DE3612573A1 - Detektionssystem fuer eisenmetallische partikel - Google Patents
Detektionssystem fuer eisenmetallische partikelInfo
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Description
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DIPL.-ING. VOLLBACH
DIPL.-ING. VOLLBACH
5000 KÖLN 1
Reg.-Nr. Aktenz.:
TC 301 KÖLN, den 10.4.1986
bitte angeben
Anmelder: Technical Development Company, 24 East Glenolden Ave., Glenolden, PA 19036
Titel: Detektionssystem für eisenmetallische Partikel
Die Erfindung betrifft ein System zum Aufspüren elektrisch induzierbarer
Partikel in einem flüssigem Medium und ist insbesondere zum Aufspüren ferritischer Partikel im Schmierstoff
einer Maschine oder einer mechanischen Transmission geeignet, indem sie bei einer Fehlfunktion der Maschine oder der Transmission
eine Warnung abgibt. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für den Betrieb einer Maschine mit innerer Verbrennung
(Brennkraftmaschine), insbesondere einer hochbelasteten Hubschrauber- oder Flugzeugmaschine, bei der eine frühzeitige
Warnung vor einer Fehlfunktion die Druchführung von Korrekturaktionen gestattet, bevor ein katastrophaler Fehler auftritt.
Metallteile in Brennkraftmaschinen oder mechanischen Transmissionen,
z.B. Getriebegehäusen, unterliegen der Abnutzung in Folge von Reibung zwischen metallischen Teilen oder einem
Metallteil und einem nicht metallischen Teil. Die Folge dieser Abnutzung durch Reibung ist eine metallische Kontamination
des Schmiermittels oder der Transmissionsflüssigkeit. Die Kontamination umfaßt Metallpartikel vieler Größen und
Formgestaltungen. Die Überwachung von in der Flüssigkeit enthaltenen Metallpartikeln kann eine frühzeitige Warnung vor
der Zerstörung des mechanischen Teiles, z.B. der Brennkraftmaschine,
gewährleisten.
In der US-PS 4 323 843 wird eine Vorrichtung zum Aufspüren
*36ΐ2δΥ3
magnetisierbarer elektrisch leitender Partikel in einem flüssigen Medium beschrieben, die zwei beabstandete, gegenseitig
elektrisch isolierte Elektroden aufweist. Die leitenden Partikel werden von dem zwischen den beiden Elektroden sich ausbildenden
Flux angezogen und nehmen an der zwischen den beiden Elektroden sich ausbildenden Brückenbildung teil; sie bewirken
daher die elektrische Induktivität der Brücke, welche dann ein Korelat mit der Konzentration der leitfähigen Partikel in der
Flüssigkeit liefert.
In der US-PS 3 502 970>. wird ein System zum Aufspüren metallischer
Partikel in einem Maschinenschmiersystem beschrieben. In diesem System spürt ein kapazitiver Sensor eine Anhäufung
von Metallpartikeln auf einer Seite eines Filtersiebes auf, während ein Blindsensor (dummy probe) auf der Stromabseite
des Filters vorgesehen ist, um Änderungen in der Schmierflüssigkeit zu kompensieren. Der kapazitive Sensor und der Blindsensor
sind in einer RF-Brücke verbunden, deren Ausgangssignal auf einem Meßgerät angezeigt wird. Fehlender Abgleich
der Brücke verursacht auf dem Meßgerät einen die Partikel-Akkumulation anzeigenden Ablesewert.
In der US-PS 4 008 464 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines elektrischen Warnsignals beschrieben, das abgegeben wird, wenn eine eisenmetallische Kontamination im Schmiermittel
eines geschmierten Getriebemechanismusses sich aufbaut. Die Vorrichtung weist ein erstes und ein zweites magnatisches
Teil sowie Mittel zum Befestigten Positionieren der magnetischen Teile innerhalb des Mechanismusgehäuses auf, der
dem normalen Schmiermittelstrom ausgesetzt ist. Für den Fall, daß eine eisenmetallische Kontamination auf einem
der beiden Magnetteile mit einer eisenmetallischen Kontamination auf dem anderen Magnetteil in Kontakt kommt, wird
ein Stromkreis geschlossen und ein Warnsignal an die Bedienperson des Mechanismus abgegeben.
