DE102016009289A1 - Device for determining thermal and mechanical loads on a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Ermittlung thermischer und/oder mechanischer Belastungen eines Bauteils, wobei mindestens zwei auf dem Bauteil anbringbare kapazitive Dehnungssensoren (4, 5) und mindestens ein erster Schwingkreis (2) und ein zweiter Schwingkreis (3) vorhanden sind. Diese Schwingkreise sind mit einen kapazitiven Dehnungssensor (4, 5) ausgebildet, wobei jeder der Schwingkreise eine primäre Induktivität (6, 7) aufweist und wobei jedem der Schwingkreise eine sekundäre Induktivität (8, 9) zugeordnet ist. Die primären Induktivitäten weisen eine voneinander unterschiedliche Induktivität auf. Die Schwingkreise sind zur Bestimmung der momentanen Resonanzfrequenz anregbar. Mittels einer Auswerteeinheit (10), die zur Auswertung einer Resonanzfrequenz ausgebildet ist, ist die Resonanzfrequenz des jeweiligen Schwingkreises und damit die Bauteilbeanspruchung ermittelbar.The invention comprises a device for determining thermal and / or mechanical loads on a component, wherein at least two capacitive strain sensors (4, 5) attachable to the component and at least one first oscillatory circuit (2) and a second oscillatory circuit (3) are present. These resonant circuits are formed with a capacitive strain sensor (4, 5), wherein each of the resonant circuits has a primary inductance (6, 7) and wherein each of the resonant circuits is associated with a secondary inductance (8, 9). The primary inductors have mutually different inductance. The resonant circuits can be excited to determine the instantaneous resonant frequency. By means of an evaluation unit (10), which is designed to evaluate a resonance frequency, the resonance frequency of the respective resonant circuit and thus the component stress can be determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung der thermischen und mechanischen Belastungen eines Bauteils.The invention relates to a device and a method for determining the thermal and mechanical loads of a component.

Zur Beurteilung des Lebensdauerverbrauchs von thermisch und/oder mechanisch beanspruchten Bauteilen ist die Kenntnis der Materialermüdung oder Schädigung erforderlich. Die Materialermüdung oder Schädigung beschreibt einen langsam voranschreitenden Schädigungsprozess in dem Werkstoff unter Umgebungseinflüssen wie beispielsweise wechselnde mechanische Belastung oder wechselnde Temperatur. Die Genauigkeit der Ermittlung bzw. Beurteilung des Lebensdauerverbrauchs eines Bauteils kann durch Kenntnis der tatsächlichen Bauteilbeanspruchung gesteigert werden. Dadurch wird die Sicherheit des Bauteilbetriebs erhöht und die Intervalle für wiederkehrende Prüfungen können sinnvoller gewählt werden.To assess the lifetime consumption of thermally and / or mechanically stressed components, knowledge of material fatigue or damage is required. The material fatigue or damage describes a slow progressing damage process in the material under environmental influences such as changing mechanical load or changing temperature. The accuracy of the determination or assessment of the lifetime consumption of a component can be increased by knowing the actual component stress. This increases the safety of the component operation and makes the intervals for recurring inspections more meaningful.

Die tatsächliche Bauteilbeanspruchung kann durch zerstörendes Probeschneiden von Passstücken und deren Laboruntersuchung, durch Gefügeabdruckentnahme oder in Kombination von beiden Methoden ermittelt werden. Relevant ist die Kenntnis der tatsächlichen Bauteilbeanspruchung insbesondere bei thermisch und/oder mechanisch hochbelasteten Bauteilen, beispielsweise bei Bauteilen des Kessels von Großfeuerungsanlagen. Die vorgenannten Untersuchungsmethoden machen eine Außerbetriebnahme der Anlage erforderlich, was aus Gründen des hiermit einhergehenden Produktionsausfalls bzw. Anlagenstillstands nicht wünschenswert ist.The actual component stress can be determined by destructive trial cutting of fittings and their laboratory examination, by microstructural removal or in combination of both methods. Relevant is the knowledge of the actual component stress especially in thermally and / or mechanically highly stressed components, for example in components of the boiler of large combustion plants. The aforementioned methods of investigation make a decommissioning of the plant required, which is not desirable for the sake of the associated production downtime or plant downtime.

