Einrichtung zur Temperaturbestimmung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturbestimmung an rotierenden Wellen.
Für die Betriebsüberwachung ist es erforderlich, auch die Temperaturen der rotierenden Anlagenteile, wie z. B. einer Welle, mit ausreichender Genauigkeit bestimmen zu können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Übertragung der Messwerte von dem auf dem rotierenden Teil angebrachten Messinstrument auf das in dem feststehenden Bauteil angeordnete Anzeigegerät erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen, auftreten, die die Temperaturmessung an umlaufenden Wellen im Betrieb erschweren bzw. unmöglich machen.
Der Erfindung liegt daher die Ausgabe zugrunde, auch bei hohen Betriebstemperaturen eine ausreichend genaue Temperaturbestimmung an umlaufenden Wellen durchführen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur berührungslosen Temperaturbestimmung aus einem in einem feststehenden Bauteil angebrachten induktiven Messfühler und mehreren am äusseren Umfang der rotierenden Welle angeordneten Ferritkörpern besteht, deren Curie-Temperaturen in gleichmässigen Temperaturschritten abgestuft sind.
Vorteilhafterweise können die Ferritkörper in dem Wellenkörper so eingelassen sein, dass ihre nach aussen gerichteten Begrenzungsflächen mit der Wellenoberfläche bündig sind.
Dabei wäre es zweckmässig, wenn die vom induktiven Messfühler übertragenen Messimpulse von einem digitalen Zählwerk ausgezählt würden. Als Anzeigegerät kann aber auch eine Braun'sche Röhre verwendet werden, welche die vom induktiven Messfühler übertragenen Messimpulse anzeigt.
Damit die Messimpulse auf eine Wellenumdrehung bezogen ausgezählt oder abgebildet werden können, könnte von einem zweiten induktiven Messfühler und einer auf dem Wellenumfang angeordneten einzelnen paramagnetischen Stelle ein drehzahlsynchrones Signal erzeugt werden, das als Zählzeit-Startsignal dem digitalen Zählwerk und/oder dem Sägezahngenerator für die Braun'sche Röhre zugeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Am Umfang des Wellenkörpers 1 ist eine Anzahl Ferritkörper 2 angeordnet, die an einem induktiven Messfühler 3 bei der Drehung der Welle 1 vorüberlaufen. Der induktive Messfühler 3 wird von einem Oszillator 4 gespeist. Über einen Gleichrichter 5 und einen Tiefpass 6 wird der Ausgang des Messfühlers 3 an ein digitales Zählwerk 7 und/oder an die vertikalen Ablenkplatten einer Braun'schen Röhre 8 geführt. Von einer einzelnen paramagnetischen Stelle 9, z. B. einer Bohrung oder Nut am Wellenumfang, wird einem zweiten induktiven Messfühler 10, der von einem Oszillator 11 gespeist wird, ein Impuls mitgeteilt, der über einen Gleichrichter 12 und Tiefpass 13 als drehzahlsynchrones Signal für den Start der nächstfolgenden Zählzeit dem diditalen Zählwerk 7 zugeführt wird.
Dieses Signal gelangt auch zur Steuerung der horizontalen Ablenkplatten der Braun'schen Röhre 8 an den Sägezahngenerator 14.
Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Möglichkeit besteht, Ferrite durch Änderung ihrer Zusammensetzung mit wählbaren Curie-Temperaturen herzustellen, wobei die obere Grenze für Ferroferrite bei 5750 C liegt. Auf dem Wellenumfang wird nun eine Anzahl von Ferritkörpern 2 mit feingradiger und gleichmässiger Stufung der Curie-Temperaturen angeordnet, die im Betriebszustand infolge der Wellendrehung an dem im feststehenden Bauteil angebrachten induktiven Messfühler 3 vorüberlaufen. Die Temperatur der Ferritkörper 2 ist praktisch zu jeder Zeit gleich der des umgebenden Wellenstückes 1, die ja bestimmt werden soll. Von den Ferritkörpern 2 sind nun diejenigen, deren Curie-Temperaturen unterhalb der vorhandenen Temperatur liegen, paramagnetisch geworden, während die übrigen ihren ferromagnetischen Zustand beibehalten.
Wenn nun ein paramagnetisch gewordener Ferritkörper an dem induktiven Messfühler 3 vorüberläuft, so wird durch ihn das Feld des Messfühlers stark beeinflusst, so dass in dem Messfühler ein Impuls induziert wird, der an das Anzeigegerät weitergeleitet wird. Der Gleichrichter 5 und der Tiefpass 6 dienen dazu, den Ausgang des Messfühlers so zu filtern, dass nur noch die Messimpulse an die Anzeigegeräte weitergegeben werden.