In der US-PS 4 127 808 wird ein transistorisiertes Maschinen-
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I """' 36Τ2573
Span-Detektionssystem beschrieben, welches ein Milliampermeter aufweist, um eine visuelle Anzeige einer Span-Anhäufung zu geben,
und es weist ein Warnlicht auf, das bei einem kritischen, vorbestimmten Niveau aufleuchtet, wobei ein Spannungsteilernetzwerk
verwendet wird und ein Widerstandsabfall im Spandetektor einen Anstieg der Stromstärke und ein nachfolgendes
Aufleuchten der Warnlampe bewirkt.
In der US-PS 2 349 992 wird ein elektrisches System beschrieben, mit dem Änderungen seiner Kapazität oder seines Widerstandes,
die durch Kontaminationen im Öl erzeugt wird, gemessen werden. Dabei wird eine Meßkammer nach Art eines Filters
mit Sensorelementen für Kontaminationen in dem Öl verwendet, die in das Öl-Kreislaufsystem eingefügt ist und deren Arbeitsbedingungen
elektrisch überwacht und angezeigt werden.
Die US-PS 4 219 805 beschreibt die Nutzung magnetischer Anziehung
zum Auffangen eisenmetallischer, in Schmiersystemen zirkulierender metallischer Partikel. Die aufgefangenen Partikel
werden verwendet, um die Erzeugung eines Signalpulses in Folge des Auffangs zu veranlassen, dessen Amplitude und Abklingcharakteristik
zur Masse der einzelnen aufgefangenen Partikel im wesentlichen proportional sind. Die Signalpulse werden
sowohl in analoge als auch in digitale Werte konvertiert, nachdem sie mittels einer geeigneten logischen Schaltung diskriminiert
worden sind.
Die US-PS 3 238 452 beschreibt Abtastmittel (means for tracing) für feinteilige Partikel und nicht gelöstes Wasser in Brennstoffen,
z.B. Düsenkraftstoff. Dabei wird ein abgezweigter Seitenstrom des Kraftstoffes verwendet, der durch eine Leitung
fließt und durch eine Filter-Kapazitätsmeßzelle und dann durch eine zweite, stromab der ersten Zelle angeordnete zweite, mit
der Filterzelle in Reihe verbundene Kapazitätsmeßzelle geleitet wird. Beide Zellen weisen Kondensatoren auf, deren Platten
durch einen Wahlschalter mit einer Wheatstone-Brücke verbunden sind. Ein Kapazitätsvergleich der Zelle mit einer Stand-
ardkapazität bildet das Maß des Feststoff- und Wassergehaltes in dem Kraftstoff.
Gemäß der US-PS 3 078 709 wird ein elektrisches Signal mittels des Aufpralls von Strömungs-Unregelmäßigkeiten, wie Gasblasen,
auf ein Gitter aus elektrisch leitfähigem Material erzeugt.
Die US-PS 4 070 660 beschreibt einen Abnutzungspartikel-Detektor der zwischen größeren und kleineren Partikels unterscheidet.
Erfindungsgemäß wird - wie beim Stand der Technik - die magnetische
Anziehung benutzt um eisenmetallische, in dem System zirkulierende Partikai aufzufangen. Eine Induktionsspule,
die um einen Permanentmagneten angeordnet ist, wird als Sensor für den Einbau in ein Öl-Getriebe verwendet, um darin
befindliche metallische Partikel, wie Späne und Abriebpartikel, messend zu erfassen. Wenn eisenmetallische Partikel
auf dem den Sensor aufweisenden Permanentmagnet aufgefangen werden, wird die elektrische Induktivität des Senors aufgrund
der Nähe verschiedener Partikel zu der Spule geändert. Diese Induktivitätsänderung wird benutzt, um die Arbeitsfrequenz
eines elektrischen Bandfilters zu ändern.