Alternativ dazu lässt sich der Lebensdauerverbrauch von thermisch und mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen, insbesondere von heißgehenden, unter Mediendruck stehenden Rohren grundsätzlich berechnen bzw. simulieren. Dies erfolgt durch Anwendung von Rechenmodellen, beispielsweise Finite Elemente Berechnungen, die unter Verwendung der tatsächlichen thermischen und mechanischen Belastungen des Werkstoffs sowie einer gegebenen Werkstofffestigkeit als Randbedingungen eine verhältnismäßig realistische Lebensdauervorhersage für das Bauteil liefern. In der Regel liefern Finite Elemente Berechnungen Aussagen über das Mittelwertverhalten des Bauteils unter den gegebenen Randbedingungen. Wesentlich für die Genauigkeit einer solchen Berechnung ist die Kenntnis der tatsächlichen Bauteilbeanspruchung, beispielsweise durch Kenntnis der mechanischen und/oder thermischen Belastungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist. Ein mögliches Verfahren zur Ermittlung entsprechender Belastungen des Bauteils offenbart die DE 10 2009 057 135 A1 . Das dort beschriebene Verfahren sieht für jeden Sensor eine Auswerteeinheit mit separater Verkabelung vor.Alternatively, the lifetime consumption of thermally and mechanically highly stressed components, in particular of hot, under pressure media standing pipes can basically calculate or simulate. This is done by applying computational models, such as finite element calculations, which provide a relatively realistic component lifetime prediction using the actual thermal and mechanical stresses of the material and given material strength as constraints. As a rule, finite element calculations provide statements about the average behavior of the component under given boundary conditions. Essential for the accuracy of such a calculation is the knowledge of the actual component stress, for example by knowledge of the mechanical and / or thermal stresses to which the component is exposed. A possible method for determining corresponding loads of the component discloses the DE 10 2009 057 135 A1 , The method described there provides for each sensor an evaluation unit with separate wiring.

Die Genauigkeit der Lebensdauervorhersage eines Bauteils kann unter Anwendung eines Rechenmodells insbesondere dadurch gesteigert werden, dass die Bauteilbeanspruchung des Bauteils mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung ermittelt wird.The accuracy of the lifetime prediction of a component can be increased by using a computer model in particular by determining the component stress of the component with high local and temporal resolution.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und eine Messanordnung anzugeben, mit der die messtechnische Erfassung der Bauteilbeanspruchung verbessert wird, um die Vorhersagegenauigkeit der Lebensdauer von Bauteilen zu steigern. Zudem soll der messtechnische Aufwand für eine solche Erfassung reduziert werden.The invention is therefore based on the object to provide a device and a measuring arrangement, with which the metrological detection of the component stress is improved in order to increase the prediction accuracy of the life of components. In addition, the metrological effort for such a detection should be reduced.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und eine Messanordnung nach Anspruch 8.The object is achieved by a device according to claim 1 and a measuring arrangement according to claim 8.

Alternativ kann die Aufgabe durch Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 9 gelöst werden.Alternatively, the object can be achieved by applying the method according to claim 9.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens zwei Dehnungssensoren auf. Diese Dehnungssensoren sind als kapazitive Dehnungssensoren ausgeführt und geeignet die elastischen, thermischen und plastischen Dehnungen des Bauteils zu messen. Der Dehnungssensor besteht dabei aus zwei Platten oder Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials, die in einer bestimmten Anordnung zueinander auf der Oberfläche des Bauteils befestigt werden. Die Kapazität des Dehnungssensors ändert sich durch die Dehnung der Werkstoffoberfläche. Zumindest eine, vorzugsweise beide, der beiden Platten oder Streifen sind zum Bauteil hin elektrisch isoliert.The device according to the invention has at least two strain sensors. These strain sensors are designed as capacitive strain sensors and suitable to measure the elastic, thermal and plastic strains of the component. The strain sensor consists of two plates or strips of electrically conductive material, which are fastened to one another in a certain arrangement on the surface of the component. The capacity of the strain sensor changes due to the elongation of the material surface. At least one, preferably both, of the two plates or strips are electrically insulated from the component.

