DE1929044A1

DE1929044A1 - Device for electronic temperature measurement, in particular for use in internal combustion engines

Info

Publication number: DE1929044A1
Application number: DE19691929044
Authority: DE
Inventors: Gerhard Feustle; Dieter Hirt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-06-07
Filing date: 1969-06-07
Publication date: 1970-12-10

Description

Gegenstand: Einrichtung zur elektronischen Temperaturmessung, insbesondere zur Anwendun bei Verbrennungsmotoren.Subject: Device for electronic temperature measurement, in particular for use in internal combustion engines.

Die Erfindung betrifft ein drahtloses Meßverfahren, mit dem die Betriebstemperaturen bewegter Bauteile von Verbrennungsmotoren gemessen werden können. Es eignet sich besonders bei Motorenkolben zur Messung der Temperaturverteilung, deren Kenntnis von großer Bedeutung für die konstruktive Formgebung ist. Es sind deshalb bereits eine Anzahl von Meßverfahren hierfür bekannt geworden, die jedoch verschiedene Nachteile besitzen.The invention relates to a wireless measuring method with which the operating temperatures moving components of internal combustion engines can be measured. It is suitable Especially with engine pistons to measure the temperature distribution, knowledge of them is of great importance for the structural design. It is therefore already a number of measuring methods for this have become known, which, however, have various disadvantages own.

So ist zum beispiel bekannt, zur Ermittlung der Temperaturen Schmelzstifte oder Stifte, deren Härte sich im Betrieb ändert, rn den fraglichen Stellen der Kolben einzubauen. Beide Verfahren sind jedoch ungenau und erlauben eine Beurteilung erst nach dem Ausbau.It is known, for example, to determine the temperatures with fusible pins or pins, the hardness of which changes during operation, at the points in question on the pistons to be built in. However, both methods are imprecise and only allow an assessment after expansion.

Bei den elektrischen Verfahren ist bekannt, die Temperaturen mit Thermoelementen über flexible angelenkte Kabel oder über Feder-und Schleifkontakte zu messen. Die konstruktive Ausführung dieser Anordnungen ist jedoch ziemlich aufwendig, und es werden damit im allgemeinen nur kurze störungsfreie Betriebszeiten erreicht.In the case of electrical methods, it is known to use thermocouples for temperatures to be measured via flexible linked cables or via spring and sliding contacts. the constructive execution of these arrangements is quite expensive, and it this generally only achieves short, trouble-free operating times.

Eine wesentliche Verbesserung in dieser hinsicht brachte ein zuletzt bekanntgewordenes Meßverfahren mit induktiver Übertragung, das als Meßfühler Halbleiter-Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, sogenannte NTC-Widerstände, verwendet. Das mit Hochfrequenzstrom arbeitende Meßdrücken-Verfahren ist auf wenige Meßstellen beschränkt und erfordert eine relativ aufwendige Meßeinrichtung. Die Durchführung einer Messung einschließlich Einchung und Auswertung ist trotzdem noch recht umständlich. Demgegeniiber weist die nachstehend beschriebene Meßeinrichtung wesentliche Vorteile auf, die Gegenstand dieser Anmeldung sind.A major improvement in this respect brought a last Well-known measuring method with inductive transmission, the semiconductor resistors as a measuring sensor with a negative temperature coefficient, so-called NTC resistors, are used. That The measuring pressure method using high-frequency current is limited to a few measuring points limited and requires a relatively complex measuring device. The implementation a measurement, including reckoning and evaluation, is still quite cumbersome. In contrast has the measuring device described below essential advantages that are the subject of this application.