Ein Festfrequenzoszilator mit einer bekannten, stabilen Ausgangsfrequenz
wird zum Steuern des Filters bei seiner Mittelfrequenz verwendet, welches die Frequenz in der Mitte des
Bandfilters ist, wenn keine Partikelanhäufung vorliegt. Wenn der Filter die Frequenz ändert, wird die Ausgangsspannung
des Filters geändert, wodurch ein Ausgangssignal des Filters erzeugt wird, dessen Amplitude proportional zu der Masse
verschiedener Partikelanhäufungen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
zwei Spulen in dem Sensor verwendet, um Temperaturschwankungen in dem Getriebeöl zu kompensieren. Die erfindungsgemäß
verwendete Schaltung beinhaltet ein Verfahren zum Verstärken und Messen
des Ausgangssignals des Filters, um ein Signal zum Anzeigen
auf einem Analog- oder Digital-Anzeigegerät zu liefern.
Δ Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zum Auffangen eisenmetallischer Partikel für die Anwendung in zirkulierenden Flüssigkeitssystemen bereitzustellen,
wobei die Masse der insgesamt auf diese Weise angehäuften Partikel gemessen wird. Weiterhin sollen durch die
Erfindung Signale bereitgestellt werden, die für eine analoge oder digitale Anzeige geeignet sind, deren Amplitude eine
Funktion der Masse der auf der Partikelauffangvorrichtung angehäuften Partikel ist, um die Menge des angehäuften Materials
abzuschätzen.
Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Ein Blockdiagramm eines Abriebüberwachungssystemes mit
der grundlegenden Schaltung;
Fig. 2 eine schematisierte elektrische Schaltung des Abriebüberwachungssystemes;
Fig. 3 von dem Überwachungssystem eine bevorzugte Ausführungsform mit Temperatur-Kompensationsspulen;
Fig. 4 einen Sensorkopf in Seitenansicht sowie
Fig. 5 einen anderen Sensorkopf in Seitenansicht zur Verwendung in einer Schaltung gemäß Figur 3.
In Figur 1 wird ein Blockdiagramm des Gesamtsystems gezeigt. Dieses Blockdiagramm zeigt die Basiskomponenten einschließlich
eines Referenzoszillators 25, eines Bandpaßfilters 40 (Bandfilter)
, einer Demudulatorschaltung 50 und eines Anzeigeverstärkers 60. Eine Sensorspule 41 ist in Figur 1 als gesonderte
Komponente dargestellt, obwohl sie in Realität ein integraler Be-
standteil des Bandfilters 40 ist, was anhand des schematischen elektrischen Diagramms erläutert werden wird. Der Referenzoszillator
25 wird"benutzt um eine feste,' bekannte, einzelne
Ausgangsfrequenz zu erzeugen, die einen konstanten Spannungswert des Sinuswellen-Ausgangs aufweist. Bevorzugt ändert sich der aktuelle Wert des Spannungsausganges entsprechend den Besonderheiten und dem festgesetzten Wert, der in einer speziellen Ausführungs- und Anwendungsform benutzt wird. In dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel werden mit guten
Ergebnissen fünf bis zehn Volt als Spitzen-Spitzenwert am
Spannungsausgang angewendet. Der Konstantspannung-Sinuswellenausgang des Referenzoszillators 25 wird durch den Bandfilter
40 gefiltert. Der Bandfilter 40 hat eine bekannte Frequenzverteilung (frequency curve) um einen bekannten Frequenz-AmplitudenAusgang. Die Sensorspule 41 ist integraler Bestandteil
der Rückkopplungsschleife im Bandfilter 40; bevorzugt kann
der Durchlaßbereich des Bandfilters 40 durch die Veränderlichkeit der Induktionsspule, die als sein frequenzbestimmendes
Element verwendet wird, verändert werden. Das Ausgangssignal
des Bandfilters 40 wird zur Demodulationsschaltung 50 übertragen, bei der es sich um einen Diodenbrückengleichrichter
handelt, der benutzt wird, um den AC-Ausgang des Bandfilters
in einen DC-Wert umzuformen, der proportional zum Doppelamplituden-Ausgang des Bandfilters 40 ist. Nach der Demodulation
durch die Brückengleichrichterschaltung wird die Größe des
verbleibenden DC-Signals verwendet, um einen Anzeigeverstärker zu treiben, der verwendet wird, um ein Analogmeßinstrument
oder eine Digitalanzeige, entsprechend dem speziellen Anwendungsfall, zu einer Anzeige zu veranlassen.