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens zwei primäre Induktivitäten. Diese können als Spule ausgeführt sein. Die elektrische Induktivität der primären Induktivitäten ist voneinander verschieden. Die Induktivitäten sind derart angeordnet, so dass jeweils eine Induktivität mit einem kapazitiven Dehnungssensor einen Schwingkreis bildet. Die so gebildeten Schwingkreise sind untereinander elektrisch nicht verbunden. Ferner sind wenigstens zwei sekundäre Induktivitäten vorgesehen. Jede einzelne der sekundären Induktivitäten ist derart angeordnet, so dass eine elektromagentische Kopplung mit einer einzigen primären Induktivität eines Schwingkreises erreichbar ist. Dies kann insbesondere mit einem ausreichenden Abstand erreicht werden. Somit ist von jeder der sekundären Induktivitäten genau ein Schwingkreis zur Bestimmung der momentanen Resonanzfrequenz anregbar.Furthermore, the device according to the invention comprises at least two primary inductances. These can be designed as a coil. The electrical inductance of the primary inductors is different from each other. The inductors are arranged such that in each case an inductance forms a resonant circuit with a capacitive strain sensor. The resonant circuits thus formed are not electrically connected to each other. Furthermore, at least two secondary inductances are provided. Each of the secondary inductors is arranged so that an electromagnetic coupling with a single primary inductance of a resonant circuit can be achieved. This can be achieved in particular with a sufficient distance. Thus, precisely one resonant circuit for determining the instantaneous resonant frequency can be excited by each of the secondary inductors.

Da sich lediglich der kapazitive Dehnungssensor infolge der Dehnung des Bauteils ändert, während die Induktivität unabhängig von der Dehnung ist, ist die Resonanz des Schwingkreises proportional zu der Dehnung des kapazitiven Dehnungssensors. Die aktuellen Dehnungen des Bauteils können somit über die aktuelle Resonanzfrequenz des jeweiligen Schwingkreises bestimmt werden.Since only the capacitive strain sensor due to the elongation of the component changes, while the inductance is independent of the strain, the resonance of the resonant circuit is proportional to the strain of the capacitive strain sensor. The current expansions of the component can thus be determined via the current resonance frequency of the respective resonant circuit.

Die sekundären Induktivitäten sind in einer Reihenschaltung oder Parallelschaltung angeordnet.The secondary inductors are arranged in series or parallel connection.

Weiterhin können die sekundären Induktivitäten untereinander mit einer einzigen elektrischen Verbindung verbunden sein. Die Verbindung mit der Auswerteeinheit kann als eine einzige elektrische Verbindung ausgeführt sein. Mit der für jeden Schwingkreis spezifischen Resonanzfrequenz in Verbindung mit der jeweils zugeordneten sekundären Induktivität ist die spezifischen Resonanzfrequenz jedes Schwingkreises mit nur einer Auswerteeinheit und nur einer Verbindung der sekundären Induktivitäten auswertbar. Dies erlaubt die Ermittlung der tatsächlicher Belastungssituation des Bauteils durch eine Vielzahl an Sensoren bei verringertem Verkabelungsaufwand sowie verringerter Anzahl von Auswerteeinheiten.Furthermore, the secondary inductors may be connected to each other with a single electrical connection. The connection to the evaluation unit can be designed as a single electrical connection. With the resonance frequency specific for each resonant circuit in conjunction with the respective associated secondary inductance, the specific resonant frequency of each resonant circuit can be evaluated with only one evaluation unit and only one connection of the secondary inductances. This allows the determination of the actual load situation of the component by a variety of sensors with reduced cabling and reduced number of evaluation.

