DE2015567A1 - - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE _ft-PATENT LAWYERS _ft - DIPL-ING. GURT WALLACH 2015567DIPL-ING. GURT WALLACH 2015 567 DIPL-(NG. GÜNTHER KOCHDIPL- (NG.GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH 1Λ.1970DR.TINO HAIBACH 01/1970

«MÜNCHENS, 12575 -«MUNICH, 12575 -

UNSER ZEICHEN·OUR SIGN·

lh· English Electric Company Limit ed ρ London, England»lh · English Electric Company Limit ed ρ London, England »

▼erfahren und Vorrichtung zur Messung der relativen Querrersetzung zweier drehbarer Teile▼ experience and device for measuring the relative transverse displacement of two rotating parts

Die Erfindung befaßt sich mit der Messung der relativen Versetzung zweier Körper« die relativ zueinander um eine einzige Achse drehbar angeordnet sind und zwar um die Messung der Versetzung in Richtung senkrecht zu ihrer Achse.The invention is concerned with measuring the relative displacement of two bodies relative to one another about a single axis are rotatably arranged to measure the displacement in the direction perpendicular to its axis.

Es 1st z.B. bei Dampfturbinen erwünscht, die geringen Querversetzungen der Welle der Turbine während des Laufs zu messen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, während des Arbeitelaufes eine Überwachung durchzuführen und die Betriebsbedingtgen können daher näher an die zulässigen Grenzen herangeführt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Wellenversetzung den zulässigen Wert überschreitet. Hierdurch kann auch eine schnelle Abschaltung eingeleitet werden, wenn die Versetzung plötzlich infolge unerwarteter Ursachen zu groß werden sollte.In the case of steam turbines, for example, it is desirable to measure the small transverse displacements of the turbine shaft during operation. This creates the possibility of carrying out a monitoring during the work run and the operating conditions can therefore be brought closer to the permissible limits without the risk of the shaft misalignment exceeding the permissible value. This also allows a rapid shutdown can be initiated if the displacement should suddenly become too large due to unexpected causes.

Oemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Messung der Rel&tivversätzung zweier relativ zueinander um eine einzige Achse drehbarer Körper in Richtung senkrecht zur Drehachse in der ^Meise durchgeführt, daß auf einem der Bauteile ein Bezugspunkt definiert wird, der bei der Drehung die Spur eines Kreisbogen-Pfades relativ zu dem anderen Bauteil liefert, daß auf desOemäß the invention, the method for measuring the Rel & tivversätzung two relatively to one another about a single axis rotary body in the direction perpendicular to the rotational axis in the ^M else performed such that a reference point is defined on one of the components, which during the rotation of the track of a circular arc path relative to the other component provides that on the

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anderen Bauteil erste und zweite Bezugslinien definiert werden, dl· diesen Kreis an Punkten, schneiden, deren Entfernung längs de· Kreises bei Versetzung des Kreises senkreoht zur Meßrichtung konstant ist, nicht aber inbezug auf die Versetzung in Iteßrichtung, und daß die Zelt gemessen wird, die der Bezugspunkt benötigt, um sich von der ersten naoh der zweiten Bezugslinie su bewegen. other component first and second reference lines are defined, dl · the circle at points intersect, the distance along de · circle in displacement of the circle senkreoht to the measuring direction is constant, but with respect to the displacement in Iteßrichtung, and that the tent is not measured, which the reference point needs to move from the first to the second reference line .

Unter einer"kleinen Versetzung" ist eine solche zu verstehen, welohe klein relativ zur Größe des Kreises 1st. A "small offset" is to be understood as one which is small relative to the size of the circle.

Is können mehrere Bezugspunkte und/oder erste und zweite Bezugs- linien im gleichen Abstand um den Kreis herum angeordnet werden. Dies erlaubt eine schnellere und genauere überwachung der Wellenlage. Is several reference points and / or first and second reference lines can be arranged at the same distance around the circle. This allows the shaft position to be monitored more quickly and more precisely.

Wenn die Drehzahl unterschiedlich 1st, dann muß die Meßzeit natUrlioh in Relation zur Zeitdauer eines Umlaufs gesetzt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß z_sB, die beiden Zeitintervalle gemessen werden, die der Bezugspunkt benötigt, um von •liier ersten Bezugslinie nach einer zweiten zu gelangen und dann ▼on einer zweiten nach der ersten zurück. If the speed is different, then the measuring time natUrlioh must be set in relation to the duration of a revolution. This can be achieved in that z _s B, the two time intervals are measured, required for the reference point to enter liier by • first reference line to a second and then ▼ on a second back to the first.

