DE3643095C2

DE3643095C2 -

Info

Publication number: DE3643095C2
Application number: DE19863643095
Authority: DE
Inventors: Werner 8000 Muenchen De Kunz
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1989-12-28
Also published as: DE3643095A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Bewegungen von translatorisch, rotatorisch oder oszillatorisch bewegten Gegenständen bei hohen Temperaturen mit Hilfe eines zwischen zwei Elektroden be findlichen elektrischen Feldes.The invention relates to a device for measuring the movements of Objects moved in a translatory, rotary or oscillatory manner at high temperatures using a be between two electrodes sensitive electric field.

Aus der US-PS 43 29 644 ist eine Vorrichtung zur Drehzahlmessung bei hohen Temperaturen bekannt, bei der zwei Elektroden in der Nähe von Turbinenschaufeln angebracht sind und durch Anlegen einer Gleich spannung ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Durch die Bewegung der Turbinenschaufeln wird dieses Feld gestört und ein Ladungsimpuls er zeugt, welcher über einen Hochpaßfilter einer Auswerteeinheit zuge führt wird. Der wesentliche Nachteil dieser Meßvorrichtung besteht darin, daß die Meßsensoreneinheit mit den beiden Elektroden als sper riges und aufwendig gebautes Teil ausgeführt ist und daher für dessen Einbau besondere Aussparungen im zu messenden Aufbau vorgesehen sein müssen. Insbesondere beim Einsatz im heißen Teil von Gasturbinen be deutet dies einen hohen baulichen Aufwand. From US-PS 43 29 644 a device for speed measurement is known at high temperatures, with two electrodes near Turbine blades are attached and by applying an equal voltage an electrical field is built up. By moving the Turbine blades will disrupt this field and generate a charge pulse testifies, which via a high-pass filter to an evaluation unit leads. The main disadvantage of this measuring device is in that the measuring sensor unit with the two electrodes as sper riges and elaborately built part is executed and therefore for its Installation of special recesses in the structure to be measured may be provided have to. Especially when used in the hot part of gas turbines this indicates a high structural effort.

Aus der GB-PS 14 98 407 ist eine gattungsgemäße Meßeinrichtung mit einem HF-Oszillator bekanntgeworden, dessen Frequenzänderung ausge wertet wird. Dabei ist die Meßsonde als komplette, in einem Rohr un tergebrachte Einheit aufgebaut. Nachteil dieser Ausführung ist, daß zwei Kondensatorplatten von erheblichen Ausmaßen vorgesehen sein müs sen, wodurch ein erheblicher Sondendurchmesser und damit Platzbedarf vorhanden ist. Dadurch ist der Einbau bei beengten Platzverhältnissen sehr erschwert.From GB-PS 14 98 407 is a generic measuring device with became known an RF oscillator, the frequency change out is evaluated. The probe is complete, in one tube brought unit built. The disadvantage of this design is that two capacitor plates of considerable dimensions must be provided sen, whereby a considerable probe diameter and thus space requirements is available. This makes installation in tight spaces very difficult.

Aus der DE-OS 29 11 420 ist es bekannt, eine elektromagnetische Meß vorrichtung mit einem Sender und einem Empfänger vorzusehen, wobei Sender und Empfänger auf gegenüberliegenden Seiten einer rotierenden Meßscheibe angeordnet sind.From DE-OS 29 11 420 it is known to carry out an electromagnetic measurement provide device with a transmitter and a receiver, wherein Transmitter and receiver on opposite sides of a rotating one Measuring disc are arranged.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß zwischen dem Sende mittel und dem Empfangsmittel ein bewegbares Teil vorgesehen werden muß. Das bedeutet eine nicht unerhebliche Verkomplizierung und kann, beispielsweise bei durchströmten oder schnell rotierenden Bauteilen (Unwuchten), zu Meßverfälschungen führen.A disadvantage of this arrangement is that between the transmission means and the receiving means a movable part can be provided got to. This means a not inconsiderable complication and can for example in the case of flowed or rapidly rotating components (Unbalance), lead to measurement errors.