Die in den zwei Schwingkreisen vorhandenen primären Induktivitäten weisen eine voneinander unterschiedliche Induktivität auf, so dass auch die Schwingkreise eine voneinander unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen. Vorzugsweise sind die Induktivitäten als Spulen ausgeführt, wobei die Induktivität in besonders vorteilhafter Weise durch die Anzahl der Wicklungen der Spule bestimmt ist. Mit einer derartigen Ausführung des ersten und zweiten Schwingkreises bildet sich für jeden Schwingkreis ein spezifischer Resonanzfrequenzbereich heraus, dessen Änderung in der Resonanzfrequenz auf die Änderung der Kapazität des kapazitiven Dehnungssensors beruht. Diese Ausführung des ersten und zweiten Schwingkreises erlaubt eine Auswertung der jeweiligen Resonanzfrequenz des ersten Schwingkreises und des zweiten Schwingkreises mit einer dafür geeigneten Auswerteeinheit. Die Bestimmung der momentanen Resonanzfrequenz des jeweiligen Schwingkreises erfolgt durch Variation der Frequenz der elektrischen Energie, die der sekundären Induktivität zugeführt wird.The present in the two resonant circuits primary inductors have a mutually different inductance, so that the resonant circuits have a mutually different resonant frequency. Preferably, the inductors are designed as coils, wherein the inductance is determined in a particularly advantageous manner by the number of windings of the coil. With such an embodiment of the first and second resonant circuit, a specific resonant frequency range is formed for each resonant circuit, whose change in the resonant frequency is due to the change in the capacitance of the capacitive strain sensor. This embodiment of the first and second resonant circuit allows an evaluation of the respective resonant frequency of the first resonant circuit and the second resonant circuit with a suitable evaluation unit. The determination of the instantaneous resonance frequency of the respective resonant circuit is effected by varying the frequency of the electrical energy which is supplied to the secondary inductance.

Bevorzugt weisen die kapazitiven Dehnungssensoren eine Kapazität von 0,5–1 pF und die Induktivitäten eine Induktivität von 1–10 μH auf. Zwischen den Resonanzfrequenzen der Schwingkreise besteht vorzugsweise ein Unterschied von 100 kHz, um die Auswertung zu erleichtern.Preferably, the capacitive strain sensors have a capacitance of 0.5-1 pF and the inductors an inductance of 1-10 μH. Between the resonant frequencies of the resonant circuits there is preferably a difference of 100 kHz in order to facilitate the evaluation.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit bei Raumtemperatur angeordnet, wohingegen sich sowohl die Kapazitäten als auch die primären und sekundären Induktivitäten auf dem Temperaturniveau des Bauteils befinden können. Das Bauteil kann insbesondere höhere Temperaturen als Raumtemperatur aufweisen.Preferably, the evaluation unit is arranged at room temperature, whereas both the capacitances and the primary and secondary inductances can be at the temperature level of the component. The component may in particular have higher temperatures than room temperature.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen wenigstens die primären Induktivitäten aus einem Werkstoff, der gegenüber thermischen und/oder mechanischen Beanspruchungen langzeitstabil ist. Unter thermisch langzeitstabil sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise Werkstoffe anzusehen, die bei Temperaturbeanspruchungen von > 500°C und einer Einsatzdauer von > 2.000 h Festigkeiten größer 10 MPa aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die thermische und/oder mechanische Beanspruchung, die auf den Werkstoff einwirkt, keinen Einfluss auf die primären Induktivitäten hat, wodurch die Messgenauigkeit beeinträchtigt würde.According to a preferred embodiment of the invention, at least the primary inductances consist of a material which is stable in the long term to thermal and / or mechanical stresses. Under thermal long-term stability in this context are preferably materials that have greater than 10 MPa at temperature stresses of> 500 ° C and a service life of> 2,000 h strength. This has the advantage that the thermal and / or mechanical stress acting on the material has no influence on the primary inductances, which would affect the measurement accuracy.

Beispielsweise kann der leitende Teil der primären Induktivitäten dazu zumindest abschnittsweise als Draht ausgebildet sein, vorzugsweise aus einem nickellegierten Werkstoff oder aus Platin. Platin eignet sich besonders, da die Curie-Temperatur von Platin oberhalb der vorgesehenen Einsatztemperaturen liegt. Der isolierende Teil kann vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein.For example, the conductive part of the primary inductors may be formed, at least in sections, as a wire, preferably of a nickel-alloyed material or of platinum. Platinum is particularly suitable because the Curie temperature of platinum is above the intended use temperatures. The insulating part may preferably be formed at least in sections from a ceramic material.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat insbesondere den Vorzug, dass eine Dehnungsmessung nicht nur bei isothermen Verhältnissen, sondern auch während des An- oder Abfahrens von Anlagen, insbesondere Kesselanlagen, durchführbar ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Ermittlung der Werte mit dem Verfahren sinnvoll an die zu ermittelnde Belastungssituation angepasst wird. Beispielsweise kann während eines Aufheizvorgangs in kürzeren Zeitabständen gemessen werden, wohingegen bei stabilen Bedingungen das Messintervall verlängert werden kann.The method according to the invention has the particular advantage that a strain measurement can be carried out not only in isothermal conditions but also during the startup or shutdown of installations, in particular boiler installations. It is particularly expedient if the determination of the values with the method is usefully adapted to the load situation to be determined. For example, can be measured during a heating process at shorter intervals, whereas under stable conditions, the measurement interval can be extended.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher beschreiben. Es zeigen jeweils schematisch:The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments illustrating drawings. Each show schematically:

