DE2052208A1 - Verfahren zur Messung von physikalischen bzw. chemischen Zustandswerten an bewegten Gegenständen - Google Patents

Verfahren zur Messung von physikalischen bzw. chemischen Zustandswerten an bewegten Gegenständen

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DE2052208A1 DE19702052208 DE2052208A DE2052208A1 DE 2052208 A1 DE2052208 A1 DE 2052208A1 DE 19702052208 DE19702052208 DE 19702052208 DE 2052208 A DE2052208 A DE 2052208A DE 2052208 A1 DE2052208 A1 DE 2052208A1
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
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    • G01K1/024Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • GPHYSICS
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    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/04Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using magnetically coupled devices

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Description

  • Verfahren zur Messung von physikalischen bzw.
  • chemischen Zustandswerten an bewegten Gegenstunden.
  • Zur Messung von Zustandswerten an bewegten Gegenständen, beispielsweise die Temperatur einer sich drohenden Welle in einer Maschine oder die Erwärmung des Kolbenbodens in einem Explosionsmotor. hat man bereits komplette elektrische Sender an die betreffenden Stellen gesetzt, die mit einer eigenen Stromversorgung versehen sind, so daß der Sender Uber längere Zeit hinaus seine Schwingungsenergie ausstrahlen kann. Eine Reaktanz des Senders ist dabei in Abhlngigkeit von dem zu Uberwachenden Zustandswert, also beispielsweise der Temperatur, veränderbar0 so daß die ausgestrahlte Frequenz direkt ein Maß für den betreffenden Zustandawert darstellt.
  • Auf diese Weise ist es möglich, während des Betriebes einer Maschine an deren Teilen, insbesondere hochbelasteten Teilen, bestimmte Messungen vorzunehmen, um optimale Daten für den Betrieb einer solchen Maschine zu gewinnen.
  • Bei diesem bekannten Messverfahren macht sich nachteilig bemerkbar, daß dem Sender eine eigene Stromversorgung direkt zugeordnet werden nuß die mit dem Sender an dem bewegten Gegenstand untersubringen ist, da eine Stromversorgung von außen Zuleitungen bedingen würde, die nur Uber Schleifkontakte oder dergleichen angeschlossen werden könnten. Hierdurch wird der Sender mit allen seinen erforderlichen Bauelementen relativ groß, was sowohl seine Anbringung an den bewegten Gegenstand häufig sehr. erschwert und in vielen Fallen sogar unmöglich macht, da vor allem auftretende Fliehkräfte zu berücksichtigen sind, die durch das Gewicht einer Stromversorgung erheblich erhöht werden können. Handelt es sich um eine hin- und hergehende Bewegung des betreffenden Gegenstandes, so machen sich in diesem Falle die Messentr1gbeitskrfte des Senders störend bemerkbar.
  • Der Brfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren zu schaffen, bei dem man mit eine extrem kleinen Raumbedarf auskommt, soweit es sich um die an dem bewegten Gegenstand ansuhringenden Bauelemente handelt. Dee weiteren soll die durch die Erschöpfung einer individuellen Stromversorgung gegebene zeitliche Begrenzung der Messung beseitigt und ein Höchstmaß an Betriebssicherheit erreicht werden, Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß an dem betreffenden Gegenstand ein elektrischer Hochfrequenz-Schwingkreis angebracht wird, von dem mindestens eine Reaktanz in ihrer Größe von dem zu messenden Zustandswert bestimmbar ist, und daß an den Schwingkreis ein verstimmbarer Bochfrequenz-Sender rückwirkungsfrei angekoppelt wird0 dessen Belastung während der Veränderung der Hochfrequenz zwecks Feststellung der Resonanz des Schwingkreises gemessen wirdr die ein Naß fAr den zu ermittelnden Zustandswert bildet.
