PL198143B1 - System i czujnik do monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych - Google Patents

Abstract

1. System monitorowania temperatury wewn atrz niedost epnych ruchomych czesci mechanicznych, wewn atrz których znajduje si e, co najmniej jeden czujnik zawieraj acy element wra zliwy na tempera- tur e z uk ladem scalonym wykorzystuj acym powierzchniowe fale akustyczne z funkcj a przenoszenia zale zna od temperatury, a ka zdy uk lad scalony ma przetwornik po laczony z przyporz adkowan a mu pierwsz a anten a, znamienny tym, ze element wra zliwy na tempera- tur e jest umieszczony w obudowie (14, 15a) umieszczonej i pod- trzymywanej w otworze monta zowym, zamkni etym za pomoc a sworznia (15, 15b) mocuj acego czujnik (1) w niedost epnej ruchomej czesci mechanicznej, wewn atrz której ma by c mierzona temperatu- ra, za s przez otwór w sworzniu (15, 15b) przechodzi koncentryczny kabel transmisyjny (18), lacz acy element wra zliwy na temperatur e z pierwsz a anten a (17) zamontowan a na zewn atrz niedost epnej ruchomej czesci mechanicznej, na zewn atrz sworznia (15, 15b), przy tym ka zdy czujnik (1) ma drug a anten e (2), do wysy lania i odbierania sygna lów do i z czujnika (1) za po srednictwem pierw- szej anteny (17), gdy cz esc mechaniczna znajduje si e w ruchu, która to druga antena (2) jest po laczona, poprzez kabel sygna lowy (5), z jednostk a steruj ac a (3) zawieraj ac a multiplekser wysy laj acy sygna ly zapytania do i odbieraj acy zmodyfikowane sygna ly zapytania od czujni- ków (1), za po srednictwem przyporz adkowanego kabla sygna lowego (5) i drugiej anteny (2), w czasie ruchu cz esci mechanicznej, za s jednostka steruj aca (3) przetwarza odebrany zmodyfikowany sygna l zapytania, i, na podstawie w lasciwo sci zmodyfikowanego sygna lu zapytania, generuje sygna l danych reprezentuj acy temperatur e czujnika (1). PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system i czujnik do monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych.

W dużych lub średniej wielkości maszynach i silnikach, takich jak na przykład silnik wysokoprężny, znajduje się wiele miejsc ułożyskowanych, które mogą zostać uszkodzone w trakcie pracy. Aby tego uniknąć standardowo stosuje się stały lub okresowy pomiar temperatury lub drgań. W dużych silnikach wysokoprężnych towarzystwa klasyfikacyjne wprowadziły wymagania monitorowania temperatury głównych łożysk. Wymagania te nie dotyczą wprawdzie łożysk wału korbowego, ale jest to spowodowane wyłącznie tym, że nie ma odpowiedniego sprzętu do pomiaru temperatury tych łożysk.

Dla czterosuwowych średnio- i wysokoobrotowych silników wysokoprężnych będzie ogromną zaletą, jeżeli uszkodzenie łożysk wału korbowego, będzie mogło być wykryte we wczesnej fazie. W tego typu silnikach uszkodzenie może postępować szybko, a konsekwencje uszkodzenia łożyska wału korbowego są zwykle bardzo dramatyczne.

Poważne uszkodzenie silnika zazwyczaj pojawia się wtedy, kiedy pierwotne uszkodzenie (uszkodzenie początkowe) prowadzi do uszkodzenia silnika. Przykładem takiego początkowego uszkodzenia może być utrata smarowania tłoka w cylindrze spowodowana odkładaniem się węgla na denku tłoka lub niewłaściwym spalaniem w cylindrze. Tłok zaczyna poruszać się wolniej, wywierając większy nacisk na łożysko wału korbowego. Innym przykładem uszkodzenia początkowego, które może skutkować poważnym uszkodzeniem silnika jest niedostateczne smarowanie olejem łożyska wału korbowego ze względu na zbyt małą ilość oleju podawaną przez pompę oleju lub zapchane kanaliki olejowe w wale korbowym. Ostatnim przykładem uszkodzenia początkowego, które może zostać wymienione w tym kontekście, jest poluzowanie lub pęknięcie sworznia korbowodu. Z dużym prawdopodobieństwem wszystkie wspomniane powyżej przypadki spowodują ogromne zniszczenie silnika, a zwłaszcza wału korbowego, trzonu tłokowego i bloku silnika. W wielu wypadkach trzon tłokowy zostanie wyrywany z mocowania tłoka, które pęka, i w najgorszym wypadku niektóre części obrotowe mogą być wyrzucone poza silnik. Może to stanowić poważne zagrożenie dla załogi maszynowni, jeżeli znajduje się ona w pobliżu silnika. Jeżeli silnik jest używany do napędu statku, statek może stracić napęd i zdolność do manewru na pewien okres, co może skutkować osadzeniem na mieliźnie lub zatruciem środowiska.

