NL7905026A

NL7905026A - Inrichting voor het meten van de smering van door een smeermiddel gesmeerde, ten opzichte van elkaar rollende of glijdende oppervlakken.

Info

Publication number: NL7905026A
Application number: NL7905026A
Authority: NL
Original assignee: Skf Ind Trading & Dev
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1980-12-30
Also published as: JPS5631632A; JPH0133773B2; EP0021524A1; DE3070699D1; EP0021524B1; ES8103838A1; ES492857A0

Description

y :1/29. n 8-dv/v? i 5KF Industrial Trading & Development Company B.V. te Nieuwegein

Inrichting voor het meten van de smering van door een smeermiddel gesmeerde, ten opzichte van elkaar rollende of glijdende oppervlakken

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van de smering van door een smeermiddel gesmeerde, ten opzichte van elkaar rollende of glijdende oppervlakken, voorzien van een oscillator, die een wisselspanningssignaal opwekt, waarmee de capaciteit, die 5 tussen de gesmeerde oppervlakken optreedt, wordt gemeten.

Bij een bekende inrichting is de genoemde capaciteit in een capacitieve meetbrug opgenomen, waaraan het wisselspanningssignaal van de oscillator wordt toegevoerd. Voorts is een meetschakeling op de brug aangesloten, die een met de te meten capaciteit overeenkomend uitgangs-10 signaal levert. In de praktijk blijkt deze bekende inrichting niet bevredigend te werken, onder andere doordat bij kleine filmdikten ten opzichte van de oppervlakteruwheid veel hogere capaciteitswaarden worden gemeten dan de theoretisch te verwachten waarden.

De uitvinding beoogt, een inrichting van de in de aanhef ge-15 genoemde soort te verschaffen, waarbij de bezwaren van de bekende inrichting zijn ondervangen.

Volgens de uitvinding heeft de inrichting hiertoe het kenmerk, dat de genoemde capaciteit enerzijds aan massa is gelegd en anderzijds over een condensator op de uitgang van de oscillator is aange-20 sloten, welke uitgang voorts met een eerste ingang van een demodulatie-circuit is gekoppeld, terwijl de over de capaciteit optredende spanning aan een tweede ingang van het demodulatiecircuit wordt geleverd, waarbij de uitgang van het demodulatiecircuit met een verwerkingseen-heid is verbonden, die een met de dikte van de smeermiddelfilm overeen-25 kanend signaal, alsmede het percentage contacttijd gedurende een bepaald meetinterval uit het uitgangssignaal van het demodulatiecircuit af leidt,

Op deze wijze wordt een inrichting verkregen, waarmee gelijktijdig de dikte van de smeermiddelfilm en het percentage contacttijd gedurende een bepaald meetinterval kunnen worden gemeten. Hierdoor is 30 het mogelijk cm bij lage λ-waarden, waarbij \ de verhouding tussen de dikte van de smeermiddelfilm en de oppervlakteruwheid is, de gemeten 790 5 0 26 r. 4 2 dilcte van de smeermiddelfilm te corrigeren voor het gemeten percentage contacttijd.

Volgens de uitvinding kan het demodulatiecircuit bestaan uit een vermenigvuldiger en een op de uitgang van de vermenigvuldiger aan-5 gesloten laagdoorlatend filter. Hierdoor wordt bereikt, dat het demodulatiecircuit een uitsluitend van de dikte van de smeermiddelfilm en de tijd afhankelijk uitgangssignaal levert, waaruit de verwerkingseen-heid op eenvoudige wijze de gewenste meetwaarden kan afleiden.

Volgens de uitvinding is de verwerkingseenheid voorzien van 10 een circuit, dat de reciproke waarde vormt van het uitgangssignaal van het demodulatiecircuit, alsmede van eerste middelen, die op de uitgang van het reciproke waarde-circuit zijn aangesloten en die een met de dikte van de smeermiddelfilm overeenkomend uitgangssignaal en een met de tussen de gesmeerde oppervlakken optredende capaciteit overeen-15 komend uitgangssignaal leveren.

Het biedt voordeel, als de verwerkingseenheid van tweede middelen is voorzien, die het gemeten percentage contacttijd omzetten in een correctiesignaal, dat aan een tweede ingang van het reciproke waarde-circuit wordt toegevoerd,· een en ander zodanig· dat' bi'j tüenemehdT 20 percentage contacttijd het uitgangssignaal van het reciproke waarde- -circuit afneemt. Hierdoor wordt een automatische correctie van de meting van de dikte van de smeermiddelfilm verkregen, waardoor een nauwkeurig meetresultaat wordt bereikt.