  • Durch die Verwendung lediglich eines Schwingkreises als an dem bewegten Gegenstand @nzubringende Baugruppe wird erreicht, daß eine Stromversorgung der Baugruppe an dem Gegenstand selbst unnötig wirda wodurch die Messung selbst keinerlei zeitlichen Beschränkungen mehr unterliegt und mit hoher Betriebssicherheit durchgeführt wird. da der an dem Gegenstand angebrachte Schwingkreis praktisch keinen Störungen unterliegen kanne weil das Bauteil nur einen Kondensator und eine Induktivität in sich voreinigt. Ein derartiges Bauteil ist ohne weiteres dicht abkapselbar, so daß es von außen durch irgendwelche chemischen Einflüsse nicht zerstört werden kann. Als Kapselmaterial eignet sich dabei insbesondere Kunststoff.
  • Zweckmäßig gestaltet man die Induktivität des Schwingkreises veränderbar, beispielsweise indem man an einem membranartigen Teil der Kapsel einen kleinen Eisen- oder Ferritkörper anbringt, der mehr oder minder in Abhängigkeit von dem auf die Membran wirkenden Außendruck in eine Spule eintaucht, die mit ein in der Kapsel untergebrachten Kondensator verbunden ist. Um beispielsweise eine Temperatur zu den, kann man eine Spule verwenden" die auf einem einen hohen Temperaturkoeffizienten besitzenden Körper gewickelt ist, so daß sich in Abhängigkeit von der Temperatur dieses Körpers der induktivitätswert der Spule verändert. Auf diese Weise ist es also möglich, die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises in AbhSngigkeit von äußeren Zustandsgrößen zu verändern. Bei der Vexstinmung des Bochfrequenssenders geht man vorteilhaft so vor, daß diese periodisch derart durch eine Sägezahnspannung gesteuert und der Zeitraum zwischen Auftreten der Resonanz und einer Grenze der Sägezahnkurve gemessen wird, der ein Maß für den zu ermittelnden Zustandswert bildet. Hierdurch wird die Messung insofern erleichtert, als nicht eine Frequenz selbst, sondern lediglich ein niederfrequent periodisch wiederkehrender Zeitraum zu ermitteln igt was meßtechnisch besonders einfach ist und auch sehr genau durchgeführt werden kann.
  • Handelt es sich bei dem bewegten Gegenstand beispielsweise um eine rotierende Welle an deren Außenfläche der Schwingkreis angebracht ist. so ergibt sich bei der Drehung der Welle periodisch eine Annäherung an den Hochfrequenzsender mit anschließender Entfernung. Um hierbei eine sichere Messung zu gewihrleisten. kann man folgendermaßen vorgehen: Man kann die Frequenz der Sägezahnspannung nit der Rotation der Welle derart synchronisieren, daß wihrend des schrigen Verlaufes des Sägezahns sich der Schwingkreis in der Nähe des Senders befindet. In diesem Faile dauert der Rücklauf des Sägezahns relativ lange, nämlich so lange wie die Welle braucht, um den Schwingkreis nach erfolgtem Vorbeilauf an dem Hochfrequenzsender wieder in dessen Nähe zu bringen. Die Synchronisation kann dabei auch so erfolgen, daß ein oder mehrere Sägezähne diesen Teil der Drehung der Welle überdauern, so daß eine echte Messung nur bei jedem nten Sägezahn erfolgt. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Sägesahnfrequenz so niedrig zu wählen, daß diese klein gegenüber der Drehzahl einer welle ist. Umgekehrt kann man auch eine gegenüber der Drehzahl der Welle sehr gro@@ Sägezahnfrequenz wählen. Hieraus ist ersichtlich, daß man bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens also weitgehend frei von irgendwelchen durch den Bewegungsrhyth@us gegebenen Beschränkungen ist.
  • Die gleichen Überlegungen gelten, wenn es sich un eine periodisch hin- und hergehende Bewegung handelt.
  • In der Figur ist al Ausführungsbeispiel eine Schaltung dargestellt, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen last.