Bei diesem Verfahren können die beiden Bezugslinien senkreoht auf dem Kreis s tehen und diametral zueinander angeordnet sein. With this method, the two reference lines can be perpendicular to the circle and be arranged diametrically to one another.

Stattdessen können die beiden Bezugslinien in einem Winkel gegeneinander angestellt sein und am gleichen Punkt des Kreises liegen. Instead, the two reference lines can be set at an angle to one another and lie at the same point on the circle.

DIo Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dafl ein Magnet für den öder Jeden Bezugspunkt benutzt wird und eine Drahtschleife für jeweils eine Bezugslinie. Die Schleifen The invention also relates to a device for carrying out the measuring method, which is characterized in that a magnet is used for the or each reference point and a wire loop is used for each reference line. The loops

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können gegenüberliegend angeordnet werden und eine abgeglichene Triggerschaltung speisen, d.h.eine Schaltung, die zwischen zwei Zuständen durch Signale gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität getriggert wird. Der Ausgang der Triggersohal· tung kann außerdem abgeglichen und geglättet werden, um den erwünschten Ausgang zu liefern, der die zu messenden Versetzung anzeigt.can be arranged opposite one another and a balanced one Feed trigger circuit, i.e. a circuit that runs between two States is triggered by signals of the same amplitude but opposite polarity. The output of the Triggersohal The displacement can also be trimmed and smoothed to provide the desired output that corresponds to the displacement to be measured indicates.

nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand dtr Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing. In the drawing show:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer Ausführungsform Fig. 1 is a general block diagram of an embodiment

der Erfindung, . ' ■the invention, . '■

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teil der Fig.l zusammen mit Fig. 2 on a larger scale a part of Fig.l together with

gewissen Wellenformen,
Fig. J5A und 3B zusammen eine ins .einzelne gehende Schaltung dieser Ausführungsform,certain waveforms,
J5A and 3B together show a detailed circuit of this embodiment,

Fig. 4 eine Abwandlung dieser AusfUhrungsform, Fig. 5 eine weitere Abwandlung dieser AusfUhrungsform, Fig. 6 in Seitenansicht und Querschnittsansicht mechanische4 shows a modification of this embodiment, FIG. 5 shows a further modification of this embodiment, FIG. 6 shows a mechanical side view and cross-sectional view

Teile einer zweiten AusfUhrungsform, Fig. 7 eine Querschnittsansicht der mechanischen Teile einer Abwandlung der zweiten AusfUhrungsform,Parts of a second embodiment, Fig. 7 is a cross-sectional view of the mechanical parts of a Modification of the second embodiment,

Fig. 8 in größerem Maßstab eine Ansicht des Fühlers nach Flg.T* Fig. 9 in größerem Maßstab eine Ansicht der mechanischen TeileFig. 8 on a larger scale a view of the sensor according to Flg.T * Fig. 9 shows, on a larger scale, a view of the mechanical parts

einer weiteren Abwandlung der zweiten AufUhrungsform, Fig.10 eine Konstruktion des Fühlers der AusfUhrungsform nach Fig.l.a further modification of the second form of presentation, 10 shows a construction of the sensor according to the embodiment Fig.l.

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0«ηΚβ Fig.l trägt eine Im Querschnitt ersichtliche Welle 10 «ine Hülse 11 aus nicht-magnetischem Werkstoff, in der mehrere •ylindrische Magnete 12 eingebettet sind, die parallel zur Achse der Welle verlaufen und im gleichen Winkelabstand angeordnet ■Ind. Sin Fühler 13 ist in der Nähe der Hülse 11 angeordnet und dieser speist einen Vorverstärker 14, der seinerseits einen Regelverstärker 15 speist, der von einem Verstärker 16 und einer negativen Rückkopplung 17 gebildet wird, die einen Thermistor enthält. Dieser Regelverstärker speist eine ausgeglichene TrIggereohaltung 19, die von einem Verstärker 20 und einer positiven Rückkopplung gebildet wird, die Widerstände 21 und 22 enthält. Der Ausgang der Triggerschaltung wird Über eine Olättungsstufe einem Meßgerät 24 zugeführt.0 «ηΚβ Fig. 1 carries a shaft 10 visible in cross section «A sleeve 11 made of non-magnetic material in which several • Ylindrische magnets 12 are embedded, which are parallel to the axis of the shaft and arranged at the same angular distance ■ Ind. A sensor 13 is arranged in the vicinity of the sleeve 11 and this feeds a preamplifier 14, which in turn feeds a control amplifier 15 of an amplifier 16 and one negative feedback 17 is formed, which is a thermistor contains. This control amplifier feeds a balanced TrIggereohaltung 19, which is from an amplifier 20 and a positive one Feedback is formed which includes resistors 21 and 22. The output of the trigger circuit is via an oil saturation stage a measuring device 24 is supplied.

