DE2546475A1

DE2546475A1 - Vorrichtung zum abfuehlen und messen einer temperatur

Info

Publication number: DE2546475A1
Application number: DE19752546475
Authority: DE
Inventors: Nils Gustaf Stalberg
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-05-20
Also published as: SE7414241L; FR2291483B1; JPS5172350A; GB1506263A; NO753568L; SE391031B; FR2291483A1

Description

heb-aa

Anmelderin; International Business Machines

Corporation, Armonk_f N, Y, 10504

Amtliches Aktenzeichens Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin; SW 974 004

Vorrichtung zum Abfühlen und Messen einer Temperatur

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfühlen und Messen einer Temperatur in beweglichen mechanischen j Teilen und insbesondere eine Vorrichtung für eine Temperatur-} abfühlung mittels eines temperaturempfindlichen Widerstandes_f der in einem sich bewegenden, mechanischen Bauteil untergebracht ist.

Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Temperatur in einem mechanischen Element besteht darin, einen temperaturempfindlichen Widerstand in der Nachbarschaft des Elementes anzubringen und den Widerstand dieses Elementes als eine Funktion der Temperatur zu messen. Dieses Verfahren führt dann zu gewissen Schwierigkeiten, wenn sich das mechanische Element in bezug auf seine Umgebung bewegt. Ein bekanntes Verfahren zum Messen des Widerstandswertes in einem temperaturempfindlichen Element, das in der Nachbarschaft eines sich bewegenden mechanischen Teils angebracht ist, besteht darin, das Widerstandselement mittels eines Schleifringes an einen äußeren Stromkreis anzuschließen. Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile, da die elektrische Signalübertragung mit Hilfe solcher Schleifringe kompliziert ist und unzuverlässig sein kann.

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Man hat außerdem schon vorgeschlagen, eine induktive Übertragung von einem temperaturempfindlichen Widerstandselement in einem beweglichen Teil nach seiner Umgebung zu verwenden. In diesem Fall wird der den temperaturempfindlichen Widerstand in dem sich bewegenden mechanischen Teil enthaltende Stromkreis mit einem äußeren Meßstromkreis über einen induktiven Wandler auf dem sich bewegenden Teil verbunden, welcher an einem auf dem stationären, das sich bewegende Teil umgebenden Bauteil angeordneten induktiven Empfänger vorbeiläuft« Auf diese Weise ist der temperaturempfindliche Widerstand mindestens zeitweise mit dem äußeren Meßstromkreis verbunden, so daß dadurch die Temperatur gemessen werden kann. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es schwierig sein kann, den Meßstromkreis zu eichen, so daß dieser tatsächlich einen verläßlich ermittelten ; Widerstandswert für den temperaturempfindlichen Widerstand liefert und damit auch einen verläßlichen Wert der Temperatur,

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abfühlen der Temperatur in einem sich bewegenden mechanischen Teil dadurch hergestellt, daß der in dem beweglichen Teil befindliche temperaturempfindliche Widerstand über einen Kondensator an den äußeren Meßstromkreis angekoppelt wird, wobei dieser Meßstromkreis eine induktive Spule enthält. Diesem Stromkreis wird eine j Wechselspannung zugeführt, und wenn in dem Stromkreis eine j Serienresonanz auftritt, dann wird der Wider standswert gemessen ^: und dadurch wird auch die Temperatur in dem sich bewegenden Element gemessen,

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. j Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind in den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen ange- j geben, j

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In den Zeichnungen zeigt;

Fig. 1 die Temperaturmessung gemäß der Erfindung in

einem Kolbenlager eines Dieselmotors?

Fig, 2 zwei Ausführungsformen der Übertragungskondensatoren gemäß der Erfindung;

Fig. 3 schematisch ein Schaltbild für die Temperaturmessung gemäß der Erfindung und

Fig, 4 die an den Klemmen 6 und 7 der in Fig, 3 dargestellten Schaltung auftretenden Spannungen,

In Fig, 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt_f bei der die Temperatur in einem Lager im Zylinder einer Dieselmaschine gemessen wird. Dies ist natürlich nur ein Beispiel einer Temperaturmessung in einem sich bewegenden mechanischen Teil, Dieses Beispiel ist jedoch von großem Interesse _ξ da sich das Lager in bezug auf einen Kreuzkopf dreht und dieser Kreuzkopf sich auch in bezug auf das Kurbelwellengehäuse bewegt, Konseguenterweise kann man also sagen _f daß Fig, 1 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Temperatur in einem mechanischen Teil gemessen wird_f das in bezug auf ein zweites Teil beweglich angeordnet ist, wobei dieses zweite Teil sich außerdem noch in bezug auf äußere stationäre Teile bewegt.

