JP2000502178A - ピストンの位置検出用測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 圧力供給可能なシリンダ（１）内を移動するピストン（６）の位置を検出するための測定装置において、シリンダ（１）の内部にピストン（６）に接続された例えば磁石の形をした位置発信器（１１）が設けられ、シリンダ（１）の外側で駆動装置（１３、１４）によって駆動され位置発信器（１１）の運動軌道に沿って移動されるセンサ（１２）が、位置発信器（１１）との距離に関係する信号強さを検出する。調整装置（１７）によってセンサ（１２）はこれが最大信号強さを検出する位置に到達するように変位調整される。そしてセンサ（１２）の位置を検出することによって、位置発信器（１１）の位置が推論される。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストンの位置検出用測定装置 本発明は圧力供給可能なシリンダ内を移動するピストンの位置を検出するため の測定装置に関する。 この種の測定装置は例えばドイツのシーメンス社の製品「シーメンス高圧電力 しゃ断器（Siemens-Hochspannungs-Leistungsschalter）３ＡＴ２」の取扱説明 書第３００／６頁〜第３００／７頁で知られている。そこには、ピストンがシリ ンダ壁に密接して滑り、ピストンの片側に圧油が存在し反対側にガスの形で窒素 が存在しているシリンダが記載されている。このシリンダはしゃ断器の駆動装置 に対するエネルギー貯蔵体として使用し、圧油を押し込むことによって窒素ガス を圧縮してエネルギーが充填される。シリンダ内にかかっている圧力は圧力監視 器で監視され、場合によっては圧油がポンプで補給される。シリンダ内に存在す る窒素の量は一定していなければならず、圧力および温度しか変化しないように しなければならない。しかしパッキンが壊れて窒素が漏れたとき、同じ油圧にお いて固定して配置された複数の近接スイッチで検出されるピストンの位置が変化 してしまうことがある。 ドイツ実用新案登録第９２１８８８３号明細書から、センサが可動位置発信器 に応動し、このセンサが調整目的で位置発信器の運動軌道に沿って移動できるよ うな圧力媒体で作動される作動シリンダにおける位置検出装置が知られている。 そのセンサは運転中に位置発信器がセンサの近くに存在しているか否かについて の情報しか生じない。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の測定装置において、できるだけ安価な構 造費用で僅かなコストで精確に且つ確実に位置を測定することができるようにす ることにある。 本発明によればこの課題は、冒頭に述べた形式の測定装置が、ピストンに接続 されている位置発信器、位置発信器の運動軌道に沿ってシリンダの外側で駆動装 置によって駆動され位置発信器との距離に関係する信号強さを検出するセンサ、 このセンサに接続され駆動装置に指令を与えてセンサをこれが最大信号強さを検 出する位置に変位調整する調整装置、およびセンサの位置を検出する装置を有し ていることによって解決される。 センサは調整装置によって駆動装置により、センサが最大信号強さを検出する まで、即ちこれによってセンサが位置発信器に最も近くに接近していることを暗 示するまで、シリンダに沿って移動される。 この状態においてセンサの位置からシリンダ内における位置発信器の位置が推 論できる。最大信号強さにおいて場合によって存在するピストンの運動方向にお ける位置発信器とセンサとの間隔は、測定装置を校正するためにまずシリンダに 圧力を供給することなしに測定され、のちの運転中において測定の際に考慮に入 れられる。 本発明に基づく構造によれば、唯一のセンサしか必要とせず、それでもピスト ンの位置を非常に精確に検出できる。センサはあらゆるピストン位置においてそ れが信号を受信する位置まで移動できるので、気楽にセンサの機能を自動的に検 査することもできる。センサはそれが位置発信器の運動軌道に沿って移動するに もかかわらず信号を検出しないとき、これは故障を意味する。このような単純な 機能検査は、位置発信器を検出するための互いに間隔を隔てて固定配置されてい る複数のセンサを備えた検出装置では困難である。 センサの位置の測定は通常の方式で圧力供給可能なシリンダの外側で非常に簡 単に行うことができ、例えば抵抗タップによってあるいは以下に述べる装置で行 。うことができる この測定装置によって求められる位置発信器の位置から簡単に、シリンダのピ ストンによって分離された部分容積が測定できる。シリンダの範囲に温度センサ が設けられると、充填媒体の温度も測定量として利用される。 その部分容積は、例えば高圧電力しゃ断器に対するエネルギー貯蔵体として使 用されるガス特に窒素で充填される。 窒素の容積、温度およびほぼかかっている油圧に応じた圧力から、周知の気体 定数で容積内に存在する窒素の量ないしモル数が求められるか、あるいは窒素の 基準量と関連させられる。このようにして例えば評価装置によって、シリンダ内 で得られるガス量も求められ、これが高圧しゃ断器を切り換えるために必要なエ ネルギーを蓄えるのに十分であるかどうかが決定される。ガス量が十分でないと き、例えば警報信号が発生せられるか、遮断器が係止または遮断される。 