Die neue Meßeinrichtung verwendet dieselben NTC-Widerstände als Meßfühler, doch beruht das Verfahren auf einem völlig anderen und neuartigen Meßprinzip. Die Meßwiderstände sind hier frequenzbestimmend für einen kleinen Sender, der am bewegten Kolben mitläuft und hochfrequente Impulse drahtlos über eine kleine Antenne abstrahlt. Der Sender ist so ausgeführt, daß er die eingebauten Meßwiderstände automatisch der Reihe nach einschaltet. Die mögliche Anzahl an Meßstellen ist dadurch wesentlich größer als bei anderen Verfahren. Durch eine besondere Schaltungstechnik des Senders wird außerdem eine Linearisierung der Meßfühlerkennlinien erreicht und die Auswertung der übertragenen Meßwerte vereinfacht.The new measuring device uses the same NTC resistors as measuring sensors, but the method is based on a completely different and novel measuring principle. the Measuring resistors determine the frequency for a small transmitter that is moving The piston moves with it and wirelessly emits high-frequency impulses via a small antenna. The transmitter is designed in such a way that it automatically uses the built-in measuring resistors turns on in sequence. The possible number of measuring points is therefore essential larger than with other methods. Due to a special circuit technology of the transmitter a linearization of the sensor characteristics is also achieved and the evaluation of the transmitted measured values simplified.

Für den Empfang der Meßwerte ist eine Einrichtung vorhanden, die synchron mit der automatischen Meßstellenabfrage des Sender£ arbeitet und die Jeweiligen Meßwerte mit der zugehörigen Meßstelle len-Nr. digital anzeigt. Dabei ist die Anwahl einer beliebigen Meßstelle von Hand möglich, um diese, wenn gewünscht, dauernd beobachten zu können.A device is available for receiving the measured values, which synchronously works with the automatic measuring point scan of the transmitter £ and the respective Measured values with the associated measuring point len no. digitally displays. The selection is Any measuring point can be done manually in order to monitor it continuously if required to be able to.

Ein besonderer Vorteil des neuen fleßprinzips ist, daß die Messung direkt digital ohne Zwischenschaltung eines Analogmeßgerätes erfolgt. Ein Abgleich der Meßeinrichtung vor oder während der Mes-Sung entfällt dadurch. Dies erhöht wesentlich die Meßgenauigkeit und erlaubt die Durchführung der Messung und Eichung mit ein und demselben Meßgerät. Bei der Eichung der Meßfühler genügt es, nur wenige Meßpunkte aufzunehmen, und dann über einen Digitalrechner den Gesamtverlauf in Form einer Tabelle oder eines Kurvenblattes zu erstellen. Dies ist möglich, da sich für das Meßprinzip eine mathematische Funktion angeben läßt0 Das Meßprinzip des ,Sendeteila ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die einzelnen Meßwiderstände (Rt) werden über temperaturstabile Vorwiderstände (Rv u. Rv') von einer stabilisierten Spangasquelle (U) gespeist. Die an den Meßwiderständen abfallenden Spannungen werden über einen elektronischen Meßstellenumschalter (M), kurz Multiplexer genannt, nacheinander dem Differenzeingang eines Komparators (K) zugeführt. An dessen zweitem Eingang ist ein Kondensator (C) angeschlossen, der über einen Widerstand (Rc) aufgeladen wird. Der Komparator vergleicht die beiden an seinen Eingängen liegenden Spannungen (Ut u. Uc) und gibt in dem Augenblick, da Uc nur geringfügig größer Ut wird, einen Schließbefehl an den elektronischen Schalter (S). Dadurch wird der Kondensator schlagartig entladen, und der Komparator fällt sofort in seine Ausgaiigslage zurück. hierbei öffnet der Schalter wieder, und die Aufladung des Kondensators beginnt von neuem. Der Ladungswechsel wiederholt sich fortlaufend, und zwar um so schneller, je niedriger die am Meßwiderstand abgegriffene Spannung (Ut) ist. Da diese mit steigender Temperatur sinkt, ändert sich die Frequenz der Aufladung gleichsinnig mit der Anderung der Temperatur. Da außerdem die Meßwiderstaade sich mit der Temperatur nach einer Exponentialfunktion feldern und die Aufladung des Kondensators umgekehrt, aber ähnlich verläuft, läßt sich durch entsprechende Dimensionierung der Bauteile eine etwa lineare Zuordnung von Frequenz und Temperatur für einen bestimmten Bereich erzielen.A particular advantage of the new Fleßprinzips is that the measurement takes place directly digitally without the interposition of an analog measuring device. A comparison the measuring device before or during the measurement is not necessary. This increases significantly the measurement accuracy and allows the measurement and calibration to be carried out and the same measuring device. When calibrating the sensors, it is sufficient to have only a few measuring points record, and then use a digital computer to record the entire process in the form of a To create a table or a curve sheet. This is possible because the Measuring principle allows a mathematical function to be specified is shown in Fig. 1 schematically. The individual measuring resistors (Rt) are via temperature-stable series resistors (Rv and Rv ') from a stabilized span gas source (U) fed. The voltages dropping across the measuring resistors are electronic measuring point switch (M), called multiplexer for short, one after the other fed to the differential input of a comparator (K). At the second entrance a capacitor (C) is connected, which is charged via a resistor (Rc) will. The comparator compares the two on its own Entrances Stresses (Ut u. Uc) and gives at the moment when Uc is only slightly larger Ut a closing command to the electronic switch (S). This will make the capacitor suddenly discharged, and the comparator immediately falls back into its starting position. the switch opens again and the capacitor starts charging from new. The charge exchange is repeated continuously, and all the faster, the lower the voltage (Ut) tapped at the measuring resistor. Since this increases with If the temperature drops, the frequency of the charging changes in the same direction as the change the temperature. In addition, since the measuring resistance changes with the temperature after a Exponential function fields and the charging of the capacitor reversed, but similar runs, an approximately linear one can be achieved by appropriate dimensioning of the components Achieve assignment of frequency and temperature for a specific range.