Ausgangsfrequenz zu erzeugen, die einen konstanten Spannungswert des Sinuswellen-Ausgangs aufweist. Bevorzugt ändert sich der aktuelle Wert des Spannungsausganges entsprechend den Besonderheiten und dem festgesetzten Wert, der in einer speziellen Ausführungs- und Anwendungsform benutzt wird. In dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel werden mit guten
Ergebnissen fünf bis zehn Volt als Spitzen-Spitzenwert am
Spannungsausgang angewendet. Der Konstantspannung-Sinuswellenausgang des Referenzoszillators 25 wird durch den Bandfilter
40 gefiltert. Der Bandfilter 40 hat eine bekannte Frequenzverteilung (frequency curve) um einen bekannten Frequenz-AmplitudenAusgang. Die Sensorspule 41 ist integraler Bestandteil
der Rückkopplungsschleife im Bandfilter 40; bevorzugt kann
der Durchlaßbereich des Bandfilters 40 durch die Veränderlichkeit der Induktionsspule, die als sein frequenzbestimmendes
Element verwendet wird, verändert werden. Das Ausgangssignal
des Bandfilters 40 wird zur Demodulationsschaltung 50 übertragen, bei der es sich um einen Diodenbrückengleichrichter
handelt, der benutzt wird, um den AC-Ausgang des Bandfilters
in einen DC-Wert umzuformen, der proportional zum Doppelamplituden-Ausgang des Bandfilters 40 ist. Nach der Demodulation
durch die Brückengleichrichterschaltung wird die Größe des
verbleibenden DC-Signals verwendet, um einen Anzeigeverstärker zu treiben, der verwendet wird, um ein Analogmeßinstrument
oder eine Digitalanzeige, entsprechend dem speziellen Anwendungsfall, zu einer Anzeige zu veranlassen.
Bei einer anderen Ausführungsform des bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht die Sensorspule 41 aus zwei separaten
Spulen innerhalb der Rückkopplungs- und Eingangs-Schaltungsanordnung im Bandfilter, was nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Durch die Verwendung von zwei Spulen wird es möglich,
Spulen innerhalb der Rückkopplungs- und Eingangs-Schaltungsanordnung im Bandfilter, was nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Durch die Verwendung von zwei Spulen wird es möglich,
Temperaturveränderungen oder Unterschiede zwischen der Induktivität
und/oder dem Widerstand der ersten Spule bei einer Ruhetemperatur und die Induktivität und/oder den Widerstand
der ersten Spule bei einem Temperaturanstieg der zirkulierenden Flüssigkeit zu kompensieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des elektronischen schematischen Diagramms gemäß Figur 2 erläutert, aus der
sich die Einzelheiten ergeben. Der Referenzoszillator baut sich um eine ansich bekannte integrierte Schaltung 20 auf.
Es ist möglich, einen Sinuswellen-Generator oder -Oszillator um eine einzige integrierte Schaltung aufzubauen, was nur
wenige externe Peripherkomponenten erfordert, um ein Arbeiten bei einer vorbestimmten Frequenz zu ermöglichen. Bei der Erfindung
wird eine integrierte Schaltung vom Typ 8038 verwendet,
wenngleich eine große Vielzahl integrierter Schaltungen existiert, die verwendbar sind. Bevorzugt arbeiten alle elektrischen
Komponenten der vorliegenden Ausführungsform bei
24 V, da die Anwendung in Flugzeugen und insbesondere in Hubschraubern in Betracht gezogen ist, bei denen das übliche
elektrische System ein 24 Volt-System ist. Daher sind die verwendeten Schaltungen ausgelegt, um ohne weitere Umformung
zu arbeiten. Es ist jedoch möglich dieselbe Schaltung für die Anwendung mit einer 12 Volt-Quelle unter Verwendung
entsprechend ausgelegter Komponenten zu entwickeln.
Die integrierte Schaltung 20 kann bei einer Frequenz von
20 bis 200 kHz arbeiten. Die aktuelle Arbeitsfrequenz hängt vom Einstellungspunkt der beim Betrieb der jeweiligen integrierten
Schaltung verwendeten peripheren Komponenten ab. Figur 2 zeigt den Wert von verschiedenen elektrischen Komponenten,
insbesondere Widerstände und Kondensatoren, die beim Betrieb der integrierten Schaltung 20 benötigt werden,
zusammen mit ihren Stift-Nummern. Der Ausgang der integrierten Schaltung 20 wird über Stift 2 von Chip 20 dem Verstärker
30 über C2, zugeführt, wie in der Schemazeichnung dargestellt
Bevorzugt handelt es sich bei der Bauart des Verstärkers 30 um einen Operationsverstärker, dessen Verstärkung durch die
Auswahl der peripheren Komponenten, insbesondere den Wert von R5 mit Bezug auf R2 sorgfältig eingestellt werden kann.
