CH651663A5 - Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations - Google Patents

Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations Download PDF

Info

Publication number
CH651663A5
CH651663A5 CH70781A CH70781A CH651663A5 CH 651663 A5 CH651663 A5 CH 651663A5 CH 70781 A CH70781 A CH 70781A CH 70781 A CH70781 A CH 70781A CH 651663 A5 CH651663 A5 CH 651663A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
induction
sleeve
vibration
permanent magnet
coil
Prior art date
Application number
CH70781A
Other languages
German (de)
Inventor
Jurij Sirokorad
Jiri Vecera
Original Assignee
Prvni Brnenska Strojirna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prvni Brnenska Strojirna filed Critical Prvni Brnenska Strojirna
Priority to CH70781A priority Critical patent/CH651663A5/en
Publication of CH651663A5 publication Critical patent/CH651663A5/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/02Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by magnetic means, e.g. reluctance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

the axial cavity of a cylindrical sleeve (2) is divided into one face pole space (9, 10) of opposite polarity each by an annular permanent magnet (1). The face spaces are closed off by permanently arranged magnets (5, 6). The face spaces (9, 10) in turn are located inside induction coils (3, 4). The induction coils are preferably manufactured in pseudo-bifilar winding. The induction-type transmitter has very good sensitivity to vibrations and is insensitive to other physical and partly interfering influences and rugged. <IMAGE>

Description

       

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



  PATENTANSPRÜCHE
1. Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen und Schwingungen mit einem permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten Magnet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem axialen Hohlraum einer Hülse (2) mit frontal angebrachten, festen Magneten (5, 6), deren Pole gleichlaufend orientiert sind und in einem gemeinsamen Stirnraum ein axial beweglicher permanenter Magnet (1) angeordnet ist, dessen Pole gegenlaufend orientiert sind, wobei in der Hülse (2) rund um diesen gemeinsamen Stirnraum Induktionsspulen (3, 4) aufgewickelt sind.



   2. Induktionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (2) rund um den gemeinsamen Stirnraum der festen Magnete (5, 6) an den Stellen der Polräume (9, 10), die Induktionsspulen (3, 4) pseudobifilar aufgewickelt sind.



   3.   Induktionsgebernach Anspruch    1,   dadurchgekennzeich-    net, dass in dem axialen Hohlraum der Hülse (2) eine Antifriktionseinlage (11) angeordnet ist.



   4. Induktionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der permanente Magnet (1) mit einer Antifriktionshülle (8) versehen ist.



   Die Erfindung betrifft einen Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen und Schwingungen mit einem permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten Magnet.



   Die Vibrationen gehören zu den wichtigsten, den Betriebszustand und den Arbeitsvorgang einer Maschine charakterisierenden physikalischen Erscheinungen. Das Messen und die Auswertung derartiger Vibrationen ist ausserordentlich wichtig, insbesondere bei schnellaufenden Rotationsmaschinen und bei den Einrichtungen, die im langdauernden Betrieb arbeiten, z. B. bei Dampf- und Gasturbinen.



   Bei den genannten energieumsetzenden Einrichtungen sind die Vibrationsgeber oft hohen Temperaturen ausgesetzt, aber auch grossen Beschleunigungen und beträchtlichen Schwin   gungsamplituden,    die in gewissen Phasen eines Arbeitsganges Werte von bis zu einigen Hundert Mikrometern erreicht, wogegen im gewöhnlichen Betrieb die Schwingungsamplitude nur einige Mikrometer beträgt. Weitere, an die Vibrationsgeber gestellte Anforderungen sind: kleine Abmessungen und ein kleines Gewicht, eine lineare Charakteristik im ganzen Messbereich und eine elektromagnetische Störstabilität.



   Gegenwärtig werden häufig Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen benutzt, bei denen ein permanenter Magnet auf einer elastischen Membrane zwischen zwei fest befestigten Spulen aufgehängt ist. Bei der Bewegung des Gebers wird in diesen Spulen eine elektromotorische Kraft induziert, die mit geeigneten Mitteln verstärkt und gemessen wird. Der Nachteil der genannten Induktionsgeber besteht darin, dass unter harten Bedingungen, insbesondere bei einer beträchtlichen Erhöhung der Vibrationsamplitude, die Membrane zerstört werden.



   Ein weiterer vorbekannter Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen besteht aus   einerAbtastspule    und zwei magnetischen Ringen, von denen ein innerer beweglicher magnetischer Ring mit Spiel in einem walzenförmigen Hohlraum eines äusseren, festen magnetischen Ringes gelagert ist und in einem engen walzförmigen Zwischenraum zwischen den beiden magnetischen Ringen auf einer Führungsbüchse eine dünne Abtastspule angeordnet ist. Durch die Schwingung des inneren, beweglichen magnetischen Ringes wird in der Abtastspule eine elektromotorische Kraft induziert, die in geeigneter Weise verstärkt und gemessen wird.

  Der Nachteil eines solchen Induktionsgebers besteht in einem relativ schwachen Signal und einer mangelhaften Führung des inneren, beweglichen Ringes innerhalb des äusseren festen magnetischen Ringes, die im Betrieb zu einer erhöhten Reibung und einer Schiefstellung der einander beweglichen Teile führt, und damit vor allem bei kleinen Vibrationsamplituden eine beträchtliche Nichtlinearität in Abhängigkeit der induzierten elektromotorischen Kraft von der relativen Geschwindigkeit der magnetischen Ringe aufweist. Die Benützung des gerade beschriebenen Induktionsgebers ist daher aus angeführten Gründen nur auf die Messung in vertikaler Richtung beschränkt.