Wystarczająco szybki czujnik temperatury umożliwi wyłączenie silnika na tyle wcześnie, aby uniknąć poważnych uszkodzeń, a w najgorszym przypadku zajdzie jedynie potrzeba wymiany części lub wykonania napraw związanych z uszkodzeniem początkowym, które spowodowało wzrost temperatury.

Dotychczas opisano problem występujący w częściach silników w ogóle, a w szczególności w łożyskach wału korbowego w dużych i średnich silnikach wysokoprężnych. Jakkolwiek podobne problemy pojawiają się w wielu częściach obrotowych na przykład w silnikach elektrycznych, łożyskach kół, tarczach hamulcowych i innych.

W opisie patentowym SE-B-391.031 zostało ujawnione urządzenie do pomiaru temperatury w ruchomej części mechanicznej. Urządzenie to znajduje zastosowanie w łożysku wodzika w silniku wysokoprężnym. W urządzeniu tym czujnikiem jest wrażliwy na temperaturę opornik, a transmisja sygnału odbywa się pojemnościowo. Podobne rozwiązania stosuje się z wykorzystaniem transmisji sygnału przez złącza ślizgowe lub przez indukcję. Wszystkie te alternatywne rozwiązania nie dają zbyt dużej pewności, ponieważ właściwości elektryczne obwodów są zmienne i żadne z tych rozwiązań nie zapewnia transmisji danych bez kontaktu elektrycznego na dłużej niż niezwykle bliską odległość.

Z opisu zgłoszenia międzynarodowego WO 97/09596 znany jest czujnik do wykrywania stanu, w tym także temperatury, silnika elektrycznego. Czujnik jest zbudowany z elementu wykorzystującego powierzchniowe fale akustyczne SAW (Surface Acoustic Wave) lub układu scalonego SAW. Właściwości tego elementu scalonego zmieniają się w funkcji warunków fizycznych, które mają być mierzone, co powoduje zmianę funkcji transmisyjnej. Sygnał wywoławczy w formie sygnału radiowego o specjalnych właściwościach jest transmitowany z jednostki nadawczej i odbierany przez układ SAW. Tam jest zamieniany na sygnał elektryczny, a potem na sygnał akustyczny, który jest przekazywany wzdłuż powierzchni elementu, a następnie odbijany, gdzie zamienia się z powrotem najpierw na sygnał elektryczny, a potem sygnał radiowy, który wraca do jednostki wywołującej. Tam dane o stanie fizycznym są uzyskiwane na podstawie zmian sygnału wywoławczego, które są rezultatem zmian w funkcji

PL 198 143 B1 transmisyjnej układu scalonego SAW. W publikacji opisany jest również sposób umieszczenia czujnika wewnątrz uzwojenia i połączenia go z anteną, znajdującą się na zewnątrz. Jednakże nie zostało ujawnione jak ten czujnik miałby być wykonany, aby można go było instalować we właściwy sposób i, aby był wystarczająco odporny do stosowania w trudnym środowisku.

Podobny czujnik został ujawniony w opisie zgłoszenia międzynarodowego WO 93/13495 przeznaczony do stosowania w łożyskach kół i klockach hamulcowych w pociągach.

Układy scalone SAW nie są zbyt odporne w trudnym środowisku, a w poprzednich znanych zastosowaniach proponowano umieszczenie ich na powierzchni monitorowanych części. Umieszczenie na powierzchni jest po pierwsze prostsze i nie wymaga modyfikacji monitorowanych części, a po drugie gdyby układ scalony SAW był zainstalowany wewnątrz monitorowanej części transmisja sygnału byłaby utrudniona, ponieważ monitorowana część działałaby jako ekran. Znane dotychczas czujniki tego typu nie znajdują, w związku z tym, zastosowania w silnikach, a w szczególności przy pomiarze temperatury głębiej wewnątrz monitorowanych części, a nie na ich powierzchni.

W opisie patentowym US-A-5.438.322 został ujawniony czujnik temperatury w kształcie sworznia. Zawiera on wprawdzie nadajnik radiowy, który, jeżeli temperatura osiągnie określoną krytyczną wartość, jest wypychany na zewnątrz śruby i uruchamiany, aby wysyłać sygnał alarmowy. Czujnik ten jednak nie dostarcza informacji o tym, jaka jest aktualna temperatura, a jedynie wysyła sygnał alarmowy, jeżeli przekroczy ona określony próg.

System monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych, wewnątrz których znajduje się, co najmniej jeden czujnik zawierający element wrażliwy na temperaturę z układem SAW z funkcją przenoszenia zależną od temperatury, a każdy układ scalony ma przetwornik połączony z przyporządkowaną mu pierwszą anteną, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że element wrażliwy na temperaturę jest umieszczony w obudowie umieszczonej i podtrzymywanej w otworze montażowym, zamkniętym za pomocą sworznia mocującego czujnik w niedostępnej ruchomej części mechanicznej, wewnątrz której ma być mierzona temperatura, zaś przez otwór w sworzniu przechodzi koncentryczny kabel transmisyjny, łączący element wrażliwy na temperaturę z pierwszą anteną zamontowaną na zewnątrz niedostępnej ruchomej części mechanicznej, na zewnątrz sworznia, przy tym każdy czujnik ma drugą antenę, do wysyłania i odbierania sygnałów do i z czujnika za pośrednictwem pierwszej anteny, gdy część mechaniczna znajduje się w ruchu, która to druga antena jest połączona, poprzez kabel sygnałowy, z jednostką sterującą zawierającą multiplekser wysyłający sygnały zapytania do, i odbierający zmodyfikowane sygnały zapytania od czujników, za pośrednictwem przyporządkowanego kabla sygnałowego i drugiej anteny, w czasie ruchu części mechanicznej, zaś jednostka sterująca przetwarza odebrany zmodyfikowany sygnał zapytania, i, na podstawie właściwości zmodyfikowanego sygnału zapytania, generuje sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika.

Korzystnie, układ scalony SAW zawiera wiele reflektorów, a jednostka sterująca mierzy fazy bezwzględne składowych zmodyfikowanego sygnału zapytania, związanych z odpowiednimi reflektorami i, na podstawie różnic między tymi fazami bezwzględnymi, generuje sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika.

Korzystnie, jednostka sterująca jest ponadto dołączona, poprzez magistralę danych, do urządzenia rejestrującego, do którego wysyła sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika.

Korzystnie, urządzenie rejestrujące zawiera pamięć przechowującą odebrane sygnały albo wartości im odpowiadające, oraz urządzenie wyświetlające informacje o przechowywanych wartościach, w postaci graficznej lub alfanumerycznej.

Korzystnie, urządzenie rejestrujące wysyła sygnał wskazujący warunki alarmowe, po odebraniu sygnału danych, informującego o przekroczeniu wartości progowej temperatury przy jednym z czujników.

Korzystnie, sygnał wskazujący warunki alarmowe wywołuje sygnał optyczny lub akustyczny.

Korzystnie, sygnał wskazujący warunki alarmowe powoduje zmniejszenie obciążenia, zmniejszenie szybkości obrotów lub też wyłączenie maszyny, a silnik, w którym monitorowana jest temperatura, pozostaje włączony.

Czujnik do monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych mających otwór montażowy, który to czujnik zawiera wrażliwy na temperaturę element z układem scalonym SAW z funkcją przenoszenia zależną od temperatury, a układ scalony ma przetwornik połączony z anteną, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że element wrażliwy na temperaturę jest umieszczony w wyjmowanej obudowie umieszczonej i podtrzymywanej w otworze montażowym,

PL 198 143 B1 zamkniętym za pomocą sworznia mocującego czujnik w niedostępnej ruchomej części mechanicznej, wewnątrz której ma być mierzona temperatura, zaś przez otwór w sworzniu przechodzi koncentryczny kabel transmisyjny/łączący element wrażliwy na temperaturę z anteną zamontowaną na zewnątrz niedostępnej ruchomej części mechanicznej, na zewnątrz sworznia.

Korzystnie, sworzeń zamykający w obudowie element wrażliwy na temperaturę, jest wydrążony, zaś przy części sworznia wystającej z części mechanicznej, wewnątrz której ma być mierzona temperatura, jest usytuowana antena.

Korzystnie, sworzeń jest wewnątrz wypełniony materiałem, utrzymującym element wrażliwy na temperaturę we właściwym położeniu.

Korzystnie obudowa jest umieszczona w dolnym końcu otworu montażowego, a pomiędzy obudową a sworzniem, zamykającym otwór montażowy, jest umieszczony materiał.

Korzystnie, elementem dociskającym obudowę do dolnego końca otworu montażowego jest sprężyna utrzymująca obudowę, po zmontowaniu, w bezpiecznym położeniu.