Bij voorkeur wordt de spanning, die over de tussen de ge-25 smeerde oppervlakken aanwezige capaciteit optreedt, via een banddoor-latend filter, dat op de oscillatorfrequentie is afgestemd, geleverd aan het demodulatiecircuit, waarbij de oscillator eveneens via een banddoorlatend filter, dat op de oscillatorfrequentie is afgestemd, op het demodulatiecircuit is aangesloten. Op deze wijze wordt een even-30 tuele, uit het te meten object afkomstige netstoring onderdrukt. Het banddoorlatende filter voor het oscillatorsignaal dient voor het handhaven van de juiste faserelatie tussen de ingangssignalen van het demodulatiecircuit .

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van 35 de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven.

Fig. 1 geeft schematisch een kogellager weer, waarbij de op- 790 5 0 26 3 tredende capaciteiten zijn aangegeven.

Fig. 2 is een blokschema van een gedeelte van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 3 is een blokschema van een uitvoeringsvorm van de In-5 richting volgens de uitvinding.

De fig. 4a en 4b geven een tweetal signalen weer, die in de inrichting volgens fig. 3 optreden.

In de hierna volgende beschrijving van de inrichting volgens de uitvinding zal als toepassingsvoorbeeld het meten van de smeercondi-10 tie van een met olie gesmeerd kogellager worden toegelicht, hetgeen echter niet inhoudt, dat het gebruik van de inrichting hiertoe beperkt is.

Het is bekend, dat de dikte van de oliefilm in een gesmeerd kogellager van verschillende factoren afhankelijk is, waaronder de 15 draaisnelheid en de belasting. Deze oliefilmdikte h kan worden gemeten door de capaciteit van het kogellager te meten, aangezien voor geldt r o r

Cb = h waarin de relatieve diëlektrische constante van de toegepaste olie 20 is, terwijl A het oppervlak is, waar de oliefilm geacht wordt aanwezig te zijn. Het oppervlak A wordt wel met contactoppervlak aangeduid.

In fig. 1 is een kogellager 1 weergegeven, waarbij de verschillende capaciteiten, die tussen de kogels 2 en de binnenring 3 en de buitenring 4 optreden, schematisch zijn aangeduid. Deze capaciteiten 25 en Cq voraen tezamen de capaciteit van het kogellager:

C, x C

n - T 3n on

Cb - n = 8 C, + C

in on

In fig. 2 is een inrichting 5 weergegeven, waarmee de variatie van de capaciteit kan worden gemeten. De Inrichting 5 is voorzien van een oscillator 6, die een sinusvormige wisselspanning met een 30 frequentie van bijvoorbeeld 0,9 MHz levert aan een capacitieve span- ningsdeler 7, welke bestaat uit de capaciteit en een condensator C^. Parallel aan de capaciteit is nog de totale parasitaire capaciteit

Cp getekend. De spanning over de capaciteit zal nu worden gemo- 7905026 «τ' ψ 4 duleerd door de variatie in de waarde van de capaciteit C^· Dit modu-latiesignaal wordt uit de spanning afgeleid door middel van een demodulator 8, die is voorzien van een vermenigvuldiger 9 en een laag-doorlatend filter 10. De beide ingangen van de vermenigvuldiger 9 zijn 5 respectievelijk aangesloten op de uitgang van de oscillator 6 en op de condensator C. .

b

De demodulator 8 levert een uitgangssignaal V^, dat afhankelijk is van de oliefilmdikte h en de tijd t: VLp = f(h,t) .

10 Als een direct contact tussen de gesmeerde oppervlakken (h^o) optreedt, zal het signaal VTTl althans nagenoeg nul worden. Uit het signaal VT„

Jjir Ur kan derhalve het percentage contacttijd gedurende een meettijdinterval worden afgeleid, terwijl door een passende signaalbewerking signalen kunnen worden gevormd, die respectievelijk lineair afhankelijk zijn van 15 de oliefilmdikte h en de capaciteit C^.