Fig, 1 zeigt schematisch ein Kurbelwellengehäuse oder einen Zylinder 1, beispielsweise das Kurbelwellengehäuse einer Dieselmaschine, Ein Kolben 4 treibt dabei eine Kurbelwelle an· Die Kurbelwelle 2 bewegt sich im wesentlichen aufwärts und abwärts und bewegt sich dabei außerdem noch um 15 aus der Senkrechten heraus. Ein Lager 5, dessen Temperatur gemessen werden soll, ist im Kreuzkopf 3 untergebracht. Der Kreuzkopf 3 bewegt sich mit dem Kolben 4 aufwärts und abwärts. Das La-

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ger 5 dreht sich in bezug auf den Kreuzkopf 3 entsprechend der seitlichen Bewegung der Kurbelwelle.

Ein temperaturempfindlicher Widerstand R„ ist in dem Lager 5 angebracht. Die erste Klemme des Widerstandes R„ ist am ersten Belag eines Kondensators C angebracht und die andere Klemme des Widerstandes R ist mit dem einen Belag eines Kondensators C. verbunden. Diese Beläge der Kondensatoren C₃ und C. sind mechanisch mit dem Lager 5 verbunden. Die andere Beläge der Kondensatoren C₃ und C. sind an dem Kreuzkopf 3 befestigt. Der andere Belag des Kondensators C₃ ist mit dem ersten Belag des Kondensators C- verbunden, der auf dem Kreuzkopf liegt. Der andere Belag des Kondensators C. ist mit einem ersten Belag eines Kondensators C_ verbunden_f der auch auf dem Kreuzkopf 3 liegt. Der andere Belag des Kondensators C₁ liegt auf dem Kurbelgehäuse 1 und ist mit einer Induktivität oder Spule L verbunden. Der andere Belag des Kondensators C„ ist ebenfalls auf ; dem Kurbelwellengehäuse 1 angeordnet und ist mit der Ausgangsklemme 7 verbunden. Die Induktivität oder Spule L ist an ihrem

j anderen Ende mit der Ausgangsklemme 6 verbunden,

'Fig. 2 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen der Kondensatoren ' ^C1 ^ξ ^C2^{f C}3 ^unc^ ^C4« Gemäß der ersten Ausführungsform 10 besteht j der Kondensator aus zwei Platten, die gegeneinander beweglich sind. Die erste Platte 11 ist über ihre Ausgangsklemme 13 beispielsweise mit dem Widerstand R,^ in dem Lager 5 gemäß Fig, 1 verbunden. Die andere Platte 12 wäre dann auf dem Kreuzkopf angebracht und wäre ausgangsseitig mit ihrer Ausgangsklemme 14 mit dem Kondensator C₁ oder mit dem Kondensator C₂ verbunden. Das würde heißen, daß für den Kondensator C₁ und für den Kondensator C„ eine Kondensatorplatte auf dem Kreuzkopf angebracht werden würde, während die Kondensatorplatte 12 auf dem Kurbelwellengehäuse 1 angebracht wäre. Aufgrund der Bewegung des Kolbens wären dann beide Kondensatorplatten nur kurzzeitig in einer solchen Position, daß sie einen vollständigen Kondensator bilden.

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Andererseits kann vorgeschlagen werden, daß die Kondensatoren die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform 20 haben. Dabei sind die beiden Beläge rohrförmig in der Weise ausgeführt, daß der erste Belag des Kondensators ein Rohr 21 und der zweite ein weiteres Rohr 22 wäre, wobei die beiden Rohre gegeneinander verschiebbar sind. Die erste Ausgangsklemme des Kondensators wäre die Klemme 13 und die zweite Ausgangsklemme wäre die Klemme 14. In Fig. 3 ist schematisch eine Meßschaltung zum Messen der Temperatur in einem Kurbelwellengehäuse 1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Der temperaturempfindliche Widerstand R₁^ im Lager 5 ist über die Kondensatoren C- und C. mit dem Kreuzkopf 3 verbunden und außerdem über die Kondensatoren C. und C₂ mit dem Kurbelwellengehäuse. Das Ausgangssignal des Kondensators C. wird über eine Spule der Ausgangsklemme 6 zugeführt und das Ausgangs-■ signal des Kondensators C₂ liegt an der zweiten Ausgangsklemme ,7, Ein Widerstand R_, der den Gesamtwiderstand des Stromkreises j !darstellt, ist in Reihe mit der Induktivität oder der Spule j L dargestellt« Ein Wechselstromgenerator G ist über einen Wi- !derstand R_Q an den Klemmen 6 und 7 angeschlossen. Ferner ist j j ein Spannungsdetektor 32 zum Feststellen der Minimalspannung j ;an den Klemmen 6 und 7 angeschlossen. Das Ausgangssignal des ^;Spannungsdetektors 32 wird einem Decodierer 33 zugeführt_f :dessen Ausgang mit einem Temperaturmeßinstrument 34 verbunden ^: ist.