Korzystnie, materiał stanowi żywica epoksydowa lub termoodporna guma, w postaci tulei.

Zaletą czujnika, według wynalazku, jest to, że jest odporny na wpływ trudnego środowiska, oraz to, że może być stosowany do pomiaru temperatury głęboko wewnątrz monitorowanych części. Ponadto, rozwiązanie według wynalazku umożliwia transmisję danych o temperaturze z czujnika do odbiornika nawet wtedy, gdy czujnik zainstalowany jest w części ruchomej lub usytuowanej w pewnej odległości od odbiornika.

System, według wynalazku, może być z łatwością zamontowany w istniejących instalacjach. Instalacja może być na przykład wykonana przez monterów dostawcy sprzętu. A zatem nie ma specjalnych wymagań, którymi dostawcy silników i innych maszyn powinni kierować się przy projektowaniu swoich systemów, tak aby mogły współpracować z rozwiązaniem, według wynalazku.

Przedmiot wynalazku, w korzystnych przykładach realizacji jest zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat systemu monitorowania temperatury w łożyskach wału korbowego; fig. 2 - układ scalony SAW wykorzystujący powierzchniowe fale akustyczne, który może być użyty jako czujnik w systemie według wynalazku; fig. 3 - przykład realizacji czujnika do monitorowania temperatury; fig. 4 - alternatywny przykład realizacji czujnika do monitorowania temperatury; fig. 5 - jeszcze jeden przykład realizacji czujnika do monitorowania temperatury, zaś fig. 6 przedstawia system monitorowania temperatury zastosowany do monitorowania instalacji silnika okrętowego.

Figura 1 przedstawia zastosowanie przedmiotu wynalazku do monitorowania temperatury w łożyskach wału korbowego, w szczególności w dużych i średnich silnikach wysokoprężnych. Urządzenie składa się z czterech głównych części: czujników 1 (preferuje się po jednym na każdy cylinder), anteny 2 (preferuje się jedną na każdy czujnik), jednostki sterującej 3 oraz urządzenia rejestrującego 4. W tym przypadku czujniki 1 są zainstalowane dowolnie, w obudowie łożysk wału korbowego. Anteny 2 są umieszczone wewnątrz silnika i są podłączone do jednostki sterującej 3 zawierającej multiplekser umożliwiający odbiór danych z więcej niż jednej anteny/czujnika. Jednostka sterująca 3 powinna być zainstalowana blisko silnika i połączona z antenami 2 poprzez kabel sygnałowy 5. Urządzeniem rejestrującym 4 powinien być komputer z oprogramowaniem do: przechowywania danych, wyświetlania danych w formie graficznej lub alfanumerycznej, konfigurowania limitów alarmowych, komunikacji z centrum alarmowym, drukowania raportów i tym podobne. To urządzenie powinno być umieszczone w pomieszczeniu kontrolnym maszyny lub silnika, które są monitorowane, i połączona z jednostką sterującą 3 poprzez standardowe połączenie do transmisji danych, na przykład z magistralą danych 6. W wielu wypadkach wspomniany komputer może być komputerem, który już znajduje się w pomieszczeniu kontrolnym, który równocześnie obsługuje inne oprogramowanie dotyczące maszyny, która jest monitorowana.

Jednostka sterująca 3 jest zaprojektowana tak, aby wysyłać sygnał zapytania do jednego z czujników, poprzez multiplekser i drugą antenę 2, połączoną, z tymże czujnikiem 1. Ten sygnał zapytania będzie odbity w zmodyfikowanej formie (na przykład z opóźnieniem czasowym lub zmianą fazy) od jednego lub więcej punktów na powierzchni czujnika 1 i z powrotem zostanie odebrany przez antenę 2, by powrócić do jednostki sterującej 2, poprzez multiplekser. W jednostce sterującej 3 zmodyfikowany sygnał zostanie oszacowany, a z niego zostanie wyznaczona temperatura łożyska wału korbowego. Wyznaczona temperatura zostanie następnie przesłana do urządzenia rejestrującego 4 do zapisania i dalszego przetwarzania.