Ih folgenden wird auf Fig.2 der Zeichnung bezuggenommen. Der Fühler 13 ist im oberen Teil dieser Zeiohnung ersichtlich* Br besteht aus zwei Haarnadelsohleifen 30 und 31, deren Breite' etwa gleioh dem Durohmesser der Enden der Magnete 12 ist und die in entgegengesetztem Wicklungssinn geschaltet sind. Wenn ■loh die Welle 10 dreht, wandern die Magnete 12 längs des Pfades 32 und induzieren Ausgangsimpulse in den Schleifen 30 und 31« wenn sie unter diesen Schleifen hindurchlaufen (der Pfad 32 ist in Wirklichkeit kreisförmig, aber der Teil in der Nähe des Fühlers 13 kann als angenähert gradlinig betrachtet werden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist). So wird der Impuls 35« der in der Wellenform V» in Fig.2 dargestellt 1st und aus einen positiven Zug-besteht, dem ein negativer Zug folgt, durch einen Magneten induziert, der unter der Schleife 30 durchtritt, lin Impuls 36, der etwa die gleiche Gestalt besitzt wie der Zatpuls 35 Jedoch umgekehrtes Vorzeichen, wird induziert, wenn der gleiche Magnet unter der Schleife 31 hinduroh läuft. Ein den Impuls 35 identischer Impuls 37 wird in der Schleife 30Ih the following reference is made to Figure 2 of the drawing. The sensor 13 can be seen in the upper part of this drawing * Br consists of two hairpin soles 30 and 31, the width of which ' is about the same as the Durohmesser of the ends of the magnets 12 and which are connected in the opposite direction of winding. As shaft 10 rotates, magnets 12 travel along path 32 and induce output pulses in loops 30 and 31 «when they pass under these loops (the path 32 is actually circular, but the part near the feeler 13 can be considered to be approximately straight, as shown in the drawing). Thus the pulse 35 "which is shown in the waveform V" in Fig. 2 is and off a positive move followed by a negative move induces a magnet that passes under the loop 30, lin pulse 36, which has approximately the same shape as the Zatpuls 35 but with the opposite sign, is induced when the same magnet runs behind the loop 31. A pulse 37 becomes identical to pulse 35 in loop 30

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durch den näohsten Magneten induziert, der unter dem Fühler 13 hindurchläuft usw.. Die Wellenform Vg, welche duroh diese Impulse erzeugt wird, wird durch die Verstärker 14 und 15 verstärkt und einer abgeglichenen Triggerschaltung 19 zugeführt, deren Triggerpegel, die mit +V und -V bezeichnet sind, einen gleichen Abstand von der Nulllnle aufweisen. Der Ausgang dieser Triggerstufen wird daher von einer Hechteckwelle 42 gebildet, die ihren Wert bei Jedem Impuls 35#36»37 der Wellenform V₈ einmal ändert.induced by the closest magnet, which passes under the sensor 13, etc. The waveform Vg, which is generated by these pulses, is amplified by the amplifiers 14 and 15 and fed to a balanced trigger circuit 19, the trigger level indicated by + V and - V, are equidistant from the zero line. The output of these trigger stages is therefore formed by a pike wave 42, which changes its value once _{for each pulse 35 # 36 »37 of the waveform V 8.}

