-
-
"Temperaturmeßeinrichtung für elektrische Maschinen,
-
Geräte oder dergleichen" Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeßeinrichtung
für elektrische Maschinen, Geräte oder dergleichen, insbesondere Transformatoren,
mit einem Meßfühler, der wenigstens zwei elektrisch nichtleitende Körper mit verschiedenen
Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die an einem Ende festgelegt sind und am anderen
Ende zur Ausführung einer den Meßwert abbildenden relativen Längenänderung frei
zueinander bewegbar sind, wobei die Längenänderung mit Hilfe von Licht, das über
wenigstens einen ersten Lichtleiter zuleitbar ist, in ein optisches Signal umformbar
und als solches über wenigstens einen zweiten Lichtleiter einer Signalverarbeitungsstelle
zuführbar ist.
-
Temperaturmeßeinrichtungen für elektrische Maschinen, insbesondere
jedoch für Temperaturmessungen in den Wicklungen von Transformatoren, müssen besonderen
Anforderungen genügen.
-
So darf der Meßfühler keine elektrisch leitenden Teile aufweisen,
die Kurzschlüsse verursachen und/oder Strombrücken bilden könnten. Die gleiche Forderung
besteht auch bezüglich der Signalleitungen, die den Meßfühler, der auf hohem Spannungspotential
liegen kann, mit einer Signalverarbeitungsstelle (zum Beispiel Verstärker und/oder
Anzeigegeräte), die normalerweise Erdpotential aufweisen, verbinden.
-
Außerdem wird eine gute elektromagnetische Verträglichkeit verlangt,
so daß elektrische und/oder elektromagnetische Felder die Messung nicht stören oder
das Meßergebnis verfälschen können.
-
Bei einer bekannten Temperaturmeßeinrichtung für elektrische Gerate
weist daher der Meßfühler zwei elektrisch nichtleitende Körper mit verschiedenen
Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, die an einem Ende aneinander befestigt sind
und deren anderes Ende unter Temperatureinfluß eine relative Längenänderung erfährt,
welche den Temperaturmeßwert abbildet. Um das -Ausmaß dieser Längenänderung erfassen
zu können, beeinflußt der eine der Körper den Strahlenfluß zwischen einer Lichtabstrahlstelle
und einer Lichtaufnahmestelle derart, daß bei einer temperaturbedingten relativen
Längenänderung des einen Körpers der Strahlenfluß beeinflußt wird. Diese Beeinflussung
wird mit Hilfe eines lichtempfindlichen Detektors in ein elektrisches Signal umgewandelt,
gegebenenfalls verstärkt und als Meßwert angezeigt. Für die Zufuhr der Lichtstrahlung
zur Lichtabstrahlstelle und für die Übertragung der Lichtstrahlung von der Lichtaufnahmestelle
zum lichtempfindlichen Detektor bzw. zur Signalweiterverarbeitungsstelle sind elektrisch
isolierende Lichtleiter eingesetzt, so daß keinerlei elektrisch leitende Verbindung
zwischen
Meßfühler und Signalverarbeitungsstelle vorhanden ist.
-
Als Lichtleiter sind bei der bekannten Temperaturmeßeinrichtung Glasfiber-Leitungen
eingesetzt, einer der beiden Ausdehnungs-Körper besteht aus- Polytetrafluoräthylen-Keramik,
der andere dagegen lediglich-aus Polytetrafluoräthylen.
-
Obwohl die bekannte Temperaturmeßeinrichtung bezüglich ihrer Einsatzmöglichkeiten
befriedigt, ist die dort vorgenommene Umwandlung der relativen Längenänderung in
ein analoges optisches Signal ungünstig, da dessen Weiterverarbeitung zum Beispiel
mit Hilfe von lichtempfindlichen Detektoren, eine hohe gleichbleibende Empfindlichkeit
dieser Detektoren erfordert..