iDie Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird !nunmehr in Verbindung mit den in Fig. 4 gezeigten Diagrammen

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j beschrieben« Es sei angenommen, daß der Motor mit dem Kurbel- j

!Wellengehäuse 1 gerade zu arbeiten begonnen hat_f so daß das I

;Lager 5 noch kalt ist. Es sei ferner angenommen, daß sich der |

!Kolben 4 in einer solchen Stellung befindet, daß mindestens j

j einer der Kondensatoren C in einer solchen Position ist, I 'daß beide Kondensatorplatten voneinander getrennt sind. D.h, !aber, daß der RCL-Stromkreis gemäß Fig. 3 eine sehr hohe

\Impedanz aufweist und die Spannung V an den Klemmen 6 und |7 einen Maximalwert, V in Fig. 4, aufweist. Dies ist auf

die Tatsache zurückzuführen, daß dann, wenn sich der Kolben 4 in dem Kurbelwellengehäuse bewegt, es für die Kondensatoren eine vorgegebene Position gibt, bei der die Platten in jedem Kondensator einander gegenüberliegen. D.h., daß in dieser Position die Kondensatoren die größte Kapazität haben, was wiederum bedeutet, daß die Impedanz in dem RCL-Stromkreis der Fig, 3 ein Kleinstwert besitzt. Es ist außerdem für die Erfindung von Wichtigkeit, daß der RCL-Stromkreis als Serienresonanzkreis aufgebaut ist. Dies kann dadurch erzielt werden, j daß man die Induktionsspule in geeigneter Weise aufbaut und !dem Generator G eine entsprechende Frequenz gibt. Es sei anjgenommen, daß dieser Zustand der Serienresonanz in der Position AA in Fig. 4 auftritt. Das bedeutet, daß die an den Klemmen 6 und 7 der Fig, 3 auftretende Spannung dann einen Kleinstwert von V besitzt. Die Spannung Y stellt dann eine Resonanzkurve rund um die Position AA dar. Wenn angenommen wird, daß der ι

Widerstand des Stromkreises R^, klein ist, dann hat der Stromkreis RCL im Resonanzpunkt eine Impedanz, die dem ohmschen Widerstand von RT entspricht. Ist RG sehr viel größer als RT, dann ist der Spannungswert V_Q in Fig. 5 unmittelbar proportional dem Widerstandswert des Widerstandes R ,

Wenn sich der Kolben in Fig, 1 weiter bewegt, dann wird das ^;Lager 5 in dem Kurbelwellengehäuse langsam warm, worauf dann ^! die Resoananzkurve gemäß Fig, 4 der Kurve 2 folgt. Die an den

-■ Klemmen 6 und 7 auftretende Spannung wird dann den Wert V .

erreichen, wenn der Kolben in die Position AA kommt. Diese

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Minimumspannung an den Klemmen 6 und 7 kann durch den Spannungsdetektor für die Minimumspannung 32 festgestellt werden. Das

Ausgangssignal des Spannungsdetektors 32 wird dann an den Dei
codierer 33 übertragen, der in geeigneter Weise geeicht ist, so daß die in dem Lager 5 gemessene Temperatur unmittelbar an ein Anzeigeinstrument 34 oder ein anderes aufzeichnendes Instrument übertragen wird.

