TQ902 là cảm biến tiệm cận không tiếp xúc, hiệu suất cao dựa trên nguyên lý dòng điện xoáy từ dòng sản phẩm VM. Nó đóng vai trò là thành phần cốt lõi của Chuỗi đo lường tiệm cận hoàn chỉnh, thường bao gồm cảm biến TQ902, cáp mở rộng EA902 tùy chọn và bộ điều hòa tín hiệu IQS900.
Cảm biến TQ902 được thiết kế đặc biệt cho hệ thống giám sát và bảo vệ tình trạng của máy móc quay. Chức năng cốt lõi của nó là đo chính xác độ dịch chuyển (khoảng cách) tương đối giữa đầu dò cảm biến và mục tiêu kim loại (thường là trục của máy móc quay). Bằng cách sử dụng phương pháp không tiếp xúc, nó chuyển đổi những thay đổi nhỏ trong khe hở cơ học thành các biến thể trong thông số điện, cung cấp dữ liệu thô cho việc điều chỉnh tín hiệu tiếp theo và ra quyết định hệ thống.
TQ902 là sự thay thế có hình thức, vừa vặn và có chức năng tương đương cho các cảm biến dòng TQ4xx, với sự tối ưu hóa về vật liệu và thiết kế, phù hợp hoặc thậm chí vượt quá hiệu suất của chúng.
Hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quan trọng như tua bin hơi nước, tua bin khí, tua bin thủy lực, máy nén tua bin, máy bơm lớn, quạt, máy phát điện và động cơ để theo dõi độ rung hướng tâm của trục, chuyển vị dọc trục (vị trí lực đẩy) và tốc độ quay (Keyphasor). Nó là bộ phận cảm biến không thể thiếu để bảo vệ máy móc, bảo trì dự đoán và an toàn chức năng (ví dụ: Hệ thống phát hiện quá tốc độ - ODS). Toàn bộ chuỗi đo lường tuân thủ các yêu cầu của API 670 Phiên bản thứ 5.
Các tính năng và lợi ích cốt lõi
Thiết kế của cảm biến TQ902 nhằm mục đích cung cấp phép đo đáng tin cậy, ổn định và chính xác trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Các tính năng cốt lõi của nó bao gồm:
Nguyên lý đo dòng điện xoáy không tiếp xúc:
Sử dụng hiệu ứng dòng điện xoáy hoàn thiện để đo lường, tránh tiếp xúc hoàn toàn với mục tiêu quay tốc độ cao, loại bỏ hao mòn và mang lại tuổi thọ cực kỳ dài và độ tin cậy cao.
Có khả năng đo các mục tiêu được làm bằng nhiều vật liệu kim loại khác nhau, mang lại nhiều ứng dụng.
Khả năng phục hồi nhiệt độ cao và môi trường:
Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng: Thân cảm biến có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ môi trường từ -40°C đến +180°C và chịu được nhiệt độ tồn tại trong thời gian ngắn lên tới +220°C (trong tối đa 2 giờ), phù hợp với nhiều môi trường công nghiệp có nhiệt độ cao khác nhau, chẳng hạn như các vị trí gần vỏ ổ trục tuabin.
Xếp hạng bảo vệ đặc biệt: Đầu cảm biến (đầu dò và cáp tích hợp) tự hào 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, đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt, ẩm ướt, nhờn và bụi bặm.
Cấu trúc cơ khí mạnh mẽ:
Vật liệu đầu dò: Cuộn dây nhạy cảm của cảm biến được bao bọc chính xác trong đầu đầu dò làm bằng PPS (Polyphenylene Sulfide), một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật nhiệt độ cao, hiệu suất cao. Vật liệu PPS có khả năng chịu nhiệt độ cao, hóa chất và độ bền cơ học tuyệt vời.
Vật liệu thân: Thân cảm biến được sản xuất từ thép không gỉ AISI 316L và được uốn chắc chắn vào phần đầu dò, đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc tổng thể và khả năng chống ăn mòn.
Thiết kế chịu áp suất: Cảm biến có thể chịu được chênh lệch áp suất tối đa 6 bar (100 psid) giữa đầu dò và thân máy, phù hợp với môi trường lắp đặt có độ dốc áp suất.
Cấu hình và cài đặt linh hoạt:
Nhiều loại luồng: Cung cấp cả tùy chọn luồng theo hệ mét (M10×1, M14×1.5, M16×1.5) và hệ đo lường Anh (3/8'-24UNF, 5/8'-18UNF, 1/2'-20UNF) để đáp ứng yêu cầu lắp đặt cho các khu vực và thiết bị khác nhau trên toàn cầu.
Kích thước có thể tùy chỉnh: Chiều dài thân (C) và chiều dài chưa đọc (D) có thể được tùy chỉnh theo gia số 1 mm trong phạm vi xác định (ví dụ: 20mm đến 250mm) để thích ứng với các độ sâu lỗ lắp và cấu trúc cơ khí khác nhau.