   Bei einer anderen bekannten Ausführung eines Induktionsgebers ist im Leitprofil über einem unbeweglich gelagerten festen Magneten eine dünne scheibenförmige Abtastspule konzentrisch angeordnet, über welcher Spule dann ein axial verschiebbarer Magnet angeordnet ist. Angesichts der gegenlaufenden Polorientierung der erwähnten Magneten werden in ihrem gemeinsamen Stirnraum axiale Abstosskräfte gebildet, die als ein Druckfederelement wirken und den verschiebbaren Magnet in einer Dauerschwebe über dem festen Magnet halten. Diese Ausführung des Induktionsgebers ermöglicht die Schwingungsmessungen ebenfalls nur in der vertikalen Richtung.



   Es ist auch ein durch einen verschiebbaren permanenten Magnet gebildeter Induktionsgeber bekannt. Dieser Magnet ist in einer Hülse angeordnet und beiderseitig mit zwei Federn befestigt. Rund um die Hülse ist eine Induktionsspule angeordnet. Bei der Bewegung des verschiebbaren Magneten in der Spule wird eine elektromotorische Kraft induziert, die in geeigneter Weise verstärkt, gemessen und ausgewertet wird. Der Nachteil dieses Gebers besteht in einer niedrigen Empfindlichkeit unter Einfluss der Reibung in der Hülse und infolge des Drehmoments, das durch die Feder auf den permanenten Magnet entwickelt wird und das denselben an die Hülsenwände drückt. Ausserdem begrenzt die Masse und die eigene Federfrequenz die Anwendung dieser Geber auf den verhältnismässig engen Frequenz- und Beschleunigungsbereich.

  Ausserdem ist die Herstellung von Federn mit einer genauen Charakteristik und mit genauen Abmessungen schwierig und kostspielig.



   Ein weiteres Vorgehen zur Schwingungsmessung, insbesondere bei den erwähnten thermischen energetischen Anlagen liegt in der Anwendung von piezoelektrischen Schwingungsgebern.



  Bei den angeführten Gebern wird die Fähigkeit einiger Kristalle, mechanische Kräfte in die elektrische Spannung umzusetzen, ausgenützt. Diese Spannung ist proportional der bei der Schwingung entstehenden Beschleunigung der Masse des piezoelektrischen Gebers . Die so entstehende, elektrische Spannung wird dann mit einer geeigneten Apparatur wieder verstärkt, gemessen und ausgewertet. Der Vorteil des piezoelektrischen Gebers besteht einerseits in ihrer Fähigkeit, grosse Beschleunigungen und Schwingungsamplituden zu ertragen, andererseits in den kleinen notwendigen Abmessungen. Wenig geeignet sind sie dagegen für die Übermittlung von schwachen Signalen. Aus diesem Grunde müssen die Verstärkungsmittel von dem piezoelektrischen Geber in einer verhältnismässig kleinen Entfernung angeordnet sein. 

  Weiterhin sind die piezoelektrischen Geber sehr empfindlich gegenüber einem ungleichmässigen Temperaturfeld ihrer Umgebung.



   Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, den grössten Teil der genannten Nachteile von gegenwärtig verwendeten Induktionsgebern zu beseitigen.



   Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem axialen Hohlraum einer Hülse mit frontal angebrachten, festen Magneten, deren Pole gleichlaufend orientiert sind und in einem gemeinsamen Stirnraum ein axial beweglicher permanenter Magnet angeordnet ist, dessen Pole gegenlaufend orientiert sind, wobei in der Hülse rundum diesen gemeinsamen Stirnraum Induktionsspulen aufgewickelt sind.



   Zwei Ausführungsbeispiele des Induktionsgebers gemäss der Erfindung sind in der beigelegten Zeichnung veranschaulicht und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:  



   Fig. 1 eine erste Ausführungsform im Achsenschnitt;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform wiederum im Achsenschnitt.



   In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Induktionsgeber aus einem geschlossenen walzenförmigen Körper 7, in dessen Hohlraum eine Hülse 2 mit im Stirnraum konzentrisch angebrachten festen Magneten 5, 6, zwischen denen im gemeinsamen Stirnraum in einer walzenförmigen Öffnung dieser Hülse 2 ein walzenförmiger, axial beweglicher konzentrisch gelagerter Permanentmagnet 1 angeordnet ist.

  Die gegenseitige gleichlaufende Polorientierung der festen Magnete   5,6    und die gegenüber diesen gegenlaufenden Polorientierung des beweglichen Permanentmagneten 1 bilden im ersten Stirnpolraum 9 zwischen dem ersten festen Magnet 5 und dem beweglichen Permanentmagnet 1, als auch in dem zweiten Stirnpolraum 10 zwischen dem zweiten festen Magnet 6 und dem beweglichen Permanentmagnet 1 axiale Abstosskräfte, so dass die magnetischen Felder in erwähnten Stirnpolräumen 9,10 als federnde Druckelemente mit einer sehr günstigen Charakteristik wirken.