1 Ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung mit zwei Schwingkreisen und Reihenschaltung der sekundären Induktivitäten; 1 An equivalent circuit diagram of the measuring arrangement according to the invention with two oscillating circuits and series connection of the secondary inductances;

2 Ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung mit zwei Schwingkreisen und Parallelschaltung der sekundären Induktivitäten. 2 An equivalent circuit diagram of the measuring arrangement according to the invention with two oscillating circuits and parallel connection of the secondary inductances.

1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese umfasst einen ersten Schwingkreis 2 und einen zweiten Schwingkreis 3. Der erste Schwingkreis 2 weist einen ersten kapazitiven Dehnungssensor 4 und eine erste primäre Induktivität 6 auf. Der zweite Schwingkreis 3 weist einen zweiten kapazitiven Dehnungssensor 5 und eine zweite primäre Induktivität 7 auf. Die primären Induktivitäten 6 und 7 weisen eine voneinander unterschiedliche Induktivität auf. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention 1 , This includes a first resonant circuit 2 and a second resonant circuit 3 , The first resonant circuit 2 has a first capacitive strain sensor 4 and a first primary inductance 6 on. The second resonant circuit 3 has a second capacitive strain sensor 5 and a second primary inductance 7 on. The primary inductances 6 and 7 have a mutually different inductance.

Weiterhin umfasst die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erste sekundäre Induktivität 8 und eine zweite sekundäre Induktivität 9. Die erste sekundäre Induktivität 8 ist derart angeordnet, so dass eine elektromagnetische Kopplung mit der ersten primären Induktivität 6 gebildet wird. Die zweite sekundäre Induktivität 9 ist derart angeordnet, so dass eine elektromagnetische Kopplung mit der zweiten primären Induktivität 7 gebildet wird. Weiterhin umfasst die erste Ausführung der Vorrichtung eine Auswerteeinheit 10, die mit den sekundären Induktivitäten 8, 9 elektrisch verbunden ist. Hierbei sind die sekundären Induktivitäten 8, 9 elektrisch in Reihe geschaltet. Furthermore, the first embodiment of the device according to the invention comprises a first secondary inductance 8th and a second secondary inductance 9 , The first secondary inductance 8th is arranged such that an electromagnetic coupling with the first primary inductance 6 is formed. The second secondary inductance 9 is arranged such that an electromagnetic coupling with the second primary inductance 7 is formed. Furthermore, the first embodiment of the device comprises an evaluation unit 10 that with the secondary inductances 8th . 9 electrically connected. Here are the secondary inductances 8th . 9 electrically connected in series.

2 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11. Diese umfasst einen ersten Schwingkreis 2 und einen zweiten Schwingkreis 3. Der erste Schwingkreis 2 umfasst einen ersten kapazitiven Dehnungssensor 4 und eine erste primäre Induktivität 6. Der zweite Schwingkreis 3 umfasst einen zweiten kapazitiven Dehnungssensor 5 und eine zweite primäre Induktivität 7. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention 11 , This includes a first resonant circuit 2 and a second resonant circuit 3 , The first resonant circuit 2 includes a first capacitive strain sensor 4 and a first primary inductance 6 , The second resonant circuit 3 includes a second capacitive strain sensor 5 and a second primary inductance 7 ,