Schließlich offenbart die GB-PS 12 77 748 eine Anordnung ohne Sender, bei der eine einendig offene Koaxialleitung als Meßsensor dient, deren Impedanz durch bewegte Bauteile verändert werden soll.Finally, GB-PS 12 77 748 discloses an arrangement without a transmitter, in which a coaxial line open at one end serves as a measuring sensor, the Impedance should be changed by moving components.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung der eingangs be zeichneten Gattung zu schaffen, die sich durch geringen baulichen Aufwand, billige Herstellung, einfachen Einbau und wenig Platzbedarf auszeichnet und keiner speziellen Befestigungsvorrichtung bedarf.The object of the invention is to be a measuring device of the beginning drew genre to create, which is characterized by low structural Effort, cheap manufacture, simple installation and little space requirement distinguished and requires no special fastening device.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Elektroden kurze aus Mantel koaxialleitungen etwa koaxial herausragende Stifte sind, wobei eine Elektrode als Sendeantenne zur Ausstrahlung einer von einem ange koppelten Hochfrequenzgenerator stammenden unmodulierten HF-Wechsel spannung dient und die zweite Elektrode als Empfangsantenne dient und mit einem Meßempfänger zur Erzeugung eines der Feldstärke an der Emp fangselektrode proportionalen Signales gekoppelt ist.The object is achieved in that the electrodes are short of sheath coaxial lines are about coaxially protruding pins, one Electrode as a transmitting antenna for broadcasting one of one coupled high-frequency generator originating unmodulated RF change serves voltage and the second electrode serves as a receiving antenna and with a measuring receiver for generating one of the field strengths at the emp Trapping electrode proportional signal is coupled.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß an die Form, Größe und Anordnung der Elektroden sehr geringe Anforderungen gestellt wer den können, ohne daß dies für die Messungen von Nachteil ist. Ferner ist der Werkstoff des bewegten Gegenstandes nicht von gravierender Bedeutung, da sowohl metallische als auch nichtmetallische Werkstoffe bei der Annäherung an die Elektroden eine meßbare Veränderung des elektrischen Feldes herbeiführen. Dies ist besonders bei Messungen in Verbindung mit keramischen Gasturbinenschaufeln von Vorteil.The advantage of this arrangement is that in terms of shape, size and arrangement of the electrodes very low requirements can, without this being disadvantageous for the measurements. Further the material of the moving object is not serious Significance, since both metallic and non-metallic materials when approaching the electrodes, a measurable change in electric field. This is especially true when taking measurements in Connection with ceramic gas turbine blades is an advantage.

Weitere Vorteile sind, daß Platzbedarf und Gewicht der Meßvorrichtung gering sind und diese temperaturfest bis weit über 1000°C ist. Wei terhin ist die Meßvorrichtung widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse wie Druck, aggressive Medien und Strahlung.Further advantages are that space and weight of the measuring device are low and this is temperature-resistant up to well over 1000 ° C. Wei the measuring device is also resistant to environmental influences like pressure, aggressive media and radiation.

Der gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehene Aufbau von Elektroden und Zuleitungen im thermisch beanspruchten Bereich aus handelsüblichen Mantelkoaxialleitungen trägt wesentlich zu einer ein fachen Konstruktion bei. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Elektroden dadurch erzeugt werden, daß lediglich der Koaxialmantel am meßseitigen Ende um ein geringes Stück, vorzugsweise ca. 1-2 mm, verkürzt wird. The structure of Electrodes and leads in the thermally stressed area commercially available sheath coaxial cables contributes significantly to one fold construction. It is particularly advantageous that the Electrodes are generated in that only the coaxial jacket on measuring end by a small piece, preferably approx. 1-2 mm, is shortened.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die beiden Mantelkoaxialleitungen in einem gemeinsamen Schutzrohr angeordnet sind, wodurch eine kompakte, un komplizierte Meßsonde verwirklicht ist. Durch das Ver schließen des meßseitigen Schutzrohrendes mit elektrisch hochwertigem Isoliermaterial, vorzugsweise temperaturfester Glaskeramik, erreicht man eine stabile Positionierung der Elektroden am meßseitigen Ende des Schutzrohres.Another embodiment of the invention provides that the two sheath coaxial lines in one Protection tube are arranged, creating a compact, un complicated probe is realized. By ver close the thermowell end with electrical high-quality insulating material, preferably more temperature-resistant Glass ceramic, you achieve a stable positioning of the electrodes at the measuring end of the protective tube.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen beiden Elektroden eine Leitung zur Zuführung von Druckluft ange ordnet, um den Bereich zwischen den Elektroden von dem möglicherweise störenden oder verfälschenden Einfluß von im Gas vorhandenen Partikeln, z. B. Ölnebel, freizuhalten.In a further embodiment is between the two Electrodes a line for supplying compressed air maps to the area between the electrodes of the possibly disturbing or distorting influence of particles present in the gas, e.g. B. oil mist to keep clear.

