DD243342A1

DD243342A1 - TOUCHLESS WAY, VIBRATION SENSORS WITH LOW TEMPERATURE DEPOSITS

Info

Publication number: DD243342A1
Application number: DD28414685A
Authority: DD
Inventors: Diethard Herrmann
Original assignee: Univ Ernst Moritz Arndt
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1987-02-25

Abstract

Die Erfindung "Beruehrungslose Weg-, Schwingungssensoren mit geringen Temperaturabhaengigkeiten" bezieht sich auf das Gebiet Messtechnik und hat das Ziel, stoerende Temperatureinfluesse zu kompensieren. Durch die Anwendung eines Dreispulensystems, welches ein entgegengesetztes Vorzeichen des internen Sensortemperaturkoeffizienten im Vergleich zum ueblichen Einspulensystem besitzt, wird es moeglich, durch bestimmte Wahl von Messfrequenz, Spulengeometrie und Spulenabstaenden den Temperatureinfluss des Objektes und den des Sensors gleichzeitig zu kompensieren. Beruehrungslose Weg-, Schwingungssensoren werden in Kernkraftwerken, Kraftwerken, im Maschinenbau, in der Schiffstechnik, in der Verkehrstechnik, in der Landtechnik, bei Pumpen und in der chemischen Industrie eingesetzt.The invention "non-contact displacement, vibration sensors with low temperature dependencies" refers to the field of measurement technology and has the goal of compensating for disturbing temperature influences. By using a three-coil system, which has an opposite sign of the internal sensor temperature coefficient compared to the conventional Einspulensystem, it is possible to compensate by certain choice of measurement frequency, coil geometry and Spulenabstaenden the temperature influence of the object and the sensor at the same time. Non-contact displacement and vibration sensors are used in nuclear power plants, power plants, mechanical engineering, ship technology, traffic engineering, agricultural engineering, pumps and the chemical industry.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die berührungslose Messung an beweglichen Teilen (z B rotierenden Wellen, schwingenden Maschinen und Maschinenteilen) und ist einsetzbar in Kernkraftwerken, in konventionellen Kraftwerken, im Maschinenbau, in der Schiffstechnik, in der Verkehrstechnik, in der Landtechnik, bei Pumpen und in der chemischen IndustrieThe invention relates to non-contact measurement on moving parts (eg rotating shafts, vibrating machines and machine parts) and can be used in nuclear power plants, in conventional power plants, in mechanical engineering, in ship technology, in traffic engineering, in agricultural engineering, in pumps and in the chemical industry

Characteristic of the known technical solutions

Bei beruhrungslosen Weg-, Schwingungsmessungen entstehen an verschiedenen Stellen durch Temperaturschwankungen Meßfehler Nach ihrer Entstehungsart kann man drei Arten von Temperaturfehlern unterscheidenIn the case of non-contact path and vibration measurements, temperature fluctuations cause measurement errors at various points. According to their origin, three types of temperature errors can be distinguished

1 Langenausdehnungen des Sensors und der Sensorhalterung1 Long extensions of the sensor and the sensor holder

2 Interne Änderungen der Eigenschaften des Sensors, ζ B ,Widerstände der Spulen, Spulenabstande, Windungsabstande usw (interner Sensortemperatureinfluß)2 Internal changes of the characteristics of the sensor, ζ B, coil resistances, coil distances, winding distances, etc. (internal sensor temperature influence)

3 Veränderungen der Eigenschaften des Meßobjektes3 changes in the properties of the test object

Beim ersten Fall handelt es sich um die reine äußere Warmeausdehnung der mechanischen Sensorteile und der Sensorhalterungen, die man generell berechnen und somit bei jede,r Messung berücksichtigen kann Auch Kompensationen durch Ausdehnungstelle (entsprechend dem Kompensationspendel) sind möglich und bekannt Der erste Fall soll aus diesem Grunde an dieser Stelle nicht behandelt werdenThe first case is the pure external thermal expansion of the mechanical sensor parts and the sensor holders, which can generally be calculated and thus taken into account for each measurement. Compensations due to the expansion point (corresponding to the compensation pendulum) are possible and well-known Basically not treated at this point