   Die eingeführten Abstosskräfte in beiden Stirnpolräumen 9, 10 verhindern in beliebiger Ruhelage des Induktionsgebers eine unmittelbare Berührung des beweglichen Magneten 1 mit irgendwelchen festen Magneten 5, 6. Der bewegliche permanente Magnet 1, in dem eine axiale durchgehende Lüftungsöffnung 12 ausgebildet ist, ist auf seiner äusseren Oberfläche mit einer Antifriktionshülle 8 versehen. Das Material der Gleitfläche der Antifriktionshülle 8 und das Material der Hülse 2 sind mit Rücksicht auf den minimalen, gegenseitigen Reibungskoeffizienten gewählt. In der ersten beschriebenen Ausführung ist die Antifriktionshülle 8 aus Messing gebildet, das auf der Reibungsfläche mit einer   Chromschichtversehen    ist, die Hülse 2 ist dann in dieser ersten Ausführungsform aus Teflon hergestellt.

  In der äusseren walzenförmigen Oberfläche der Hülse 2 sind zwei Umfangsaussparungen angebracht, in denen pseudobifilar gewickelte Induktionsspulen   3,4    angeordnet sind. Wie bekannt, besteht die Spulenwicklung in der Bifilarausgestaltung aus zwei Spulenleiterketten, die in einem Spulenraum angeordnet oder durch zwei Leiter mit ungefähr gleicher Länge gebildet sind. Der Leiter einer Kette ist gegenläufig gegenüber dem Leiter der zweiten Kette aufgewickelt und beide Leiter sind abwechselnd in der unmittelbaren Nähe aufgewickelt und in der Mitte der Gesamtlänge dieser Spulenwicklung sind sie miteinander leitend verbunden. Die Bifilarausgestaltung der Spulenwicklung bezweckt, die bei dem Durchfluss des elektrischen Stromes durch beide Spulenleiterketten entstehenden, magnetischen Felder gegenseitig zu kompensieren.



   Im Sinne dieser Beschreibung versteht man unter dem Begriff der pseudobifilaren Ausgestaltung der Spulenwicklung die Ausgestaltung beider Spulenleiterketten in zwei unabhängige Spulenräume. In der dargestellten Ausführung ist die erste Spulenleiterkette der ersten Induktionsspule 4 angesichts der zweiten Spulenleiterkette der zweiten Induktionsspule 5 axial versetzt, so dass in dieser pseudobifilaren Ausgestaltung, die bei dem Durchfluss des elektrischen Stromes durch beide Leiterketten entstehenden magnetischen Felder nur teilweise kompensiert werden.



  Demgegenüber ermöglicht aber die angeführte pseudobifilare Ausgestaltung, die gesamte elektromotorische Kraft, die bei der gegebenen axialen Bewegung des permanenten Magneten 1 in der Öffnung der Hülse 2 induziert wird, zu erhöhen, und ferner schwächt diese Art Ausgestaltung den eventuellen Störungseinfluss des äusseren magnetischen Feldes ab. Zu dieser Schwächung des Störungseinflusses des äusseren magnetischen Feldes trägt auch die Bildung des Körpers 7 aus ferromagnetischem Material bei.



   Bei der zweiten Ausführungsform des Induktionsgebers, in Abb. 2 ist die Hülse 2 in ihrer walzförmigen Öffnung überdies mit einer dünnwandigen walzenförmigen Antifriktionseinlage 11 versehen. Die Hülse 2 ist in dieser zweiten Ausführungsform vorteilhafterweise aus einer keramischen Masse gefertigt und die   Antifliktionseinlage    11 dagegen aus Teflon. Diese Ausgestaltung verhindert ein Verkanten des Permanentmagneten 1 in der walzenförmigen Öffnung der Hülse 2 und gewährleistet die Masshaltigkeit der Hülse 2 auch bei relativ hohen Temperaturänderungen. Die Formgebung der anderen Teile des Induktionsgebers gemäss der zweiten Ausführungsform ist praktisch dieselbe wie bei dem Induktionsgeber der ersfen Ausführungsform. Auch die pseudobifilare Ausgestaltung der Wicklung der Induktionsspulen 3, 4 ist bei beiden Ausführungen identisch.



   Bei der Befestigung des Induktionsgebers auf einem schwin   gungserzeugenden    Gegenstand, z. B. auf dem Lagerständer einer Turbine, kann sich der Permanentmagnet 1 gegenüber den anderen Teilen des Induktionsgebers zu bewegen, d. h. gegen über seinem Körper 7 mit der Hülse 2, der festen Magneten   5,6    und den Induktionsspulen 3, 4. Während dieser Bewegung überschneiden die Kraftlinien des Permanentmagneten 1 die Wicklung der Induktionsspulen 3, 4, in denen eine resultierende elektromotorische Kraft induziert wird, die dann mit geeigneten Mitteln verstärkt und gemessen wird. 

  Bei der beschriebenen vorteilhaften pseudobifilaren Ausführung der Induktionsspulen   3,4    ist diese resultierende elektromotorische Kraft die Summe der elektromotorischen Kräfte, die separat in der ersten Induktionsspule 4 entstehen und daher gross.



   Der hiermit beschriebene Induktionsgeber hat relativ kleine Abmessungen und beträchtliche Beschleunigungen und Vibrationsamplituden. Er ist anspruchslos, verträgt auch ein ungleichmässiges Temperaturfeld und vermittelt ein verhältnismässig starkes Ausgangssignal, womit die Anbringung der Verstärkerund Messapparatur in einer grösseren Entfernung ermöglicht wird. Der Induktionsgeber besitzt eine sehr gute Empfindlichkeit bei der Erhaltung einer linearen Charakteristik der Abhängigkeit der elektromotorischen Ausgangskraft von der Geschwindigkeit verträgter Temperaturen bis   250"C.    