Nhiều độ dài cáp: Cung cấp nhiều độ dài cáp tích hợp khác nhau (E) (ví dụ: 0,5m, 1,0m, 1,5m, 2,0m, 5,0m, 10,0m), có thể kết hợp với cáp mở rộng EA902 để đạt được Tổng chiều dài hệ thống (TSL) là 1m, 5m hoặc 10m, đáp ứng các yêu cầu về khoảng cách nối dây tại chỗ.
Chứng chỉ chống cháy nổ toàn diện:
Có sẵn các phiên bản chống cháy nổ được chứng nhận (Mã tùy chọn đặt hàng A5) để sử dụng trong các khu vực nguy hiểm (môi trường có khả năng gây nổ).
Trong chế độ bảo vệ 'Ex ec', bản thân TQ902 hoạt động như một 'Thiết bị đơn giản' và khi được sử dụng với bộ điều hòa tín hiệu IQS900 được chứng nhận cho 'Ex ec', có thể được áp dụng trong môi trường khí Vùng 2.
Trong chế độ bảo vệ an toàn nội tại 'Ex ia', TQ902 cũng hoạt động như một 'Thiết bị đơn giản' và khi được sử dụng với IQS900 được chứng nhận cho 'Ex ia', có thể được áp dụng trong môi trường khí đốt Vùng 0, 1, 2 và môi trường bụi Vùng 20, 21, 22.
Có chứng chỉ từ nhiều khu vực trên toàn cầu, bao gồm ATEX Châu Âu, IECEx quốc tế, cCSAus Bắc Mỹ, KGS Hàn Quốc, UKEX UK và EAEU Kazakhstan.
Bộ bảo vệ tùy chọn:
Ống thép không gỉ linh hoạt có vỏ bọc FEP: Ống thép không gỉ linh hoạt tùy chọn có vỏ bọc FEP (Fluorinated Ethylene Propylene) mang lại khả năng bịt kín (chặn rò rỉ), bảo vệ cơ học và cách điện cho cáp cảm biến. Vỏ bọc FEP cũng có khả năng chống lại hầu hết các loại hóa chất, độ thấm thấp (chống lại chất lỏng, khí, độ ẩm), tính linh hoạt, ma sát thấp và độ bền cơ học cao, bảo vệ cáp hiệu quả khỏi bị hư hỏng trong các điều kiện vận hành đòi hỏi khắt khe.
Khả năng chống rung và sốc tuyệt vời:
Có khả năng chịu được độ rung đỉnh 5 g trong khoảng từ 10 Hz đến 500 Hz và khả năng tăng tốc sốc đỉnh 15 g (xung nửa hình sin, thời lượng 11 ms), đảm bảo cung cấp tín hiệu ổn định ngay cả khi máy móc rung mạnh.
Khả năng hoán đổi thành phần:
Tạo thành chuỗi đo lường được hiệu chuẩn với cáp mở rộng EA902 và bộ điều hòa tín hiệu IQS900, trong đó tất cả các bộ phận đều có thể hoán đổi cho nhau. Điều này có nghĩa là bất kỳ thành phần nào cũng có thể được thay thế mà không cần hiệu chỉnh lại toàn bộ hệ thống, giảm đáng kể chi phí bảo trì và độ phức tạp của hàng tồn kho.
Giải thích nguyên tắc làm việc chuyên sâu
Cảm biến TQ902 là bộ khởi tạo tín hiệu cho toàn bộ chuỗi đo lường. Nguyên lý làm việc của nó dựa trên cảm ứng điện từ và hiệu ứng dòng điện xoáy. Đây là một quá trình vật lý chuyển đổi những thay đổi khe hở cơ học thành những thay đổi độ tự cảm, được trình bày chi tiết theo các bước sau:
Thiết lập trường điện từ tần số cao:
Cảm biến yêu cầu truyền động từ bộ điều hòa tín hiệu IQS900 xuôi dòng. Bộ tạo dao động tần số cao bên trong IQS900 tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin ổn định, tần số cao (thường là MHz).
Dòng điện tần số cao này được truyền qua cáp đồng trục đến cuộn dây chính xác bên trong cảm biến TQ902. Cuộn dây này được làm bằng dây quấn và được bọc trong đầu dò vật liệu PPS.
Sự tạo ra dòng điện xoáy và sự tiêu tán năng lượng:
Khi dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra trường điện từ xoay chiều tần số cao trong không gian xung quanh. Trường này xuyên qua vật liệu PPS ở đầu đầu dò cảm biến và mở rộng vào không gian phía trước.
Khi đầu dò cảm biến tiếp cận mục tiêu kim loại (ví dụ: trục), trường điện từ xen kẽ sẽ tạo ra dòng điện vòng kín, gọi là dòng điện xoáy, trên bề mặt mục tiêu.
Theo Định luật Lenz, những dòng điện xoáy này tạo ra một từ trường cảm ứng mới ngược chiều với từ trường ban đầu, luôn cố gắng chống lại sự biến đổi của từ trường tạo ra chúng.