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßeinrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Umwandlung der relativen Längenänderung
in optische Signale vereinfacht und die Weiterverarbeitung dieser otpischen Signale
einfacher durchführbar ist. Darüberhinaus soll die Temperaturmeßeinrichtung bei
einfachem, d.h. billigem Aufbau robust und daher auch für Betriebsmessungen geeignet
sein.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun erfindungsgemäß darin, daß zur
Umwandlung der Längenänderung in ein digitales optisches Signal der Meßfühler mit
einem optischen Codierer verbunden ist, der wenigstens eine Codierschablone mit
zugeordnetem optischen Abtaster aufweist. Die den Temperaturmeßwert abbildende relative
Längenänderung wird also mit Hilfe eines optischen Codierers in ein digitales optisches
Signal umgeformt, das gegenüber dem analogen optischen Signal der bekannten Temperaturmeßeinrichtung
an der Signalverarbeitungsstelle leichter weiterzuverarbeiten bzw. umzuformen ist.
Darüberhinaus sind Störeinflüsse vermieden, die durch Lichtverluste des Über-
tragungsweges
und/oder durch Intensitätsschwankungen der zugeführten Lichtstrahlung verursacht
sind.
-
Für die Umwandlung der relativen Längenänderung in ein digitales optisches
Signal ist es am einfachsten, daß die relativ zum Abtaster bewegbare Codierschablone
mit dem freien Ende des zweiten Körpers verbunden ist. Die Codierschablone bewegt
sich somit entsprechend der Längenänderung relativ zum ortsfesten Abtaster.
-
In manchen Fällen kann es jedoch günstiger sein, die Codierschablone
ortsfest anzuordnen und vorteilhaft den Abtaster relativ zum ersten Körper bewegbar
zu machen und mit dem freien Ende des zweiten Körpers zu verbinden.
-
Um mit einem vorgegebenen Wert der Meßgröße eine möglichst große Längenänderung
für die Eingabe in den Codierer verfügbar zu haben, kann gemäß einer empfehlenswerten
Weiterbildung der Erfindung ein gegenläufig zum zweiten Körper seine Länge ändernder
dritter Körper vorgesehen und mit der Codierschablone verbunden sein.
-
.zi Weist der zweite bzw. dritte Körper die Form etwa eines Streifens
auf, so ist vorteilhaft die Codierschablone vom zweiten bzw. dritten Körper gebildet.
-
Weitere Vorteile und empfehlenswerte Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
schematischen Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig. 1 eine Temperaturmeßeinrichtung
gemäß der Erfindung in Ansicht, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand der
Fig. 1 gemäß der Schnittlinie 11-11,
Fig. 3 eine Teilansicht der
Codierschablone in größerem Maßstab, Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer Temperaturmeß
einrichtung in einer Darstellung entsprechend der Fig. 2 und Fig. 5 eine weitere
Ausführungsvariante einer Temperaturmeßeinrichtung im Querschnitt.
-
Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Temperaturmeßein richtung
weist einen etwa rechteckigen ersten Körper 10 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Grundkörper dient und aus einem Material mit geringem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten
hergestellt ist. Auf dem ersten, flachen Körper 10 liegt ein zweiter Körper 12,
der die Form eines Streifens aufweist und gegenüber dem ersten Körper 10 einen großen
Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Der zweite Körper 12 ist hierbei an
seinem rechten Ende 14 am ersten Körper 10 befestigt. Am linken freien Ende 16 ist
die Codierschablone 18 angebracht, die durch den optischen Abtaster 20 hindurchgeführt
ist.
-
Wie insbesondere aus der Figur 3 ersichtlich, welche einen Teil der
Codierschablone in größerem Maßstab und in Ansicht zeigt, besteht diese aus einem
rechteckigen Streifen von lichtundurchlässigem, steifen Material, wie zum Beispiel
Kunststoff mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 5 mm.
-
In Längsrichtung der Codierschablone 18 ist das Code-Raster 22 mit
sieben nebeneinanderliegenden Spuren angeordnet.
-
Da es sich hierbei um eine optische Codiereinrichtung
handelt,
besteht das Code-Raster 22 aus in der Codierschablone angebrachten Öffnungen 24.
