TQ412 là bộ chuyển đổi dòng điện xoáy không tiếp xúc gắn ngược hiệu suất cao từ dòng sản phẩm VM. Nó được thiết kế đặc biệt để theo dõi tình trạng và bảo vệ máy móc quay trong môi trường công nghiệp và đóng vai trò là thành phần cốt lõi của hệ thống đo lường độ gần TQ402/TQ412, EA402 và IQS900. Dựa trên nguyên lý cảm biến dòng điện xoáy, hệ thống này đo chính xác độ rung tương đối, độ dịch chuyển dọc trục và sự thay đổi khe hở trong trục máy quay. Nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quan trọng như tua bin hơi nước, tua bin khí, tua bin thủy điện, máy phát điện, máy nén tua bin và máy bơm.
Cảm biến TQ412 có thiết kế gắn ngược, phù hợp để lắp đặt trong các tình huống có không gian hạn chế hoặc được cấu hình đặc biệt. Cùng với cáp mở rộng EA402 và bộ điều hòa tín hiệu IQS900, nó tạo thành một chuỗi đo lường hoàn chỉnh. Tất cả các thành phần đều hoàn toàn có thể hoán đổi cho nhau và không yêu cầu hiệu chuẩn riêng lẻ, giúp đơn giản hóa đáng kể việc tích hợp và bảo trì hệ thống. Hệ thống hỗ trợ hai phạm vi đo (2 mm hoặc 4 mm), cung cấp đầu ra điện áp hoặc dòng điện và tuân thủ các khuyến nghị tiêu chuẩn API 670.
Các tính năng và chức năng chính
1. Đo lường có độ chính xác cao không tiếp xúc
Dựa trên hiệu ứng dòng điện xoáy, nó đo sự thay đổi độ dịch chuyển trên bề mặt kim loại mà không tiếp xúc vật lý với mục tiêu.
Phạm vi đo: 2 mm hoặc 4 mm (được chọn thông qua tùy chọn đặt hàng).
Tùy chọn độ nhạy:
8 mV/μm (200 mV/mil) hoặc 2,5 μA/μm (62,5 μA/mil) — tương ứng với phạm vi 2 mm
4 mV/μm (100 mV/mil) hoặc 1,25 μA/μm (31,2 μA/mil) — tương ứng với phạm vi 4 mm
Đáp ứng tần số: DC đến 20 kHz (–3 dB), có khả năng thu tín hiệu rung động từ máy quay tốc độ cao.
2. Thiết kế gắn ngược
Được thiết kế đặc biệt cho cấu trúc cơ khí đặc biệt hoặc có không gian hạn chế, mang lại khả năng lắp đặt linh hoạt hơn.
Cung cấp các tùy chọn luồng theo hệ mét (M10×1) hoặc hệ đo lường Anh (3/8'-24UNF) để phù hợp với các yêu cầu lắp đặt khác nhau.
3. Khả năng thích ứng với nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt
Phạm vi nhiệt độ hoạt động của thân đầu dò: –40°C đến +180°C (đang hoạt động), với thời gian tồn tại ngắn hạn lên tới +220°C.
Xếp hạng bảo vệ tổng thể: Đầu cảm biến được xếp hạng IP68, phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt như môi trường có độ ẩm, dầu và bụi.
Chống rung: Chịu được độ rung cực đại 5 g trong phạm vi 10–500 Hz.
Khả năng chống sốc: Chịu được cú sốc cực đại 15 g (nửa sóng hình sin, thời lượng 11 ms).
4. Chứng nhận và an toàn chống cháy nổ
Cung cấp nhiều tùy chọn chứng nhận chống cháy nổ (được chỉ định qua mã đặt hàng):
Ex ia An toàn nội tại (Tùy chọn A2): Thích hợp cho các khu vực nguy hiểm Vùng 0/1/2, được chứng nhận bởi ATEX, IECEx, cCSAus và các tiêu chuẩn quốc tế khác.
Ex nA Không phát ra tia lửa (Tùy chọn A3): Thích hợp cho khu vực nguy hiểm Vùng 2.
Cả cảm biến và cáp đều được chứng nhận chống cháy nổ, đảm bảo sử dụng an toàn trong môi trường có khả năng gây nổ.
5. Tính mô đun và khả năng thay thế lẫn nhau
Hoàn toàn tương thích với cáp TQ402, EA402 và bộ điều hòa tín hiệu IQS900. Các thành phần có thể hoán đổi cho nhau và không cần hiệu chuẩn lại.
Hỗ trợ ba tổng chiều dài hệ thống (TSL): 1 m, 5 m và 10 m, có thể đạt được thông qua việc kết hợp cáp tích hợp cảm biến có độ dài khác nhau và cáp mở rộng.