Hierbei muß berücksichtigt werden, daß die Zeit zwischen zwei gleichen Impulsen, z.B. den Impulsen 35 und 37, d.h. die gesamte Periode der Welle 42 jene Zelt darstellt, während der dl· Welle 10 die Magnete 12 urafeinen Schritt um die Welle führt Und diese Zeit ist demnach abhängig von der Drehzahl der Welle. Ferner stellt der positive Teil der Wellenform 42 Jene Zeit dar, während der einer der Magnete 12 zwischen den beiden Sohlelfen 30 und 31 wandert. Diese letztere Zeitperlode ändert sich mit einer Querbewegung der Welle 10 in der Richtung 25 (Plg.l). Die Zeitperlode vergrößert sich, wenn die Welle gemäß Fig.l nach unten bewegt wird, wodurch der Pfad der Magnete 12 von der Linie 32 beispielsweise auf die Linie 32° gebracht wird. Diese Zelt ist wiederum abhängig von der Drehzahl der Welle* Duroh weltgehende Glättung der Welle 42 zweoks Auffindung des Mittelwertes können die Wirkungen der Drehzahl der Welle auf diese beiden Zeiten ausgelöscht werden und der Mittelwert 1st direkt proportional der Querversetzung der Welle.It must be taken into account that the time between two equal impulses, e.g. impulses 35 and 37, i.e. the entire period of wave 42 represents that period during which dl Wave 10 leads the magnets 12 very fine step around the wave and this time is therefore dependent on the speed of the shaft. Further, the positive portion of waveform 42 represents that time while one of the magnets 12 moves between the two sole elves 30 and 31. This latter period of time changes with a transverse movement of the shaft 10 in the direction 25 (Plg.l). The time period increases when the wave according to Fig.l is moved downwards, whereby the path of the magnets 12 is brought from line 32 to line 32 °, for example. This tent is in turn dependent on the speed of the shaft Mean value, the effects of the speed of the shaft on these two times can be canceled out and the mean value 1st directly proportional to the transverse displacement of the shaft.

Aus der Wellenform V₃ gemäß Fig.2 ergibt sich, daß Oberwellen vorhanden sind, z.B. Oberwellen 38 zwischen den Impulsen 35,36 und 37· Um zu verhindern, daß diese Oberwellen eine fehlerhafte Triggerung der Triggerstufe 19 bewirken, müssen die Trigger-The waveform V ₃ according to FIG. 2 shows that there are harmonics, e.g. harmonics 38 between the pulses 35, 36 and 37 · To prevent these harmonics from causing incorrect triggering of the trigger stage 19, the trigger

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pegel +V und -Y In einem bestimmten Abstand von der Nullinie liegen. Dies führt dazu, daß die Triggersehaltung 19 an den Punkten 40 und 41 getriggert wird« die beträchtlich gegenüber dw Nulldurchgang der Impulse 35 und 36 versetzt liegen und ea Bind diese Nulldurchgänge, die dem Augenblick entsprechen, an dee die Magnete 12 exakt unter den Schleifen 30 und 31 liegen. Sine Änderung der Wellendrehzahl führt zu einer Änderung der Oeetalt der Impulse 35*36,37. Da Jedoch der Impuls 36 die gleiohe Form wie der Impuls 35 hat, wenn auch mit umgekehrter Polarität und da die beiden Triggerpegel den gleichen Abstand von der Nullinie besitzen, wird das Zeitintervall zwischen dem NuIldurohgang des Impulses 35 und dem Triggerpunkt 40 gleich dem Zeitintervall zwischen dem Nulldurohgang des Impulses 36 und den Triggerpunkt 41. Infolgedessen vermindern selbst beträohtliohe änderungen der Oeetalt dieser Impulse nicht die Genauigkeit de· Systems, Bs 1st außerdem zweckmäßig, Abschnitte der Impulse 35#36 und 37 zwischen den positiven und negativen Extremwerten zu besitzen, die annähernd gradlinig verlaufen. Dies wird durch geeignete Einstellung der Breite der Schleifen 30 und 31 inbezug auf den Durohmesser der Magnete 12 erreicht.level + V and -Y At a certain distance from the zero line lie. This leads to the fact that the trigger attitude 19 to the Points 40 and 41 are triggered «which is considerably opposite dw zero crossings of the pulses 35 and 36 are offset and ea bind these zero crossings, which correspond to the moment that the magnets 12 lie exactly under the loops 30 and 31. A change in the shaft speed leads to a change in the oil content of the pulses 35 * 36.37. However, since the pulse 36 has the same shape as the pulse 35, albeit with the opposite polarity, and since the two trigger levels are the same distance apart have the zero line, the time interval between the zero duration of the pulse 35 and the trigger point 40 becomes equal to that Time interval between the zero passage of the pulse 36 and the trigger point 41. As a result, even considerable changes in the value of these pulses do not reduce the accuracy de · Systems, Bs is also useful, sections of the pulses 35 # 36 and 37 between the positive and negative extreme values to have that run almost in a straight line. This is done by adjusting the width of the loops 30 and 31 appropriately reached on the Durohmesser of the magnets 12.