センサの位置を検出するための装置は、調整装置から駆動装置に与えられる調 整信号を検出および評価し、ピストンの出発位置と調整信号とからピストンの位 置を決定するための評価装置を有すると有利である。 その調整信号は通常既に電気信号の形で存在し、評価装置に直接与えることが できる。 またセンサの位置を検出する装置が、駆動装置の活動を検出するための装置お よびピストンの出発位置と駆動装置の行われた活動とからピストンの位置を決定 するための装置を有していると有利である。 駆動装置の活動を検出するための装置は例えば、駆動装置が回転モータを有し ているときは、モータの回転数を計数するカウンタによって形成される。 本発明の有利な実施態様においては、位置発信器は磁石を有し、センサがその 磁界を検出するために適するようにされている。 そのような磁界は高感度のセンサによって比較的厚い金属シリンダ壁を通して も検出される。この信号伝達方式は特に高圧電力しゃ断器の厳しい使用条件のも とでほとんど汚れず故障もしない。数年間にわたる機能が保証される。 またシリンダに超音波信号を入射するための超音波送信器が用意されると有利 であり、この場合のセンサは超音波センサである。 これによっても、シリンダの内部でピストンに接続されている位置発信器の位 置検出が可能である。この場合には位置発信器として既に、超音波画像において 鮮明な反射縁を形成するピストン面が用いられる。 本発明は更に、圧力供給可能なシリンダ内を移動可能なピストンの位置を検出 する方法に関し、ピストンに位置発信器が接続され、調整装置によってシリンダ の外側で駆動装置によりセンサが位置発信器の運動軌道に沿って、センサをこれ が最大信号強さを測定する位置に変位調整されるように駆動され、その後でセン サの位置が検出され、そこからピストンの位置が決定されることを特徴とする。 本発明は更に、本発明に基づく測定装置によってシリンダの内部に蓄えられた ガス量を検出する方法に関し、その場合まず上述の方法によってピストンの位置 が検出され、このピストンの位置からガス容積が決定され、ピストンに作用する 油圧からガス圧が決定され、温度が測定され、その圧力、温度および容積の値か らシリンダの内部に存在するガス量が決定され、基準ガス量と関係させられる。 以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。その場合 図１はセンサの位置を検出するための第１の実施例の装置を備えた本発明に基 づく測定装置の概略図、 図２はセンサの位置を検出するための第２の実施例の装置を備えた本発明に基 づく測定装置の概略図、 図３はセンサの位置を検出するための更に異なった実施例の装置を備えた本発 明に基づく測定装置の概略図である。 図１には高圧電力しゃ断器（図示せず）の駆動装置用の液圧シリンダ１示され ている。このシリンダ１の第１の範囲２には圧油が充填されている。シリンダ１ は二つの接続口３、４を有し、その一方の接続口３には、圧油を数バールの調整 可能な所定の庄力で供給する油圧ポンプ５が接続されている。圧力が増大するに つれてピストン６はシリンダ１内で移動し、圧油が占める場所が増大し、その際 例えば窒素が充填しているガス空間７は減少する。ピストン６は自由に移動でき るので、ガス空間７内におけるガス圧はほぼその油圧に対応している。ピストン ６はパッキン８、９によってシリンダ１の内壁に対して密封されている。 シリンダ１の他方の接続口４には圧油で作動する駆動シリンダ（図示せず）が 接続されている。駆動シリンダを作動させるために圧油が弁を介してシリンダ１ から突発的に出される。そのエネルギー貯蔵体としてガス空間７内における圧縮 ガスが使用される。圧油はそれ自体非圧縮性であるために、エネルギーを著しく 蓄える働きをしない。 圧力監視器１０は油圧を監視し、圧油を補給するためにポンプ５を始動制御す る。 ガスの量が減少するにつれてエネルギー貯蔵容量が減少するので、ガス空間７ からガスが漏れることを防止しなければならない。 これは特に、高圧電力しゃ断器の保全性が極めてよく、しばしば数年間にわた り監視する必要がないために重要である。 このためガス空間７の中に存在するガス量を検出する必要がある。 ガス空間７内に存在する気体のモル数は、ガスの状態方程式を考慮に入れて気 体定数の認識のもとで容積、支配している圧力および温度から求められる。それ らの値からガス空間７内のガス量を計算できるようにするためには、圧力は主と して圧力監視器１０の助けを借りて検出でき、温度も測定できるので、ただピス トン６の位置、従ってガス容積を求めるだけで済む。 この目的のためにピストン６に位置発信器として磁石１１が取り付けられてい る。その磁界は少なくとも部分的にシリンダ１の壁を透過し、センサ１２によっ て記録される。センサ１２はスピンドル１３上をこのスピンドル１３をモータ１ ４で回転することによって移動できる。その場合センサ１２は、スピンドル１３ が作動した際にロッド１６によって回り止めされるホルダ１５に取り付けられて いる。 センサ１２は例えばホール・センサである。 モータ１４を作動することによってセンサ１２をシリンダ１に沿って移動する ことができる。その際に磁界の強さが連続的に測定され、これによって磁界の強 さ分布が検出される。その最も高い磁界強さは磁石１１の位置において測定され る。 