DE2043306A1 - Verfahren zur kontaktlosen Messung elektrischer oder nicht elektrischer Gros sen an oder in den rotierenden Teilen von insbesondere elektrischen Maschinen und Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur kontaktklosen Messung elektrischer oder nicht-elektrischer Größen sn oder in den rotierenden Teilen von insbesondere elektrischen Maschinen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaktlosen Messung elektrischer oder nicht-elektrischer Größen an oder in den rotierenden eilen von insbesondere elektrischen Maschinen mittels eines induktiven Ubertragers und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
• In der modernen Meßtechnik werden immer häufiger Mess-und Ubertraguags-Systeme eingesetzt, um eine Meßwertinformation von rotierenden Anlageteilen oder Maschinen kontinuierlich auf eine ruhende Anzeigeeinrichtung zu übertragen. Als einigermaßen betriebssicher gelten dabei Verfahren, die ein frequenzmoduliertes Signal verwenden.
• Ublicherweise werden dabei mit einer Trägerfrequenz gespeiste Wheatstone-Bräcken verwendet. Dabei stellt der Meßfühler ein Bauelement der elektrischen "Brückenanordnung" mit veränderlicher Impedanz dar, deren Wert direkt durch die Meßgröße beeinflußt wird. Dieser Meßfühler wird z.B. bei Temperaturmessungen als ein ohmscher Widerstand ausgeführt, dessen Widerstandsänderung durch die Temperatur an der Meßstelle bewirkt wird.
• Diese Brückenschaltung wird dabei in einer Brückendiagonale von einem Träger-Frequenzgenerator gespeist. Von der zweiten Brückendiagonale wird ein der Temperaturänderung und der dieser proportionalen Brückenverstimmung entsprechender Meßwert abgenommen und einem Brückensignalverstärker zugeführt. Dieser Verstärker liefert ein Signal an ein Regelglied, das auf den Frequenzgenerator einwirkt, ää daß dessen Frequenz pxportional zum Bruckensignal und damit zur Temperaturänderung am Meßfühler ist.
• Das frequenz-modulierte Signal am Ausgang des Frequenzgenerators ist direkt zur Weiterverarbeitung geeignet, ist allerdings relativ schwach. Es kann beispielsweise der (rotierenden) Primärwicklung eines induktiven Drehübertragers zugeführt werden. Die ortsfeste Anzeigeapparatur kann dann von der ruhenden Wicklung des induktiven Ubertragers gespeist werden. Die weitere Signalverarbeitung in der ruhenden Auswerteeinrichtung ist mit den bekannten Grundschaltungen der Elektronik möglich.
• Das geschilderte Meßsystem besitzt jedoch wesentliche Nachteile, wenn der Meßfühler in rotierenden Teilen unter dem Einfluß von erheblichen magnetischen oder elektrischen Feldern betrieben werden muB. Das ist beispielsweise bei der Messung von Temperaturen im Läufer von elektrischen Maschinen der Fall. Die Störungen durch von diesen Feldern hervorgerufene Spannungen der verschiedensten Frequenz verhindern dann oft ein einwandfreies Funktionieren der Apparatur.
• Eine Abschirmung der Brückenschaltung ist kostspielig und nur mit großem Aufwand möglich. Werden die Abschirmkapazitäten zu groß, so wird das Träger-Frequenzsystem gestört. Andererseits ist bei zu schwacher Abschirmung das schwache Ausgangssignal der beschriebenen Meßanordnung wegen der überlagerten Störsignale oft nicht mehr zur einwandfreien Meßwerterfassung brauchbar.
• Verwendet man zur Speisung der Brücke Gleichstrom, so treten bei der Verstärkung des sehr geringen Briickensignals Meßwertverfälschungen durch die Langzeit- und Temperaturdrift der benötigten Verstärker auf. Der Vorteil der gleichstrom-gespeisten Brücke, daß nämlich Sieb-Eondensatoren zur Verringerung der Störspnnnung verwendet werden können, kommt darum nicht ur Auswirkung.
• Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine kontaktlose Meßung elektrischer oder nicht-elektrischer Großen an oder in den rotierenden Teilen von insbesondere elektrischen Maschinen unter Verwendung einfacher und billiger Nittel zu ermöglichen, welche betriebssicher ist und vor allem unanfällig gegen Langzeit- und Temperatureinflüsse sowie gegen durch magnetische oder elektrische Felder hervorgerufene Fremd Störungen.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Hilfsenergie im fleßfühlerkreis von einer Konstant-Spannungs quelle gelieferter Gleichstrom dient, daß unter Verwendung eines extrem gegengekoppelten Gleichspannungsverstärkers eine Umformung des dem Meßwert proportionalen Verstärker-Ausgangssignals in eine Impulsfolgemit dem Verstärkerausgangssignal proportionaler Frequenz mittels einer Entladeschaltung erfolgt, so daß Impulse hoher Energie auf die rotierende Wicklung des induktiven fibertragers gegeben werden. Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des MeUverfahrens besteht darin, daß der Meßfühlerkrels von einer Konstant-Spannungsquelle mit Gleichstrom gespeist ist und einen extrem gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker enthält, dessen Ausgang über einen ersten Transistor eine Impulsschaltung steuert, welche eine Impulsfolge einer kostanten Spannung und einer dem Meßwert proportionalen Frequenz erzeugt.
• Die erfindungsgemäße Anordnung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispieles näher beschrieben, wobei das Neßverfahren erläutert wird.
• Der Temperaturmeßfühler 1 ist dabei über einen Vorwiderstand 2 mit einer konstanten Gleichspannungsquelle ( - 15 Volt) verbunden.
• Der Spannungsabfall am Fühler 1 wird mit Hilfe des integrierten Verstärkers 3 und des Feldeffekt-Transistors 4, dessen Basis am Verstärkerausgang liegt, an einem vor dem Emitter des Feldeffekt-Transistors geschalteten Widerstand 5 mit hoher Genauigkeit abgebildet. Der Strom durch den Widerstand 5 ist daher direkt ein Maß für die Meßgröße, d.h. die Temperatur an der Meßstelle. Der Strom durch den Widerstand 5 ist gleichzeitig der Ladestrom des Kondensators 6. Der Anstieg der Ladespannung in diesem Kondensator ist daher ebenfalls ein Maß für die Temperatur am Fühler. Durch eine mittels eines Doppelbasis-Transistors 7 hergestellte Entladeschaltung wird ein sägezahnförmiger Spannungsverlauf am Kondensator 6 erreicht. Da der Strom durch den Transistor 4 und damit der Ladestrom des gondensators durch das am Verstärker auftretende Ausgangssignal bestimmt wird, hangt die Frequenz der Sägezahnspannung in eindeutiger Weise von der Bühlertemperatur ab.
• Die durch die Sägezahnspannung gegebene Impulsfolge kann dann mittels des induktiven Drehübertragers 9 auf die ruhende, in der Zeichnung nicht dargestellte Auswerteeinrichtung bekannter Ausführung mit großer Genauigkeit übertragen werden.
• Die Verwendung von Gleichspsnnung im Meßfühlerkreis mit nachfolgender Urnsstsung derselben in eine Umpuistolge mit einer der Meßgrdße entsprechenden Frequenz gestattet das Einfügen eines Filters gegen Störirequensen im Pühlerkreis.
• Dazu genügt ein Sieb-Kondensator 8.
• Ein derartig aufgebautes Meßgerät ist auch direkt neben oder in elektrischen Maschinen störungsfrei zu betreiben.
• Wegen der ausgezeichneten Stabilität und der Störunanfälligkeit ist es für absoluten Dauerbetrieb geeignet.
• Der Verbrauch an Hilfsenergie ist äußerst gering, so daß bei Batterie-Betrieb eine Messung über mehrere Monate ohne Batterie-Wechsel erfolgen kann.
• Bei einer Einkoppelung der Hilfsenergie über einen in der Figur nicht dargestellten weiteren Drehübertrager kann dieser mit sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden.
• Die Stabilisierung der Versorgungsspannung ist mit Hilfe integrierter Spannungaregler in idealer Weise durchzuführen.
• Die Auskoppelung des Meßsignals erfolgt über den Drehübertrager 9, der die stromstarken kurzen Entladungsimpulse des Kondensators 6 verwertet. Der Signalpegel an der ruhenden Auskoppelspule (Sekundärspule) des Drehübertragers ist daher relativ hoch. Beispielsweise kann der Spitzenwert der Impulse 8 Volt betragen, wodurch eine hohe Empfangsaicherheit gegeben ist. Damit ist auch der Auskoppelkreis weitgehend störunempfindlich und besitzt dementsprechend erhebliche Vorteile gegenüber den Ausoppelkreis..n bisher üblicher Systeme.
