DE4205344A1

DE4205344A1 - Elektrische messfuehlervorrichtung zum messen von eisenmetallteilchen in einem stroemungsmittel unter einsatz eines resonanzschwingkreises in reihenschaltung und eines mikroprozessors

Info

Publication number: DE4205344A1
Application number: DE4205344A
Authority: DE
Inventors: Paul H Nielsen
Original assignee: Paul H Nielsen
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1992-10-29
Also published as: GB2253061A; ITRM920108A0; JPH075137A; US5334932A; IT1258348B; FR2673290A1; JP2501992B2; GB9203708D0; GB2253061B; FR2673290B1; ITRM920108A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen von in einem Strömungsmittel mitgeführten Eisenmetallteilchen, und insbe sondere auf eine derartige Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetall teilchen im Schmiermittel eines Motors oder eines Getriebes.

Bei Einsatz in dieser Weise kann durch Überwachung solcher Teil chen gegebenenfalls ein Warnhinweis auf eine Funktionsstörung oder ein anderes mechanisches Versagen im Motor oder Getriebe gegeben werden.

Besonders wichtig ist die hier beschriebene Erfindung für den Be trieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere von hochbelasteten Moto ren und Triebwerken für Hubschrauber und Flugzeuge, wo ein rechtzeiti ger Warnhinweis auf eine Funktionsstörung Gegenmaßnahmen und Fehler behebung vor einem katastrophalen Versagen ermöglicht.

Metallteile im Verbrennungsmotor oder in einem Getriebe ver schleißen infolge der Reibung zwischen den Metallteilen oder zwischen einem metallischen und einem nichtmetallischen Teil. Das Ergebnis die ser verschleißender Reibung ist eine Verunreinigung des Schmiermittels oder des Getriebefluids mit Metallteilchen, die Partikel vieler verschie dener Größen und Formen umfassen. Durch Überwachung der im Fluid mitgeführten Metallteilchen läßt sich ein frühzeitiger Warnhinweis auf eine Schädigung einer mechanischen Vorrichtung, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, oder der zugehörigen Betriebseinrichtungen wie me chanische oder andere Getriebe ableiten.

Bei der laufenden Überwachung eines Schmiermittels, beispielswei se in der Kraftübertragungsanlage eines Flugzeugs, tritt das für solche Fälle typische Problem auf, daß Temperaturschwankungen über einen großen Bereich auftreten. Die Temperatur eines Getriebeschmiermittels in einem Flugzeug, aber auch in jedem anderen Motor oder Triebwerk, kann sich während der Betriebszeug um etliche hundert Grad ändern. Dabei besteht bei solchen Veränderungen in der Umgebungstemperatur die Nei gung zur Veränderung der Funktionsparameter einer elektrischen Induk tionsspule, die beispielsweise als Sonde eingesetzt wird. Im typischen Fall einer solchen Spule verändert sich nicht nur der Widerstand des Drahtes, aus dem die Spule besteht, sondern auch die Induktivität dieser Spule, wenn Temperaturschwankungen auftreten. Somit ist es wün schenswert, ein Signal in Abhängigkeit von dem sich ändernden Wider stand der Induktionsspule abzuleiten, das somit die sich ändernde Be triebstemperatur der Spule widerspiegelt. Dieses Signal könnte dann für einen Temperaturausgleich zur Veränderung der gemessenen Schwin gungsperiode eines Schwingkreises verwendet werden, um so die Genau igkeit der Induktivitätsmessung zu verbessern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einfangen von Eisenmetallteilchen für den Einsatz in einer Flüssig keitsumwälzanlage zu schaffen, wobei die Gesamtmasse der auf diese Weise gesammelten Teilchen gemessen wird.

Des weiteren soll erfindungsgemäß eine Möglichkeit geschaffen werden, Signale zu erhalten, die eine Funktion der auf der Teilchenein fangvorrichtung angesammelten Teilchenmasse darstellen und zur Hoch rechnung der Menge an angesammeltem Material dient.

Weiterhin soll die Aufgabe gelöst werden, einen Hinweis auf grö ßere Abriebteilchen oder auf die rasche Ansammlung von Abriebteilchen zu liefern, und daneben eine Temperaturausgleichseinrichtung zu schaf fen, um die Genauigkeit des erzeugten Signals, das die Gesamtmasse der angesammelten und eingefangenen Teilchen über einen großen Schwan kungsbereich der Temperatur in der Umgebung der Sonde repräsentiert.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß diese folgendes aufweist:

a) einen Magneten mit zwei Polen, wovon der erste in dem Strö mungsmittel liegt;
b) eine aus einem elektrisch leitenden Material gebildete Spule, die koaxial zu einem zweiten Pol des Magneten angeordnet ist;
c) einen elektronischen Resonanzschwingkreis in Reihenschaltung zum Messen der Induktivität der Spule, wobei dieser Schwingkreis mit der Spule verbunden ist; wobei der in Reihe liegende Resonanzkreis eine Einrichtung zum Vorge ben eines Temperaturausgleichs für die Vorrichtung aufweist.