Je nach den Anforderungen oder der Meßaufgabe können gegebenenfalls auch mehr oder
weniger Spuren in der Codeschablone angeordnet sein.
-
Der Abtaster 20 weist einen quer zur Codierschablone 18 verlaufenden
und diese überbrückenden Träger 26 auf, so daß ein Schlitz 28 gebildet ist, der
von der Codierschablone 18 durchdrungen ist. Gegebenenfalls kann die Codierschablone
auch im Schlitz geführt sein.
-
Im ersten Körper 10 ist die Lichtabstrahlstelle 30 im Bereich des
Trägers 26 angeordnet und erstreckt sich quer zur Bewegungsrichtung der Codierschablone
über den Bereich des gesamten Code-Rasters 22. Um die Lichtabstrahlstelle mit Licht
versorgen zu können, ist ein erster Lichtleiter 32 vorgesehen, der im vorliegenden
Ausführungsbeispiel innerhalb des ersten Körpers 10 geführt ist und an der Lichtabstrahlstelle
30 endet. Dieser erste Lichtleiter 32 verbindet die Lichtabstrahlstelle 30 mit einer
in den Zeichnungen nicht dargestellten Lichtquelle.
-
Gegenüber der Lichtabstrahlstelle 30 sind im Träger 26 sieben nebeneinanderangeordnete
Lichtaufnahmestellen 34 so vorgesehen, daß bei einer Bewegung der Codierschablone
18 die Öffnungen 24 des Code-Rasters jeweils spurweise an einer Lichtaufnahmestelle
34 vorbeilaufen, wobei die von der Lichtabstrahlstelle 30 ausgehende Lichtstrahlung
je nach Stellung der Codierschablone 18 durch die Öffnungen 24 zur zugeordneten
Lichtaufnahmestelle 34 gelangen kann oder nicht.
-
Zur Weiterleitung der Lichtsignale sind die Lichtaufnahmestellen 34
über zweite Lichtleiter 36 mit einer nicht dargestellten Signalweiterverarbeitungsstelle
verbunden. Diese kann zum Beispiel lichtempfindliche Detektoren auf-
weisen,
welche das digitale optische Signal in ein entsprechendes elektrisches digitales
Signal umwandeln.
-
Die zu den einzelnen Lichtaufnahmestellen 34 führenden zweiten Lichtleiter
36 können wie in Figur 1 dargestellt, aus einzelnen Lichtleitern bestehen. Sind
die Lichtleiter jedoch jeweils aus einzelnen Lichtleitfasern zusammengesetzt, so
ist es auch möglich, die Lichtleitfasern sämtlicher zweiter Lichtleiter 36 zusammenzufassen
und an der Lichtaufnahmestelle 34 in geordneter Reihenfolge festzulegen.
-
An der Signalweiterverarbeitungsstelle.sind die anderen Enden der
Lichtleitfasern in gleicher Reihenfolge angeordnet und auf die lichtempfindlichen
Detektoren ausgerichtet.
-
Eine besondere Ordnung in der Reihenfolge der Lichtleitfasern ist
für den ersten Lichtleiter 32, welcher die Lichtabstrahlstelle 30 mit der zugehörigen
Lichtquelle verbindet, nicht nötig. Wesentlich ist lediglich, daß das vom ersten
Lichtleiter 30 abgegebene Licht auf sämtliche Lichtaufnahmestellen 34 gerichtet
ist durch geeignete Auswahl des Öffnungswinkels.
-
Bei der Temperaturmessung ändert unter dem Einfluß der Temperatur
der zweite Körper 12 relativ zum ersten Körper 10 seine Länge, so daß das linke
Ende 16 seine Lage gegenüber dem ersten Körper 10 ändert, und dementsprechend die
Codierschablone 18 ebenfalls eine Lageänderung erfährt.