Der Operationsverstärker 30 dient dazu, das Ausgangssignal des Referenzoszillators 25 auf einen vorgegebenen und festen
Wert der Spitzen-Spitzenspannung zu verstärken sowie das Ausgangssignal der integrierten Schaltung 20 von jeglichem
Einfluß aufgrund der Stromkreisbestückung (circuit loading) durch die Komponenten in Figur 2 zu isolieren. Das Ausgangssignal
des Verstärkers 30 wird über einen Widerstand R6 dem Eingang eines Operationsverstärkers 42 zugeführt, der
von zentraler Bedeutung für den Betrieb des Bandfilters 40 ist. Das Verstärker-Chip weist eine Induktionsspule 41 (Sensorspule)
und einen Kondensator 43 auf, die parallel zueinander und über seinen Ausgang zu seinem invertierten Eingang
geschaltet sind, wie in Figur 2 dargestellt. Dies bewirkt, daß der Operationsverstärker 42 als Bandpaßfilter arbeitet,
und zwar in einer zweipoligen Ausführung und mit einer Mitten frequenz, die von der aktuellen Induktivität der Sensorspule
41 und dem Wert des Kondensators 43 bestimmt ist. Die Sensorspule 41 und der Kondensator 43 bilden einen parallelen
Resonanzschwingkreis, der die Mittenfrequenz des Bandfilters 40 festlegt. Der Aufbau des Bandfilters 14 ist dem Fachmann
bekannt und kann auch in anderen Filtertypen, die Operationsverstärker wie den Operationsverstärker 42 verwenden, benutzt
werden, wobei ähnliche Komponenten benutzt werden, um einen zweipoligen Frequenzfilter mit einer bekannten Empfindlichkeitscharakteristik
von Frequenz zu Amplitude aufzubauen. Das Ausgangssignal des Bandfilters 40 wird über C5 der Demodulatorschaltung
50 zugeführt, die im wesentlichen aus einem Wheatstone-Brückengleichrichter 51 besteht. Der Ausgang
des Brückengleichrichters 50 wird dem Kondensator 52 zugeführt, der zum Glätten des Ausgangssignals verwendet wird,
und das resultierende DC-Signal wird dem Eingang eines Operationsverstärkers
61 über R9 zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 61 wird dem Eingang eines Operationsverstärkers
62 zugeführt, dessen Ausgangssignal verwendet wird, um ein Analoganzeigeirrstrument oder eine Digitalanzeige
zu betätigen. Bevorzugt werden die Operationsverstärker 61 und 62 in üblicher Weise verwendet, um einen bekannten Verstärkungswert
vom Ausgangssignal der Demodulatorschaltung zu liefern.
Von zentraler Bedeutung für den Betrieb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Anordnung der Sensorspule 41, die diejenige Spule im Sensor ist, die in der Nähe der zirkulierenden
Flüssigkeit angeordnet wird.
Die Sensorspule 41 ist integraler Bestandteil eines Sensors 54 (siehe Figur 4). Der dargestellte Sensor 54 besteht im
wesentlichen aus einem zylindrischen Permanentmagneten 56, der konzentrisch in die Sensorspule 41, welches eine Induktionsspule
ist, eingesetzt ist. Diese Spule wird über eine Polbasis des Magneten angeordnet, die sich durch die Achse
der Sensorspule 41 erstreckt (siehe Figur 4). In der dargestellten Anordnung erzeugen die Magnetflußlinien des Permanentmagneten
56 eine magnetische Anziehungszone in der Nähe der Kollektoroberfläche des Polbereiches 57. Wenn ein eisenmetallischer
Partikel in die magnetische Zone eintritt und auf der Oberfläche des Polbereiches 57 eingefangen wird,
wird er verzugsweise den Induktionswert der Sensorspule 41 ändern. Da die Sensorspule 41 über (nicht dargestellte)
Leiter mit dem Bandfilter in Figur 2 wirkverbunden ist, wird die Rückkopplungsimpedanz des Oszillators entsprechend
den angesammtelten (Abrieb)Partikeln geändert, wenn sich eisenmetallisches Material auf der Oberfläche des Polbereiches
57 ansammelt. Dies ist der Fall, weil eine Beziehung zwischen der Masse der angesammtelten (Abrieb)Partikel auf der Ober-
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fläche des Polbereiches 57 und der Impedanzänderung der
Sensorspule 41, die von dieser Massenansammlung erzeugt wird, besteht.