Als Anzeigegerät dienen das digitale Zählwerk 7 und/oder die Braun'sche Röhre 8. In dem digitalen Zählwerk 7 wird die Zahl der Impulse ausgezählt, die während einer Wellenumdrehung erzeugt werden. Dazu wird als Zählstartsignal der Impuls einer einzelnen paramagnetischen Stelle 9 herangezogen, die in dem zweiten induktiven Messfühler 10 einen Impuls pro Wellenumdrehung induziert. Da die Curie-Temperaturen abgestuft sind, kann aus der vom digitalen Zählwerk 7 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähl-Startimpulsen des einzelnen Ferritkörpers 9 registrierten Zahl der vom induktiven Messfühler 3 aufgenommenen Impulse die Betriebstemperatur der Welle mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden.
Sie ergibt sich bei gleichmässigen Schritten der Curie-Temperatur nach der Formel T,=(n-l).dT, +Tc1
Dabei stellen Tx die zu ermittelnde Betriebstemperatur, Tej die niedrigste Curie-Temperatur aller eingebauten Ferritkörper 2, ATe die konstante Differenz der Curie-Temperatur zweier aufeinanderfolgender Ferritkörper und n die registrierte Zahl der Impulse während einer Wellenumdrehung dar. Die Temperaturbestimmung ist folglich nur im Bereich zwischen der niedrigsten und der höchsten Curie-Temperatur der Ferritkörper 2 möglich.
Als Anzeigegerät kann auch die Braun'sche Röhre 8 Verwendung finden, auf dessen Schirm die Messimpulse als Ausschläge sichtbar werden. Die in dem induktiven Messfühler 3 induzierten Spannungsimpulse werden dazu auf die vertikalen Ablenkplatten des Rohres gegeben, während den horizontalen Ablenkplatten das drehzahlsynchrone Sägezahnsignal zugeführt wird.
Dadruch wird bewirkt, dass auf dem Schirm die Abbildung der Impulse der bei einer Wellenumdrehung am Messfühler vorüberlaufenden Ferritkörper als feststehendes Bild erscheint. An einer den Curie-Temperaturen zugeordneten Skala kann die Betriebstemperatur abgelesen werden, wobei als Zeiger der letzte in Richtung zu steigenden Curie-Temperaturen liegende Impulsausschlag herangezogen wird.
Die in den Wellenkörper 1 eingelassenen Ferritkörper 2 bilden mit der Welle 1 einen in magnetischer Hinsicht homogenen Körper, wenn die Betriebstemperatur unterhalb der Curie-Temperatur der Ferrite liegt.
Der Unterschied der Permeabilitätswerte zwischen der Welle 1 und den ferromagnetischen Ferritkörpern ist nämlich klein gegenüber dem Unterschied zwischen der Welle 1 und den paramagnetisch gewordenen Ferritkörpern. Deshalb stellen die von den Anzeigegeräten registrierten Impulse eindeutig die Anzahl der paramagnetischen Ferritkörper dar. Um die Einflüsse unterschiedlicher Luftspalte zwischen der Welle 1 bzw. den Ferritkörpern 2 und dem induktiven Messfühler 3 auf das magnetische Feld zu beseitigen, sind die Ferritkörper 2 so in den Wellenkörper eingelassen, dass ihre äusseren Begrenzungsflächen mit der Oberfläche des Wellenkörpers bündig abschliessen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, die Betriebstemperaturen umlaufender Wellen auch im höheren Temperaturniveau in ausreichend genauer Weise festzustellen. Somit ist es z. B. auch möglich, an schnell drehenden Wellen die Erwärmungsgeschwindigkeiten zu ermitteln, die für die Betriebsüberwachung ausserordentlich wichtig sind.
Device for temperature determination
The invention relates to a device for contactless temperature determination on rotating shafts.
For operational monitoring it is necessary to also check the temperatures of the rotating system parts, such as B. a wave to be able to determine with sufficient accuracy. However, it has been shown that when transferring the measured values from the measuring instrument mounted on the rotating part to the display device arranged in the stationary component, considerable difficulties arise, especially at higher operating temperatures, which make temperature measurement on rotating shafts difficult or impossible during operation do.
The invention is therefore based on the issue of being able to carry out a sufficiently accurate temperature determination on rotating shafts even at high operating temperatures.
According to the invention, this object is achieved in that the device for contactless temperature determination consists of an inductive measuring sensor mounted in a stationary component and several ferrite bodies arranged on the outer circumference of the rotating shaft, the Curie temperatures of which are graded in uniform temperature steps.
Advantageously, the ferrite bodies can be embedded in the shaft body in such a way that their outwardly directed boundary surfaces are flush with the shaft surface.