  
 

** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.

 



  PATENT CLAIMS
1. Induction transmitter for sensing vibrations and vibrations with a permanent magnet, at least movably mounted with respect to an induction coil, characterized in that in an axial cavity of a sleeve (2) with front-mounted, fixed magnets (5, 6) whose poles are oriented in the same direction and an axially movable permanent magnet (1) is arranged in a common end space, the poles of which are oriented in opposite directions, induction coils (3, 4) being wound around the common end space in the sleeve (2).



   2. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that in the sleeve (2) around the common end space of the fixed magnets (5, 6) at the locations of the pole spaces (9, 10), the induction coils (3, 4) wound pseudobifilar are.



   3. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that an anti-friction insert (11) is arranged in the axial cavity of the sleeve (2).



   4. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (1) is provided with an anti-friction sleeve (8).



   The invention relates to an induction transmitter for sensing vibrations and oscillations with a permanent magnet, at least movably mounted with respect to an induction coil.



   The vibrations are one of the most important physical phenomena that characterize the operating state and the working process of a machine. The measurement and evaluation of such vibrations is extremely important, especially in the case of high-speed rotary machines and in the facilities that work in long-term operation, e.g. B. in steam and gas turbines.



   In the energy-converting devices mentioned, the vibration transmitters are often exposed to high temperatures, but also large accelerations and considerable vibration amplitudes, which in certain phases of an operation reach values of up to a few hundred micrometers, whereas in normal operation the vibration amplitude is only a few micrometers. Further requirements placed on the vibration transmitter are: small dimensions and a small weight, a linear characteristic in the entire measuring range and an electromagnetic interference stability.



   At present, induction transmitters are frequently used to sense vibrations, in which a permanent magnet is suspended on an elastic membrane between two firmly attached coils. When the encoder moves, an electromotive force is induced in these coils, which is amplified and measured using suitable means. The disadvantage of the induction transducers mentioned is that the membrane is destroyed under harsh conditions, in particular with a considerable increase in the vibration amplitude.



   Another known induction transmitter for sensing vibrations consists of a sensing coil and two magnetic rings, one of which has an inner movable magnetic ring with play in a roller-shaped cavity of an outer, fixed magnetic ring and in a narrow, roller-shaped space between the two magnetic rings on one Guide bush a thin scanning coil is arranged. The oscillation of the inner, movable magnetic ring induces an electromotive force in the scanning coil, which is appropriately amplified and measured.

  The disadvantage of such an induction transmitter is a relatively weak signal and inadequate guidance of the inner, movable ring within the outer fixed magnetic ring, which leads to increased friction and skewing of the parts which are movable with respect to one another during operation, and thus above all with small vibration amplitudes has considerable non-linearity depending on the induced electromotive force on the relative speed of the magnetic rings. For the reasons given, the use of the induction transmitter just described is therefore limited only to the measurement in the vertical direction.



   In another known embodiment of an induction transmitter, a thin disk-shaped scanning coil is arranged concentrically in the guide profile above an immovably mounted fixed magnet, over which coil an axially displaceable magnet is then arranged. In view of the opposite polar orientation of the magnets mentioned, axial repulsive forces are formed in their common end space, which act as a compression spring element and hold the displaceable magnet in a permanent suspension above the fixed magnet. This version of the induction transmitter also enables vibration measurements only in the vertical direction.



   An induction transmitter formed by a displaceable permanent magnet is also known. This magnet is arranged in a sleeve and fastened on both sides with two springs. An induction coil is arranged around the sleeve. When the displaceable magnet moves in the coil, an electromotive force is induced, which is appropriately amplified, measured and evaluated. The disadvantage of this encoder is a low sensitivity under the influence of the friction in the sleeve and as a result of the torque which is developed by the spring on the permanent magnet and which presses it against the sleeve walls. In addition, the mass and its own spring frequency limits the use of these sensors to the relatively narrow frequency and acceleration range.

  In addition, the production of springs with a precise characteristic and dimensions is difficult and costly.



   A further procedure for vibration measurement, in particular in the thermal energy systems mentioned, is the use of piezoelectric vibration sensors.



  The ability of some crystals to convert mechanical forces into electrical voltage is used in the cited sensors. This voltage is proportional to the acceleration of the mass of the piezoelectric sensor that occurs during the vibration. The resulting electrical voltage is then amplified, measured and evaluated using suitable equipment. The advantage of the piezoelectric encoder is, on the one hand, its ability to endure large accelerations and vibration amplitudes, and, on the other hand, the small dimensions required. In contrast, they are not very suitable for the transmission of weak signals. For this reason, the amplification means must be arranged at a relatively short distance from the piezoelectric transmitter.

  Furthermore, the piezoelectric sensors are very sensitive to an uneven temperature field around them.



   The object of the invention is to eliminate most of the disadvantages mentioned of currently used induction sensors.



   The object is achieved according to the invention in that in an axial cavity of a sleeve with front-mounted fixed magnets, the poles of which are oriented in the same direction and an axially movable permanent magnet is arranged in a common end space, the poles of which are oriented in opposite directions, with all around in the sleeve this common end space induction coils are wound.



   Two embodiments of the induction transmitter according to the invention are illustrated in the accompanying drawing and are explained in more detail below. Show it:



   Figure 1 shows a first embodiment in the axial section.
Fig. 2 shows a second embodiment again in the axial section.



   In the first embodiment according to FIG. 1, the induction transmitter consists of a closed roller-shaped body 7, in the cavity of which a sleeve 2 with fixed magnets 5, 6 concentrically mounted in the front space, between which in the common front space in a roller-shaped opening of this sleeve 2 a roller-shaped, axially movable concentrically mounted permanent magnet 1 is arranged.