  • Der Schwingkreis 12 ist an irgendeinen bewegten Gegenstand angebracht und an diesel befestigt. Seine induktivitit 13 wird in Abhängigkeit von dem umgebenden Druck jeweils eingestellt. Der Kondensator 14 hat einen festen Wert. Durch die gestrichelte Linie wird angedeutet, daß hier die Trennung des Schwingkreises 12 von der Außenwelt existiert. In den Schwingkreis 12 wird induktiv eine Hochfrequenzspannung, beispielsweise 150 MHz eingekoppelt, die von dem Hochfrequenzgenerator 1 stammt und über die Trennstufe 2 zu der Spule 3 gelangt. Von dieser Spule 3 aus erfolgt dann die induktive Einkopplung in den Schwingkreis 12. Die Trennstufe 2 sorgt dabei dafür, daß die sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Scheinwiderstand des Schwingkreises ergebende Belastung sich nicht auf den Hochfrequenzgenerator 1 auswirkt. Außerdem wird durch die Trennstufe 2 erreicht, daß eine Annäherung der Spule 3 an den Schwingkreis zu keiner Verstimmung des Hochfrequenzsenders 1 führt.
  • Je nach Einstellung der Induktivität 13 ergibt sich nun eine ganz bestimmte Resonanzfrequenz des Schwingkreises 12 und damit dessen ScheinwiderstandO so daß sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Hochfrequenzsenders 1 eine bestimmte Spannung an der Spule 3 einstellt. Diese Spannung wird der Gleichrichterstufe 15 zugeführt, die die an der Spule 3 abgegriffene Hochfrequenzspannung in eine Gleichspannung umwandelt und der Verstärkerstufe 4 zuführt, an die das Schwellwertglied 5 angeschlossen ist.
  • Bei Uberschreiten einer bestimmten Gleichspannung gibt das Schwellwertglied 5 eine Spannung ab. die zur Steuerung des Gatters 6 dient An das Gatter 6 ist weiterhin der Ausgang des Miederfrequenz impulsgenerators 8 angeschlossen, dessen Impulsspannung weiterhin einer Impulsformerstufe 7 zur Erzeugung einer Sägezahnspannung zugeführt wird, die den Hochfreuqenz#ender 1 entsprechend steuert.
  • Periodisch mit den von dem lmpulsgenerator 8 abgegebenen Impulsen verändert also der Hochfrequenzgenerator 1 nach Art einer Sägezahnkurve seine Frequenz, wobei der hierbei überstrichene Frequenz bereich des Hochfrequenzgenerators 1 so gelegt ist, daß hierbei die mögliche Resonanzfrequenz du Schwingkreises 12 mit sicherheit erreicht wird.
  • Wenn nun im Laufe der Verstimmung des Hochfrequenzgenerators 1 dieser periodisch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 12 überstreicht, entsteht an der Spule 3 jeweils ein scharfer Spannungsanstieg infolge der bei Resonanz starken Erhöhung des Scheinwiderstandes des Schwingkreises 12» so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt im Laufe der von der Impulsformerstufe 7 abgegebenen Sägezahnipannung und damit innerhalb jedes der vom Impulsgsnerator 8 abgegebenen Impulse dem Gleichrichter 15 eine Spannung spitze zugeführt wird, die an seinem Ausgang in Form eines Gleich-@pannungssprunges erscheint und von den Verstärker 4 vorfllrkt wird.
  • Bei Überschreiten des Schwellwertes des schwellwertgliedes 5 wird das Gatter 6 gesperrt, so daß es von diesem Zeitpunkt ab keine Impulsspannung mehr durchläßt. Mit dem später folgenden Ende des betreffenden vom Impulspenerator 8 gelieferten Impulses wird dann das Gatter 6 wieder auf Durchlaß geschaltet. Ein solches Gatter ist ohne weiteres in Form einer bistabilen Kippstufe zu realisieren. Damit gibt das Gatter 6 an seinem Ausgang eine Impulsapannung ab, wobei die Dauer der Impulse der Zeitspanne entspricht, die vom Beginn eines Sägezahnes bis zum Erreichen der Resonanz des Schwingkreises 12 verstreicht. Das Gatter 6 gibt damit in Abhängigkeit von der Einstellung der induktivität 13 längenmodulierte Impulse ab, die über den Tiefpas 9 geleitet werden, der aus der ih@ zugeführten längemodulierten Impulsspannung einen Gleichstrom-Mittelwert aussicht, der zu dem entsprechenden Ausschlag des Gleichstrom-Meßinstrumentes 10 führt.
  • Außerdem gelangt dieser Gleichstrommittelwert zu dem Registriergerät 11, das den Gleichstrommittelwert fortlaufend aufschreibt.