-
Diese Lageänderung, die ein Maßstab für die zu messende Temperatur
ist, wird durch den Codierer 38 in ein digitales optisches Signal umgesetzt. Denn
jeder Stellung der Codierschablone 18 ist im Abtaster 20 ein bestimmtes Muster des
Code-Rasters 22 zugeordnet. Dieses wird mit Hilfe der von der Lichtabstrahlstelle
30 ausgehenden Lichtstrahlung und den zugeordneten Lichtaufnahmestellen abgetastet
und über die zweiten Lichtleiter der Signalverarbeitungsstelle zugeführt.
-
Da der gesamte Meßfühler aus elektrisch nichtleitendem Material besteht
und keinerlei metallische Teile oder spannungs führ ende Teile angeschlossen sind,
eignet sich der erfindungsgemäße Meßfühler insbesondere für den Einsatz in elektrischen
Maschinen und/oder in explosionsgefährdeten Geräten oder Räumen. Da zudem die Funktion
des Codierers und der Lichtleiter durch elektromagnetische Wellen in keiner Weise
gestört werden kann, eignet sich der Erfindungsgegenstand insbesondere für Messungen
in elektrischen Maschinen wie zum Beispiel Motoren, Transformatoren oder Hochspannungsanlagen.
-
Figur 4 zeigt eine Ausführungsvariante des Meßfühlers.
-
Der Unterschied gegenüber dem Meßfühler gemäß Figur 1 besteht im wesentlichen
darin, daß bei dem Meßfühler gemaß Figur 4 der'Abtaster 120 am linken Ende des zweiten
Körpers 12 befestigt und somit bewegbar ist. Die Codierschablone 18 dagegen ist
ortsfest und am linken Ende des ersten Körpers 10 unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
eines Verbindungsgliedes befestigt. Um hierbei genügend Bewegungsfreiheit für den
Abtaster 120 zu schaffen, sind die Codierschablone 18 sowie der zweite Körper 12
auf Vorsprüngen 40 des ersten Körpers 10 befestigt. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Lichtabstrahlstelle ebenfalls bewegbar ist, müssen sowohl der erste Lichtleiter
32 als auch die zweiten Lichtleiter 36 beweglich sein, um die Bewegung des Abtasters
nicht zu behindern. Wie weiter aus Figur 4 ersichtlich, weist der Abtaster 120 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei an ihren Enden miteinander verbundene Schenkel
auf, zwischen denen die Codierschablone 18 geführt ist. Der obere der Schenkel enthält
hierbei die Lichtaufnahmestellen, wogegen der untere Schenkel mit der Lichtabstrahlstelle
versehen ist.
-
Figur 5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsvariante.
-
Der Abtaster ist hier genauso ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 4 und-ebenf alls am freien linken Ende des zweiten Körpers 12 befestigt.
Zwischen die in den Abtaster 120 eingeführte Codierschablone 18 und den linken Vorsprung
40 ist ein streifenförmiger dritter Körper 42 eingefügt. Dieser dritte Körper 42
besitzt gegenüber dem ersten Körper 10 einen größeren Ausdehnungskoeffizienten,
vorzugsweise sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Körpers 12 und des
dritten Körpers 42 gleich.
-
Unter Temperatureinfluß bewegt sich jetzt das freie Ende des zweiten
Körpers 12 und somit der Abtaster 120 relativ zum ersten Körper 10 nach links, die
Codierschablone 18 dagegen bewegt sich nach rechts, beide Bewegungen sind also gegenläufig.
Hierdurch ist der Weg zwischen Abtaster 120 und Codierschablone 18 vergrößert, so
daß die Meßempfindlichkeit und Meßgenauigkeit gesteigert wird.
-
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, auf eine
selbständige Codierschablone zu verzichten, und das Code-Raster unmittelbar auf
den entsprechenden streifenförmigen Körpern 12 und 42 vorzusehen. Diese Ausführungsvarianten
sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
-
Für die Länge des ersten Körpers 10 kann als Richtwert ein Betrag
von etwa 1 bis 10 cm gelten bei einer Breite von etwa 1 bis 2 cm. Die Flächen der
Lichtabstrahlstelle 30 und der Lichtaufnahmestellen 34 sind auf den jeweiligen Anwendungsfall
und das hierdurch bedingte Code-Raster abzustimmen.