Kurz zusammengefaßt wird erfindungsgemäß also mit der magneti schen Anziehungskraft zum Einfangen von Eisenmetallteilchen gearbei tet, die in dem Strömungsmittelsystem zirkulieren. Dabei dient eine um einen Permanentmagneten angeordnete elektrische Induktionsspule als Sonde, die in ein ölhydraulisches Getriebe eingesetzt wird, um die darin enthaltenen metallischen Abriebteilchen zu messen. Während Eisenmetall teilchen auf dem Permanentmagneten eingefangen werden, der die Sonde des Meßfühlers enthält, verändert sich dadurch infolge der Nähe der verschiedenen Teilchen durch die Spule die Induktivität der Sonde. Die se Induktionsspule ist andererseits Teil eines in Reihe liegenden Reso nanzkreises. Die Veränderung der Induktivität der Induktionsspule wird nun zur Veränderung der Frequenz eines Schwinggliedes herangezogen, das auf dem Resonanzschwingkreis in Reihenschaltung aufbaut. Dabei wird die Veränderung in der Schwingungsperiode überwacht und elektro nisch mit Hilfe eines Mikroprozessors so verarbeitet, daß sie in Bezug zur Menge der auf der Sonde des Meßfühlers abgelagerten Abriebteilchen gesetzt wird.

Nachstehend wird die Erfindung nun anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be schrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines allgemeinen Typs einer Sonde für den er findungsgemäßen Meßfühler, der zum Einsetzen in einen Be hälter für ein Strömungsmittel ausgelegt ist, das zu messen de Eisenmetallteilchen enthält;

Fig. 2 ein typisches Schema eines Resonanzschwingkreises in Rei henschaltung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Elektronik mit der Darstellung der wesentlichen Bausteine der Erfindung, die eine vereinfachte Darstellung des Schaltungsschemas aus Fig. 4 darstellt; und

Fig. 4 ein ausführliches Schaltungsschema der Schaltungen des Meß fühlers, des Schwingglieds und des Mikroprozessors.

Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zum Sammeln von Abrieb teilchen verwendet, wie sie beispielsweise in der am 15. März 1988 un ter dem Titel "Electrical Sensing System for Measuring Ferrous Particles Within a Fluid" erteilten US-PS 47 31 578 beschrieben ist. Diese Erfin dung bezieht sich nun auf ein Verfahren zum Erfassen und Messen der Menge von Eisenmetallteilchen, die in einem Strömungsmittel, beispiels weise dem Schmieröl in einem Getriebe, in Suspension vorhanden sind. Es ist wünschenswert, die Menge der Eisenmetallteilchen bzw. Abrieb teilchen, die gegebenenfalls in einem Schmiermittel wie dem Getriebeöl in einem Getriebe oder einer Brennkraftmaschine in Suspension vorlie gen, zu überwachen. Um diese Eisenmetallteilchen an einer Stelle zu sammeln, an der diese Überwachung erfolgen soll, ist es günstig, einen Permanentmagneten in das Strömungsmittel einzubringen, der diese Teil chen anziehen soll. Sobald diese Eisenmetallteilchen sich auf einer Ma gnetfläche zu sammeln beginnen, können sie weiter meßtechnisch erfaßt werden, so daß sich bestimmten läßt, wie hoch die Gesamtmenge an Ei senmetallteilchen ist, die gegebenenfalls in diesem Strömungsmittel sus pendiert ist. Häufig ist das Vorhandensein solcher Eisenmetallteilchen ein Hinweis auf einen in Kürze zu erwartenden mechanischen Fehler oder Schaden.