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Wegen des im Kurbelgehäuse vorhandenen Öls oder wegen anderer Umstände im Kurbelgehäuse ist es möglich, daß die Resonanzkurve in Fig. 4 für eine Kolbenbewegung an verschiedenen Stellen auftritt. D.h., daß die Resonanzkurve für einen Kolbenhub in Form der Kurve 2 auftritt, während für einen anderen Kolbenhub die Resonanzkurve am Ort der Kurve 3 auftritt. Das ist jedoch ohne Bedeutung, da die MinimaIspannung V . immer den gleichen Wert hat, unabhängig von der Lage der Kurven 2 und Aus Fig. 3 sieht man, daß der Spannungsdetektor 32 den Minimalwert für die Kurve 3 genauso feststellt wie für die Kurve 2, Man sieht daher, daß die in Fig. 3 dargestellte Schaltung gegenüber der Kapazität der Kondensatoren C₁, C₂, C₃ und C. relativ unempfindlich ist, vorausgesetzt, daß diese Kondensatoren in einer bestimmten Position eine Kapazität aufweisen, so daß sich ein Resonanzzustand in dem Stromkreis einstellt· Um dies sicherzustellen, erscheint es zweckmäßig, die Frequenz des Generators G und die Impedanz der Spule L einstellbar zu machen.

Der Spannungsdetektor 32 in Fig. 3 kann von üblicher Bauart sein und wird deswegen nicht beschrieben. Das gleiche trifft für den Decodierer 33 zu, der ebenfalls nicht im einzelnen be- ; schrieben wird. Es ist lediglich erforderlich, daß die gesamte ■ Schaltung in der Weise geeicht werden kann, beispielsweise ] durch eine einstellbare Induktivität L oder durch die Einstellung der Frequenz des Generators G, daß damit der Decodierer eingestellt werden kann, damit der gewünschte Temperaturwert '■■ am Ausgang des Decodierers auftritt.

Es ist ebenso möglich, die Schaltung in Fig. 3 so abzuwandeln, daß für die Widerstandsmessung eine normale Brückenschaltung benutzt wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Messen der Temperatur in einem ersten mechanischen Teil, das in bezug auf ein zweites mechanisches Teil beweglich angeordnet ist mit einer Reihenschaltung aus einem temperaturempfindlichen Widerstand in dem ersten Teil und einer Induktivitätsspule, dadurch gekennzeichnet, daß diese Reihenschaltung mindestens einen Kondensator (C₁ bis C₄) enthält, dessen einer Belag (12, 22) auf dem ersten Teil und dessen zweiter Belag (11, 21) auf dem anderen Teil angeordnet ist,

daß ein Wechselstromgenerator (31) einen Wechselstrom in den Serienstromkreis (L, C., C₃, R„_f C₄, C , Fig. 3) einspeist und

daß mit dieser Reihenschaltung eine Detektorschaltung (32, 33, 34) verbunden ist, die den Signalzustand des Reihenstromkreises feststellt, welcher wiederum den Widerstandswert des temperaturempfindlichen Widerstandes darstellt und damit eine Anzeige für die Temperatur in dem ersten Teil (3, 5) liefert, wenn der Reihenstromkreis in Reihenresonanz ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalzustand eine Resonanzspannung ist, die als Minimalspannung (V . ) feststellbar ist,

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzspannung kurzzeitig in einer Bewegungsposition des ersten Teiles (3_f 5) in der Weise auftritt, daß ein Belag (12, 22) des Kondensators im wesentlichen mit dem anderen Belag (11, 21) des Kondensators ausgerichtet ist.

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4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn-

j zeichnet, daß der Generator und die in dem Resonanzstromj kreis liegende Spule (L) einstellbar sind, so daß in dem Serienstromkreis, unabhängig von den Schwankungen in der Kapazität des Kondensators, eine Resonanz eintritt.

!5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

; das erste bewegliche Teil (3, 5) ein weiteres bewegliches j Teil (5) enthält, auf dem der temperaturempfindliche j Widerstand angeordnet ist, so daß dieser Widerstand (R ) von diesem anderen Teil (5) nach dem ersten Teil (3) über eine erste kapazitive Verbindung (C-., C.) und von dem ersten Teil (3) nach dem zweiten Teil (1) über eine weitere kapazitive Verbindung (C₁, C„) verbunden ist,

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil ein Kreuzkopf (3) innerhalb eines Kurbelwellengehäuses (1) ist, daß der zweite Teil (1) den äußeren Teil eines Kurbelwellengehäuses bildet und daß das andere Teil das in dem Kurbelwellengehäuse (1) befindliche Lager (5) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung einen Spannungsdetektor (32) für eine Minimalspannung_f einen Decodierer (33) und ein Temperaturanzeigeinstrument (34) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6_f dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung für die Widerstandsmessung eine Brückenschaltung enthält.

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