Die vom Komparator abgegebenen Impulse sind außerordentllch kurz und steil. Sie können deshalb nach entsprechender Verstärkung (V) direkt als Sendeimpulse über eine kurze Antenne (A) abgestrahlt werden. Für die schnelle periodische Umschaltung der Meßwiderstände (Rt) iiber den Multiplexer (M) wird dieser von einem Taktgenerator (P) angesteuert, der zusätzliche Sperrimpulse an das Tor (T) gibt und damit kurze Sendepausen zwischen dem Umschalten der Meßstellen einfügt.The pulses emitted by the comparator are extremely short and steep. They can therefore be used directly as transmission pulses after appropriate amplification (V) can be emitted via a short antenna (A). For fast periodic switching the measuring resistors (Rt) via the multiplexer (M), this is generated by a clock generator (P), which gives additional blocking impulses to the gate (T) and thus short ones Adds transmission pauses between switching the measuring points.

Der erforderliche Strom für den endteil kann galvanischen Batterien entnommen werden, die mit am Kolben befestigt sind. Die mögliche Betriebszeit ist hierbei durch die Kapazität der Batterien begrenzt. Für einen Dauerbetrieb wird deshalb eine Stromversorgung nach Fig. 2 vorgeschlagen. Bei dieser wird der nötige Strom im unteren Kolbentotpunkt induktiv zugeführt. Dazu ist am Kolben eine Spule (S1) befestigt, die in eine ruhende, am Motorgestell angebrachte Spule (S2) eintaucht. Der von einem Hochfrequenz-Generator (G) zugeführte Strom lädt auf der Kolbenseite über einen Brückengleichrichter einen Speicherkondensator (Cs) auf.The required current for the end part can be galvanic batteries which are attached to the piston. The possible operating time is limited by the capacity of the batteries. For continuous operation therefore a power supply according to FIG. 2 is proposed. With this one becomes the necessary one Current fed inductively in the bottom dead center of the piston. There is also a coil on the piston (S1) attached, which is immersed in a stationary coil (S2) attached to the motor frame. The current supplied by a high-frequency generator (G) charges on the piston side A storage capacitor (Cs) via a bridge rectifier.

Dieser ist so groß bemessen, daß er den erforderlichen Strom noch bei der kleinsten gewünschten Meßdrehzahl ohne Unterbrechung abgeben kann.This is so large that it still has the required current can deliver at the lowest desired measuring speed without interruption.

Das Prinzip des Empfangsteils ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die von der Antenne (A) aufgenommenen Impulse werden über einen Breitbandverstärker (V) einem elktronischen Zählgerät (FZ) und einer Demultiplex-Schaltung (DM) zugeführt. Mit dem Zählgerat wird die von dem Sender abgestrahlte Impuls frequenz gemessen, und mit der Demultiplex-Schaltung die Synchronisiert der Meßstllenanzeige sichergestellt und die Vorwahl einer bestimmten Meßstelle ermöglicht.The principle of the receiving part is shown schematically in FIG. 3. The impulses picked up by the antenna (A) are transmitted via a broadband amplifier (V) an electronic counter (FZ) and a demultiplex circuit (DM) supplied. With the counter, the pulse emitted by the transmitter is frequency measured, and with the demultiplex circuit the synchronization of the measuring point display ensured and enables the preselection of a specific measuring point.