Nach dem Stand der Technik gibt es Verfahren, die einen bzw mehrere dieser drei Effekte kompensieren Jedoch muß allen bekannten Methoden eine Zusatzeinrichtung (Kompensationsstuck, zum Teil über beweghcheTeile) individuell jedem speziellen Fall der Meßanordnung angepaßt werden (DD 222396 A1, WP GO1 M/270 290/5, WP GO1 D/273 913/8) Alle Herstellerfirmen von beruhrungslosen Weg- und Schwingungssenoren kompensieren diese Temperatureinflusse nicht, sie liefern lediglich Korrekturwerte Der Temperatureinfluß der Objektmaterialien wird von den Herstellerfirmen nicht von der Temperaturabhangigkeit des Sensors getrennt Die Hersteller umgehen diese Schwierigkeiten, indem sie den Einsatz ihrer Gerate auf eine bestimmte Stahlsorte vorschreiben, was eine große Einschränkung bedeutet (Schenk AG, BRD, Vibrometer AG, Schweiz, micro epsilon, BRD, Reutlinger BRD, Philips BRD, Siemens, BRD, Bentley/Nevada, USA)In the prior art there are methods which compensate for one or more of these three effects. However, in all known methods, an accessory (compensating piece, partly over moving parts) must be adapted to each specific case of the measuring arrangement (DD 222396 A1, WP GO1 M / 270 290/5, WP GO1 D / 273 913/8) Manufacturers of non-contact displacement and vibration sensors do not compensate for these temperature effects, they merely provide correction values. The temperature influence of the object materials is not separated from the temperature dependence of the sensor by the manufacturers. Manufacturers avoid these difficulties by prescribing the use of their equipment for a particular type of steel, which is a great limitation (Schenk AG, FRG, Vibrometer AG, Switzerland, micro epsilon, FRG, Reutlinger BRD, Philips BRD, Siemens, FRG, Bentley / Nevada, USA)

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Sensor herzustellen, bei dem der Temperatureinfluß auf den Geber selbst (interner Sensortemperatureinfluß) und die Abhängigkeit des Objektmaterials von der Temperatur gering sind Damit entfallen äußere Temperaturkompensationen, die außerdem noch individuell den Meßbedingungen angepaßt werden müssen Der Sensor wird universeller einsetzbarThe aim of the invention is to produce a sensor in which the influence of temperature on the sensor itself (internal sensor temperature influence) and the dependence of the object material on the temperature are low eliminates external temperature compensations, which also still need to be individually adapted to the measurement conditions, the sensor is more universal used

Explanation of the essence of the invention

— Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen beruhrungslosen Weg-, Schwingungsmesser zu schaffen, bei dem der interne Temperaturkoeffizient des Sensors und die Temperaturabhangigkeit des Objektmatenals minimal gehalten werden- The invention has as its object to provide a contactless Weg-, vibration meter, in which the internal temperature coefficient of the sensor and the temperature dependence of the Objektmatenals be minimized

— Erfindungsgemaß wird die Aufgabe so gelost, daß ein Meßverfahren eingesetzt wird, bei dem beide betrachteten Temperatureffekte möglichst den gleichen Betrag haben, aber entgegengesetzte Vorzeichen besitzen- According to the invention, the object is achieved so that a measuring method is used, in which both considered temperature effects as possible have the same amount, but have opposite signs