Điều chế trở kháng cảm biến:
Khi dòng điện xoáy chạy trong mục tiêu, chúng tạo ra nhiệt do đặc tính điện trở của vật liệu, làm tiêu tán năng lượng. Năng lượng này đến từ nguồn (IQS900) điều khiển cuộn dây.
Sự tiêu tán năng lượng này biểu hiện bằng sự thay đổi trở kháng hiệu dụng của cuộn dây cảm biến. Cụ thể, cả độ tự cảm (L) và điện trở hiệu dụng (R) của cuộn dây đều giảm.
Điểm mấu chốt: Khoảng cách (khoảng cách) giữa đầu dò cảm biến và mục tiêu kim loại quyết định trực tiếp cường độ của hiệu ứng dòng điện xoáy, từ đó chi phối mức độ thay đổi trở kháng cuộn dây. Khoảng cách nhỏ hơn dẫn đến sự ghép nối trường điện từ mạnh hơn, dòng điện xoáy cảm ứng mạnh hơn, tổn thất năng lượng lớn hơn và thay đổi trở kháng cuộn dây đáng kể hơn. Ngược lại, khoảng cách lớn hơn dẫn đến sự thay đổi trở kháng ít hơn.
Truyền tín hiệu:
Sự thay đổi trở kháng cuộn dây sẽ điều chỉnh (thay đổi) biên độ của tín hiệu tần số cao được phản xạ lại từ IQS900. Về cơ bản, thông tin về khoảng cách được mã hóa theo sự thay đổi biên độ của tín hiệu tần số cao này.
Tín hiệu tần số cao đã được điều chế này được trả về qua cáp đồng trục tới bộ điều hòa tín hiệu IQS900 để xử lý tiếp theo.
Quy trình làm việc: IQS900 cung cấp dòng điện tần số cao → Cuộn dây TQ902 tạo ra từ trường xen kẽ → Tạo ra dòng điện xoáy trong mục tiêu kim loại → Dòng điện xoáy gây tiêu tán năng lượng → Thay đổi trở kháng cuộn dây → Thay đổi trở kháng điều chỉnh biên độ của tín hiệu phản hồi → Tín hiệu được điều chế trở về IQS900.
Bản thân TQ902 không trực tiếp phát ra tín hiệu điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với khe hở. Nó hoàn thành bước đầu tiên của quá trình 'chuyển đổi cơ điện', chuyển đổi những thay đổi trong khe hở cơ học thành những thay đổi trong các thông số điện (trở kháng/điện cảm). Các tác vụ xử lý tín hiệu phức tạp tiếp theo—giải điều chế (trích xuất biến đổi biên độ từ tín hiệu tần số cao), khuếch đại, tuyến tính hóa, bù nhiệt độ và đầu ra tiêu chuẩn hóa (chuyển đổi thành tín hiệu DC 4-20mA hoặc -1~-17V)—tất cả đều được thực hiện bởi bộ điều hòa tín hiệu IQS900 xuôi dòng. Hiệu suất và độ chính xác của TQ902 là nền tảng và đảm bảo cho việc đo lường độ chính xác cao của toàn bộ hệ thống.
Ứng dụng và tầm quan trọng trong chuỗi đo lường hoàn chỉnh
Là thiết bị cảm biến, TQ902 đóng một vai trò quan trọng trong chuỗi đo lường hoàn chỉnh bao gồm 'Cảm biến - Cáp - Bộ điều hòa tín hiệu':
Giao diện người dùng dành cho Hệ thống bảo vệ máy móc: Nó liên tục theo dõi độ rung và vị trí của trục và khi biên độ hoặc độ dịch chuyển rung vượt quá ngưỡng an toàn, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo hoặc tắt máy để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị nghiêm trọng.
Nền tảng cho việc theo dõi và chẩn đoán tình trạng: Tín hiệu thô mà nó cung cấp chứa thông tin trạng thái máy phong phú. Phân tích phổ rung động và xu hướng có thể chẩn đoán sớm các lỗi như mất cân bằng rôto, lệch trục và mòn ổ trục, cho phép bảo trì dự đoán.
Thành phần chính trong các ứng dụng an toàn chức năng: Khi kết hợp với IQS900 có tính năng chẩn đoán (được chứng nhận SIL 2), toàn bộ chuỗi đo lường có thể được sử dụng trong Hệ thống thiết bị an toàn (SIS), chẳng hạn như Hệ thống bảo vệ quá tốc độ (ODS), cung cấp khả năng bảo vệ cho các hoạt động an toàn của nhà máy tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn quốc tế (IEC 61508, ISO 13849).
Điểm khởi đầu để truyền khoảng cách xa: Khi tín hiệu của nó được IQS900 chuyển đổi thành tín hiệu hiện tại (2 dây) và được truyền qua các thiết bị cách ly như GSI127, có thể truyền tín hiệu qua khoảng cách lên tới 1 km, phù hợp để giám sát phân tán trong các nhà máy lớn.