In Fig.3 ist die Schaltung des Sjflfcems nach Pig.l im einzelnen dargestellt. Das Signal V₃ wird in den Vorverstärker 14 Über zwei Kontakte eines Dreikontakt-Dreiwegschalters 50 eingegeben (der dritte Kontakt befindet sloh am anderen Ende der Schaltung an Meßgerät 24). Sin Standardbezugssignal von z.B. 50 mV bei Netzfrequenz wird über die Leitungen 51 geliefert und kann anstelle des Signals V₃ dem Vorverstärker 14 zu Eich- bzw. überwachung»zwecken zugeführt werden. Eine Schaltung 52 erlaubt die Nulleinstellung des Eingangs des Vorverstärkers 14. Der Vorverstärker besitzt einen negativen RUckkopplungswideretand 53«The circuit of the Sjflfcems according to Pig.l is shown in detail in FIG. The signal V ₃ is input to the preamplifier 14 via two contacts of a three-contact three-way switch 50 (the third contact is located at the other end of the circuit on measuring device 24). A standard reference signal of, for example, 50 mV at mains frequency is supplied via the lines 51 and, instead of the signal V _3, can be fed to the preamplifier 14 for calibration or monitoring purposes. A circuit 52 allows the input of the preamplifier 14 to be set to zero. The preamplifier has a negative feedback resistor 53 «

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Der Vorverstärker 14 speist einen Regelverstärker 15, der' über einen nlcht-polarisierten Tantalkondensator 54 an die Trlggerechaltung 19 angeschaltet 1st. Der Eingang dieser Triggersohaltung besitzt daher keine Oleichstromkoroponenten. Die positive Rückkopplung erfolgt Über den Widerstand 21 und die Triggerpegel +V und -V (Flg.2) können über den Stellwideretand 22 eingestellt werden. Der Ausgang dieser Triggerstufe wird über die Qlättungeatufe 2j5, die einen nicht «polar lsi er ten Tantalkondensator 55 enthält, dem Meßgerät 24 zugeführt. Diese amttungsetufe enthält den dritten Kontakt des Schalters 50« der benutzt werden kann, um eine von zwei Skalen für das Meßgerät auszuwählen. Die andere Seite des Meßgerätes 1st an einen einstellbaren Abzapfpunkt eines Widerstands-Spannungsteilers 56 angeschlossen, um eine Einstellung des Nullpunktes zu ermöglichen.The preamplifier 14 feeds a control amplifier 15, the ' via a non-polarized tantalum capacitor 54 to the Trlggerechaltung 19 switched on 1st. The entrance of this Trigger hold therefore has no direct current coroponents. The positive feedback takes place via the resistor 21 and the trigger levels + V and -V (Flg.2) can be set via the variable resistor 22. The output of this trigger stage is via the smoothing level 2j5, which does not leave you polar Contains tantalum capacitor 55, supplied to the measuring device 24. These amttungsetufe contains the third contact of switch 50 « which can be used to select one of two scales for the meter. The other side of the meter is on one adjustable tapping point of a resistance-voltage divider 56 connected to allow adjustment of the zero point.

Die Sohaltung kann natürlich in verschiedener Weise abgewandelt «erden. Z.B. kann. Indem das Signal von dem Verstärker 16 nach den positiven Eingang des Verstärkers 20 geleitet wird, anstelle es an seinen negativen Eingang zu legen, die Größe des Kondensators 54 auf 2,2/UF vermindert werden,, Da die Rückkopplung Ober den Widerstand 21 natUrlloh noch nach dem positiven Eingang gefUhrt eein muß, wird hierdurch der negative Eingang frei, der mit einer Schaltung 52 anstelle mit Erde verbunden sein kann« Der mittlere Pegel der Triggerspannungen des Verstärkers l4 kann dann leicht eingestellt werden. Es hat sich außerdem gezeigt, daß die Rechteckform der Wellenform verbessert werden kann, indem ein kleiner Kondensator von 600 pF parallel zu dem Widerstand 21 geschaltet wird. Dies vermindert die Frequenzabhängigkeit der Schaltung. Der Ausgang kann außerdem welter geglättet werden, wenn dies z.B. bei Zuführung nach einem Datenschreiber erforderlioh ist.The position in this way can of course be modified in various ways "earth. E.g. can. By following the signal from the amplifier 16 the positive input of the amplifier 20 is passed, instead of connecting it to its negative input, the size of the capacitor 54 can be reduced to 2.2 / UF, since the feedback About the resistor 21 of course after the positive input This releases the negative input, the can be connected to a circuit 52 instead of earth " The mean level of the trigger voltages of the amplifier 14 can then be easily adjusted. It has also been shown that the rectangular shape of the waveform can be improved by a small capacitor of 600 pF is connected in parallel with the resistor 21. This reduces the frequency dependence the circuit. The output can also be smoothed further, if this is necessary e.g. when feeding to a data recorder.