Nachdem die Eisenmetallteilchen auf einem Magneten gesammelt wurden, ist es möglich, die Menge der Teilchen dadurch zu messen, daß eine elektrische Induktionsspule in ihre Nähe gebracht wird. Es ist all gemein bekannt, daß eine Veränderung im Material des Kerns in der Nä he einer elektrischen Induktionsspule zu einer Veränderung der Indukti vität der Spule führt. Somit ist durch Erfassung der Veränderungen der Induktivität einer Spule in der unmittelbaren Umgebung angesammelter Eisenmetallteilchen auf einem Magneten eine Möglichkeit der Eingabe für eine abschließende Messung der Menge der sich ansammelnden Teilchen gegeben.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Steckteil 68 mit dem elektrischen Meßfühler, auf dem sich die im Strömungsmittel vorhandenen Eisenme tallteilchen sammeln. Ein Meßfühler 68 ist im wesentlichen als Steckteil ausgebildet, beispielsweise als Ablaufstopfen, wie man ihn an jedem Flüssigkeitsbehälter finden kann, insbesondere an einem Ölsumpf oder am Getriebeölbehälter, wie sie bei vielen verschiedenen Getriebeanlagen und Brennkraftmaschinen vorhanden sind. Der Meßfühler 68 besteht aus dem Hauptteil 65j und weist eine fest angesetzte Schraubenmutter 63 auf, mit welcher der Meßfühler in einem Rahmen befestigt wird. Diese Befestigung wird durch das Außengewinde 64 vereinfacht, dessen Gänge so verlaufen, daß der Meßfühler in die Wandung des Behälters einge schraubt werden kann, der das zu beobachtende Strömungsmittel enthält. Innerhalb des Hauptteils 68 des Meßfühlers befindet sich ein Magnet 67. Bei diesem Magneten handelt es sich um einen Dauermagneten, der sich allerdings nicht durch den Gewindeabschnitt 68 bis zur Auffangfläche 60 erstreckt. Der magnetische Fluß verläuft über das Polstück 61 bis zur Auffangfläche 60. Das Polstück 61 dient zur Weiterführung des ma gnetischen Flusses vom Magneten 67 zur Auffangfläche 60, ohne daß der Magnet 67 tatsächlich am Ende des Meßfühlers 68 angeordnet sein muß, der wirklich in das zu erfassende Strömungsmittel vorsteht.

Im Inneren des Gehäuses 65 des Meßfühlers 68 ist an einer in Fig. 1 angegebenen Stelle eine Spule 62 ausgebildet. Diese Induktions spule 62 erstreckt sich koaxial zum Polstück 61 und ist so ausgebildet, daß die Ansammlung von eisenhaltigem Material auf der Auffangfläche 60 dazu dient, die Induktivität der Spule 62 durch Veränderung der Permeabilität des Kerns der Spule 62 zu verändern. Es ist für den Fachmann deutlich, daß sich infolge einer Ansammlung von eisenhaltigem Material an einer Stelle nahe einem elektrischen Induktionselement die Induktivität dieses Elements erhöht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung des Meßfühlers werden die vom Magneten 67 erzeugten Feld linien über das Polstück 61 zur Auffangfläche 60 übertragen und erzeu gen dort einen Bereich magnetischer Anziehung in der Umgebung der Auffangfläche 60. Gelangt ein Eisenmetallteilchen in diesen Magnetbe reich und wird es auf der Auffangfläche 60 eingefangen, so würde dies zu einer Veränderung der Induktivität der Spule führen. Die Spule 62 ist über zwei (nicht dargestellte) Leitungen durch das Gehäuse 65 hin durch mit dem elektrischen Anschlußstecker 66 verbunden. Dieser An schlußstecker 66 ist ein herkömmlicher Stromanschlußstecker, von dem Kontaktstifte 69 vorstehen. Zwei Leitungen des Kontaktteils 69 entspre chen den Leitungen von beiden Seiten der Spule, während es sich bei der dritten Leitung des Kontaktstiftteils 69 um einen Erdungsstift han delt, der letztendlich mit dem Gehäuse 65 verbunden ist. Dieser Er dungskontakt gestattet den Anschluß eines abgeschirmten Kabels zur Verbindung der Spule 62 mit jeder außerhalb liegenden elektronischen Schaltung, wie nachstehend noch erläutert wird.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Bestimmung und Kor rektur von Fehlern und der Abdrift in dem Resonanzschwingkreis, die unter Umständen durch Temperaturveränderungen hervorgerufen werden. Im Betrieb, der nachstehend noch beschrieben wird, läßt sich die Schal tung in Verbindung mit dem Meßfühler 68 dazu verwenden, eine genaue Messung der auf der Oberfläche 60 angesammelten eisenhaltigen Abrieb teilchen zu erreichen. Ganz allgemein kann die Schaltung auch zum Mes sen von Veränderungen der Induktivität einer Induktionsspule herange zogen werden, wenn die Induktionsspule Temperaturschwankungen aus gesetzt ist.

Bei Vorrichtungen zum Messen von Veränderungen der Induktivität nach dem Stand der Technik, insbesondere Vorrichtungen, die so aus gelegt sind, daß sie Induktivitätsveränderungen in Beziehung zu Abrieb teilchen setzen, die sich auf einer elektrischen Sonde mit Induktionsspu le ansammeln, wurden bisher parallele Resonanzschwingkreise eingesetzt. Ein Beispiel für diesen Stand der Technik beschreiben Tsaprazis u. a. in der US-PS 48 78 019. Nach Tsaprazis schlug man andere Wege ein, um bei Verwendung eines parallelen Resonanzschwingkreises Einfluß auf den Temperaturausgleich in diesen Vorrichtungen zu nehmen. Ein Problem, das mit dem Einsatz paralleler Resonanzschwingkreise zusammenhängt, besteht darin, daß ein Maß für den eine solche Schaltung durchfließen den Strom oder für die an einer solchen Schaltung aufgebaute Spannung im Resonanzzustand eine komplexe Funktion der Frequenz, der Kapazität und der Induktivität bleibt. Damit läßt sich ein Maß des den parallelen Resonanzschwingkreis durchfließenden Stroms bzw. der am Schwingkreis aufgebauten Spannung nicht in einfacher Weise dazu verwenden, eine Korrektur mit Temperaturausgleich vorzunehmen.