Beim Betrieb des Systems ändert sich also die Mittenfrequenz
des Bandfilters 40, wenn die Induktion der Sensorspule 41
sich aufgrund der Ansammlung eisenmetallischen Materials auf dem Polbereich 57 ändert. Mit dieser Änderung der Mittenfrequenz
des Bandfilters 40 ändert sich die Übertragungsfunktion des Bandfilters 40 in dem Maß in dem die Spannungsamplitude am Punkt 48 in Figur 2 mit zunehmender Masse an
den Polbereichen 57 abnimmt.
Beim Betrieb des Systems sollte die Startfrequenz des Bandfilters 40, die seine Mittenfrequenz ohne Ansammlung von Masse
auf den Polbereichen 57 ist, auf die Ausgangsfrequenz des Referenzoszillators 25 abgestimmt sein. Auf diese Weise
verursacht jegliche Ansammlung von (Abrieb)Partikeln eine Veränderung der Mittenfrequenz des Bandfilters 40 und entsprechend
eine Amplitudenverminderung unabhängig davon, ob die Bandfilter-Frequenz nach oberhalb oder unterhalb
der Mittenfrequenz verändert worden ist.
Beim Betrieb des Systems wird die Induktion der Sensorspule 41 bevorzugt nur durch einen einzigen Parameter, nämlich
die Anhäufung von (Abrieb)Partikeln 58 auf den Polbereichen
57 geändert. Es ist jedoch möglich, daß der Induktionswert der Sensorspule 41 sich mit der Temperatur der Flüssigkeit
in der Nähe der Sensorspule 41 ändert. Dies geschieht, wenn die Temperatur der Sensorspule bezüglich der Kalibrierungstemperatur ansteigt oder abfällt. Es ist möglich, diese
ungewünschte Charakteristik durch Substitution der in Figur 3 dargestellten Schaltung, welche eine Änderung des Bandfilters 40 gemäß Figur 2 dargestellt, zu eliminieren. Der
in Figur 3 dargestellte Band(paß)filter 4OA kann in der
- 11 -
Schaltung gemäß Figur 2 verwendet werden, indem der Bandfilter
4OA den Bandfilter 40 in Figur 2 ersetzt. Bei dieser
Substitution würde die Eingangsschaltung 47 in Figur 3 mit Punkt 47 in Figur 2 zusammengelegt. Entsprechend kann der
Ausgang des Bandfilters 4OA bei Punkt 48 in Figur 3 mit Punkt 48 in Figur 2 verbunden werden. Im wesentlichen wird
die neue Bandpaßfilteranordnung gemäß Figur 3 einfach als
Ersatz für die Bandpaßfilteranordnung 40 in Figur 2 eingesetzt .
Gemäß Figur 3 enthält die Bandpaßfilteranordnung zwei Induktionselemente,
nämlich eine Spule 44 und eine Spule 46. Die Spule 44 ist, in entsprechender Weise wie die Sensorspule
41 in Figur 2, diejenige Spule, die zu einem Pol das Permanentmagneten
56 eines Sensors 70 nebeneinander gestellt ist (Figur 5). Bevorzugt sind die in Figur 4 und Figur 5
dargestellten Sensoren mit der Ausnahme identisch, daß Figur 5 eine Spule 46 am bezüglich der Spule 44 entgegengesetzten
Ende des Permanentmagneten 56 zeigt. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, einen Bandfilter 4OA zu schaffen, dessen
Mittenfrequenz sich bei Temperaturwechseln der frontseitigen Spule 44 nicht ändert. Auf diese Weise können genauere Massenansammlungsmessungen
von (Abrieb)Partikeln 58 erreicht werden. Die einzige Änderung der Induktion der Spule 44 erfolgt
aufgrund der Ansammlung (Partikel 58) metallischer Masse am Polbereich 57. Jegliche Temperaturänderung der Drähte
in der Spule 46 wird durch die Temperaturänderung in der hinteren Spule 46, die in jeder Weise mit der Dimensionierung
und Anordnung der Spule 44 am entgegengesetzten Ende des Permanentmagneten 56 identisch ist, ausgeglichen. Auf diese
Weise ändern sich die Betriebsparameter der Spulen 46 und 44 aufgrund äußerer Betriebsbedingungen, wie der Temperatur,
in identischer Weise und verlieren ihren Einfluß auf den in Figur 3 dargestellten Bandfilter.