Alle bekannten Herstellerfirmen von Weg- und Sohwingung^geraten verwenden ein Einspulenverfahren (Figur 1) in ihren Sensoren, d h Meß- und Sendespule bilden eine Einheit Dieses Einspulenverfahren hat die Eigenschaft, daß der interne Sensortemperaturkoeffizient das gleiche Vorzeichen besitzt wie die Temperaturkoeffizienten der üblichen Stahlsorten (Objekte) Somit addieren sich beide Wirkungen und die Meßeinrichtung besitzt eine starke Temperaturabhangigkeit Verwendet man an Stelle des Einspulen- ein Dreispulenverfahren, bei dem drei Spulen auf einer Achse aufgereiht sind (Meßspule, Sendespule, Kompensationsspule, Figur 2), so haben Messungen ergeben, daß dieser Sensor im Vergleich zum Einspulenverfahren einen entgegengesetzt gerichteten internen Temperaturkoeffizienten besitzt Somit haben die Dreispulensensoren auch einen entgegengesetzten Temperatureinfluß zum Objektmatenal Durch Variation der Meßfrequenz, der Spulengeometne und der Spulenabstande laßt sich die Kompensation beider Temperatureffekte optimieren, indem man die Betrage beider Temperaturkoeffizienten möglichst gleich machtAll known manufacturer companies of Weg- and Sohwingung ^ advised a Einspulenverfahren (Figure 1) in their sensors, ie measuring and transmitting coil form a unit This Einspulenverfahren has the property that the internal sensor temperature coefficient has the same sign as the temperature coefficient of the common steel grades ( Objects) Thus, both effects add up and the measuring device has a strong temperature dependence If, instead of the Einspulen- a three-coil method in which three coils are lined up on an axis (measuring coil, transmitting coil, compensation coil, Figure 2), so measurements have shown that This sensor has an oppositely directed internal temperature coefficient compared to the Einspulenverfahren Thus, the Dreispulensensoren also have an opposite temperature influence to Objektmatenal By varying the measuring frequency, the Spulengeometne and the Spulenabstande let the compensation be ider optimize temperature effects by making the amounts of both temperature coefficients as equal as possible

embodiment

Die Erfindung soll am folgenden Beispiel erläutert werden Die Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung beim üblichen Einspulenverfahren Das Meßobjekt 1 stellt in der Praxis eine Welle, eine Metallwand oder ein beliebiges Maschinenteil (Stahl)The invention will be explained using the following example FIG. 1 shows the basic arrangement in the conventional single-coil method. The object to be measured 1 represents in practice a shaft, a metal wall or any machine part (steel).

dar, dessen Abstand bzw. dessen Schwingung gemessen werden soll. Der Temperaturkoeffizient dieser Einspulenanordnung ist negativ.is, whose distance or its oscillation to be measured. The temperature coefficient of this Einspulenanordnung is negative.

Die Figur 2 zeigt den Aufbau beim Dreispulenverfahren. Die Sendespule 4 liefert aus einem Generator die Wechselspannung. Bei entsprechender Polung und bestimmter Geometrie und Windungszahlen haben sich die ankommenden Signale der Empfangsspule 3 und der Kompensationsspule 5 für einen festgelegten Meßobjektabstand (Nullpunkt) auf (Differenzverfahren).FIG. 2 shows the structure in the three-coil method. The transmitting coil 4 supplies the AC voltage from a generator. With appropriate polarity and certain geometry and number of turns, the incoming signals of the receiving coil 3 and the compensation coil 5 for a fixed Meßobjektabstand (zero point) on (differential method).

Die Anordnung nach Figur 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach Figur 1 durch einen positiven internen Tem peratu rkoeffizienten.The arrangement of Figure 2 differs from the arrangement of Figure 1 by a positive internal Tem peratu rkoeffizienten.

Durch Wahl der Meßfrequenz, der Spulengeometrie und der Spulenabstände kann man erreichen, daß der Betrag dieses positiven internen Temperaturkoeffizienten des Sensors möglichst gleich dem Betrag des negativen Temperaturkoeffizienten des Objektmaterials wird. Sind beide Beträge gleich, hat man eine vollständige Temperaturkompensation erreicht.By choosing the measuring frequency, the coil geometry and the coil spacings, it can be achieved that the magnitude of this positive internal temperature coefficient of the sensor becomes as equal as possible to the magnitude of the negative temperature coefficient of the object material. If both amounts are equal, complete temperature compensation has been achieved.

Claims

invention claim

Non-contact displacement, vibration sensors with low temperature dependencies according to the three-coil method (Figure 2), characterized in that the internal temperature coefficient of the sensor has an opposite sign compared to the conventional single-coil method (Figure 1) and by certain choice of the measuring frequency, the coil geometry and the Coil distances the amount of the internal temperature coefficient of the three-coil sensor is matched as closely as possible to the amount of the temperature coefficient of the object material, which, since both coefficients have opposite signs, compensate for both temperature influences

For this

2 pages drawings