Es wurde jedoch schon erkannt, daß ein Resonanzschwingkreis in Reihenschaltung nicht mit demselben Nachteil behaftet ist. Die an einem in Reihe liegenden Resonanzschwingkreis, wie er beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, entstehende Spannung ist wie folgt:

E = I × Z,

wobei die Impedanz

Z = 1/jωC + jωL + R_L.

In dieser Gleichung ist 1/jωC die Impedanz des Kondensators, jωL die Impedanz der Induktionsspule, und R_L gibt jeglichen Widerstand an, der mit dem Draht in der Induktionsspule zusammenhängt, sowie jeden äußeren Widerstand in den Anschlußdrähten. Dividiert man die Spannung durch die Strömstärke, so erhält man den effektiven Widerstand

E/I = Z = 1/jωC + jωL + R_L.

Die Resonanzbedingung für einen in Reihe geschalteten Resonanzschwingkreis liegt dann vor, wenn ω=1/√LC. Multipliziert man beide Seiten der Gleichung mit Eins [jωC/jωC], erhält man die Impedanz

Z = 1jωC + [j²ω²CL + jωCR_L]/jωC,

was vereinfacht ergibt:

Z = [1 - ω²CL + jωCR_L]/jωC.

Bei der Resonanzbedingung gilt:

ω = 1/√LC, ω² = 1/LC bzw. 1 = ω²LC.

Ersetzt man den Ausdruck ω²LC in der vorstehenden Gleichung, erhält man

Z = [1 - 1 + jωCR_L]/jωC

und nach Vereinfachung ergibt sich: Z=R_L.

Daran läßt sich ablesen, daß die Impedanz bei Resonanz eines in Reihe geschalteten Resonanzschwingkreises proportional zu R_L ist. Des halb ist die an einer solchen Schaltung aufgebaute Spannung direkt proportional zu R_L. Ganz eindeutig hängt die Impedanz bzw. die Span nung nicht in komplexer Form von der Frequenz oder der Kapazität oder Induktivität ab, wie dies bei einem parallel geschalteten Resonanz schwingkreis der Fall ist. Da sich R_L mit der Temperatur ändert, ändert sich aus den vorstehend erläuterten Gründen auch die Spannung an einem in Reihe liegenden Resonanzschwingkreis und kann nun zur Kor rektur der Temperaturauswirkungen im Ausgangssignal des Schwingglie des eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des erfindungs gemäßen Schaltungsaufbaus. Die Schaltung besteht aus einem induktiven Meßfühler in Reihe mit einem Kondensator in einer Resonanzschaltung in Reihenschaltung, einem in Reihe liegenden abgestimmten selbstschwin genden Detektor, und einer digitalen Signalverarbeitung. Die Funktion des selbstschwingenden Detektors baut auf der Konstruktion eines in Reihe geschalteten resonanten Behälters auf, wobei ein aktiver Spitzen wert-Gleichrichterkreis und ein Integrator zum Gleichrichten und zur Mittelwertbildung der vom Schwingkreis erzeugten Sinuswelle eingesetzt werden. Dieses gleichgerichtete Mittelwertsignal wird dann einem Präzi sionsmultiplizierglied zugeführt, wo es mit der ursprünglichen Sinuswelle multipliziert wird, wodurch die Regelschleife im System geschlossen und nun die positive Rückmeldung erzeugt wird, die erforderlich ist, um die Eigenschwingung mit kleinstmöglichen Schwankungen in der Doppelampli tude aufrechtzuerhalten. Die Frequenz der Eigenschwingung wird durch die Werte der in Reihe liegenden LC-Schaltung erzeugt. Je mehr Abrieb teilchen die Induktionsspule als Teil des Meßfühlers einfängt, um so stärker verändert sich der Wert der Induktivität der Meßfühlerspule, wodurch sich auch die Resonanzschwingfrequenz des Detektors verän dert. Die Schaltung hält die Amplitude des Detektors konstant. Damit ergibt sich eine Temperaturkorrektur bzw. ein Temperaturausgleich erster Ordnung für die Schaltung.