  The mutually synchronous pole orientation of the fixed magnets 5, 6 and the opposite pole orientation of the movable permanent magnet 1 form in the first end pole space 9 between the first fixed magnet 5 and the movable permanent magnet 1, and also in the second end pole space 10 between the second fixed magnet 6 and the movable permanent magnet 1 have axial repulsive forces, so that the magnetic fields in the end pole spaces 9, 10 mentioned act as resilient pressure elements with a very favorable characteristic.



   The repulsive forces introduced in both front pole spaces 9, 10 prevent the movable magnet 1 from coming into direct contact with any fixed magnets 5, 6 in any rest position of the induction transmitter. The movable permanent magnet 1, in which an axially continuous ventilation opening 12 is formed, is on its exterior Provide the surface with an anti-friction cover 8. The material of the sliding surface of the anti-friction sleeve 8 and the material of the sleeve 2 are chosen with regard to the minimum mutual coefficient of friction. In the first embodiment described, the anti-friction sleeve 8 is formed from brass, which is provided with a chrome layer on the friction surface, the sleeve 2 is then made from Teflon in this first embodiment.

  In the outer cylindrical surface of the sleeve 2 there are two circumferential recesses in which pseudobifilar wound induction coils 3, 4 are arranged. As is known, the coil winding in the bifilar configuration consists of two coil conductor chains which are arranged in a coil space or are formed by two conductors of approximately the same length. The conductor of one chain is wound in the opposite direction to the conductor of the second chain and both conductors are alternately wound in the immediate vicinity and they are conductively connected to one another in the middle of the total length of this coil winding. The bifilar configuration of the coil winding is intended to mutually compensate for the magnetic fields which arise when the electrical current flows through both coil conductor chains.



   In the sense of this description, the term pseudobifilar configuration of the coil winding means the configuration of both coil conductor chains in two independent coil spaces. In the embodiment shown, the first coil conductor chain of the first induction coil 4 is axially offset in view of the second coil conductor chain of the second induction coil 5, so that in this pseudo-bifilar embodiment, the magnetic fields which arise when the electrical current flows through both conductor chains are only partially compensated for.



  In contrast, however, the pseudobifilar embodiment mentioned makes it possible to increase the total electromotive force which is induced in the opening of the sleeve 2 during the given axial movement of the permanent magnet 1, and furthermore this type of embodiment weakens the possible interference influence of the external magnetic field. The formation of the body 7 from ferromagnetic material also contributes to this weakening of the interference influence of the external magnetic field.



   In the second embodiment of the induction transmitter, in Fig. 2, the sleeve 2 is also provided in its roller-shaped opening with a thin-walled roller-shaped anti-friction insert 11. In this second embodiment, the sleeve 2 is advantageously made of a ceramic mass, and the anti-glue insert 11 is made of Teflon. This configuration prevents the permanent magnet 1 from tilting in the roller-shaped opening of the sleeve 2 and ensures the dimensional accuracy of the sleeve 2 even in the case of relatively high temperature changes. The shape of the other parts of the induction transmitter according to the second embodiment is practically the same as that of the induction transmitter of the first embodiment. The pseudobifilar configuration of the winding of the induction coils 3, 4 is also identical in both versions.



   When mounting the induction sensor on a vibration-generating object, for. B. on the bearing stand of a turbine, the permanent magnet 1 can move relative to the other parts of the induction transmitter, i. H. against his body 7 with the sleeve 2, the fixed magnets 5, 6 and the induction coils 3, 4. During this movement, the lines of force of the permanent magnet 1 overlap the winding of the induction coils 3, 4, in which a resulting electromotive force is induced, the then strengthened and measured with suitable means.

  In the described advantageous pseudobifilar embodiment of the induction coils 3, 4, this resulting electromotive force is the sum of the electromotive forces that arise separately in the first induction coil 4 and is therefore large.



   The induction transmitter described herewith has relatively small dimensions and considerable accelerations and vibration amplitudes. It is undemanding, also tolerates an uneven temperature field and transmits a relatively strong output signal, which enables the amplifier and measuring equipment to be attached at a greater distance. The induction sensor has a very good sensitivity while maintaining a linear characteristic of the dependence of the electromotive output force on the speed of tolerated temperatures up to 250 "C.


    