Figura 2 przestawia element czuły na temperaturę. Element ten składa się z układu scalonego SAW oraz z przetwornika 12, często zwanego przetwornikiem cyfrowym, i z jednego lub więcej reflekPL 198 143 B1 torów 13. Kiedy sygnał o wysokiej częstotliwości dociera do przetwornika 12 zostaje zamieniony na sygnał akustyczny, który jest przekazywany wzdłuż powierzchni układu scalonego SAW, następnie zostaje odbity przez odpowiednie reflektory 13 i powraca do przetwornika w formie sygnału zmodyfikowanego, składającego się z sygnałów odbitych przez odpowiednie reflektory 13. Przetwornik 12 zamienia odbite sygnały z powrotem na sygnały elektryczne, emitowane przez przetwornik. Charakterystyka ścieżki sygnału wzdłuż powierzchni układu scalonego SAW jest zależna od temperatury układu. Układ będzie, więc działał jako element przetwarzający sygnał z funkcją przekazywania zależną od temperatury. Zmiany w funkcji przekazywania będą mogły być odtworzone z charakterystyki odbitego sygnału i na tej podstawie można będzie określić temperaturę.

Na figurze 3 jest przedstawiony przykład realizacji czujnika 1. Element wrażliwy na temperaturę, układ scalony SAW, jest umieszczony w obudowie. W tym przypadku, układ scalony SAW w obudowie jest oznaczony liczbą 14. Czujnik w obudowie 14 jest umieszczony w sworzniu 15, ale może także być umieszczony w dowolnym miejscu części monitorowanej, co zostanie opisane szczegółowo poniżej. Element czujnikowy może być, na przykład, zainstalowany w uchwycie lub w oprawce 16, która może także być małym obwodem drukowanym, który z kolei jest połączony z anteną 17, na przykład poprzez kabel transmisyjny 18, taki jak kabel koncentryczny. Antena 17 umieszczona w ten sposób wystaje poza część monitorowaną. Antena 17 może być umieszczona w górnym końcu sworznia 15, na przykład w postaci obwodu drukowanego. W tym przypadku antena 17 jest integralną częścią śruby, która tworzy czujnik 1. Antena może jednak być oddzielną częścią i być połączona z czujnikiem poprzez wspomniany kabel transmisyjny 18. Kiedy sygnał zapytania zostanie odbierany przez antenę 17, zostaje przekazywany do czujnika w obudowie 14, gdzie zostaje zamieniony w sygnał akustyczny, który dostaje się do układu scalonego SAW. Gdy sygnał odbity zostanie odebrany przez przetwornik 12 zostanie zamieniony z sygnału akustycznego na elektryczny, dostanie się do pierwszej anteny 17 i stamtąd będzie wyemitowany jako zmodyfikowany sygnał zapytania. Sygnał ten jest odbierany przez drugą antenę 2 i dalej przetwarzany w sposób opisany powyżej.

Kształt sworznia 15 może być zróżnicowany, w zależności od tego, w jakim środowisku będzie umieszczony czujnik 1. W przedstawionym przykładzie wykonania sworzeń 15 jest wykonany z gwintem zewnętrznym umożliwiającym wkręcanie go do części, w której ma zostać zainstalowany. Możliwe są także inne kształty sworznia. Na przykład, sworzeń 15 może mieć gładką powierzchnię lub powierzchnię o pewnym stopniu chropowatości i może być wciskany w wąski otwór, gdzie będzie utrzymywany poprzez naprężenia i tarcie. Wnętrze sworznia 15 powinno być wypełnione materiałem 19, który będzie utrzymywał części składowe w odpowiednim położeniu, na przykład, może to być tuleja wykonana z żywic epoksydowych lub gumy odpornej na ciepło.

Alternatywny przykład realizacji czujnika jest przedstawiony na fig. 4, gdzie te same lub odpowiednie części składowe (w stosunku do pokazanych na fig. 3) mają te same oznaczenia liczbowe. W tym przykładzie czujnik w obudowie 14 nie jest zamontowany wewnątrz sworznia 15. Sworzeń 15 w tym wypadku służy jedynie zamknięciu otworu montażowego i zabezpieczeniu części składowych czujnika w obudowie 14. Czujnik w obudowie 14 jest zamontowany na dole otworu wykonanego w części, która ma być monitorowana. Podobnie, jak na fig. 3 czujnik może być zamontowany w uchwycie lub w oprawce 16 i może być dołączony do kabla transmisyjnego 18. Kabel transmisyjny 18 jest połączony z anteną (nie pokazaną) znajdującą się na zewnątrz części monitorowanej. W przykładzie pokazano jak sprężyna 19, zabezpieczona przez sworzeń 15 wciska czujnik w obudowie 14 w dno otworu. Zamiast sprężyny może zostać zastosowana tuleja wykonana z odpowiedniego materiału jak na przykład z gumy odpornej na ciepło. Otwór może być wypełniony żywicą epoksydową lub podobnym materiałem, lecz nie jest to najlepsze rozwiązanie w przypadku tego przykładu wykonania, ponieważ trudniejsze będzie wyjmowanie/wymiana czujnika w obudowie 14 i innych części składowych.