- 12 -
Eine mögliche Änderung der Betriebsparameter wäre eine Temperaturänderung,
welche eine Widerstandsänderung des Drahtes beider Spulen 46 und 44 bewirken würde. Es ist wünschenswert,
daß das Ausgangssignal des Verstärkers 45 in Figur 3 in der als Bandfilter arbeitenden integrierten Schaltung gleichbleibt
außer aufgrund von Induktionsänderungen in der Spule 44. Da die Temperaturänderung in dem Draht einen Anstieg oder
Abfall des Widerstandes verursachen kann, leuchtet es dem Fachmann ein, daß die Verstärkung des Operationsverstärkers,
wie die in Figuren 2 und 3 dargestellten, den Widerstand einiger peripherer Komponenten verändern würde, die zum
Festlegen der Verstärkung eines Operationsverstärkers und zum sonstigen Ausgestalten und Wählen seines Einstellpunktes
verwendet werden. Da die Verstärkung des Operationsverstärkers 45, der in der dargestellten Ausführungsform als Bandfilter
arbeitet, durch die Werte R21, R22, R23 und R24, wie dargestellt,
bestimmt wird, leuchtet es ein, daß die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform die Verstärkung des Operationsverstärkers
45 dazu veranlassen würde, unabhängig davon konstant zu bleiben, ob der Widerstand der Drähte der Spulen
44 und 46 sich ändert, wodurch in wesentlichen erreicht wird, daß der Einfluß der jeweiligen Widerstände aufgrund
der Temperatur beseitigt wird. Es versteht sich, daß in dem Schema gemäß Figur 3 der Wert von R21 gleich dem Wert
von R22 sein muß. Entsprechend muß der Wert von R23 gleich dem Wert von R24 sein. Der Draht und anderes bei der Herstellung
der Spulen 44 und 46 verwendetes Material müssen identisch sein, so daß deren innerer Widerstand aufgrund des
Widerstandes des Drahtes in jeder Spule identisch ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die als "Coupron"
bekannte Kupferlegierung, die einen Widerstand von 1 Ohm pro zwanzig Fuß, entsprechend 0,1639 Ohm pro Meter aufweist,
mit guten Ergebnissen verwendet.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel erläutert wurde, versteht es sich, daß
- 13 -
diese Offenbarung nur beispielhaften Charakter aufweist und das eine Vielzahl von Änderungen in Konstruktionsdetaills
vorgenommen werden können, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Erfassen eisenmetallischer Verunreinigungen in einer Flüssigkeit bestehend aus
a) einem Magneten (56),
b) einer neben einen der Pole des Magneten (56) gesetzten Spule (44) mit einer Längsdurchbrechung durch ihre
Mitte und Zuleitungsdrähten zu ihrer Verbindung mit einem elektrischen Bandpaßfilter (40, 40A),
c) einem eisenmetallischen, die Durchbrechung in der Spule (44) ausfüllenden Zylinder, dessen eines Ende
neben denselben Pol des Magneten (56) gesetzt ist, neben den die Spule (44) gesetzt ist, wobei dieses
Ende des Zylinders dazu geeignet ist, in der Flüssigkeit enthaltene eisenmetallische Verunreinigungen
derart anzusammeln, daß jede eisenmetallische Ansammlung die Induktion der Spule (44) ändert;
d) einem Frequenzerzeuger (25) zum Erzeugen eines festliegenden, bekannten Sinuswellen-Frequenzsignals
bekannter Amplitude,
e) dem elektrischen Bandpaßfilter (40, 40A), bei dem die
Spule (44) einen Teil des frequenzbestimmenden Elementes des Bandpaßfilters darstellt, und dessen
Eingang fernerhin mit dem Frequenzerzeuger wirkverbunden ist sowie
f) einem mit dem Ausgang des Bandpaßfilters (40, 40A) wirkverbundenen Verstärker.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Schmieröl ist.
