NO763290L - M}leanordning ved induktiv avstandsgiver. - Google Patents

Description

Måleanordning med induktiv avstandsgiver.

Foreliggende oppfinnelse angår en måleanordning med induktiv avstandsgiver til måling henholdsvis overvåking av tilstander i en.sylinder i en forbrenningsmotor, med en avslutning av metalldeler med forskjellige magnetiske egenskaper, ved hjelp av hvilke en avstand kan måles mellom dens overflate og et måleobjekt.

For å sikre et rasjonelt arbeide og for å unngå større skader er det ved .slike motorer, særlig ved store anlegg, på-krevet fortløpende å overvåke tilstanden, slitasjegraden og arbeidet for sylinderforingen, stemplet og stempelringene. Bare på denne måte er det mulig ved svikt eller ved en på forhånd bestemt grad av slitasje i rett tid å skifte ut de nødvendige deler før større skader oppstår. Blant forskjellige fremgangs-måter er det allerede gjennom lengre tid- kjent å anvende induktive, berøringsfritt arbeidende avstandsgivere til overvåking av stempelringer. Det oppstår i dette tilfelle imidlertid praktiske vanskeligheter ved at giveren må føres gjennom sylinderveggen og på grunn av utilstrekkelig avskjerming overfor trykk og temperaturinnvirkninger"ikke byr tilstrekkelig driftssikkerhet. Dette fører til at ved defekter må motoren stoppes, hvorved hovedformålet, nemlig reduksjonen av utilsiktede avbrytelser i arbeidet ikke kan oppnås ved beregnet overvåking.

Fra tysk patentskrift 975 225 og fra tysk utlegnings-skrift 1.004.387 er der kjent en innretning til induktiv spalte-røåling i gass- og dampturbiner, hvrlken h.ar en.mot det indre av maskinen rettet avslutning av metall som er vesentlig sterkere enn en tidligere anvendt avslutning med en mellomring av. kunst-stoff.

Denne kjente innretning krever imidlertid blant annet en forholdsvis tynnvegget avslutning og er således ikke egnet til å føres igjennom en sylindervegg og utsettes for slitasjen på denne vegg som en del av samme.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å skaffe

en måleanordning med induktiv avstandsgiver, som på den ene side er i stand til å gi måleverdier over tilstander som: slitasje på sylinderforing, stempel- eller stempelringer, stempelringblokkering eller stempelringbrudd og på den annen side ikke påvirke motoren driftssikkerhet og dessuten er enkel

i konstruksjon. Den måleanordning som er i stand til dette, utmerker seg ved at avslutningen danner bunnen i en hylse og at denne bunn er dannet av en mellomring og den med denne ring fast forbundne kjerne for giveren og er fast forbundet

Cned hylserøret og har en slik tykkelse at den kan dreies inn i sylinderveggen og kan utsettes for den samme slitasje som

den øvrige sylindervegg, og at giveren uten kjerne kan

skrus inn i hylsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende.beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser eksempler på utførelser, idet fig. 1 til 5 viser forskjellige utførelser og utviklings-trinn av avstandsgivere, fig. 6 viser en giverposisjon i sylinderforingen, fig. 7 viser i snitt en innbygget måleanordning, og fig. 8 viser skjematisk signaler fra forskjellige stempelringer eller stempelfjærer.