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Eine weitere Eich- und Uberwachungsfunktlon kann erhalten werden, indem zwei zusätzliche Schleifen 60 und 61« wie aus Fig.4 ersichtlich, in den Fühler 13 eingefügt werden. Durch Änderung des Eingangs des Vorverstärkers 14 von den Schleifen 30 und 31 nach den Schleifen 60 und 61 wird die Welle scheinbar um einen Betrag versetzt, der durch die Geometrie der Schleifen 30,31,60 und 6l festgelegt ist.Another calibration and Uberwachungsfunktlon can be obtained by two additional loops can be seen from Fig. 4, inserted into the sensor 13 60 and 61 '. By changing the input of the preamplifier 14 from the loops 30 and 31 to the loops 60 and 61, the shaft is apparently offset by an amount which is determined by the geometry of the loops 30, 31, 60 and 61.

Wie oben beschrieben. Bind die Magnete 12 zylindrisch und in einer nioht-ferromagnetischen Hülse untergebracht. Sie können in mit relativ dichtem Paßsitz versehenen Löchern durch Hochtenperaturkleber fixiert sein oder stattdessen kann die Hülse P aus magnetischem Material bestehen, wobei die Magnete in nicht-raagnetiaohen Stopfen, z.B. aus rostfreiem Stahl, angeordnet sind, die in Gewindelöcher der Hülse eingeschraubt sind. Die äußeren Enden der Magnete können flach ausgebildet sein und in einer Ebene mit der Oberfläche der Hülse liegen oder sie können mit einer Spitze versehen sein, um das von ihnen ausgehende Magnetfeld zu konzentrieren. Es ist jedoch erwünscht, eine Schleifbearbeitung oder eine andere maschinelle Bearbeitung der Magnete zu vermelden, da dies Ihre Festigkeit vermindern kann. As described above. Bind the magnets 12 cylindrical and housed in a non-ferromagnetic sleeve. They can be fixed in holes provided with a relatively tight fit by high-temperature adhesive or, instead, the sleeve P can consist of magnetic material, the magnets being arranged in non-magnetic plugs, e.g. made of stainless steel, which are screwed into threaded holes in the sleeve. The outer ends of the magnets can be flat and in one plane with the surface of the sleeve or they can be pointed to concentrate the magnetic field emanating from them. However, it is desirable to avoid grinding or other machining of the magnets as this can reduce their strength.

Anstelle der Anordnung permanenter Magnete kann die Hülse aus magnetischem Werkstoff hergestellt sein und mit vorspringenden " Spitzen ausgestattet sein. In diesem Falle wird ein Permanentnagnet oder ein Elektromagnet als Jοoh vorgesehen, das von einer Stelle hinter dem Fühler nach der Seite der Hülse verläuft. Die Benutzung von Permanentmagneten begrenzt die Maximalteraperatur, bei der die Vorrichtung arbeitsfähig ist.Instead of the arrangement of permanent magnets, the sleeve can be made of magnetic material and with protruding In this case, a permanent magnet or an electromagnet is provided as a Jοoh, which is operated by a Position behind the feeler to the side of the sleeve. The use of permanent magnets limits the maximum temperature, at which the device is operable.