Das Prinzip der Demultiplex-Schultung ist gesondert in Fig. 4 dargestellt. Die vom Verstärker (V) kommenden Impulse werden über einen Impulsformer (PC) einem Frequenz-Diskriminator (FD) zuge führt. Dieser liefert zwei unterschiedliche Impulsfolgen IP 1 und IF 2 an seinem Ausgang. Die Impulse IF 1 entstehen durch kurze Sendepausen zwischen dem Weiterschalten des Senders von einer Meßstelle zur nächsten. Die Impulse IF 2 entstehen dagegen nur zu Beginn eines jeden Ileßzyklus bei Meßstelle Nr. @. Bei dieser ist an Stelle des Meßwiderstandes ein Festwiderstand (R5, Fig.1) im Sender eingebaut, der eine Sendefrequenz ergibt, die etwas auBerhtalb des normalen Meßbereiches liegt. Diese Frequenz dient einmal zur Kontrolle der gesamten Meßeinrichtung und zum intern als Kriterium fiir den Anfang eines Meßzyklus. Der vom Frequenz-Diskriminator hierbei abgegebene Impuls IF 2 dient dazu, den die Impulse IF 1 erfassenden Zähler (Z 1) auf "Null" zurückzustellen.The principle of demultiplex training is shown separately in FIG. The impulses coming from the amplifier (V) are transformed into a Frequency discriminator (FD) supplied. This delivers two different pulse trains IP 1 and IF 2 at its output. The IF 1 pulses are produced by short breaks in transmission between switching the transmitter from one measuring point to the next. The impulses IF 2, on the other hand, only arise at the beginning of each measurement cycle at measuring point no. @. In this case, instead of the measuring resistor, there is a fixed resistor (R5, Fig. 1) in the transmitter built in, which results in a transmission frequency that is somewhat outside the normal measuring range lies. This frequency is used to control the entire measuring device and internally as a criterion for the start of a measuring cycle. The one from the frequency discriminator The pulse IF 2 emitted in this case is used to set the counter that detects the pulses IF 1 (Z 1) to reset to "zero".

eben dem Zähler Z 1 ist noch ein weiterer Zähler (Z 2) für die Anzeige der Meßstellennummern vorhanden. Diesem Zähler können von Hand mit einer Taste (T) über den Schalter (S) einzelne Impulse eingegeben werden. Damit ist es möglich, den Zähler auf einen beliebigen Wert fest einzustellen und eine Meßstelle dauernd zur Anzeige zu bringen. Außerdem können dem Zähler Z 2 Steuerimpulse von einem Meßwert-Drucker (D) zugeführt werden1 die ein automatisches Weiterschalten der Meßstelle nach jedem Druckvorgang bewirken. Durch einen Digital-Komparator (g) werden die beiden Zählerstände Z 1 und Z 2 miteinander verglichen und bei Gleichheit derselben eine Frequenzmessung am Zähler FZ ausgelöst. Der gemessene Wert bleibt im Zähler gespeichert und wird dann bein nächsten Meßzyklus wieder erneut erittelt-. Dadurch zeigt der Zähler FZ stetig den Meßwert der vorgewählten Meßstelle an. Der Meßwert und die zugehörige Meßstellennummer können gleichzeitig über einen Digital-Drucker (D) und über Ziffernröhren (A 1 u. A 2) ausgegeben werden.just next to the counter Z 1 is another counter (Z 2) for the display the measuring point numbers available. This counter can be operated manually with a key (T) Individual pulses can be entered using the switch (S). This makes it possible to set the counter to any value and to permanently set a measuring point to bring to the display. In addition, the counter Z 2 control pulses from a measured value printer (D) are supplied1 which automatically switch the measuring point after each Cause printing. A digital comparator (g) is used to determine the two counter readings Z 1 and Z 2 are compared with one another and, if they are equal, a frequency measurement triggered at the counter FZ. The measured value remains stored in the counter and is then determined again in the next measuring cycle. As a result, the counter shows FZ the measured value of the preselected measuring point. The measured value and the associated Measuring point numbers can be printed simultaneously on a digital printer (D) and on numeric tubes (A 1 and A 2) are output.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1) Electronic measuring method for the acquisition of various measured quantities, preferably the temperatures of moving components, in particular for the application in internal combustion engines, characterized in that directly on the moving component a self-functioning electronic measuring circuit is attached, the a multitude of voai measuring points in sequence and which can record its information wirelessly, by means of high-frequency needle-shaped impulses, to a stationary receiving device transmitted, whereby the frequency of these pulses is the size of the respective measured value indicates.