Vorteilhaft ist es weiter, die nicht thermisch beanspruch ten Bereiche der Leitungen als angepaßte Koaxialleitungen auszuführen, um der Meßanordnung den richtigen Wellenwider stand zuzuordnen und dadurch Meßfehler und Dämpfungen bei höheren Frequenzen gering zu halten.It is also advantageous that the thermal stress is not areas of the lines as adapted coaxial lines to perform the correct wave resistance to the measuring arrangement to assign and thereby measurement errors and damping to keep low at higher frequencies.

Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den weite ren Unteransprüchen.Details beyond the features mentioned for further development of the invention result from ren subclaims.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich nungen näher erläutert. Dabei zeigtThe preferred embodiments of the invention will be below with reference to the drawing nations explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Drehzahlmessung einer Welle, Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement for measuring the speed of a shaft,

Fig. 2 den Längsschnitt des meßseitigen Endes einer Mantelkoaxialleitung, Fig. 2 is a longitudinal section of the end of a meßseitigen Mantelkoaxialleitung,

Fig. 3 eine Ausführung einer nockenartigen Erhebung auf einer Welle im Querschnitt, Fig. 3 shows an embodiment of a cam-like elevation on a shaft in cross-section,

Fig. 4 das Oszillogramm bei einem Drehzahlmeßvorgang mit einer Erhebung nach Fig. 3, Fig. 4 shows the oscillogram at a Drehzahlmeßvorgang having an elevation according to Fig. 3,

Fig. 5 eine Anordnung der Mantelkoaxialleitungen in einem Schutzrohr im Längsschnitt. Fig. 5 shows an arrangement of the sheath coaxial lines in a protective tube in longitudinal section.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zur Drehzahlmessung ist eine Welle 1 drehbar über nicht dargestellte Lage rungen in einem Gehäuse 2 gelagert. Auf der Welle ist eine (oder mehrere) nockenartige Erhebung 3 angebracht. Am Gehäuse 2 sind über ein Halteblech 4 ferner zwei Mantel koaxialleitungen 5, 6 und eine dazwischen angeordnete Druckluftleitung 7 befestigt. An den meßseitigen Enden der Mantelkoaxialleitungen 5, 6 befinden sich kurze Elek troden 8 und 9, die dadurch gebildet werden, daß - wie in Fig. 2 für die Mantelkoaxialleitung 5 gezeigt - der Innenleiter 12 ein Stück über den Koaxialmantel 10 heraus ragt.In the arrangement for speed measurement shown in FIG. 1, a shaft 1 is rotatably supported in a housing 2 via positions not shown. One (or more) cam-like elevation 3 is attached to the shaft. On the housing 2 , two sheath coaxial lines 5, 6 and an intermediate compressed air line 7 are also attached via a holding plate 4 . Are located at the ends of the meßseitigen Mantelkoaxialleitungen 5, 6 short Elek trodes 8 and 9, which are formed by the fact that - as shown in Figure 2 for the Mantelkoaxialleitung. 5 - the inner conductor 12 projects a little over the coaxial sheath 10 out.

Dabei ist ein Innenleiter 12 von einem elektrisch isolie renden Werkstoff 13 umgeben und dieser wiederum ist von einem leitfähigen Koaxialmantel 10 umhüllt.Here, an inner conductor 12 is surrounded by an electrically insulating material 13 and this in turn is encased by a conductive coaxial jacket 10 .

Die meßseitigen Enden der Mantelkoaxialleitungen 5, 6 sind zum Schutz gegen den Angriff korrodierender Gase durch Isoliermaterial 21 aus Glaskeramik luftdicht ver siegelt. The measuring ends of the sheath coaxial lines 5, 6 are sealed airtight to protect against the attack of corrosive gases by insulating material 21 made of glass ceramic.

Die an der Sendeantenne wirkende Elektrode 8 ist an einem HF-Generator 14 angekoppelt, die als Empfangsantenne dienende Elektrode 9 an einem Meßempfänger 15. Dabei sind die Zuleitungen im thermisch unbelasteten Bereich als angepaßte, einfache Koaxialleitungen 16, 17 ausge führt. Das im Meßempfänger 15 gleichgerichtete Signal wird über eine Leitung 18 einem Anzeigeinstrument 19 zugeführt.The electrode 8 acting on the transmitting antenna is coupled to an HF generator 14 , the electrode 9 serving as receiving antenna to a measuring receiver 15 . The leads are in the thermally unloaded area as adapted, simple coaxial lines 16, 17 leads out. The signal rectified in the measuring receiver 15 is fed via a line 18 to a display instrument 19 .