Das Ausgangssignal des Schwingkreises wird einem Mikroprozessor zugeführt, der die Veränderung in der Periode des Schwingkreises mißt, während sich Abriebteilchen auf der Sonde sammeln. Die Differenz in der Periode gegenüber der anfänglichen Periode (gemessen ohne Abrieb teilchen) ist ein Maß für die angesammelte Menge an Abriebteilchen. Gleichzeitig wird dem Mikroprozessor auch ein Signal zugeführt, das pro portional zum Widerstand (Temperatur) der Meßfühlerspule ist. Der Mikroprozessor berechnet einen Korrekturfaktor und verwendet diesen bei der beobachteten Periodenveränderung zum Ausgleich der Tempera turdifferenz. Über eine standardmäßige serielle RS-232-Schnittstelle kann der Mikroprozessor abgefragt werden, um Informationen über den augenblicklichen Stand der Periodenveränderung der Schwingung sowie über die vorzunehmende Temperaturkorrektur zu übermitteln. Alternativ gibt der Mikroprozessor auch einen Wert für die Periode aus, die bereits hinsichtlich einer Temperaturänderung korrigiert wurde, und liefert somit einen berichtigten Hinweis auf die Gesamtmenge der Abriebteil chen, die sich bereits angesammelt hat.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die in Reihe liegende Resonanz schaltung 1 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 2 verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 2 wird im Gleichrichter 3 gleichgerichtet und anschließend einer integrierenden Vergleichsschal tung 4 zugeführt. Der Ausgang 5 der integrierenden Vergleichsschaltung 4 ist an den X-Eingang eines Vier-Quadranten-Multiplizierglieds 6 ge führt. Für diese Schaltung ist es wichtig, daß das Multiplizierglied 6 über vier Quadranten arbeitet, damit sowohl positive als auch negative Signale entsprechend verarbeitet werden können. Der Ausgang des Ope rationsverstärkers 2 ist außerdem an den Y-Eingang des Multiplizier glieds 6 geführt. Im Multiplizierer 6 wird der Y-Eingang mit dem X-Ein gang multipliziert, wodurch man als Produkt ein Ausgangssignal des Mul tiplizierglieds 6 erhält, das phasengleich mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 2 ist. Der Ausgang des Multiplizierglieds 6 ist an den positiven Eingang des Operationsverstärkers 2 geführt. Auf diese Weise wird die an den X-Eingang des Multipliziergliedes 6 rückgeführte Spannung automatisch so abgeglichen, daß der Wert des Signals am Y-Eingang der Multiplizierschaltung 6 entsprechend so verstärkt wird, daß eine resonante Rückmeldung erfolgt, wenn das Signal an den positi ven Eingang des Operationsverstärkers 2 übermittelt wird. Auf diese Weise hält der Detektor eine konstante Schwingungsamplitude auch dann aufrecht, wenn sich die Resonanzfrequenz verschiebt.

Das Ausgangssignal der integrierenden Vergleicherschaltung 4 wird nicht nur zur Multiplizierstufe 6 zurückgeführt, sondern auch über einen Verstärker 7 zur Verstärkung des Verstärkungsfaktors und des Versatzes an einen A/D-Eingang des Mikroprozessors 8 angelegt. Diese Spannung repräsentiert den Widerstand des in Reihe liegenden Resonanzschwing kreises, der sich mit der Temperatur ändert, nämlich den veränderlichen Widerstand der Induktionsspule. In einem im Mikroprozessor 8 selbst vorgesehenen oder einem diesem zugeordneten ROM-Speicher 9 ist die Periode der Resonanzfrequenz des Schwingkreises für den Zeitraum ab gespeichert, in dem sich keine Abriebteilchen auf der Induktionsspule in der in Reihe liegenden Resonanzschaltung l befinden. Im Betrieb ändert sich die Schwingungsperiode in Abhängigkeit von der Veränderung der Induktivität. Das Programm im Mikroprozessor 8 mißt die Periodenverän derung der augenblicklich gemessenen Periode gegenüber der abgespei cherten anfänglichen Periode. Die Periodenveränderung ist das Maß für die Änderung der Induktivität der Induktionsspule, die ihrerseits wieder ein Maß für die Anzahl der Abriebteilchen ist, die der Magnet zur In duktionsspulensonde hin angezogen hat. Gleichzeitig wird dem Mikropro zessor 8 auch ein A/D-Eingangssignal zugeführt, das proportional zur Temperaturveränderung der Sonde ist. Unter Anwendung eines geeigneten Algorithmus nimmt der Mikroprozessor 8 an der gemessenen Periode eine entsprechende Korrektur bzw. einen geeigneten Ausgleich vor, um so die nicht-linearen Temperaturauswirkungen auf die Induktionsspule zu kom pensieren. Wie schon gesagt, kann das System über eine standardmäßige serielle RS-232-Schnittstelle 10 nach Informationen verschiedener Art abgefragt werden, unter anderem nach der Stromresonanzperiode, der vorgenommenen Temperaturkorrektur oder nach der Information über die Periode nach Temperaturausgleich.