Weiterhin umfasst die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erste sekundäre Induktivität 8 und eine zweite sekundäre Induktivität 9. Die erste sekundäre Induktivität 8 ist derart angeordnet, dass eine elektromagnetische Kopplung mit der ersten primären Induktivität 6 gebildet wird. Die zweite sekundäre Induktivität 9 ist derart angeordnet, so dass eine elektromagnetische Kopplung mit der zweiten primären Induktivität 7 gebildet wird. Weiterhin umfasst die erste Ausführung der Vorrichtung eine Auswerteeinheit 10, die mit den sekundären Induktivitäten 8, 9 elektrisch verbunden ist. Hierbei sind die sekundären Induktivitäten 8, 9 elektrisch parallel geschaltet.Furthermore, the first embodiment of the device according to the invention comprises a first secondary inductance 8th and a second secondary inductance 9 , The first secondary inductance 8th is arranged such that an electromagnetic coupling with the first primary inductance 6 is formed. The second secondary inductance 9 is arranged such that an electromagnetic coupling with the second primary inductance 7 is formed. Furthermore, the first embodiment of the device comprises an evaluation unit 10 that with the secondary inductances 8th . 9 electrically connected. Here are the secondary inductances 8th . 9 electrically connected in parallel.

Bei beiden Ausführungsvarianten ist die Auswerteeinheit 10 so ausgebildet, dass sie die Schwingkreise 2 und 3 über die sekundären Induktivitäten 8 und 9 mit verschiedenen Frequenzen anregen kann. Anhand der aktuellen Resonanzfrequenz des jeweiligen Schwingkreis ermittelt die Auswerteeinheit 10 die jeweilige Dehnung des Bauteils und/oder des Bauteilbereichs. Beispielsweise kann so bei Dehnungsmessungen an einem Rohr, z. B. bei einer Kraftwerksanlage, die Messung der Dehnung sowohl in Umfangsrichtung des Rohres als auch in Längsrichtung des Rohres erfolgen.In both variants, the evaluation is 10 designed to be the resonant circuits 2 and 3 via the secondary inductances 8th and 9 can stimulate with different frequencies. Based on the current resonance frequency of the respective resonant circuit determines the evaluation 10 the respective expansion of the component and / or the component area. For example, so in strain measurements on a pipe, z. As in a power plant, the measurement of the elongation both in the circumferential direction of the tube and in the longitudinal direction of the tube.

Die erfassten Messdaten können einer weiteren Verarbeitung und/oder Speicherung zugeführt werden. Beispielsweise kann eine Übertragung der Messdaten in eine Datenbank erfolgen, so dass ein Vergleich mit historischen Daten des jeweiligen Bauteils ermöglicht wird und/oder ein Langzeitmonitoring des Bauteils realisiert werden kann.The acquired measurement data can be sent for further processing and / or storage. For example, a transmission of the measured data into a database can take place, so that a comparison with historical data of the respective component is made possible and / or a long-term monitoring of the component can be realized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung mit zwei Schwingkreisen und Reihenschaltung der sekundären InduktivitätenEquivalent circuit diagram of the measuring arrangement according to the invention with two oscillating circuits and series connection of the secondary inductances
22
erster Schwingkreisfirst resonant circuit
33
zweiter Schwingkreissecond resonant circuit
44
erster kapazitiver Dehnungssensorfirst capacitive strain sensor
55
zweiter kapazitiver Dehnungssensorsecond capacitive strain sensor
66
erste primäre Induktivitätfirst primary inductance
77
zweite primäre Induktivitätsecond primary inductance
88th
erste sekundäre Induktivitätfirst secondary inductance
99
zweite sekundäre Induktivitätsecond secondary inductance
1010
Auswerteeinheitevaluation
1111
Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung mit zwei Schwingkreisen und Parallelschaltung der sekundären InduktivitätenEquivalent circuit diagram of the measuring arrangement according to the invention with two oscillating circuits and parallel connection of the secondary inductances

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009057135 A1 [0004] DE 102009057135 A1 [0004]

Claims (9)