• Die Sigenalverarbeitung der ruhenden Apparatur entspricht der üblicherweise verwendeten elektronischen Schaltungstechnik. Nach einer geeigneten Signalaufbereitung kann s.B. eine Digital-Analog-Umwandlung erfolgen. Am Ende der Meßkette steht in diesem Fall ein kontinuierliches analoges Signal zur Verfügung, das mit hoher Genauigkeit ein Maß für die Temperatur an der Meßstelle ist. Natürlich kann das Signal auch in digital er Form weiterverarbeitet werden. Ein besonderer Vorteil des neuartigen Verfahrens ist das völlige Fehlen eines Abgleichs der rotierenden Apparatur. Die Eichung der Meßeinrichtung erfolgt nur in den ortsfesten Schaltkreisen. Das ist auch ein Vorteil gegenüber den üblichen Verfahren, bei denen der Brückenabgleich auf dem rotierenden Teil vorgenommen werden muB. Die MeBapparatur gemäß der Erfindung ist in einem weiten Temperaturbereich betriebsfähig, so z.B. von - 20°C bis + 1000C im Hinblick auf die elektronische Schaltung. Der Meßbereich der Apparatur wird nur durch die Grenzwerte der Temperaturfühler bestimmt.
• 7 Seiten Beschreibung 9 Patentansprüche

Claims (9)

1. Pat entansprüche 1. Verfahren zur kontaktlosen Messung elektrischer oder nicht-elektrischer Größen an oder in den rotierenden Teilen von insbesondere elektrischen Maschinen mittels eines induktiven Drehübertragers, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsenergie im Meßfühlerkreis von einer Konstant-Spannungsquelle gelieferter Gleichstrom dient, daß unter Verwendung eines extrem gegengekoppelten Gleichspannungs-Verstärkers (3) eine Umformung des dem Meßwert proportionalen Verstärker-Ausgangssignals in eine Impulsfolge mit dem Verstärker-Ausgangs signal proportionaler Frequenz mittels einer Entladeschaltung erfolgt, so daß Impulse hoher Energie auf die rotierende Wicklung des induktiven Ubertragerß {9) gegeben werden.
2. 2. Anordnung zur Durchiührung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühlerkreis von einer Konstant-Spannungsquelle mit Gleichstrom gespeist wird und einen extrem gegengekoppelten Gleichspannungs-Verstärke enthält, dessen Ausgang über einen ersten Transistor (4) eine Impulsschaltung steuert, welche eine Impulsfolge einer konstanten Spannung und einer dem Meßwert proportionalen Frequenz erzeugt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Iinpulsschaltung aus einem mit seider Basis am Verstärkerausgang und über einen vor seinen Emitter geschalteten Widerstand an dem einen Pol der Eonstant-Spannungsquelle liegenden ersten Transistor (4), aus einem Doppelbasis-Transistor (7), dessen Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, und aus einem zwischen die genannte Verbindung der Transistoren und dem anderen Pol der Konstant-Spannungsquelle geschalteten Kondensator (6) besteht, wobei der Eondensator, die Emitter-Basis-Entladungsstrecke des Doppelbasis-Transistors und die zwischen die genannte Basis des Doppelbasis-Transistors und den Kondensator geschaltete Primärwicklung des Übertragers (9) den Auskoppelkreis bilden.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfühler (1) am Eingang des Verstärkers (3) ein Sieb-Kondensator (8) parallel geschaltet ist.
5. 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung mit Hilfsenergie durch auf dem rotierenden Teil angeordnete Batterien erfolgt, wobei wegen des geringen Energieverbrauchs der Anordnung auch zur Erzielung eines mehrtägigen Dauerbetriebes die Verwendung von handelaüblichen Kleinbatterien möglich ist.
6. 6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung mit Hilfsenergie über eine kontaktlose Hilfsschaltung vorgenommen wird und auf dem rotierenden Maschinen oder Anlageteil Gleichrichtergeräte mit elektronischer Stabilisierungsschaltung, insbesondere mit integrierten Spannungsstabilisationsschaltkreisen, angeordnet sind, so daß ein absoluter Dauerbetrieb der Meßeinrichtung möglich ist.
7. 7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Auswerteapparatur mit Hilfe an sich bekannter Schaltungsprinzipien so aufgebaut ist, daß in den Zeiten zwischen den Impulsen des empfangenden Signals evtl. einwirkende extrem starke Störimpulse die Apparatur nicht beeinflussen können.
8. 8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2-7 dadurch gekennzeichnet, daß in der ortsfesten Auswerteapparatur eine Diagonal -Analog-Ums etzung vorgenommen wird.
9. 9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung auf digitaler Basis erfolgt.

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