Kolejny przykład wykonania jest przedstawiony na fig. 5, gdzie użyto także te same oznaczenia liczbowe. W tym przykładzie wykonania czujnik w obudowie 14 i uchwyt lub oprawka 16 są zamontowane wewnątrz drugiej obudowy 15a, zamkniętej przez drugi sworzeń 20, w którym znajduje się otwór, przez który przechodzi kabel transmisyjny 18. Ta część może być zalana na przykład żywicą epoksydową 19a. Druga obudowa 15a jest wciskana w dno otworu przez sprężynę 19b lub tuleję, która jest utrzymywana we właściwej pozycji przez sworzeń 15b, w którym znajduje się otwór, przez który przechodzi kabel transmisyjny 18. W przykładzie przedstawionym na rysunku, w tym otworze znajduje się śruba 21, która wciska uszczelkę lub pierścień samouszczelniający 22 w wewnętrzną powierzchnię 23 sworznia 15b. Powoduje to, uszczelnienie kabla transmisyjnego 18 przez pierścień

PL 198 143 B1 samouszczelniający 22. Kabel transmisyjny 18 jest dalej połączony z anteną, (nie pokazaną) umieszczoną na zewnątrz monitorowanej części.

Podczas gdy konstrukcja przedstawiona na fig. 3 jest odpowiednia do pewnej standardowej długości, tj. wrażliwy na temperaturę element zawsze jest zainstalowany na tej samej głębokości wewnątrz monitorowanej części, konstrukcje przedstawione na fig. 4 i fig. 5 są odpowiednie dla zróżnicowanych długości, gdzie tylko głębokość odpowiednich otworów montażowych określa, jak głęboko wewnątrz monitorowanej części zainstalowany jest element wrażliwy na temperaturę.

Podczas instalowania czujnika w części monitorowanej ważne jest, aby nie spowodować żadnego uszkodzenia, które mogłoby ją niepotrzebnie osłabić. Jeżeli czujnik ma monitorować część poddawaną naprężeniom, jak to ma miejsce w przypadku łożyska wału korbowego, wskazane jest przygotowanie dokumentacji, gdzie i w jaki sposób ma zostać przeprowadzona instalacja. Dokumentacja ta powinna zostać wykonana przez odpowiednio wykwalifikowanych specjalistów.

Figura 6 przedstawia system monitorowania temperatury zastosowany do monitorowania instalacji silnika okrętowego. Instalacja składa się z dwóch głównych silników 31, 32 i dwóch silników pomocniczych 33, 34. Czujniki wraz z odpowiednimi antenami są zamontowane w każdym silniku, w opisany wcześniej sposób i podłączone do jednostki sterującej 3, która, w tym przypadku zawiera multiplekser lub inny rodzaj przełącznika, i która steruje sygnałami z i do odpowiednich czujników. Jednostka sterująca 3 powinna być umieszczona w maszynowni w pobliżu silników. Z jednostki sterującej 3 sygnały są transmitowane poprzez magistrale danych 6 do komputera, który stanowi urządzenie rejestrujące 4, opisane powyżej, które jest umieszczone w pomieszczeniu kontrolnym okrętu. To urządzenie rejestrujące 4 jest połączone z drukarką 35 i centrum alarmowym 36.

Z jednostki sterującej 3 urządzenie rejestrujące 4 otrzymuje sygnały zawierające informacje o temperaturze mierzonej przez różne czujniki. Informacja ta zawiera zarówno dane dotyczące temperatury, jak i dane identyfikacyjne poszczególnych czujników. Alternatywnie urządzenie rejestrujące 4 może sterować multiplekser w jednostce sterującej 3 w taki sposób, że dane o temperaturze są zawsze odbierane z tego czujnika, który komputer wybrał do przesłania mu sygnału zapytania. Otrzymane informacje o temperaturze mogą być wyświetlane w sposób graficzny lub alfanumeryczny na ekranie komputera. Listy temperatur i dane archiwalne mogą być także drukowane na podłączonej drukarce 35.