3. System zum Erfassen eisenmetallischer Verunreinigungen zum Ermitteln eisenmetallischer, in einer Flüssigkeit
zirkulierender Partikel, bestehend aus
a) Mitteln zum Erfassen eisenmetallischer, in einer
Flüssigkeit zirkulierender Partikel, wie Abriebpartikel und Späne, aufgrund von durch das Ansammeln
der Partikel bei einem Sensor verursachten Veränderungen der Induktion des Sensors,
b) Mitteln zum Konvertieren der Änderungen der Induktion
in dem Mittel a) in ein periodisch sich änderndes elektrisches Ausgangssignal;
c) Mittel zum zur Entnahme eines Signals aus dem periodisch sich ändernden elektrischen, von Mittel b) gelieferten
Ausgangssignal,
d) Mitteln zum Konvertieren des von den Mitteln c) erhaltenen Gleichstromsignals in Wechselstrom (alternating
current) und Vergrößern der Signalstärke,
e) Mittel zum Konditionieren des von Mittel d) erhaltenen
Signals sowie
f) Mittel zum Anzeigen des von Mittel e) erhaltenen Signals.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erfassen eisenmetallischer Partikel einen
Magneten (56) und einer zu diesem nebeneinandergesetzten Spule (44) mit einer Längsdurchbrechung durch ihre Mitte
und einen eisenmetallischen, die Durchbrechung ausfüllenden Zylinder aufweist, wobei ein Ende des Zylinders
bezüglich der Spule (44) nebeneinander angeordnet ist und das andere Ende zum Ansammeln eisenmetallischer
in der Flüssigkeit enthaltener Verunreinigungen derart geeignet ist, daß jede eisenmetallische Ansammlung die
Induktion der Spule (44) ändert.
5. Vorrichtung zum Erfassen eisenmetallischer Verunreinigungen in einer Flüssigkeit bestehend aus
a) einem Magneten (56),
b) einer ersten neben einen der Pole des Magneten (56) gesetzten Spule (44) mit einer Längsdurchbrechung
durch ihre Mitte und Zuleitungsdrähten zu ihrer Verbindung mit einem elektrischen Bandpaßfilter (40A),
c) einem eisenmetallischen, die Durchbrechung in der Spule (44) ausfüllenden Zylinder, dessen eines Ende
neben denselben Pol des Magneten (56) gesetzt ist, neben den die Spule (44) gesetzt ist, wobei dieses
Ende des Zylinders dazu geeignet ist, in der Flüssigkeit enthaltene eisenmetallische Verunreinigungen
derart anzusammeln, daß jede eisenmetallische Ansammlung die Induktion der Spule (44) ändert;
d) einer zweiten, in ihrem Aufbau und ihrer Induktion mit der ersten Spule (44) identischen und derart
angeordneten Spule (46), daß die Achse der zweiten Spule (46) mit der Achse des Magneten (56) konzentrisch
und am bezüglich der ersten Spule (44) gegenüberliegenden Ende des Magneten (56) angeordnet
ist, wobei die zweite Spule (46) Zuleitungsdrähte zu ihrer Verbindung mit dem elektrischen Bandpaßfilter
(40A) aufweist,
e) einem Frequenzerzeuger (25) zum Erzeugen eines festliegenden, bekannten Sinuswellen-Frequenzsignals
bekannter Amplitude,
f) dem elektrischen Bandpaßfilter (40A) wobei die erste
und die zweite Spule (44 und 46) das frequenzbestimmende Element des Bandpaßfilters enthalten und wobei
fernerhin das Eingangssignal des Bandpaßfilters mit dem Frequenzerzeuger wirkverbunden ist sowie
g) einem mit dem Ausgang des Bandpaßfilters (40, 40A)
wirkverbundenen Verstärkerpunkt.
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