配線１８を介してモータ１４に指令を与える調整装置１７が設けられ、同時に その都度の磁界強さがセンサ１２によって記録される。モータ１４はセンサ１２ によって最大の磁界強さが記録されるまで作動される。その状態（最大の磁界強 さ）はセンサ１２が位置発信器として使用される磁石１１に精確に対応している ことにより生ずる。 モータ１４に設けられたカウンタ１９によって、モータ１４で伝達された運動 が記録され、これによってカウンタ１９で直接センサ１２の位置を読み取れる。 これによって磁石１１ないしピストン６の位置を直接検出できる。更に温度セン サ２０によってガス空間７内におけるガス温度が検出される。これによってガス 量を更に求めるために、ガスの容積、温度およびガス圧並びにガスの種類が用意 される。この目的のために、圧力監視器１０、温度センサ２０およびモータのカ ウンタ１９に接続され、自動的にそれらの測定値を読み取り、ガスの種類に関係 する所定の気体定数を考慮に入れてガス量を求め、ガス量が所定の下限値を下回 った際に警報を発するか、高圧電力しゃ断器を拘束するか遮断する自動装置が設 けられる。 図２および図３において図１と同一の構成要素には同一の符号が付されている 。 図２の実施例においてセンサ１２の位置は図１の実施例と同じように変位調整 されている。 この場合センサ１２の位置はモータ１４におけるカウンタで記録されず、市販 の超音波距離測定装置２１によって記録される。この測定装置はシリンダ１に固 定配置され、センサ１２ないしホルダ１５との距離を検出し、ガス量を決定する ために利用される。 図３の実施例において、センサ１２の位置はセンサ自体の測定によってではな く、モータ１４に向けられた指令を記録することによって求められる。この目的 のために調整装置１７から駆動装置に与えられる調整信号を検出し評価するため の評価装置２２が設けられ、この評価装置において調整信号からその都度のセン サ１２の位置が求められ、ガス空間７内におけるガス量を更に決定するために利 用される。 モータ１４は個々の調整パルスによってそれぞれ所定の角度だけ回転されるス テップモータとすることができる。このようなステップモータによれば、センサ １２を特に精確に制御でき、センサ１２の運動を確実に記録でき、従ってセンサ １２の位置を相応に検出できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧力供給可能なシリンダ（１）内を移動するピストン（６）の位置を検出す るための測定装置において、ピストン（６）に接続されている位置発信器（１１ ）、シリンダ（１）の外側で駆動装置（１３、１４）によって駆動され位置発信 器（１１）の運動軌道に沿って移動されて位置発信器（１１）との距離に関係す る信号強さを検出するセンサ（１２）、このセンサに接続され駆動装置（１３、 １４）に指令を与えてセンサ（１２）をこれが最大信号強さを検出する位置に変 位調整する調整装置（１７）、およびセンサ（１２）の位置を検出する装置（１ ９、２１、２２）を有していることを特徴とするピストンの位置検出用測定装置 。 ２．センサ（１２）の位置を検出する装置（２２）が、調整装置（１７）から駆 動装置（１３、１４）に与えられる調整信号を検出して評価し、ピストン（６） の出発位置と調整信号とからピストン（６）の位置を決定するための評価装置を 有していることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ３．センサ（１２）の位置を検出する装置（１９、２１）が、駆動装置（１３、 １４）の活動を検出するための装置およびピストン（６）の出発位置と駆動装置 （１３、１４）の行われた活動とからピストン（６）の位置を決定するための装 置を有していることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ４．位置発信器（１１）が磁石を有し、センサ（１２）が磁界を検出するために 適用していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の測定装 置。 ５．センサ（１２）が補助的にシリンダ（１）に超音波信号を入射するための超 音波発信器を備えている超音波センサであることを特徴とする請求項１ないし３ のいずれか１つに記載の測定装置。 ６．圧力供給可能なシリンダ（１）内を移動するピストン（６）の位置を検出す る方法において、ピストン（６）に位置発信器（１１）が接続され、調整装置（ １７）によってシリンダ（１）の外側で駆動装置（１３、１４）によりセンサ（ １２）が位置発信器（１１）の運動軌道に沿って、センサ（１２）をこれが最大 信号強さを測定する位置に変位調整されるように駆動され、その後でセンサ（１ ２）の位置が検出され、そこからピストン（６）の位置が決定されることを特徴 とするピストンの位置を検出する方法。 ７．まず請求項６記載の方法によってピストン（６）の位置が検出され、このピ ストン（６）の位置からガス容積が決定され、ピストン（６）に作用する油圧か らガス圧が決定され、温度が測定され、その圧力、温度および容積の値からシリ ンダ（１）の内部に存在するガス量が決定され、基準ガス量と関連させられるこ とを特徴とする請求項１記載の測定装置によってシリンダ（１）の内部に蓄えら れたガス量を検出する方法。