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE 1. Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen und Schwingungen mit einem permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten Magnet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem axialen Hohlraum einer Hülse (2) mit frontal angebrachten, festen Magneten (5, 6), deren Pole gleichlaufend orientiert sind und in einem gemeinsamen Stirnraum ein axial beweglicher permanenter Magnet (1) angeordnet ist, dessen Pole gegenlaufend orientiert sind, wobei in der Hülse (2) rund um diesen gemeinsamen Stirnraum Induktionsspulen (3, 4) aufgewickelt sind. PATENT CLAIMS 1. Induction transmitter for sensing vibrations and vibrations with a permanent magnet, at least movably mounted with respect to an induction coil, characterized in that in an axial cavity of a sleeve (2) with front-mounted, fixed magnets (5, 6) whose poles are oriented in the same direction and an axially movable permanent magnet (1) is arranged in a common end space, the poles of which are oriented in opposite directions, induction coils (3, 4) being wound around the common end space in the sleeve (2). 2. Induktionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (2) rund um den gemeinsamen Stirnraum der festen Magnete (5, 6) an den Stellen der Polräume (9, 10), die Induktionsspulen (3, 4) pseudobifilar aufgewickelt sind.  2. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that in the sleeve (2) around the common end space of the fixed magnets (5, 6) at the locations of the pole spaces (9, 10), the induction coils (3, 4) wound pseudobifilar are. 3. Induktionsgebernach Anspruch 1, dadurchgekennzeich- net, dass in dem axialen Hohlraum der Hülse (2) eine Antifriktionseinlage (11) angeordnet ist.  3. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that an anti-friction insert (11) is arranged in the axial cavity of the sleeve (2). 4. Induktionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der permanente Magnet (1) mit einer Antifriktionshülle (8) versehen ist.  4. Induction transmitter according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (1) is provided with an anti-friction sleeve (8). Die Erfindung betrifft einen Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen und Schwingungen mit einem permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten Magnet.  The invention relates to an induction transmitter for sensing vibrations and oscillations with a permanent magnet, at least movably mounted with respect to an induction coil. Die Vibrationen gehören zu den wichtigsten, den Betriebszustand und den Arbeitsvorgang einer Maschine charakterisierenden physikalischen Erscheinungen. Das Messen und die Auswertung derartiger Vibrationen ist ausserordentlich wichtig, insbesondere bei schnellaufenden Rotationsmaschinen und bei den Einrichtungen, die im langdauernden Betrieb arbeiten, z. B. bei Dampf- und Gasturbinen.  The vibrations are one of the most important physical phenomena that characterize the operating state and the working process of a machine. The measurement and evaluation of such vibrations is extremely important, especially in the case of high-speed rotary machines and in the facilities that work in long-term operation, e.g. B. in steam and gas turbines. Bei den genannten energieumsetzenden Einrichtungen sind die Vibrationsgeber oft hohen Temperaturen ausgesetzt, aber auch grossen Beschleunigungen und beträchtlichen Schwin gungsamplituden, die in gewissen Phasen eines Arbeitsganges Werte von bis zu einigen Hundert Mikrometern erreicht, wogegen im gewöhnlichen Betrieb die Schwingungsamplitude nur einige Mikrometer beträgt. Weitere, an die Vibrationsgeber gestellte Anforderungen sind: kleine Abmessungen und ein kleines Gewicht, eine lineare Charakteristik im ganzen Messbereich und eine elektromagnetische Störstabilität.  In the energy-converting devices mentioned, the vibration transmitters are often exposed to high temperatures, but also large accelerations and considerable vibration amplitudes, which in certain phases of an operation reach values of up to a few hundred micrometers, whereas in normal operation the vibration amplitude is only a few micrometers. Further requirements placed on the vibration transmitter are: small dimensions and a small weight, a linear characteristic in the entire measuring range and an electromagnetic interference stability. Gegenwärtig werden häufig Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen benutzt, bei denen ein permanenter Magnet auf einer elastischen Membrane zwischen zwei fest befestigten Spulen aufgehängt ist. Bei der Bewegung des Gebers wird in diesen Spulen eine elektromotorische Kraft induziert, die mit geeigneten Mitteln verstärkt und gemessen wird. Der Nachteil der genannten Induktionsgeber besteht darin, dass unter harten Bedingungen, insbesondere bei einer beträchtlichen Erhöhung der Vibrationsamplitude, die Membrane zerstört werden.  At present, induction transmitters are frequently used to sense vibrations, in which a permanent magnet is suspended on an elastic membrane between two firmly attached coils. When the encoder moves, an electromotive force is induced in these coils, which is amplified and measured using suitable means. The disadvantage of the induction transducers mentioned is that the membrane is destroyed under harsh conditions, in particular with a considerable increase in the vibration amplitude. Ein weiterer vorbekannter Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen besteht aus einerAbtastspule und zwei magnetischen Ringen, von denen ein innerer beweglicher magnetischer Ring mit Spiel in einem walzenförmigen Hohlraum eines äusseren, festen magnetischen Ringes gelagert ist und in einem engen walzförmigen Zwischenraum zwischen den beiden magnetischen Ringen auf einer Führungsbüchse eine dünne Abtastspule angeordnet ist. Durch die Schwingung des inneren, beweglichen magnetischen Ringes wird in der Abtastspule eine elektromotorische Kraft induziert, die in geeigneter Weise verstärkt und gemessen wird.  Another known induction transmitter for sensing vibrations consists of a sensing coil and two magnetic rings, one of which has an inner movable magnetic ring with play in a roller-shaped cavity of an outer, fixed magnetic ring and in a narrow, roller-shaped space between the two magnetic rings on one Guide bush a thin scanning coil is arranged. The oscillation of the inner, movable magnetic ring induces an electromotive force in the scanning coil, which is appropriately amplified and measured. Der Nachteil eines solchen Induktionsgebers besteht in einem relativ schwachen Signal und einer mangelhaften Führung des inneren, beweglichen Ringes innerhalb des äusseren festen magnetischen Ringes, die im Betrieb zu einer erhöhten Reibung und einer Schiefstellung der einander beweglichen Teile führt, und damit vor allem bei kleinen Vibrationsamplituden eine beträchtliche Nichtlinearität in Abhängigkeit der induzierten elektromotorischen Kraft von der relativen Geschwindigkeit der magnetischen Ringe aufweist. Die Benützung des gerade beschriebenen Induktionsgebers ist daher aus angeführten Gründen nur auf die Messung in vertikaler Richtung beschränkt. The disadvantage of such an induction transmitter is a relatively weak signal and inadequate guidance of the inner, movable ring within the outer fixed magnetic ring, which leads to increased friction and skewing of the parts which are movable with respect to one another during operation, and thus above all with small vibration amplitudes has considerable non-linearity depending on the induced electromotive force on the relative speed of the magnetic rings. For the reasons given, the use of the induction transmitter just described is therefore limited only to the measurement in the vertical direction. Bei einer anderen bekannten Ausführung eines Induktionsgebers ist im Leitprofil über einem unbeweglich gelagerten festen Magneten eine dünne scheibenförmige Abtastspule konzentrisch angeordnet, über welcher Spule dann ein axial verschiebbarer Magnet angeordnet ist. Angesichts der gegenlaufenden Polorientierung der erwähnten Magneten werden in ihrem gemeinsamen Stirnraum axiale Abstosskräfte gebildet, die als ein Druckfederelement wirken und den verschiebbaren Magnet in einer Dauerschwebe über dem festen Magnet halten. Diese Ausführung des Induktionsgebers ermöglicht die Schwingungsmessungen ebenfalls nur in der vertikalen Richtung.  