6. Thiết kế cơ khí và vật liệu
Đầu cảm biến sử dụng vật liệu Torlon (polyamide-imide) để bọc cuộn dây, mang lại độ ổn định cơ học và độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời.
Thân máy được chế tạo từ thép không gỉ (AISI 316L) cho khả năng chống ăn mòn mạnh.
Vỏ nhựa epoxy nhiệt độ cao bên trong đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Đầu nối đồng trục thu nhỏ tự khóa tiêu chuẩn đảm bảo kết nối đáng tin cậy và hỗ trợ môi trường nhiệt độ cao (lên đến 200°C).
7. Cấu hình bảo vệ tùy chọn
Nguyên tắc làm việc chi tiết
1. Nguyên tắc cơ bản về hiệu ứng dòng điện xoáy
Cảm biến TQ412 hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến dòng điện xoáy. Đầu của nó chứa một cuộn dây quấn từ dây tráng men chính xác, được điều khiển bởi tín hiệu kích thích AC tần số cao (thường là 1–2 MHz) từ bộ điều hòa tín hiệu IQS900. Dòng điện tần số cao tạo ra từ trường xoay chiều tần số cao xung quanh cuộn dây. Khi đầu dò cảm biến tiếp cận mục tiêu kim loại dẫn điện (ví dụ: bề mặt trục), từ trường xen kẽ này tạo ra dòng điện tuần hoàn vòng kín, được gọi là dòng điện xoáy, trên bề mặt dây dẫn. Cường độ của dòng điện xoáy này tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa đầu dò cảm biến và bề mặt mục tiêu. Theo Định luật Lenz, những dòng điện xoáy này tạo ra một từ trường ngược chiều chống lại sự thay đổi của từ trường ban đầu. Sự tương tác này gây ra sự thay đổi trở kháng tương đương (bao gồm các thành phần điện trở và cảm ứng) của cuộn dây cảm biến. Mức độ thay đổi trở kháng có mối quan hệ chức năng chặt chẽ với khoảng cách khe hở, cung cấp cơ sở vật lý cho phép đo chính xác.
2. Điều chế và giải điều chế tín hiệu
Bộ điều hòa tín hiệu IQS900 là 'bộ não' của toàn bộ hệ thống. Mạch bên trong của nó bao gồm thiết lập chính xác của bộ dao động, bộ điều biến và bộ giải điều chế tần số cao. Tín hiệu tần số cao của bộ dao động điều khiển cuộn dây cảm biến, tạo thành cầu AC tần số cao. Khi trở kháng cuộn dây thay đổi do sự thay đổi khe hở, nó sẽ làm mất cân bằng cầu. Mạch điều biến phát hiện tín hiệu mất cân bằng phút này (thường ở mức milivolt). Sau đó, bộ giải điều chế, sử dụng các kỹ thuật như Phát hiện độ nhạy pha (PSD), giải điều chế tín hiệu được điều chế tần số cao chứa thông tin khe hở thành tín hiệu điện áp DC thay đổi chậm. Tín hiệu DC này tỷ lệ thuận với khoảng cách khe hở. Để nâng cao hơn nữa độ chính xác, máy điều hòa còn tích hợp mạch tuyến tính hóa và mạch bù nhiệt độ. Mạch tuyến tính hóa điều chỉnh các đặc tính phi tuyến tính vốn có của cảm biến thông qua các phương pháp như khớp đa thức, đảm bảo mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ giữa đầu ra và khoảng cách trên toàn bộ phạm vi đo. Mạch bù nhiệt độ liên tục theo dõi nhiệt độ môi trường và điều chỉnh các thông số mạch để chống lại tác động của sự thay đổi nhiệt độ lên điện trở cuộn dây, đặc tính linh kiện điện tử và điện dung của cáp. Điều này đảm bảo độ ổn định đo cực cao từ -40°C đến +180°C, với độ lệch thông thường dưới 5%.
3. Các loại tín hiệu đầu ra
Bộ điều hòa IQS900 chuyển đổi tín hiệu DC đã xử lý thành hai chế độ đầu ra công nghiệp tiêu chuẩn để thích ứng với các nhu cầu tích hợp hệ thống khác nhau:
Chế độ đầu ra điện áp (3 dây): Chế độ này cung cấp tín hiệu điện áp có độ chính xác cao tỷ lệ thuận với khe hở, từ -1,6 V đến -17,6 V. Bên trong nó sử dụng mạch khuếch đại hoạt động phản hồi âm sâu, đạt trở kháng đầu ra rất thấp (<100 Ω ở DC). Ưu điểm của trở kháng đầu ra thấp là khả năng điều khiển tải điện dung lớn hơn và giảm đáng kể sự suy giảm và biến dạng tín hiệu trong quá trình truyền cáp dài. Nó rất phù hợp để kết nối trực tiếp với các hệ thống thu thập dữ liệu đầu vào có trở kháng cao, mô-đun đầu vào tương tự PLC hoặc máy hiện sóng để chẩn đoán.
