Comprendre les sondes à courants de Foucault
Un sonde à courants de Foucault — également appelé sonde de proximité, capteur de déplacement sans contact, ou transducteur à courants de Foucault, est un capteur qui mesure l'écart entre sa pointe et une surface cible conductrice sans jamais la toucher. En Vibrations est monté à travers le carter de la machine, en direction de l'arbre en rotation, où il indique la position radiale et le mouvement de l'arbre directement sous la forme d'une valeur de déplacement en micromètres ou en millièmes. Parce qu'il détecte l'arbre lui-même plutôt que le boîtier, il occupe une place particulière dans la famille des appareils de mesure sans contact. sondes de déplacement utilisés sur des équipements rotatifs de grande valeur.
1. Définition : Qu'est-ce qu'une sonde à courant de Foucault ?
Les sondes à courants de Foucault sont la référence pour la surveillance vibratoire permanente des turbomachines critiques — turbines à vapeur, turbines à gaz, grands compresseurs et générateurs. Elles occupent ce rôle pour trois raisons : elles mesurent directement le mouvement de l'arbre (par rapport au montage de la sonde) plutôt que le mouvement du palier, elles fournissent une information de position relative de l'arbre utile pour la surveillance des jeux, et elles continuent de fonctionner de manière fiable dans les environnements sévères (température élevée, brouillard d'huile, contamination) où les capteurs de contact tombent rapidement en panne. Une seule sonde vous donne à la fois un terme continu (DC) à évolution lente — la position moyenne de l'arbre dans le jeu du palier — et un terme dynamique (AC) qui est la vibration elle-même.
2. Principe de fonctionnement
L'effet des courants de Foucault
La sonde fonctionne en induisant de minuscules courants de circulation dans l'arbre et en observant comment ils chargent sa propre bobine :
- Excitation RF : une petite bobine située à l'extrémité de la sonde est alimentée par un champ radioélectrique à haute fréquence, généralement de 1 à 2 MHz.
- Induction par courants de Foucault : ce champ induit des courants de Foucault dans la surface conductrice de l'arbre qui fait face à la sonde.
- Interaction des champs : les courants de Foucault génèrent leur propre champ magnétique opposé.
- Changement d'impédance : le champ opposé modifie l'impédance de la bobine, et l'importance de la modification dépend de la distance à laquelle se trouve l'arbre.
- Conditionnement du signal : un pilote (souvent appelé proximiteur ou oscillateur-démodulateur) convertit cette impédance en une tension continue proportionnelle à l'écart.
- Sortie : le signal de tension final représente la distance instantanée entre l'arbre et la sonde.
La relation entre l'écart et la tension
- La tension de sortie augmente lorsque l'écart se referme et diminue lorsqu'il s'ouvre — arbre plus proche, tension plus élevée.
- La plage linéaire utilisable est généralement comprise entre 0,5 et 2,0 mm (20-80 mils).
- La sensibilité est calibrée en µm/V ou mils/V ; une valeur courante est d'environ 7,87 V/mm (200 mV/mil).
- Comme la réponse dépend des propriétés électriques et magnétiques de la cible, la sonde est étalonnée par rapport à l'alliage d'arbre spécifique qu'elle observera.
3. Principaux avantages
Les points forts de la sonde découlent directement du fait qu'elle est sans contact et qu'elle voit l'arbre lui-même :
- Mesure directe de l'arbre : elle mesure le mouvement de l'arbre par rapport au palier, plutôt que la vibration transmise à travers le palier jusqu'au carter — la distinction entre vibration d'arbre et vibration de carter qui compte tant dans dynamique du rotor. (Mesurer le mouvement absolu de l'arbre nécessite en plus un capteur sismique sur le carter.)
- Réponse du courant continu aux hautes fréquences : il mesure de 0 Hz (position statique) à plus de 10 kHz, capturant le roulis lent, les transitoires et les résonances sans l'affaiblissement des basses fréquences qui limite un accéléromètre. Il est donc idéal pour les entreprises en phase de démarrage et les ralentissement travail.
- Position relative de l'arbre : elle indique où se situe l'arbre dans le jeu du palier, par rapport au montage de la sonde dans le carter, de sorte que — une fois référencée lors de la mise en service — elle peut surveiller les jeux avec les joints et les labyrinthes, détecter un déplacement du rotor ou une usure du palier, et piloter un système de protection déclenchement sur les déplacements excessifs.
- Capacité à résister à un environnement difficile : sans pièces mobiles à user et fonctionnant jusqu'à environ 350 °C, il ne craint pas la contamination de l'arbre et reste fiable en cas de brouillard d'huile, de vapeur et de poussière.
4. Installation typique
Les sondes ne sont presque jamais utilisées seules sur une machine critique. La disposition classique consiste à placer une paire de sondes sur chaque palier et une sur la face de butée :
- Paires de sondes XY : deux sondes à 90° l'une de l'autre (horizontale et verticale) résolvent la position de l'arbre dans les deux directions et alimentent un orbite affichage - la configuration standard des turbomachines.
- Sonde de position axiale : orienté vers l'extrémité de l'arbre, il suit la position axiale et vibrations axiales, en regardant palier de butée et de se prémunir contre le déplacement axial du rotor.
- Exigences de montage : le corps doit être maintenu rigidement dans le boîtier, d'équerre par rapport à l'arbre, et réglé à l'écart correspondant au centre de sa plage linéaire ; l'acheminement des câbles et la mise à la terre doivent être conformes aux prescriptions du fabricant et de l'organisme de certification. API 670 des règles pour éviter le bruit.
Le réglage et la vérification de la tension d'écartement sur le terrain sont délicats, et un petit écart déplace le point de fonctionnement hors de la partie linéaire de la courbe. Notre Calculateur de tension d'entrefer pour sonde de proximité transforme une sensibilité cible et un écart souhaité en tension de polarisation à composer.
5. Applications et domaines d'application des outils portables
Systèmes à courants de Foucault câblés en permanence — sondes XY à chaque palier plus une sonde axiale, le tout acheminé vers un API 670conforme à la norme, avec relais d'alarme et de déclenchement — pour protéger les turbomachines critiques partout où l'acheteur ou le cahier des charges du projet l'exige, et alimenter en continu vitesse critique l'identification, l'analyse de l'orbite et Diagrammes de Bode. Ils facilitent également le dépannage : en comparant le mouvement de l'arbre avec celui du boîtier, l'analyste peut déterminer si le défaut se situe au niveau du rotor ou de la structure.
Cependant, toutes les machines ne sont pas équipées de ces instruments. La plupart des pompes, ventilateurs et moteurs d'usage général sont équilibrés et diagnostiqués de l'extérieur, sur le palier, à l'aide d'un analyseur portable. Un instrument à deux canaux tel que le Balanset-1A lit les vibrations du boîtier à l'aide d'un accéléromètre et utilise un tachymètre optique comme référence de phase, puis effectue un équilibrage mono- et bi-plan équilibrage sur place directement dans les roulements de la machine - aucune sonde de proximité installée en permanence n'est nécessaire. En résumé, les sondes à courants de Foucault sont la référence en matière de mouvement d'arbre sur les turbomachines instrumentées, tandis que les outils portables à boîtier couvrent la vaste population de machines pour lesquelles le perçage d'une sonde n'est ni pratique ni justifié.