In another known embodiment of an induction transmitter, a thin disk-shaped scanning coil is arranged concentrically in the guide profile above an immovably mounted fixed magnet, over which coil an axially displaceable magnet is then arranged. In view of the opposite polar orientation of the magnets mentioned, axial repulsive forces are formed in their common end space, which act as a compression spring element and hold the displaceable magnet in a permanent suspension above the fixed magnet. This version of the induction transmitter also enables vibration measurements only in the vertical direction. Es ist auch ein durch einen verschiebbaren permanenten Magnet gebildeter Induktionsgeber bekannt. Dieser Magnet ist in einer Hülse angeordnet und beiderseitig mit zwei Federn befestigt. Rund um die Hülse ist eine Induktionsspule angeordnet. Bei der Bewegung des verschiebbaren Magneten in der Spule wird eine elektromotorische Kraft induziert, die in geeigneter Weise verstärkt, gemessen und ausgewertet wird. Der Nachteil dieses Gebers besteht in einer niedrigen Empfindlichkeit unter Einfluss der Reibung in der Hülse und infolge des Drehmoments, das durch die Feder auf den permanenten Magnet entwickelt wird und das denselben an die Hülsenwände drückt. Ausserdem begrenzt die Masse und die eigene Federfrequenz die Anwendung dieser Geber auf den verhältnismässig engen Frequenz- und Beschleunigungsbereich.  An induction transmitter formed by a displaceable permanent magnet is also known. This magnet is arranged in a sleeve and fastened on both sides with two springs. An induction coil is arranged around the sleeve. When the displaceable magnet moves in the coil, an electromotive force is induced, which is appropriately amplified, measured and evaluated. The disadvantage of this encoder is a low sensitivity under the influence of the friction in the sleeve and as a result of the torque which is developed by the spring on the permanent magnet and which presses it against the sleeve walls. In addition, the mass and its own spring frequency limits the use of these sensors to the relatively narrow frequency and acceleration range. Ausserdem ist die Herstellung von Federn mit einer genauen Charakteristik und mit genauen Abmessungen schwierig und kostspielig. In addition, the production of springs with a precise characteristic and dimensions is difficult and costly. Ein weiteres Vorgehen zur Schwingungsmessung, insbesondere bei den erwähnten thermischen energetischen Anlagen liegt in der Anwendung von piezoelektrischen Schwingungsgebern.  A further procedure for vibration measurement, in particular in the thermal energy systems mentioned, is the use of piezoelectric vibration sensors. Bei den angeführten Gebern wird die Fähigkeit einiger Kristalle, mechanische Kräfte in die elektrische Spannung umzusetzen, ausgenützt. Diese Spannung ist proportional der bei der Schwingung entstehenden Beschleunigung der Masse des piezoelektrischen Gebers . Die so entstehende, elektrische Spannung wird dann mit einer geeigneten Apparatur wieder verstärkt, gemessen und ausgewertet. Der Vorteil des piezoelektrischen Gebers besteht einerseits in ihrer Fähigkeit, grosse Beschleunigungen und Schwingungsamplituden zu ertragen, andererseits in den kleinen notwendigen Abmessungen. Wenig geeignet sind sie dagegen für die Übermittlung von schwachen Signalen. Aus diesem Grunde müssen die Verstärkungsmittel von dem piezoelektrischen Geber in einer verhältnismässig kleinen Entfernung angeordnet sein. The ability of some crystals to convert mechanical forces into electrical voltage is used in the cited sensors. This voltage is proportional to the acceleration of the mass of the piezoelectric sensor that occurs during the vibration. The resulting electrical voltage is then amplified, measured and evaluated using suitable equipment. The advantage of the piezoelectric encoder is, on the one hand, its ability to endure large accelerations and vibration amplitudes, and, on the other hand, the small dimensions required. In contrast, they are not very suitable for the transmission of weak signals. For this reason, the amplification means must be arranged at a relatively short distance from the piezoelectric transmitter. Weiterhin sind die piezoelektrischen Geber sehr empfindlich gegenüber einem ungleichmässigen Temperaturfeld ihrer Umgebung. Furthermore, the piezoelectric sensors are very sensitive to an uneven temperature field around them.   Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, den grössten Teil der genannten Nachteile von gegenwärtig verwendeten Induktionsgebern zu beseitigen.  The object of the invention is to eliminate most of the disadvantages mentioned of currently used induction sensors. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem axialen Hohlraum einer Hülse mit frontal angebrachten, festen Magneten, deren Pole gleichlaufend orientiert sind und in einem gemeinsamen Stirnraum ein axial beweglicher permanenter Magnet angeordnet ist, dessen Pole gegenlaufend orientiert sind, wobei in der Hülse rundum diesen gemeinsamen Stirnraum Induktionsspulen aufgewickelt sind.  The object is achieved according to the invention in that in an axial cavity of a sleeve with front-mounted fixed magnets, the poles of which are oriented in the same direction and an axially movable permanent magnet is arranged in a common end space, the poles of which are oriented in opposite directions, with all around in the sleeve this common end space induction coils are wound. Zwei Ausführungsbeispiele des Induktionsgebers gemäss der Erfindung sind in der beigelegten Zeichnung veranschaulicht und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.  Two embodiments of the induction transmitter according to the invention are illustrated in the accompanying drawing and are explained in more detail below. Show it: ** WARNING ** End of CLMS field could overlap beginning of DESC **.
CH70781A 1981-02-03 1981-02-03 Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations CH651663A5 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH70781A CH651663A5 (en) 1981-02-03 1981-02-03 Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH70781A CH651663A5 (en) 1981-02-03 1981-02-03 Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH651663A5 true CH651663A5 (en) 1985-09-30