Chế độ đầu ra hiện tại (2 dây): Chế độ này cung cấp tín hiệu dòng điện từ -15,5 mA đến -20,5 mA. Dòng điện đầu ra nổi tiếng nhờ khả năng chống nhiễu điện từ (EMI) mạnh mẽ, khiến nó đặc biệt phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt đòi hỏi khoảng cách truyền lên tới vài trăm mét. Mạch chuyển đổi V/I chính xác bên trong bộ điều hòa đảm bảo giá trị hiện tại không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi điện trở đường dây. Đầu thu chỉ cần điện trở lấy mẫu có độ chính xác ≤350 Ω để chuyển đổi tín hiệu dòng điện thành tín hiệu điện áp để đo. Thiết kế đơn giản hóa này làm giảm đáng kể độ phức tạp và chi phí của thiết bị thu từ xa.
4. Bù nhiệt độ và hiệu chuẩn
Hệ thống được hiệu chuẩn ở +23°C ±5°C bằng cách sử dụng vật liệu mục tiêu tiêu chuẩn (thép VCL 140, 1.7225).
Mạch bù nhiệt độ bên trong đảm bảo độ lệch đầu ra duy trì dưới 5% trong phạm vi từ –40°C đến +180°C.
Nếu sử dụng vật liệu mục tiêu không chuẩn (chẳng hạn như thép không gỉ, nhôm, hợp kim, v.v.), thì đường cong hiệu suất phải được tái tạo hoặc áp dụng hiệu chỉnh độ nhạy.
5. Chức năng chẩn đoán (Tùy chọn)
Khi kết hợp với bộ điều hòa tín hiệu IQS900 có tính năng chẩn đoán (Tùy chọn đặt hàng C2), hệ thống có thể đạt được:
Chẩn đoán chuỗi: Phát hiện lỗi theo thời gian thực trong cảm biến, hệ thống cáp và/hoặc chính bộ điều hòa.
Chứng nhận SIL 2: Tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn chức năng IEC 61508, phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến an toàn.
Chỉ báo lỗi: Chỉ báo cảnh báo từ xa thông qua tín hiệu đầu ra nằm ngoài phạm vi bình thường (ví dụ: đầu ra dòng điện > –15,5 mA hoặc < –20,5 mA).
6. Tích hợp hệ thống và xử lý tín hiệu
Cảm biến TQ412, cáp nối dài EA402 và bộ điều hòa IQS900 tạo thành một chuỗi đo lường hoàn chỉnh.
Tổng chiều dài hệ thống (TSL) yêu cầu 'cắt tỉa điện' để đảm bảo hiệu suất hệ thống và khả năng thay thế lẫn nhau (ví dụ: chiều dài cáp thực tế cho hệ thống 5 m không được nhỏ hơn 4,4 m).
Tín hiệu thô (chân RAW/COM) và đầu vào thử nghiệm (chân TEST/COM) có thể được sử dụng để gỡ lỗi hệ thống và chẩn đoán nâng cao.
7. Lắp đặt và điều chỉnh cơ khí
Thiết kế gắn ngược giúp nó phù hợp để lắp đặt ở những không gian hạn chế hoặc có hình dạng đặc biệt.
Cung cấp nhiều chiều dài thân khác nhau (20–250 mm) và các tùy chọn chiều dài không đọc ren (0–230 mm).
Ống thép không gỉ linh hoạt hoặc vỏ bọc FEP tùy chọn có thể kéo dài tuổi thọ cáp, thích ứng với môi trường nhiệt độ cao, ăn mòn hoặc mài mòn cơ học.
Kịch bản ứng dụng điển hình
Giám sát độ rung của máy quay: Đo độ rung tương đối của các trục trong tua bin khí, tua bin hơi nước, tua bin thủy điện, máy nén và máy bơm.
Giám sát chuyển vị dọc trục: Giám sát vị trí ổ đỡ lực đẩy, giám sát độ giãn nở của trục.
Đo khoảng cách: Độ hở của vòng đệm, giám sát độ hở của đầu lưỡi dao.
Hệ thống bảo vệ an toàn: Tích hợp với các hệ thống dòng VM để đạt được sự bảo vệ cơ học và bảo trì dự đoán.