Induktive givere er kjent og inneholder vanligvis et målehode, en spole og en kjerne, idet spolen magnetiseres ved hjelp av en vekselstrøm. Det oppstående magnetiske felt påvirkes ved hjelp av måleobjektet, hvorved tilbakevirkende spolens elektriske egenskaper forandres. I dette tilfelle avhenger variasjonene både av de elektriske og de magnetiske egenskaper for måleobjektet og av avstanden fra måleobjektet til målehodet. Ved en forandring av avstanden mellom måleobjektet og . målehodet forandres således også giverens impedans seg. Vanlige induktive gi.yere har i alminnelighet en kjerne, en om denne viklet spole, og en metallmantel, idet mantelen og kjernen rager ca. 2 mm utenfor spolen. For bedre beskyttelse av spolen blir mellomrommet mellom mantelen og kjernen støpt ut med en kunst-harpiksmasse. For innbygningen av en slik giver i en sylinder støtter man på store praktiske vanskeligheter, fordi det i. disse sylindre for det første hersker høyere temperaturer og for det annet høye trykk. Da en berøringsfri avstandsmåling med induktive givere foregår ved at utenfor giveren forandres kraft-li.njefluxen mellom huset og kjernen ved at metalliske stoffer nærmer seg, må det unngås.at det gjennom målehodet allerede oppstår en magnetisk kortslutning og. således ikke lenger fore-ligger noe ømfintlig målefelt utenfor mantelen. Det betyr at målehodets avslutning bare må være permeabelt i aksi.alretning og ikke eller bare lite i radialretning. For å oppfylle disse betingelser ble det allerede foretatt forsøk med å beskytte målehodet ved hjelp av kunstharpiks eller andre kunststoffer, men forsøkene viste snart at disse målehoder på en ømfintlig måte forstyrret sylinderens driftsegenskaper og at således motoren måtte stoppes oftere. Et avgjørende skritt fremover oppnådde man ved den erkjennelse at det var mulig å erstatte kunstharpiks eller kunststoffmasse med et magnetisk ikke-ledende metall. Ved anvendelsen av metall til å fylle ut mellom den i hvert tilfelle metalliske mantel og den metalliske kjerne kunne for første gang tenkes å bygge en induktiv målegiver inn i sylindere uten påvirke dennes driftssikkerhet.

På fig. 1 til 5 vises i første.omgang skjematisk ut-viklingen av en udelt, innbygningsklar giver frem til en to-delt giver som i det vesentlige består av den egentlige giver og en metallisk beskyttelseshylse.

På fig. 1 ser man en videre utvikling av den kjente giver, idet hylserøret 1 og kjernen 2 rager betydelig mer utenfor spolen 3, mens mellomrommet mellom det magnetisk ledende hylserør 1 og kjernen ikke lenger er fylt med kunstharpiks, men med en magnetisk ikke-ledende legering 4. Det eir en selvfølge at alt etter anvendelsesformålet kan tenkes et stort antall parringer, men for det bestemte anvendelsesformål har vist seg best egnet en legering med markedsbetegnelsen X35CrMol7 og Inconel 600, hvormed det var mulig fullt ut å etterkomme de mekaniske krav. i samtlige etterfølgende eksempler går man således ut fra denne erfaring. Kjernen består på kjent måte av et hensiktsmessig'ferro-magnetisk materiale. Det vil. videre sees av fig. noen tilførselsesledninger 5 som fører til spolen 3. Mellomringen blir på hensiktsmessig måte ved lodding eller elektrone-strålesveisning forbundet tett med hylserøret og med kjernen. Her skal ikke gåes nærmere inn på den i og for seg kjente konstruk-sjonen av resten av giveren. I den foreliggende form kan hele målgiveren innfelles tett i sylinderveggen, idet dens endeflate etter monteringen må tilpasses sylinderforingens avrunding.

På fig. 2 er mellomringen utformet konisk, idet den smalner av i retning mot spolen og kjernen 8 er utformet tilsvarende. Hylserøret 7 som er tilpasset mellomringens koniske form, har dessuten også festehuller 10. Den koniske utformning a,v mellomringen 9 bevirker at den forandring av ømfintligheten som er betinget ved slitasje på hodet, kan kompenseres til en viss grad ved utga,ngén fra spolen.

Ved utførelsésvari.anten på fig. 3 har mellomringen 13 en avsats 14, idet kjernen 12 og hylserøret 11 er tilsvarende utformet. Dessuten har hylserøret noen gjenger 15 for inn-

skruing i sylinderveggen og et anslag 16, mens de øvrige deler er de samme som på de foregående figurer.