Bei der vorstehend unter Bezugnahme auf Fig.l beschriebenen Anordnung ist das, was tatsächlich gemessen wird, die BewegungIn the case of the one described above with reference to FIG Arrangement is what is actually measured, movement

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. ₉ . 2QT5567. ₉ . 2QT5567

des untersten Teils der Grenzschicht der Welle 1.0. Bei einer Dampfturbine« wo der Weüendurchmesser und die Teraperaturver»- änderungen beide sehr groß sind, kann diese Bewegung entweder von einer körperlichen Bewegung der Welle insgesamt oder von eine? thermischen Ausdehnung bzw. Zusammenziehung der Welle herrühren. Um eine Unterscheidung zwischen diesen beiden Fällen zu ermöglichen, kann die Anordnung nach Fig.5 benutzt werden. Bei dieser Anordnung ist ein zweiter Fühler 13^s vorgesehen, der dem Fühler 13 identisch ist und der Fühler 13* ist diametral gegenüberliegend dem Fühler 13 angeordnet und er speist eine zweite identische Stufe. Eine körperliche Bewegung der Welle 10 in der Richtung 25 erzeugt einander entgegengesetzte änderungen in den Ausgängen der beiden Fühler. So zeigt die Differenz der Ausgänge eine körperliche Bewegung an. Eine thermische Ausdehnung der Welle erzeugt identische änderungen in den Ausgängen und so zeigt die Summe der Ausgänge die thermische Expansion an.the lowest part of the boundary layer of wave 1.0. In the case of a steam turbine "where the pipe diameter and the temperature change" - changes are both very large, this movement can either come from a physical movement of the shaft as a whole or from one? thermal expansion or contraction of the shaft. In order to enable a distinction between these two cases, the arrangement according to FIG. 5 can be used. In this arrangement, a second sensor 13 ^{s is} provided, which is identical to the sensor 13 and the sensor 13 * is arranged diametrically opposite the sensor 13 and it feeds a second identical stage. A physical movement of the shaft 10 in the direction 25 produces mutually opposite changes in the outputs of the two sensors. So the difference in the outputs indicates physical movement. A thermal expansion of the shaft produces identical changes in the outputs and so the sum of the outputs shows the thermal expansion.

Fig.6 zeigt eine andere Ausfuhrungsform zur Feststellung einer seitlichen Bewegung der Welle 10. Die Magnete 12 sind radial in der Hülse 11 angeordnet und anstelle des Fühlers 13 naoh Flg.l sind zwei Haarnadelschleifen 80 und 81 an dfc- «etral gegenüberliegenden Punkten in der Nähe der Hülse 11 angeordnet, wobei beide Schleifen 80 und 81 parallel zur Achse der Welle verlaufen. Die Zahl der Magnete 12 muß bei dieser AusfUhrungsform ungradzahlig sein. Die Schleifen 80 und 81 sind so gestaltet, daß sie eine Wellenform ähnlich der Wellenform Vg naoh Fig.2 ergeben und eine Schaltung speisen, die identisch jener nach Fig.l und 3 ist. Bei dieser AusfUhrungsform wird die seitliche Versetzung der Welle 10 in der Richtung 62 gemessen. Die Bezugslinien bei dieser Ausführungsform sind nicht die Mittellinien der Schleifen 60 und Sl, sondern die Radiallinien senkrecht zu jenen Linien, d.h. die Linien, die6 shows another embodiment for determining a lateral movement of the shaft 10. The magnets 12 are arranged radially in the sleeve 11 and instead of the sensor 13 naoh Flg.l are two hairpin loops 80 and 81 on dfc- «Etrally opposite points near the sleeve 11 arranged with both loops 80 and 81 parallel to the axis run along the wave. The number of magnets 12 must be odd in this embodiment. The loops 80 and 81 are designed so that they give a waveform similar to the waveform Vg naoh Fig.2 and feed a circuit which is identical that according to Fig.l and 3 is. In this embodiment becomes the lateral displacement of the shaft 10 in the direction 62 measured. The reference lines in this embodiment are not the center lines of the loops 60 and S1, but the radial lines perpendicular to those lines, i.e. the lines which

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- ίο -- ίο -

senkrecht zu den Ebenen der Schleifen verlaufen und die Mittellinien der Schleifen schneiden. Die in den Schleifen induzierten Impulse laufen durch Null, wenn die Magnete durch die Be- »ugslinien hindurch treten« aber die Stärke dieser Impulse Ködert sich, wenn sich die Welle in Querrichtung bewegt. Diese Änderung der Stärke kann kompensiert werden, z.B. dadurch, daß ein geschalteter veränderbarer Abschwächer in den Verstärker 14 vorgesehen wird, der durch ein Verschiebeausgangssignal ▼on der Triggerschaltung 19 gesteuert wird. Der Wert dieser AuefUhrungsform liegt in der Tatsache, daß sie unabhängig von LKngsbewegungen der Welle 10 1st, während die Signalstärke und Wellengestalt bei der AusfUhrungsform nach Pig.l in schädlicher Weise duroh eine Längsbewegung der Welle beeinträchtigt wird.run perpendicular to the planes of the loops and intersect the center lines of the loops. The impulses induced in the loops pass through zero when the magnets are But »pass through ug lines« is the strength of these impulses Lures itself when the wave moves sideways. These Change in strength can be compensated for, e.g. by a switched variable attenuator is provided in amplifier 14 which is controlled by a shift output signal ▼ on the trigger circuit 19 is controlled. The value of this Embodiment lies in the fact that it is independent of LKing movements of the wave 10 1st while the signal strength and wave shape in the embodiment according to Pig harmful way duroh a longitudinal movement of the shaft is impaired.