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die nockenartige Erhebung 3 auf der Welle 1 asymmetrische Form haben, wodurch, wie Fig. 4 zeigt, entsprechende Darstellungen auf dem Anzei geinstrument 19 verbunden sind und die Bewegungsrichtung der Welle 1 ermittelt werden kann.As shown in Fig. 3, the cam-like elevation 3 on the shaft 1 may have an asymmetrical shape, whereby, as shown in FIG. 4, corresponding representations on the display instrument 19 are connected and the direction of movement of the shaft 1 can be determined.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die beiden in meßseitigen Elektroden 8, 9 endenden Mantel koaxialleitungen 5, 6 in einem gemeinsamen Schutzrohr 20 untergebracht sind und auf diese Weise eine kompakte Meßsonde bilden. Am meßseitigen Ende ist das Schutzrohr 20 mit einem temperaturfesten, elektrisch hochwertigen Iso liermaterial 11 verschlossen. In der Nähe des anderen Endes des Schutzrohres 20 sind die Mantelkoaxialleitun gen 5, 6 mit angepaßten Koaxialleitungen 16, 17 verbunden.In Fig. 5, an embodiment is shown in which the two electrodes in meßseitigen 8, 9 ending sheath coaxial cables 5 are housed in a common protective tube 6 and 20 form a compact measurement probe in this way. At the measuring end, the protective tube 20 is closed with a temperature-resistant, electrically high-quality insulating material 11 . In the vicinity of the other end of the protective tube 20 , the Mantelkoaxialleitun conditions 5, 6 are connected to adapted coaxial lines 16, 17 .

Im Betrieb wird die als Sendeantenne wirkende Elektrode 8 mit unmodulierter HF-Wechselspannung aus dem HF-Gene rator 14 gespeist. Über das Dielektrikum zwischen den Elektroden 8, 9 erfolgt eine Kopplung, die in dem an der zweiten Elektrode 9 angeschlossenen und auf die Oszil latorfrequenz abgestimmten Meßempfänger 15 einen konstan ten Empfangspegel erzeugt. In operation, the electrode 8 acting as a transmitting antenna is fed with unmodulated HF alternating voltage from the HF generator 14 . Via the dielectric between the electrodes 8, 9 there is a coupling which generates a constant reception level in the measuring receiver 15 connected to the second electrode 9 and tuned to the oscillator frequency.

Bei der Annäherung des bewegten Gegenstandes an die Elek troden 8, 9 ändern sich die Koppelverhältnisse und somit der Empfangspegel im Meßempfänger. Dieses Signal kann bei kontinuierlicher Veränderung zur Abstands- oder Weg messung kleiner Wege, bei oszillierender Veränderung zur Resonanzverweilsteuerung von Schwingprüfanlagen oder bei pulsförmiger Ausbildung zur Drehzahlmessung verwendet werden. Im letztgenannten Anwendungsfall bestehen außer dem die Möglichkeiten der Drehrichtungsbestimmung durch asymmetrische Formgebung der das Meßfeld durchlaufenden nockenartigen Erhebung 3 sowie der Messung sehr niedriger Drehzahlen.When the moving object approaches the electrodes 8, 9 , the coupling ratios and thus the reception level in the measuring receiver change. This signal can be used for continuous changes for distance or displacement measurement of short distances, for oscillating changes for resonance dwell control of vibration test systems or for pulse-shaped training for speed measurement. In the latter application, there are also the possibilities of determining the direction of rotation by asymmetrical shaping of the cam-like elevation 3 passing through the measuring field and the measurement of very low speeds.

Claims

1. Device for measuring the movement of translationally, rotato rically or oscillatory regularly moving objects at high temperatures with the aid of an electrical field formed between two electrodes, characterized in that the electrodes ( 8, 9 ), short from sheathed coaxial lines ( 5, 6 ) are about coaxially protruding pins, one electrode ( 8 ) serving as a transmitting antenna for transmitting an unmodulated HF alternating voltage originating from a coupled high-frequency generator ( 14 ) and the second electrode ( 9 ) serving as a receiving antenna and having a measuring receiver ( 15 ) is coupled to generate a signal proportional to the field strength at the receiving electrode ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring receiver ( 15 ) is designed as a selective voltmeter.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring signal in the measuring receiver ( 15 ) is rectified and this signal is fed to a display instrument ( 19 ), preferably an oscilloscope.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the two electrodes ( 8, 9 ) a compressed air line ( 7 ) is attached.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sheath coaxial lines ( 5, 6 ) are arranged in a common protective tube ( 20 ) which is sealed at the measuring end with insulating material ( 11 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the Iso liermaterial ( 11 ) consists of glass ceramic.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that only the thermally highly stressed part of the Lei lines is designed as sheath coaxial lines ( 5, 6 ), the rest of the lines required are adapted coaxial lines ( 16, 17 ).