Mens målgiveren ifølge de tre foregående eksempler var utformet i ett stykke, viser eksemplet på fig. 4 en to-delt ut-ført målgiver. Man erkjenner den første del som består av det samme hylserøret 11, 15, 16 som på fig. 3, som er forbundet med en mellomring 17, idet mellomringen omfatter et kjerne-

stykke 18 og har en avsats 19. I denne hylse med metallbunn skyves den vanlige målgiver med mantel 20, kjerne 21, spole.

3 og tilførselsesledninger 5 tett inn, idet denne innskyvning kan foregå etter inndreining og tilpasning av hylsen i sylinderveggen. På analog måte muliggjør denne senere innbygning også en demontering av målgiveren uten å forstyrre, driften, det vil si uten å måtte stoppe motoren. I videre utvikling av denne tanke er det som vist på fig. 5,anvendt en hylse 22 som ligner den på

fig. 2 og har festehyller 23. I motsetning til fig. 4 omfatter i dette tilfelle mellomringen 24 ikke bare et kjernestykke, men hele kjernen 25, slik at hylsen består.av hylserøret 22 og av den av mellomringen 24 og kjernen 25 dannede hylsebunn. Denne. h^l§e kan soiti i; det foregående eksempel fø<y>des. i,nn i. sylinderveggen, mens giveren uten kjerne kan føres inn senere eller også skiftes under motorens bedrift, idet bunnen kan ha en tykkelse på ca. 5-10 mm fortrinnsvis imidlertid er 7 mm tykk.

I det følgende skal nå beskrives en måleanordning, slik

den kan anvendes for måling på sylinderforingen i en forbrenni.ngs-motor, uten å.utsette anleggets driftssikkerhet for fare og uten å øke stillstandstiden for slike motorer.

Fig. 6 viser giverposisjonen på sylinderforingen for

en motor. Man ser på fig. 6 en måleanordning 26 som er festet i sylinderens foring 27. I denne foring befinner seg stemplet 28

med stempelfjærene 29. Da de øvrige deler ikke er vesentlig for oppfinnelsen, skal de her ikke omtales nærmere.

På fig. 7 ser man en del av stemplet 28, en stempelfjær 29,som befinner, seg i et spor 30 i stemplet, og som legger seg tett inntil sylinderens foring 27. Måleanordningen 31 er festet i sylinderforingen 27 og i sylinderblokken 32/idet der mellom disse to deler befinner seg.et kjølevannsrom 33. For å beskytte giveren mot kjølevann, er der anordnet et beskyttel-sesrør 34 og tetning ved hjelp av 2 O-ringer 35. Først blir nå hylsen 36 skrudd tett og dreiningsfast inn i sylinderforingen 27 og dens bunn 37 bearbeidet på en slik måte at overflaten

ligger i plan med sylinderboringen. I dette tilfelle blir som det fremgår av fig. 6, hylsens posisjon i sylinderen valgt på

en slik måte at i stemplets øverste stilling ligger samtlige stempelringer som skal overvåkes over måleanordningen og at ved stemplets bevegelse nedover stryker disse stempelfjærer forbi dette sted. Hylsekonstruksjonen tilsvarer tilnærmet den som er vist på fig. 5, under anvendelse av de til. og begynne med nevnte materialer. Etter festet og sikringen av hylsen blir beskyttel— sesrøret .34 ført inn i kjølevannsområdet, og giveren 38 inn i hylsen 36 og fiksert med en fjær 39 og en spennskrue 40 i sylinderblokken 32. I dette tilfelle befinner tilførselsesled-ningene 5 seg i en metallslange 41. Av ovenstående beskrivelse vil det klart fremgå at giveren 38 hvis nødvendig uten videre kan skiftes, idet hylsens 36 fasthet og tetthet sikrer en uinnskrenket funksjon av sylinderen henholdsvis av motoren. Med de materialer som ble valgt for feilfri drift av motoren, kan

de.t ikke forhindres en viss .magnetisk, rest-ledningsevne i hylsebunnen i radialretning, men det kan f.eks. med en veggtykkelse på 7 mm i hylsebunnen oppnås signaler mellom 2 og 10 volt ved forsterkerens utgang, idet giveren mates med en bærefrekvens på 8-kHz. Forarbeidingen av signalene foregår på i og for seg kjent måte.