Vorrichtung zur Ermittlung thermischer und/oder mechanischer Belastungen eines Bauteils umfassend, zwei auf dem Bauteil anbringbare kapazitive Dehnungssensoren (4, 5), einen ersten Schwingkreis (2) und einen zweiten Schwingkreis (3), wobei jeder der Schwingkreise einen der kapazitiven Dehnungssensoren (4, 5) aufweist, wobei jeder der Schwingkreise eine primäre Induktivität (6, 7) aufweist, wobei jedem der Schwingkreise eine sekundäre Induktivität (8, 9) zugeordnet ist und durch diese die Schwingkreise zur Bestimmung der momentanen Resonanzfrequenz anregbar sind, eine Auswerteeinheit (10), die zur Auswertung einer Resonanzfrequenz ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Induktivitäten (6, 7) eine voneinander unterschiedliche Induktivität aufweisen und dass die eine Auswerteeinheit (10) zur Auswertung der Resonanzfrequenz der zwei Schwingkreise ausgebildet ist.Device for determining thermal and / or mechanical loads of a component comprising, two capacitive strain sensors attachable to the component ( 4 . 5 ), a first resonant circuit ( 2 ) and a second resonant circuit ( 3 ), each of the oscillating circuits having one of the capacitive strain sensors ( 4 . 5 ), each of the resonant circuits having a primary inductance ( 6 . 7 ), each of the oscillating circuits having a secondary inductance ( 8th . 9 ) is assigned and by this the resonant circuits for the determination of the instantaneous resonant frequency can be excited, an evaluation unit ( 10 ), which is designed to evaluate a resonance frequency, characterized in that the primary inductances ( 6 . 7 ) have a mutually different inductance and that the one evaluation unit ( 10 ) is designed for evaluating the resonant frequency of the two resonant circuits. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (6, 7, 8, 9) als Spulen (6, 7, 8, 9) ausgebildet sind, vorzugsweise, dass die Spulen eine voneinander verschiedene Windungszahl aufweisen.Device according to claim 1, characterized in that the inductances ( 6 . 7 . 8th . 9 ) as coils ( 6 . 7 . 8th . 9 ) are formed, preferably, that the coils have a mutually different number of turns. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) über eine gemeinsame Verbindung mit den sekundären Induktivitäten (8, 9) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 10 ) via a common connection with the secondary inductances ( 8th . 9 ) connected is. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Induktivitäten (8, 9) in Reihenschaltung verbunden sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary inductances ( 8th . 9 ) are connected in series. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Induktivitäten (8, 9) in Parallelschaltung verbunden sind.Device according to claims 1 to 3, characterized in that the secondary inductances ( 8th . 9 ) are connected in parallel. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (6, 7, 8, 9) zumindest abschnittsweise einen thermisch langzeitstabilen Werkstoff aufweisen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inductances ( 6 . 7 . 8th . 9 ) at least partially have a thermally long-term stable material. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Teil der Induktivität zumindest abschnittsweise als Draht, vorzugsweise aus einem nickellegierten Werkstoff oder Platin, ausgebildet ist und/oder der isolierende Teil zumindest abschnittsweise einen keramischer Werkstoff aufweist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the conductive part of the inductance is at least partially formed as a wire, preferably made of a nickel-alloyed material or platinum, and / or the insulating part at least partially has a ceramic material. Messanordnung mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, geeignet zur Ermittlung der thermischen und/oder mechanischen Bauteilbeanspruchung, insbesondere von Bauteilen einer Kraftwerksanlage.Measuring arrangement with a device according to one of the preceding claims, suitable for determining the thermal and / or mechanical component stress, in particular of components of a power plant. Verfahren zur Ermittlung des Lebensdauerverbrauchs von thermisch und/oder mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen, insbesondere von Bauteilen einer Kraftwerksanlage, bei der die Berechnung des Bauteilverhaltens unter Anwendung eines Rechenmodells erfolgt, bei dem das Rechenmodell die tatsächlichen thermischen und mechanischen Belastungen des Bauteils und eine gegebene Werkstofffestigkeit berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der tatsächlichen thermischen und mechanischen Belastungen des Bauteils eine Messanordnung nach Anspruch 8 verwendet wird.Method for determining the lifetime consumption of thermally and / or mechanically highly stressed components, in particular of components of a power plant, in which the calculation of the component behavior is carried out using a computer model in which the calculation model takes into account the actual thermal and mechanical loads of the component and a given material strength , characterized in that a measuring arrangement according to claim 8 is used to determine the actual thermal and mechanical loads of the component.
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