗi loại chống cháy nổ đều có giấy chứng nhận tương ứng và điều kiện sử dụng đặc biệt. Người dùng có thể chọn loại chống cháy nổ thích hợp dựa trên môi trường ứng dụng thực tế.
6. Cấu hình đầu ra linh hoạt và các tùy chọn tích hợp hệ thống
Hệ thống cung cấp cả chế độ đầu ra điện áp và dòng điện để đáp ứng các yêu cầu giao diện khác nhau. Chế độ đầu ra điện áp cung cấp dải động 16V với trở kháng đầu ra 500Ω; chế độ đầu ra hiện tại cung cấp dải động 5mA bằng phương pháp kết nối hai dây, giúp đơn giản hóa đáng kể các yêu cầu nối dây. Cả hai đầu ra đều có tính năng bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải, đảm bảo bảo vệ thiết bị trong các tình huống bất ngờ.
7. Khả năng hoán đổi thành phần tuyệt vời và khả năng mở rộng hệ thống
Hệ thống áp dụng khái niệm thiết kế mô-đun trong đó tất cả các thành phần (cảm biến, cáp, bộ điều hòa) hoàn toàn có thể thay thế cho nhau mà không cần hiệu chỉnh lại. Nó hỗ trợ các kết hợp chiều dài cáp khác nhau (cáp tích hợp 1m/5m/10m + cáp mở rộng) với tổng chiều dài hệ thống là 5m hoặc 10m. Hệ thống này còn hỗ trợ tính năng 'cắt tỉa điện', tối ưu hóa hiệu suất hệ thống bằng cách điều chỉnh độ dài điện của cáp để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu trong quá trình truyền cáp dài.
8. Cấu trúc cơ học chắc chắn và nhiều tùy chọn bảo vệ
Đầu cảm biến được làm bằng vật liệu Torlon® (polyamide-imide), mang lại độ ổn định nhiệt độ cao, độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn hóa học tuyệt vời. Vỏ sử dụng vật liệu thép không gỉ MAZ (1.4305), mang lại khả năng bảo vệ cơ học tuyệt vời. Người dùng cũng có thể tùy chọn trang bị ống mềm bằng thép không gỉ (bán kính uốn cong tối thiểu 50mm) và vỏ bọc FEP để tăng cường hơn nữa khả năng bảo vệ cơ học của cáp và khả năng thích ứng với môi trường.
9. Khả năng tương thích hệ thống rộng và khả năng thích ứng ứng dụng
Hệ thống có thể được tích hợp liền mạch với các hệ thống giám sát tương ứng của VM hoặc được cấp nguồn độc lập bằng nguồn điện bên ngoài. Nó cung cấp các tùy chọn lắp ray DIN (bộ chuyển đổi lắp MA130) để dễ dàng lắp đặt trong tủ điều khiển. Hệ thống này cũng cung cấp nhiều lựa chọn phụ kiện khác nhau, bao gồm vỏ công nghiệp, hộp nối và bộ bảo vệ kết nối, đáp ứng các yêu cầu lắp đặt cho các môi trường ứng dụng khác nhau.
Tóm tắt thông số kỹ thuật
| của mặt hàng |
Thông số kỹ thuật |
| Nguyên tắc đo lường |
Hiệu ứng dòng điện xoáy |
| Phạm vi đo |
12 mm |
| Tùy chọn đầu ra |
Điện áp: -1,6 V đến -17,6 V
Dòng điện: -15,5 mA đến -20,5 mA |
| Đáp ứng tần số |
DC đến 20 kHz (-3 dB) |
| Lỗi tuyến tính |
Tham khảo Đường cong hiệu suất (Trang 5) |
| Nhiệt độ hoạt động |
-40°C đến +180°C |
| Xếp hạng bảo vệ |
IP68 (Đầu cảm biến) |
| Chứng nhận chống cháy nổ |
Ex ia IIC T6–T3 Ga (Vùng 0/1/2)
Ex nA IIC T6–T3 Gc (Vùng 2) |
| Loại cáp |
Cáp đồng trục 70 Ω, vỏ bọc FEP |
| Đầu nối |
Đầu nối đồng trục thu nhỏ tự khóa |
| Cân nặng |
Xấp xỉ. 140 g (Tiêu chuẩn) / 220 g (Phiên bản cũ) |
Lĩnh vực ứng dụng
Hệ thống TQ403 được sử dụng rộng rãi trong các tình huống công nghiệp sau:
Máy Turbo: Giám sát độ rung tương đối của trục và vị trí trục cho tua bin hơi, tua bin khí và tua bin thủy lực
Thiết bị phát điện: Giám sát tình trạng máy phát điện và máy kích thích
Bộ máy nén: Chống rung cho máy nén ly tâm và hướng trục
Thiết bị bơm: Giám sát tình trạng cơ học cho máy bơm tốc độ cao và máy bơm nhiều tầng
Máy quay khác: Quạt, hộp số, động cơ, v.v.