Ved målingen går man ut fra det faktum at stempelfjærene på grunn av sin mekaniske forspenning glir forbi giver-hylsen med avstanden null. Ved den foreliggende stempelklaring oppstår for hvert slag et dynamisk signal som avbilder alleostempelfjærer. Ved dreiebe<y>egelsen av fjærene i løpet av driften vil fjærlåsen med visse' tidsavstander befinne seg foran giveren, hvorved det i stedet for fjærsignalet dannes et negativt bredere sporsignal. Dermed er der gitt en overvåking av dreiebevegelsen og av fjærenes frihet. Ved fjærbrudd oppheves forspenningen og derfor blir det angjeldende signal variabelt ned til null. Ved sterk slitasje av sylinderveggen og stem-plene tiltar det ellers normale fjærsignal i. sin amplitude,, fordi, spalten mellom stemplet og sylinderveggen henholdsvis hylsebunnen er økt. Belegging av stempelfjærene med metaller, såsom krom, kobber eller med Keramikk, har tydelig inn-virkning på høyden av fjærsignalet. Således viser f.eks. forkromede fjærer med tiltagende tykkelse av kromlaget alltid mindre og mindre signaler, mens kobber forårsaker et negativt signal. Keramikk er i seg selv ikke målbart, derfor gir en med keramikk belagt fjær et signal som tilsvarer den under keramikken foreliggende metallflate.

De ovenfor beskrevne forhold er vist skjematisk på fig. 8. Null-linjen tilsvarer avstanden mellom hylsebunnen og stemplet. Det første fjærsignal A er dannet ved en forkrommet (0,4 mm), det annet B ved en med keramikk belagt og det tredje C ved en normal stempelfjær av støpegods. Det neste negative signal D viser en fjærlås, deretter følger igjen en ikke belagt fjær E av„støpegods. Det siste signal F dannes endelig ved hjelp av en kobberbelagt fjær og er meget tydelig negativ, selv om fjærens overflate berører hylsebunnen.

Selv om den beskrevne måleanordning synes særlig egnet for overvåking av tilstandene i en forbrenningsmotor, er den ikke nødvendigvis begrenset til en slik anvendelse. En måleanordning med induktiv avstandsgiver og en metallisk beskyttelseshylse kan tvert imot anvendes overalt hvor anvendelsen av en klassisk avstandsgiver ikke kan tenkes på grunn av høye. temperaturer og/eller høye trykk. Dessuten kan det for hylsen, særlig for hylsebunnen også anvendes sinter-metaller.

Claims (6)

1. Måleanordning med induktiv avstandsgiver til måling henholdsvis overvåking av tilstander i en sylinder i en forbrenningsmotor, med en avslutning av metalldeler med forskjellige magnetiske egenskaper, ved hjelp av hvilke en avstand kan måles mellom dens overflate og et måleobjekt, karakterisert ved at avslutningen danner bunnen (37) i en hylse (36) og at denne bunnen er dannet av en mellomring (24) og den med denne ring fast forbundne kjerne for giveren og er fast forbundet med hylserøret.og har en slik tykkelse at den kan dreies inn i sylinderveggen og kan utsettes for den samme slitasje som den øvrige sylindervegg og at giveren uten kjerne kan skrues inn i hylsen.

2. Anvendelsen av måleanordningen ifølge krav 1, karakterisert ved at avstanden mellom hylse-bunnens (37) overflate og overflaten av stempelf jaer ene (29) , stempelsporene (30) og stemplets overflate måles fortløpende.

3. Måleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at avslutningen inneholder i det minste en del av sintermetall.

4. Måleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at avslutningen inneholder i det minste en del av stål X35CrMol7 og en del av inconel '600-legering..

5. Måleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at avslutningen inneholder en konisk mellomring (9) som smalner av mot spo <l> en (3).

6. Måleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at tykkelsen av avslutningen er minst 5 mm, fortrinnsvis 7 mm.