Komputer powinien być zaprogramowany w taki sposób, aby reagował na temperatury, które przekraczają zdefiniowane progi alarmowe. Jeżeli któryś z czujników wskaże temperaturę przekraczającą zdefiniowany próg alarmowy, sygnał alarmowy jest generowany i transmitowany do centrum alarmowego 36. Komputer może także wskazywać powstanie warunków alarmowych. Centrum alarmowe 36 może być wykonane na wiele różnych sposobów, aby sygnalizowało warunki alarmowe poprzez informacje głosową lub wizualną. Centrum alarmowe 36 lub komputer mogą także sterować wyłączeniem jednego lub większej liczby silników, w opisanej uprzednio sytuacji jednego lub większej liczby alarmów. Możliwe jest także zdefiniowanie kilku poziomów alarmowych dla poszczególnych czujników, takich jak, na przykład, alarm wizualny dla pierwszego poziomu, alarm głosowy dla drugiego poziomu i alarm dla trzeciego poziomu temperatury, powodujący zmniejszenie obciążenia lub prędkości danego silnika lub silników, lub ich całkowite zatrzymanie.

Oczywiste jest, że w obrębie przedmiotu wynalazku możliwe jest zastosowanie wielu różnych zmian i rozwiązań alternatywnych. Na przykład kształt sworznia 15 może ulegać zmianie i być dostosowywany do części maszyny, w której ma być zamontowany. Ponadto, należy zwrócić uwagę na fakt, iż czujnik według wynalazku, jest odpowiedni do pomiaru temperatury w wielu różnych częściach maszyn i pojazdów. Nie tylko w tych powyżej wymienionych. Możliwe jest także przetwarzanie sygnału w jednostce sterującej na wiele różnych sposobów, celem wyliczenia temperatury.

W korzystnym przykładzie wykonania zmodyfikowany sygnał zapytania składa się z kilku odbić na powierzchni układu scalonego SAW i wraz z odpowiednim wyposażeniem pomiarowym mierzone są absolutne fazy każdego pojedynczego odbicia. Przez zestawienie tych różnych absolutnych faz, w celu określenia różnic pomiędzy nimi, możliwe jest jednoznaczne określenie temperatury, niezależne od drogi, którą przebywa sygnał pomiędzy czujnikiem a jednostką sterująca, i związanym z tym opóźnieniem. Poprzez przeliczenie tych różnic, ponadto, jest możliwe uzyskanie tego samego wyniku, co otrzymuje się przez odniesienie do oddzielnych elementów, z którymi porównywane są pomiary. Można, zatem stwierdzić, że punkt odniesienia znajduje się w układzie scalonym. W korzystnym przykładzie realizacji sygnał zapytania posiada stałą częstotliwość, którego amplituda jest modulowana impulsowo w celu odróżnienia zmodyfikowanego sygnału zapytania od pierwotnego sygnału zapytania

PL 198 143 B1 w elektronicznych obwodach pomiarowych. Możliwe jest też wprowadzenie modyfikacji, które, na przykład, używają sygnału zapytania o modulowanej częstotliwości.