In fig. 5 is een uitvoeringsvorm van de inrichting 5 weergegeven, welke uitgangssignalen V^ en levert, die met de oliefilmdikte h en de capaciteit overeenkomen. De werking van de inrichting kan als volgt nader worden toegelicht: 20 Als de oscillator 6 een uitgangsspanning VQSQ sinüt levert, geldt voor de spanning over de capaciteit C^: V, - Voso * Cv CV + CP + C» ’ zodat voor de uitgangsspanning van het laagdoorlatende filter 10 volgt: ,, (V )2 c “ = —ψ— (T+c +-·ς <’>· v p b 25 Uit dit signaal V^p worden door een schakeling 11 de gewenste signalen en gevormd. De uitgang van het filter 10 is hiertoe verbonden met een circuit 12, waarvan het uitgangssignaal VQ overeenkomt met de reciproke waarde van VTT1. Voor het signaal V geldt derhalve

.Lr O

Vo *1 + Vb · 7905026 5 waarbij ^ κι = (ν 2· )2 ^+02) en

' OSC7 V

2 J_ Κ2 “ 1Ϋ F * c ' OSC ν

Aangenomen wordt, dat de amplitude van de uitgangsspanning 7 van de

OSC

5 oscillator 6, de condensator C en de totale parasitaire capaciteit C constant zijn, zodat de factoren K, en K_ door een constante span-P ‘ ning 7^, resp. V2 kunnen worden voorgesteld.

Het signaal 7 wordt aan een aftrekschakeling 13 toegevoerd, o die het signaal 7 met de waarde Yj verlaagt. Be uitgang van de sehake-10 ling 13 is op een delercircuit 14 aangesloten, waaraan tevens de spanning Yg wordt aangeboden, zodat op de uitgang van het delercircuit 14 de gewenste spanning Vr, verschijnt.

De uitgang van de aftrekschakeling 13 is voorts aangesloten op een circuit 15, dat de reciproke waarde van het uitgangssignaal van 15 deze schakeling vormt. Be uitgang van het circuit 15 is verbonden met een vermenigvuldiger 16, welke het uitgangssignaal van het circuit 15 vermenigvuldigt met een constante factor, waarvoor geldt V, = £ £ A . K .

3 or 2

De vermenigvuldiger 16 levert derhalve het signaal 7^, dat met de olie-20 filmdikte h overeenkomt.

De signalen 7, en 7 kunnen bijvoorbeeld op een oscillos-

i1 OD

coop worden weergegeven, zodat het verloop van de oliefilmdikte h en de capaciteit als functie van de tijd kan worden waargenomen. Het is ook mogelijk om alleen de laagfrequente component van de signalen 25 V. en 7 weer te geven, zodat slechts de langzame variatie in de olie-filmdikte h en de capaciteit zichtbaar is.

Het percentage contacttijd kan eveneens worden afgeleid uit het uitgangssignaal 7^ van het filter 10. De uitgang van het filter 10 is hiertoe verbonden met de ene ingang van een comparator 17» waarvan 30 de andere ingang op een instelbare referentiespanning V ^ is aangesloten. In fig. te is een voorbeeld voor het uitgangssignaal 7^ weergege- 790 50 26 .* 1 6 ven, waarbij tevens de referentiespanning V ^ is aangegeven. De refe-rentiespanning V ^ is °P een kleine spanningswaarde ingesteld. De uit-gangsspanning VQ van de comparator 17 gaat van het lage naar het hoge niveau, als het signaal V^p beneden de referentiespanning komt.

5 Deze spanning V is in fig. 4b weergegeven. De uitgang van de comparator 0 17 is op de eerste ingang van een EN-poort 18 aangesloten, waarvan de tweede ingang met een impulsoscillator 19 met een frequentie van bijvoorbeeld 1MHz is verbonden. De uitgang van de EN-poort 18 is over een deler 20 met een instelbare deelfactor aangesloten op een teller 21, 10 die een digitaal weergeeforgaan 22 bestuurt. De teller 21 telt derhalve het aantal impulsen, dat gedurende de perioden, waarin het uitgangssignaal V hoog is, door de EN-poort 18 wordt doorgelaten.

0

De schakeling volgens fig. 3 wordt bestuurd door een tijdbe-T bepaalt, palend circuit 23* dat een interval /"waarna de teller 21 weer op nul 15 wordt teruggesteld. De frequentie van de oscillator 19 en de lengte van het interval T zijn hierbij zodanig gekozen, dat het weergeeforgaan 22 een maximumstand 99*999 kan bereiken, als het signaal V^p gedurende het gehele interval T kleiner zou zijn dan de referentiespanning Vref. Het weergeeforgaan 22 geeft derhalve het percentage contacttijd van het in-.