Family

ID=4193292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH70781A CH651663A5 (en) 1981-02-03 1981-02-03 Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH651663A5 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989011636A1 (en) * 1988-05-25 1989-11-30 Geosensor Limited Improvements in or relating to electro-magnetically operable devices
WO2007113011A1 (en) * 2006-04-05 2007-10-11 Vega Grieshaber Kg Vibration sensor having a diaphragm which can be caused to oscillate
CN108007555A (en) * 2018-01-11 2018-05-08 河南科技大学 A kind of transplanter vibration detecting system and detection method based on electromagnetic induction principle
CN116141081A (en) * 2023-04-04 2023-05-23 山东江晟机械科技股份有限公司 Vibration measuring equipment for fault detection of numerical control machine tool
CN116380163A (en) * 2023-03-29 2023-07-04 青岛峻海物联科技有限公司 Sensing device for intelligent environment data acquisition of Internet of things
CN116481632A (en) * 2023-05-05 2023-07-25 吉林大学 A Magnetic Spring Sensor for UAV Vibration Detection

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989011636A1 (en) * 1988-05-25 1989-11-30 Geosensor Limited Improvements in or relating to electro-magnetically operable devices
WO2007113011A1 (en) * 2006-04-05 2007-10-11 Vega Grieshaber Kg Vibration sensor having a diaphragm which can be caused to oscillate
US7598820B2 (en) 2006-04-05 2009-10-06 Exxonmobil Research And Engineering Company Magnetic drive for high and low temperature mechanical oscillators used in sensor applications
CN108007555A (en) * 2018-01-11 2018-05-08 河南科技大学 A kind of transplanter vibration detecting system and detection method based on electromagnetic induction principle
CN108007555B (en) * 2018-01-11 2023-07-25 河南科技大学 A transplanter vibration detection system and detection method based on the principle of electromagnetic induction
CN116380163A (en) * 2023-03-29 2023-07-04 青岛峻海物联科技有限公司 Sensing device for intelligent environment data acquisition of Internet of things
CN116380163B (en) * 2023-03-29 2024-01-19 青岛峻海物联科技有限公司 Sensing device for intelligent environment data acquisition of Internet of things
CN116141081A (en) * 2023-04-04 2023-05-23 山东江晟机械科技股份有限公司 Vibration measuring equipment for fault detection of numerical control machine tool
CN116481632A (en) * 2023-05-05 2023-07-25 吉林大学 A Magnetic Spring Sensor for UAV Vibration Detection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2933557C2 (en) Transmitter for non-contact distance or speed measurement
EP0272544B1 (en) Angular-position encoder with a photo-electrically palpable encoder disc and double axle bearing
DE3729230C2 (en)
DE69305665T2 (en) Magnetic structure for a displacement sensor
EP0920604A1 (en) Measuring device for contactless capture of the angle of rotation or a linear motion
DE2216091A1 (en) DEVICE FOR NON-CONTACT TEMPERATURE MEASUREMENT ON A MOVING OBJECT
DE2253726B2 (en) Method and apparatus for measuring the orientation of a body
EP2308157A1 (en) Direct linear drive, drive device and actuating device
DE112021008477T5 (en) LINEAR ROTARY MOTOR
DE2829425A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ACCELERATIONS ON VIBRATING BODIES
EP1129357B1 (en) Device for the contactless measurement of the rotational speed of a part
EP0425529B1 (en) A measuring device for determining an angle of rotation
CH651663A5 (en) Electromagnetically acting induction-type transmitter for sensing vibrations
DE3033763C2 (en) Induction transmitter for scanning vibrations and oscillations
DE2213447C3 (en) Magnetic storage
DE69202939T2 (en) Linear sensors for small displacements in magnetic circles and ball bearings equipped with such sensors.
AT374921B (en) INDUCTION SENSOR FOR SENSING VIBRATIONS AND VIBRATIONS
DE102010029870A1 (en) sensor
DE19731555A1 (en) Magnetic position sensor
DE19545923A1 (en) Piston-cylinder device with inductive stroke-measuring sensor for stroke controlled lifting of loads
DE3428914C2 (en)
DE3510987C2 (en) Accelerometer
DE2445111B2 (en)
DE2727757C3 (en) Probe
CH652208A5 (en) Induction-type sensor for scanning vibrations

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased
PL Patent ceased