Przetwarzanie zmodyfikowanego sygnału zapytania może być rozdzielone pomiędzy jednostkę sterującą 3 i urządzenie rejestrujące 4. Pewne właściwości sygnału są wyliczane w jednostce sterującej 3, a inne przesyłane do urządzenia rejestrującego dla dalszego przetwarzania. Na przykład dla porównania z wartościami kalibracji dla czujników, które mają być zapisywane w jednostce sterującej 3 lub w danych zapisanych w urządzeniu rejestrującym 4.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. System monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych, wewnątrz których znajduje się, co najmniej jeden czujnik zawierający element wrażliwy na temperaturę z układem scalonym wykorzystującym powierzchniowe fale akustyczne z funkcją przenoszenia zależną od temperatury, a każdy układ scalony ma przetwornik połączony z przyporządkowaną mu pierwszą anteną, znamienny tym, że element wrażliwy na temperaturę jest umieszczony w obudowie (14, 15a) umieszczonej i podtrzymywanej w otworze montażowym, zamkniętym za pomocą sworznia (15, 15b) mocującego czujnik (1) w niedostępnej ruchomej części mechanicznej, wewnątrz której ma być mierzona temperatura, zaś przez otwór w sworzniu (15, 15b) przechodzi koncentryczny kabel transmisyjny (18), łączący element wrażliwy na temperaturę z pierwszą anteną (17) zamontowaną na zewnątrz niedostępnej ruchomej części mechanicznej, na zewnątrz sworznia (15, 15b), przy tym każdy czujnik (1) ma drugą antenę (2), do wysyłania i odbierania sygnałów do i z czujnika (1) za pośrednictwem pierwszej anteny (17), gdy część mechaniczna znajduje się w ruchu, która to druga antena (2) jest połączona, poprzez kabel sygnałowy (5), z jednostką sterującą (3) zawierającą multiplekser wysyłający sygnały zapytania do i odbierający zmodyfikowane sygnały zapytania od czujników (1), za pośrednictwem przyporządkowanego kabla sygnałowego (5) i drugiej anteny (2), w czasie ruchu części mechanicznej, zaś jednostka sterująca (3) przetwarza odebrany zmodyfikowany sygnał zapytania, i, na podstawie właściwości zmodyfikowanego sygnału zapytania, generuje sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika (1).
2. 2. System według zastrz. 1, znamiennytym, że układ scalony wykorzystujący powierzchniowe fale akustyczne zawiera wiele reflektorów (13), a jednostka sterująca (3) mierzy fazy bezwzględne składowych zmodyfikowanego sygnału zapytania, związanych z odpowiednimi reflektorami, i, na podstawie różnic między tymi fazami bezwzględnymi, generuje sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika (1).
3. 3. Syssem w^c^łłU3z^^tr^^. 1 albo 2, tym, że jednosSkasSejująca (3) jess ponadto dołączona, poprzez magistralę danych (6), do urządzenia rejestrującego (4), do którego wysyła sygnał danych reprezentujący temperaturę czujnika (1).
4. 4. System według zastrz. 3, znamienny tym, że urządzenie rejestrujące (4) zawiera pamięć przechowującą odebrane sygnały albo wartości im odpowiadające, oraz urządzenie wyświetlające informacje o przechowywanych wartościach, w postaci graficznej lub alfanumerycznej.
5. 5. System według zasfirz. 3 albo 4, znamienny tym, że urządzenie rejestruiące (-4) wysyła sygnał wskazujący warunki alarmowe, po odebraniu sygnału danych, informującego o przekroczeniu wartości progowej temperatury przy jednym z czujników (1).
6. 6. Syssem według 5, tym. że sygnał wskaz^ący jwarunki alarmowe wywo-uje sygnał optyczny lub akustyczny.
7. 7. Syssem według 5, znamiennytym, że ss^i^r^^ł w^l^^^ι^j^<^cł jwarunki alarmowe powoduje zmniejszenie obciążenia, zmniejszenie szybkości obrotów lub też wyłączeniem maszyny, a silnik, w którym monitorowana jest temperatura, pozostaje włączony.
8. 8. Czujnik do monitorowania temperatury wewnątrz niedostępnych ruchomych części mechanicznych mających otwór montażowy, który to czujnik zawiera wrażliwy na temperaturę element z układem scalonym wykorzystującym powierzchniowe fale akustyczne z funkcją przenoszenia zależną od temperatury, a układ scalony ma przetwornik połączony z anteną, znamienny tym, że element wrażliwy na temperaturę jest umieszczony w wyjmowalnej obudowie (14, 15a) umieszczonej i podtrzymywanej w otworze montażowym, zamkniętym za pomocą sworznia (15, 15b) mocującego czujnik (1) w niedostępnej ruchomej części mechanicznej, wewnątrz której ma być mierzona temperatura, zaś przez otwór w sworzniu (15, 15b) przechodzi koncentryczny kabel transmisyjny (18), łączący element

   PL 198 143 B1 wrażliwy na temperaturę z anteną (17) zamontowaną na zewnątrz niedostępnej ruchomej części mechanicznej, na zewnątrz sworznia (15, 15b).
9. 9. Czujnik wedłuu zastrz. 8, znamienny tym, że sworzeń ((5) zamyyającc w obudowie element wrażliwy na temperaturę, jest wydrążony, zaś przy części sworznia (15) wystającej z części mechanicznej, wewnątrz atórej ma być mierzona temperatura, jest usytuowana antena (17).
10. 10. Czejnikwedłud zestrz.9, z namienay tym, żż sworzeń( d)j ndtwewnątrzwyye-nionymyjeriałem (19), utrzymującym element wrażliwy na temperaturę we właściwym położeniu.
11. 11. Czzjrjik wedłud zestrz. 8, znamienny tym, żż obuclowa ((1, (15S j ms umiedsezena w dolnym końcu otworu montażowego, a pomiędzy obudową (14, 15a) a sworzniem (15b), zamykającym otwór montażowy, jest umieszczony materiał (19a).
12. 12. Czejnikwadłuc zza^l 1, znamienaytym, żeelemyńtem dobisSąjącym obbCowa ( (1, Haa do dolnego końca otworu montażowego jest sprężyna (19b) utrzymująca obudowę (14, 15a), po zmontowaniu, w bezpiecznym położeniu.
13. 13. Czejnik, wadłuc zestrz. (0 albo (11 znamienaa tym, de π^Ιθ-ϊθΙ ((9, (9^S stasowi dżwica epoksydowa lub termoodporna guma w postaci tulei.