20 terval T aan.

Het interval T is instelbaar door middel van een schakelaar S1, welke tevens de deelfactor van de deler 20 instelt, zodanig dat voor elk interval bij de gekozen oscillatorfrequentie het weergeeforgaan 22 een maximale aanwijzing van 99* 999$ kan bereiken. Na afloop van elk 25 interval T wordt de teller 21 op nul teruggesteld door het tijdcircuit 23, waarna een nieuw interval wordt gestart. Het weergeeforgaan 22 kan hierbij uiteraard zodanig worden bestuurd, dat een continue aanwijzing wordt gehandhaafd. Bij het meten van de smeerconditie van een kogellager kan het interval T bijvoorbeeld overeenkomen met de voor één omwen-30 teling benodigde tijd.

Het is gebleken, dat bij het meten van de oliefilmdikte h voor lage Λ -waarden,. waarbij Λ de verhouding tussen de oliefilmdikte en de oppervlakte-ruwheid is, een geringere filmdikte wordt geconstateerd dan de theoretisch te verwachten waarde. Dit wordt veroorzaakt 35 door het feit, dat de gemiddelde oliefilmdikte, die wordt gemeten, sterk wordt verkleind door het relatief grote aantal directe contacten, dat tussen 7905026 7 de gesmeerde oppervlakken optreedt.

Doordat de inrichting volgens de uitvinding tevens het percentage contacttijd meet, kan de meting van de oliefilmdikte h en de capaciteit C,q worden gecorrigeerd, waardoor een nauwkeuriger meetre-5 sultaat van de dikte van de oliefilm wordt bereikt. Deze correctie kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk om het percentage contacttijd direct de uitgangssignalen en 7. te laten beïnvloeden, h

Sen alternatieve mogelijkheid is schematisch in fig. 3 10 aangeduid. Een circuit 24 vormt de complementaire waarde van het percentage contacttijd, welke complementaire waarde door een digitaal/ana-loog-omzetter 25 in een analoge spanning wordt omgezet. Deze analoge spanning wordt door middel van een versterker 26 met een factor A versterkt, waarbij de uitgang van de versterker 26 het circuit 12 bestuurt, 15 dat de reciproke waarde van 7^ als uitgangssignaal levert. Hierdoor wordt het signaal 7 gecorrigeerd, zodat de uitgangssignalen 7^ en 7^ gelijktijdig worden gecorrigeerd. De factor A is afhankelijk van de ingestelde referentiespanning 7ref voor de comparator 17· Deze referen-tiespanning komt overeen met een bepaalde maximale capaciteitswaarde, 20 die de capaciteit bij het optreden van een metaalcontact bereikt.

Het circuit 12 kan bijvoorbeeld een circuit zijn, waarvan het uitgangssignaal 7 gelijk is aan (—De uitgang van de O j λ versterker 26 wordt dan op de ingang Y en de uitgang van het filter 10 op de ingang X aangesloten, terwijl de factor m op de waarde één 25 wordt ingesteld en de ingang 2 aan een passende constante spanning wordt gelegd.

De spanning 7^ over de capaciteit kan een storende component met de netfrequentie bevatten, welke de juiste werking van de inrichting verstoort. Dit bezwaar is bij het in fig. 3 weergegeven uit-30 voeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding ondervangen door de spanning 7^ via een banddoorlatend filter 27, dat op de oscil-latorfrequentie is afgestemd, aan de demodulator 8 toe te voeren. Het uitgangssignaal van de oscillator 6 wordt via een overeenkomstig banddoorlatend filter 28 aan de demodulator 8 geleverd, ten einde een juis-35 te faserelatie tussen de ingangssignalen van de demodulator 8 te handhaven.