It would be useful if the measuring pulses transmitted by the inductive measuring sensor were counted by a digital counter. However, a Braun tube can also be used as a display device, which displays the measuring pulses transmitted by the inductive measuring sensor.
So that the measuring pulses can be counted or mapped in relation to a shaft revolution, a second inductive measuring sensor and a single paramagnetic point arranged on the shaft circumference could generate a speed-synchronous signal that serves as a counting time start signal for the digital counter and / or the sawtooth generator for Braun 'cal tube is fed.
An exemplary embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below.
A number of ferrite bodies 2 are arranged on the circumference of the shaft body 1 and run past an inductive measuring sensor 3 when the shaft 1 rotates. The inductive measuring sensor 3 is fed by an oscillator 4. The output of the measuring sensor 3 is fed to a digital counter 7 and / or to the vertical deflection plates of a Braun tube 8 via a rectifier 5 and a low-pass filter 6. From a single paramagnetic point 9, e.g. B. a bore or groove on the shaft circumference, a second inductive measuring sensor 10, which is fed by an oscillator 11, is sent a pulse that is fed to the didital counter 7 via a rectifier 12 and low-pass filter 13 as a speed-synchronous signal for the start of the next counting time becomes.
This signal also reaches the sawtooth generator 14 to control the horizontal deflection plates of the Braun tube 8.
The invention makes use of the fact that it is possible to produce ferrites by changing their composition with selectable Curie temperatures, the upper limit for ferro ferrite being 5750.degree. A number of ferrite bodies 2 with fine and even gradation of the Curie temperatures are now arranged on the shaft circumference, which in the operating state pass the inductive measuring sensor 3 mounted in the stationary component due to the shaft rotation. The temperature of the ferrite body 2 is practically always the same as that of the surrounding shaft piece 1, which is to be determined. Of the ferrite bodies 2, those whose Curie temperatures are below the existing temperature have now become paramagnetic, while the others retain their ferromagnetic state.
If a ferrite body that has become paramagnetic runs past the inductive measuring sensor 3, the field of the measuring sensor is strongly influenced by it, so that a pulse is induced in the measuring sensor which is passed on to the display device. The rectifier 5 and the low-pass filter 6 serve to filter the output of the measuring sensor so that only the measuring pulses are passed on to the display devices.
The digital counter 7 and / or the Braun tube 8 serve as a display device. The digital counter 7 counts the number of pulses that are generated during one shaft revolution. For this purpose, the pulse of a single paramagnetic point 9 is used as the count start signal, which induces one pulse per shaft revolution in the second inductive measuring sensor 10. Since the Curie temperatures are graded, the operating temperature of the shaft can be determined with sufficient accuracy from the number of pulses recorded by the inductive sensor 3 between two successive counting start pulses of the individual ferrite body 9 by the digital counter 7.
It results from the formula T, = (n-1) .dT, + Tc1 with uniform steps of the Curie temperature
Tx is the operating temperature to be determined, Tej the lowest Curie temperature of all built-in ferrite bodies 2, ATe the constant difference between the Curie temperature of two successive ferrite bodies and n the registered number of pulses during one shaft revolution. The temperature determination is therefore only in the range between the lowest and the highest Curie temperature of the ferrite body 2 possible.
The Braun tube 8 can also be used as a display device, on the screen of which the measurement pulses become visible as deflections. For this purpose, the voltage pulses induced in the inductive measuring sensor 3 are applied to the vertical deflection plates of the pipe, while the speed-synchronous sawtooth signal is fed to the horizontal deflection plates.
This has the effect that the image of the impulses of the ferrite bodies passing by the measuring sensor when the shaft rotates appears as a fixed image on the screen. The operating temperature can be read off a scale assigned to the Curie temperatures, the last pulse deflection in the direction of increasing Curie temperatures being used as a pointer.
The ferrite bodies 2 embedded in the shaft body 1 form, with the shaft 1, a magnetically homogeneous body when the operating temperature is below the Curie temperature of the ferrites.
The difference in permeability values between the shaft 1 and the ferromagnetic ferrite bodies is namely small compared to the difference between the shaft 1 and the ferrite bodies that have become paramagnetic. Therefore, the pulses registered by the display devices clearly represent the number of paramagnetic ferrite bodies. In order to eliminate the influences of different air gaps between the shaft 1 or the ferrite bodies 2 and the inductive sensor 3 on the magnetic field, the ferrite bodies 2 are in the shaft body let in that their outer boundary surfaces are flush with the surface of the shaft body.
The advantages achieved with the invention consist in particular in determining the operating temperatures of rotating shafts in a sufficiently precise manner even at a higher temperature level. Thus it is z. B. also possible to determine the heating rates on fast rotating shafts, which are extremely important for the operational monitoring.