2) measuring method according to 1), characterized in that as a sensor Resistance sensors with a large range of changes are used; for temperature measurement preferably semiconductor resistors with a negative temperature coefficient.

3) measuring method according to 1), characterized in that the moved electronic measuring circuit works according to a comparison method in which the resistance value of the sensor directly determines the frequency of the generated pulses.

4) Neßverfahren according to 3) characterized in that the individual Measurement procedure in sequence using an electronic multi-position switch (multiplexer) be connected to the measuring circuit and that this continuously from a clock generator is controlled in quick succession.

5) measuring method according to 7), characterized in that for measuring point synchronization the first or last measuring probe in a series passes between the measuring and receiving circuits a fixed resistor is replaced, which gives the measuring circuit a constant frequency outside of the normal measuring range.

6) measuring method according to 3), characterized in that for further measuring point identification between switching from one measuring point to the next, controlled by the clock generator there are short breaks in transmission.

7) measurement method according to 3) characterized in that each measurement resistance Fed by a constant voltage source via one or two series resistors and the voltage dropping across it via a comparator with the voltage one himself charging capacitor is compared, this is also connected to the constant voltage source via a series resistor and from Comparator as soon as the capacitor voltage only slightly increases the voltage from the measuring resistor is discharged instantly with an electronic switch, whereby the comparator immediately falls back to its original position and a new charge of the capacitor starts moving at a frequency corresponding to the drag coefficient of the measuring resistor repeatedly.

8) measuring method according to 3), characterized in that the method The particular advantage of frequency generation is a blnearization of the measuring resistor characteristics brings with it.

9) measuring method according to 3), characterized in that for the calibration of the measuring resistors the same Fleßkreis can be used, whereby it is sufficient, depending Resistance to record only a few measuring points and from this the overall course of the calibration curves to calculate.

10) measuring method according to 3), characterized in that the comparator of the measuring circuit generated pulses are extremely short needle pulses, which after appropriate Amplification can be radiated directly via an antenna.

11) measuring method according to 1), characterized in that the comparator generated pulses for transmission over longer distances to modulate a Shortwave transmitters are used, the pulses preferably for gating of the transmitter can be used to save power.

12) measuring method according to 1), characterized in that the required Current of the measuring circuit is supplied by batteries that circulate with him together.

13) Meßverfabren according to 1), characterized in that the required Current for, the measuring circuit is transmitted inductively via two coils, and with intermittent Coupling the coils of the current in a suitably sized capacitor is saved.

14) measuring method according to 1), characterized in that the reception the device provided for the measurement pulses itself with the aid of the transmitted pulses synchronized and at the same time digitally displays the measured value and the measuring point number.

15) measuring method according to 14), characterized in that the receiving device has a preselection device that continuously displays any measuring point made possible by the fact that a measuring point counter synchronized with the measuring point cycle compared with a presettable counter via a digital comparator, and only if they are equal, a measurement is triggered and the result is displayed will.

16) measuring method according to 14), characterized in that the receiving device contains a frequency discriminator to synchronize the measuring point counter, the counter during each transmission pause between switching from a measuring point on the next one delivers a counting pulse and at the end of each measuring cycle the counter resets by an impulse.

17) measuring method according to 14), characterized in that the measuring point query either by hand by entering individual impulses, or by automatic control from a digital printer is possible, with either a measuring point or all connected measuring points can be displayed or registered in sequence.