Fig. 4 zeigt ein ausführliches Schema des Detektors bei dem erfindungsgemäßen System.

Die Spule L1 ist dabei die Induktionsspule, wie sie in der Sonde 68 vorhanden ist. Die Spule L1 bildet zusammen mit dem Kondensator C17 die in Reihe liegende Resonanzschaltung. Diese in Reihe liegende Resonanzschaltung ist mit dem negativen Eingang des Verstärkers A1 verbunden. Der Ausgang A des Verstärkers A1 ist an die Gleichrichter schaltung geführt, die aus dem Verstärker A2 und Transistoren Q2, Q3 und Q4 besteht. Das gleichgerichtete Signal, das am Kollektor Q4 anliegt, wird auf die Periodenmeßleitung 8′ (Erfassungseingangsleitung) gelegt. Das gleichgerichtete Ausgangssignal bei B wird dem integrieren den Vergleichsverstärker A3 mit dem Eingangswiderstand R18 und dem Regelkondensator C20 zugeführt. Das Ausgangssignal des integrierenden Vergleichers wird auf die Leitung C gelegt und dem X-Eingang der Mul tiplizierstufe M1 zugeführt. Das Ausgangssignal des integrierenden Ver gleichers wird auch über die Spannungsteilerschaltung R19 und R15 dem positiven Eingang des Verstärkers A4 zum Verstärken des Verstärkungs faktors und Versatzes zugeführt. Der Ausgang dieses Verstärkungs faktor- und Versatz-Verstärkers A4 auf der Leitung D wird dem A/D-Eingang auf Leitung 17 des Mikroprozessors 8 zugeführt. Des weiteren wird über die Leitung E eine Bezugsspannung abgeleitet, die der VRH-Eingangsleitung 22 des Mikroprozessors 8 zugeführt wird. Der Aus gang A des Verstärkers A1 wird außerdem über die Spannungsteiler schaltung 20 und 21 über Leitung F an den Y-Eingang der Multiplizier schaltung M1 geführt. Die Multiplizierstufe M1 ist ein Vier-Quadranten-Mul tiplizierglied, das als Ausgangssignal das Produkt der Signale an X und Y ausgibt. Deshalb wird das auf Leitung F erscheinende Signal mit dem Wert des über Leitung C in die Multiplizierschaltung M1 einlaufen - den Signals multipliziert. Der Ausgang der Multiplizierschaltung M1 auf Leitung G wird an den positiven Eingang des Verstärkers A1 gelegt, wo durch sich die Regelschleife schließt.

Der Mikroprozessor 8 besitzt außerdem an den Leitungsanschlüssen 29 und 30 einen externen Quarzschwingereingang, so daß eine geregelte Zeitbasis für den Mikroprozessor 8 vorliegt. Das Programm im Mikropro zessor zählt die Anzahl der auf der Eingangsleitung 81 pro Zeitabschnitt ankommenden Impulse und berechnet dabei eine Schwingungsperiode der Resonanzschaltung. Der Mikroprozessor 8 weist sowohl intern als auch daran angeschlossen einen ROM-Speicher auf, in dem sich der Wert der Schwingkreisperiode abspeichern läßt, die dem Induktionsspule L1 für den Fall zugeordnet ist, daß sich an L1 keine Abriebteilchen angelagert haben. Je mehr Abriebteilchen sich dort sammeln, desto stärker ver ändert sich die Induktivität der Induktionsspule L1, wobei sich die Schwingungsperiode des in Reihe liegenden Resonanzschwingkreises ver ändert. Der Mikroprozessor 8 mißt nun die neue Periode und berechnet die Differenz zwischen dem neuen Periodenwert und dem gespeicherten Vergleichs-Periodenwert. Die Veränderung der Periode dient als Maß für die Veränderung der Induktivität der Induktionsspule L1 und damit für die Menge der Abriebteilchen, die sich bereits angesammelt haben. Da die Induktionsspule L1 extremen Temperaturveränderungen unterliegt, ändert sich die Induktivität mit der Temperatur. Der Widerstand durch die Induktionsspule ändert sich, wie vorstehend bereits ausgeführt wur de, ebenfalls mit der Temperatur. Das auf der Leitung D liegende Aus gangssignal des Verstärkungsfaktor- und Versatz-Verstärkers wird am A/D-Eingang des Mikroprozessors 8 in einen digitalen Wert umgewandelt, der dann in Verbindung mit einem in die Software des Mikroprozessors 8 eingebauten Algorithmus herangezogen werden kann, um die im Schwing kreis beobachtete Periodenveränderung zu korrigieren und die Wirkung der Temperaturveränderung zu kompensieren. Auf diese Weise gewährlei stet der Mikroprozessor 8 durch Korrektur der Periodenveränderung bzw. durch Kompensieren des gemessenen Wertes der Induktivität zum Aus gleich der Temperaturveränderungen eine Genauigkeit in der Induktivi tätsmessung, wie es sie nach dem Stand der Technik bisher noch nie gab. Beispielsweise liegt die gesamte Veränderung der Schwingkreisfre quenz, wie sie sich im typischen Fall in Resonanzschaltungen dieser Art beobachten läßt, bei denen die Induktivität sich durch Anlagerung von Abriebteilchen verändert hat, im Größenbereich von zwei Prozent. Gleichzeitig kann die Induktivitätsveränderung infolge von Temperatur einwirkungen im Größenbereich von einem Prozent liegen. Somit ist ganz klar erkennbar, daß das interessierende Signal infolge der Temperatur änderungen an der Induktionsspule ganz erheblich verzerrt werden kann, wenn nicht aus Auswirkungen der Temperatur sorgfältig kontrolliert und beeinflußt werden. Die Schaltung gemäß der Erfindung verbessert die Präzision in der Temperaturkorrektur, die sich mit der Induktionsspule L1 erzielen läßt, um einen Faktor von mindestens vier. Mit anderen Worten ist die Präzision rund vier mal besser, wenn eine Sonde, welche die Induktionsspule L1 enthält, im erfindungsgemäßen Resonanzschwing kreis in Reihenschaltung verwendet wird, als bei Verwendung derselben Sonde mit Induktionsspule nach dem Stand der Technik, die allerdings in einen parallelen Resonanzkreis geschaltet ist.

Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 4 sind zusätzliche ROM-Speichermöglichkeiten vorgesehen, die sich durch entsprechende Adressierung jeweils ansteuern lassen. Daneben ist auch ein standard mäßiger serieller RS-232-Ausgang vorgesehen. Über den RS-232-Ausgang kann der Mikroprozessor 8 abgefragt werden. Im Mikroprozessor stehen Informationen verschiedener Art zur Verfügung. Beispielsweise ist dort die Stromfrequenz des Resonanzschwingkreises abgespeichert, neben der augenblicklichen Frequenzänderung gegenüber dem Ausgangszustand, sowie Wert und Ausmaß der jeweils vorgenommenen Temperaturkorrektur. Diese Daten können vom Mikroprozessor für vorgegebene Zeitlängen zur Abfrage abgespeichert werden. Es ist allgemein bekannt, daß Abriebteil chen von größerem Umfang in mechanischen Systemen häufig unmittelbar vor dem Ausfall dieser Systeme entstehen. Ebenso ist bekannt, daß unmittelbar vor dem Ausfall mechanischer Teile ein rascherer Anstieg in der Konzentration der Abriebteilchen zu beobachten ist. Deshalb ist es möglich, das Programm im Mikroprozessor größere Induktivitätsverände rungen erkennen und in getrennten Speicherbereichen erfassen zu las sen, die entweder größere Teilchen repräsentieren oder einer rascheren Ablagerung von Teilchen über einen vorgegebenen Zeitraum zuzuordnen sind. In gleicher oder ähnlicher Weise kann der Mikroprozessor auch im Zusammenhang mit dem Auftreten von Systemveränderungen dieser Art abgefragt werden.

Somit ist deutlich, daß das erfindungsgemäße System Möglichkeiten vorsieht, um Veränderungen in der Induktivität einer Spule mit hoher Genauigkeit auch dann noch zu messen, wenn die Spule extremen Tem peraturschwankungen ausgesetzt ist. Auch wenn die Erfindung anhand des Beispielsfalles beschrieben wurde, daß sie in einem Teilchendetektor eingesetzt wird, ist die Schaltung dennoch gleichermaßen auch bei ande ren Systemen einsetzbar, bei denen der Meßfühler eine veränderliche Induktivität aufweist.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen von in einem Strömungsmittel mitgeführ ten Eisenmetallteilchen, gekennzeichnet durch

a) einen Magneten (67) mit zwei Polen, wovon der erste (61) in dem Strömungsmittel liegt;
b) eine aus einem elektrisch leitenden Material gebildete Spule (62) die koaxial zu einem zweiten Pol des Magneten (67) angeordnet ist;
c) einen elektronischen Resonanzschwingkreis (E, C, L, R_L) in Rei henschaltung zum Messen der Induktivität der Spule (62), wobei dieser Schwingkreis mit der Spule (62) verbunden ist; wobei der in Reihe geschaltete Resonanzkreis eine Einrichtung (8) zum Vorgeben eines Temperaturausgleichs für die Vorrichtung aufweist.

2. Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetallteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe liegende Resonanzschwingkreis eine Resonanzschaltung (1) mit der Spule (62; L1) und einem Kondensator (C17) in Reihenschaltung aufweist.

3. Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetallteilchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe liegende Resonanzschwingkreis außerdem in Reihenschaltung ein Resonanzschwingglied, einen Verstärker (7; A4) zum Verstärken des Verstärkungsfaktors und des Versatzes, sowie einen Mikroprozessor (8) zum Vorgeben des Temperaturausgleichs in Abhängigkeit von der Schwingungsperiode und im Ansprechen auf ein Signal aufweist, welches den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (7) repräsentiert.

4. Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetallteilchen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Mikroprozessors (8) ein Signal anliegt, das die Indukti vität der Spule nach Temperaturausgleich repräsentiert und damit auch für die auf oder unmittelbar neben dem ersten Pol (61) des Magneten (67) angesammelte Menge an Eisenmetallteilchen repräsentativ ist.

5. Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetallteilchen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe liegende Resonanzschwingkreis einen Verstärker (2) auf weist, an dessen invertierenden Eingang (-) eine in Reihe liegende Re sonanzschaltung (1; L1, C17) angeschlossen ist, ferner einen Gleichrich ter (3; A2, Q2, Q3, Q4), eine integrierende Vergleichsschaltung (4), so wie ein Multiplizierglied (6), wobei der Ausgang des Verstärkers (2) an einen ersten Eingang (Y) des Multiplizierglieds (6) vor seiner Gleichrich tung und seinem Anlegen an den Eingang der Integrierenden Vergleichs schaltung (4) geführt ist, während der Ausgang der integrierenden Ver gleichsschaltung (4) an einen zweiten Eingang (X) des Multiplizierglieds (6) und der Ausgang des Multiplizierglieds (6) an den nicht-invertieren den Eingang (+) Eingang des Verstärkers (2) geführt ist.

6. Vorrichtung zum Erfassen von Eisenmetallteilchen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingang (8′) des Mikroprozessors (8) mit dem Ausgang (Q4) des Gleichrichters (3) verbunden ist, und daß der Mikroprozessor (8) das Ausgangssignal des Gleichrichters (3) übernimmt, und daß des weiteren an einen zweiten Eingang des Mikroprozessors (8) über einen Analog-Di gital-Wandler ein Signal gelegt ist, das den Zustand des Verstärkungs faktor- und Versatzverstärkers (7; A4) repräsentiert und proportional zur Spannung an der in Reihe liegenden Resonanzschaltung (1) ist.

7. Verfahren zum Temperaturausgleich bei der Messung der Induktivi tät einer Induktionsspule, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschrit te:

a) Zählen der Impulse an einem Eingang (39, 30) eines Mikroprozes sors (8) zur Bestimmung der Schwingungsperiode eines mit einer Indukti onsspule (L1) verbundenen Resonanzschwingkreises in Reihenschaltung;
b) Abspeichern der Schwingungsperiode in einem RAM-Speicher zur Verwendung als Bezugswert;
c) nochmaliges Zählen der Impulse an dem Eingang des Mikroprozes sors (8) zur Bestimmung der Schwingungsperiode des mit der Induktions spule (L1) verbundenen, in Reihe liegenden Resonanzschwingkreises und Berechnen der Differenz zwischen zuvor abgespeicherten Periodenwert und dem Wert der neu bestimmten Periode;
d) Heranziehen der berechneten Differenz bei der Schwingungsperiode als Index für einen ROM-Speicher (9), welcher eine Tabelle von Werten der Schwingungsperiodendifferenz in Verbindung mit vorgegebenen Induk tivitätswerten enthält;
e) Messen eines für die Temperatur des in Reihe liegenden Resonanz schwingkreises repräsentativen Werts und Heranziehen desselben als In dex für einen ROM-Speicher (9), welcher eine Tabelle vorgegebener Temperaturausgleichswerte enthält; und
f) Anwenden des Temperaturausgleichswerts auf den zuvor bestimm ten Induktivitätswert zur Berechnung der Ist-Induktivität der Indukti onsspule (L1) nach Temperaturausgleich und zum Bereitstellen eines Si gnals an einem Ausgang des Mikroprozessors (8), welches die Induktivi tät der Induktionsspule repräsentiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsschritte (c) bis (f) zeitlich nacheinander wiederholt ausge führt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Arbeitsschritt die Ist-Induktivität der Induktionsspule (L1) nach Temperaturausgleich als Index für einen ROM-Speicher (9) herangezogen wird, welcher eine Tabelle mit vorgegebenen Werten für die Konzentration der Eisenmetallteilchen enthält, sowie zum Bereitstel len eines Signals an einem Ausgang des Mikroprozessors (8), welches die Konzentration des eisenhaltigen Materials repräsentiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des eisenhaltigen Materials zeitabhängig in einem lei stungsunabhängigen Speichermedium aufgezeichnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Veränderung in der Konzentration des eisenhaltigen Materials, die über einen vorgegebenen Zeitraum einen vorbestimmten Wert überschrei tet, zur Auslösung einer Melde- bzw. Alarmschaltung führt.