7905026 8

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeldj dat binnen het kader van de uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

\ 790 5 0 26

Claims

1. Inrichting voor het meten van de smering van door een smeermiddel gesmeerde, ten opzichte van elkaar rollende of glijdende oppervlakken, voorzien van een oscillator, die een wisselspanningssignaal opwekt, waarmee de capaciteit , die tussen de gesmeerde oppervlakken 5 optreedt, wordt gemeten, met het kenmerk, dat de genoemde capaciteit enerzijds aan massa is gelegd en anderzijds over een condensator op de uitgang van de oscillator is aangesloten, welke uitgang voorts met een eerste ingang van een demodulatiecircuit is gekoppeld, terwijl de over de capaciteit optredende spanning aan een tweede ingang 10 van het demodulatiecircuit wordt geleverd, waarbij de uitgang van het demodulatiecircuit met een verwerkingseenheid is verbonden, die een met de dikte van de smeermiddelfilm overeenkomend signaal, alsmede het percentage contacttijd gedurende een bepaald raeetinterval uit het uitgangssignaal van het demodulatiecircuit afleidt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het demodulatiecircuit bestaat uit een vermenigvuldiger en een op de uitgang van de vermenigvuldiger aangesloten laagdoorlatend filter.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid is voorzien van een circuit, dat 20 de reciproke waarde vormt van het uitgangssignaal van het demodulatiecircuit, alsmede van eerste middelen, die op de uitgang van het reciproke waarde-circuit zijn aangesloten en die een met de dikte van de smeermiddelfilm overeenkomend uitgangssignaal en een met de tussen de gesmeerde oppervlakken optredende capaciteit overeenkomend uitgangs- 25 signaal leveren.

4. Inrichting volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid van tweede middelen is voorzien, die het gemeten percentage contacttijd omzetten in een correctiesignaal, dat aan een tweede ingang van het reciproke waarde-circuit wordt toegevoerd, 30 een en ander zodanig, dat bij toenemend percentage contacttijd het uitgangssignaal van het reciproke waarde-circuit afheenrt.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de genoemde eerste middelen een aftrekschakeling omvatten, 790 50 26 waarvan de positieve ingang op de uitgang van het reciproke waarde-eir-cuit is aangesloten, terwijl de negatieve ingang aan een voorafbepaalde constante spanning is gelegd, waarbij de uitgang op een tweede reciproke waarde-circuit is aangesloten, waarvan de uitgang met de ingang van 5 een vermenigvuldiger is verbonden, waarbij de tweede ingang van de vermenigvuldiger aan een tweede voorafbepaalde constante gelijkspanning is gelegd, een en ander zodanig, dat het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger overeenkomt met de dikte van de smeermiddelfilm.

6. Inrichting volgens conclusie 5* met het kenmerk, 10 dat de genoemde eerste middelen voorts een delercircuit omvatten, waarvan de ene ingang met de uitgang van de aftreksehakeling is verbonden, terwijl de andere ingang aan een derde voorafbepaalde constante gelijkspanning is gelegd, zodanig dat het uitgangssignaal van het delercircuit overeenkomt met de capaciteit, die tussen de gesmeerde oppervlak- 15 ken optreedt.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid is voorzien van een comparator, waarvan de ene ingang met de uitgang van het demodulatie-circuit is verbonden en de andere ingang op een referentiespanning is 20 aangesloten, terwijl de uitgang met de ene ingang van een EN-poort is verbonden, waarvan de tweede ingang op een impulsoscillator is aangesloten, waarbij de uitgang van de EN-poort met een teller is gekoppeld, waarvan de uitgang een digitaal weergeeforgaan stuurt, waarbij een tijdbepalend orgaan een meetinterval bepaalt, na afloop waarvan dit orgaan 25 de teller op nul terugstelt en een nieuw meetinterval start, zodat de eindstand van de teller telkens met het percentage contactijd gedurende het betreffende meetinterval overeenkomt.

8. Inrichting volgens conclusie 7# met het kenmerk, dat de lengte van het meetinterval instelbaar is, waarbij de EN-poort 30 over een delercircuit met de teller is gekoppeld, waarvan de deelfactor evenredig met het verlengen van het meetinterval wordt vergroot.

9· Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanning, die over de tussen de gesmeerde oppervlakken aanwezige capaciteit optreedt, via een banddoorlatend 7905 0 26 ♦ ΐ filter, dat op de oscillatorfrequentie is afgestemd, wordt geleverd aan het demodulatiecircuit.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de oscillator via een banddoorlatend filter, dat op de oseillator- 5 frequentie is afgestemd, op het demodulatiecircuit is aangesloten.

11. Inrichting volgens één der conclusies 4-10, met het kenmerk, dat de genoemde tweede middelen een orgaan omvatten, dat de complementaire waarde van het percentage contacttijd vormt, welke waarde door een digitaal/analoog-omzetter in een analoog signaal 10 wordt omgezet, dat aan de ingang van een versterker wordt toegevoerd, waarvan de uitgang het correctiesignaal levert. 79050 26