  • Der von dem Meßinstrument 10 angezeigte Gleichstrom-Mittelwert ist damit direkt ein Maß der Einstellung der Induktivität 13 und damit des auf diese einwirkenden Druckes an dem betreffenden Gegenstand, Wenn sich nun der Druck ändert, so wirkt sich dies sofort auf eine entsprechende Verstellung der Induktivität 13 und damit einer Veränderung des von dem Tiefpaß 9 ausgesi@@ten Gleichstrom-Mittelwertes aus, so daß kontinuierlich jede Drucksch@@nkung angezeigt und aufgezeichnet wird. Gegebenenfalls kann man das Überschreiten eines bestimmten Gleichstrom-Mittelwertes durch eine Alarmanlage signalisieren.
  • Die Baugruppe anch Art des Schwingkreises 12 läßt sich in Form einer kapsel ohne weiteres an dem zunächst unbewegten Gegenstand oder frei von diesem eichen, beispielsweise indem man die Baugruppe einem exakt gemessenen Druck aussetzt und dabei dem Schwingkreis die von dem Hochfrequenzgenerator 1 st@@@@nde Hochfrequenz zuführt. Der sich dabei ergebende Gleichstrom-Mittelwert, der von dem Meßinstrument 10 angezeigt wird, gibt dann den betreffenden Druck an. Wenn man nun in Abhangigkeit von dem Variationsbereich der Resonanz des Schwingkreises 12 jeweils die zugehörigen Drücke in absoluter Größe benötigt, so ist diese Eichung Schritt für Schritt durchtufffhren, wobei sich für den Ausschlag des Meßinstrumentes 10 eine Kurve ergibt, die in Abhingigkeit von diesem Ausschlag den jeweils zugrundeliegenden Druck angibt.
  • Wenn es sich nur darum handelt, relative Druckabweichungen zu signalisieren, dann kann aan nattirlich auf diese Bichung vera ichten und lediglich überwachen, ob ein Druck sich in der einen oder anderen Richtung wesentlich verändert hat.

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Verfahren zur Messung von physikalischen bzw. chemischen Zustandswerten an bewegten Gegenständen, z.B. Maschinenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem betreffenden Gegenstand ein elektrischer Hochfrequenz-Schwingkreis angebracht wird, von dem mindestens eine Reaktant in ihrer Größe von dem Zustandswert bestimmbar ist, und daß an den Schwingkreis ein verstimmubarer Hochfrequenz-Sender rückwirkungsfrei angekoppelt wird0 dessen Belastung wihrend der Veränderung der Hochfrequenz zwecks Feststellung der Resonanz des Hochfrequenz-Schwingkreises gemessen wird, die ein Maß für den zu ermittelnden Zustandswert bildet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstimmung des Hochfrequenzsenders periodisch durch eine niederfrequente Sägezahnspannung gesteuert und der Zeitraui zwischen Auftreten der Resonanz und einer Grenze der Sägezahnkurve gemessen wird, der tin Naß für den zu ertittelnden Zustandswert bildet.
    3O Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des mit dem Aochfrequenz-Schwingkreis (12) belasteten Hochfrequenz-Senders (1) gegebenenfalls über einen Verstärker (4) ein Schwellwertgiied (5) angeschlossen ist, das mit Erreichen der Resonanz einen Spannungssprung abgibt, der ein von einem Niederfrequenz-Impuls-Generator (8) gespeistes Gatter t6) umschaltet, von dem im durchgeschalteten Zustand die Impulse einem Impulsformer (7) zur Erzeugung der Sägezahnspannung gelangen, die den Hochfrequenz-Sender (1) steuert und daß an den Ausgang des Gatters (6) ein Tiefpaß (9) zur Erzeugung eines Gleichetrom-Nittelwertes angeschlossen ist, der ein Maß für den zu ermittelnden Zustandswert bildet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2356150A1 (fr) * 1974-08-16 1978-01-20 Ici Ltd Dispositif pour deceler des variations de courant dans un ensemble de conducteurs electriques
EP0061777A2 (de) * 1981-03-31 1982-10-06 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Einrichtung zum Messen des Augeninnendrucks
EP0261353A2 (de) * 1986-09-24 1988-03-30 Grapha-Holding Ag Messeinrichtung

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