Bei der AusfUhrungsform nach Fig.6 sind die Schleifen 60 und 81 weit von den Punkten entfernt, naoh denen sich die Welle in Meßrichtung hin bewegen kann und eine ordnungsgemäße Messung des Absolutwertes eines Spiels an diesen Punkten 1st deshalb schwierig, obgleich Änderungen in der Wellenlage leicht gemessen werden können. Dieser Nachteil kann durch die abgewandelte AusfUhrungsforra nach Fig. 7 und 8 beseitigt werden.In the embodiment according to FIG. 6, the loops 60 and 81 far from the points near which the shaft can move in the direction of measurement and a proper measurement the absolute value of backlash at these points is therefore difficult, although changes in shaft position can easily be measured. This disadvantage can be caused by the modified AusfUhrungsforra according to Fig. 7 and 8 are eliminated.

Qemäß Flg.7 besitzt die Welle 10 einen Ring von Magneten 12, aber anstelle der diametral gegenüberliegenden Sohleifen 80 und 81 gemäß Flg.6 sind zwei Gruppen von Schleifen 100 und 101 in gleiohen Abstand von der Vertikalen angeordnet. Es wird die Bewegung in Richtung des Pfeiles 102 abgefühlt. JBs 1st klar^ da3 bei Benutzung einzelner Schleifen an den Stellen und 101 die Empfindlichkeit der Anordnung geringer wäre als bei einer Anordnung mit Schleifen an den Stellen 80 und 81.According to Fig. 7, the shaft 10 has a ring of magnets 12, but instead of the diametrically opposite sole loops 80 and 81 according to FIG. 6, two groups of loops 100 and 101 are arranged at the same distance from the vertical. It will the movement in the direction of arrow 102 is sensed. JBs 1st clear ^ da3 when using individual loops at the points and 101 the sensitivity of the arrangement would be less than in the case of an arrangement with loops at points 80 and 81.

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D.h. es wäre eine größere Bewegung der Welle erforderlich, um die gleiche Änderung des Ausgangssignales zu erzeugen/Zur Kompensation dieser Empflndliohkeitsverminderung könnte die Zahl der Magnete erhöht werden. Dies ist jedoch aus verschiedenen Oründen unzweckmäßig. Der Verlust an Empfindlichkeit wird deshalb vorzugsweise dadurch kompensiert, daß Mehrfachschleifen anstelle von Einzelschleifen benutzt werden.I.e. a larger movement of the shaft would be required to to generate the same change in the output signal / To compensate for this decrease in sensitivity, the number the magnets are increased. However, this is inexpedient from various sources. The loss in sensitivity is therefore preferably compensated for by creating multiple loops can be used instead of single loops.

In Fig.8 sind die Gruppen der Schleifen 100 und 101 im einzelnen dargestellt. Anstelle einer Einzelschleife besteht jede Gruppe aus m-Schleifen (im AusfUhrungsbeispiel ist m = 3). Der Abstand χ ■' zwischen benachbarten Schleifen jeder Gruppe beträgt l/m mal Abstand zwischen benachbarten Magneten 12. So induzieren die Magnete eine Reihe von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Impulsen in den Schleifen jeder Gruppe mit der m-fachen Frequenz, die durch eine Einfachschleife erzeugt würde. Die Sohlelfen jeder Oruppe sind, wie dargestellt, in Reihe geschaltet! Außerdem muß der Abstand zwischen den Schleifen der Gruppe 100 und jenen der Gruppe 101 ein ungradzahliges Vielfaches von x/2 sein, wie durch die Skala am Fu3 der Fig.2 angedeutet. Die In der Gruppe der ScHeIfen 101 induzierten Impulse erscheinen daher in der Mitte zwischen den Impulsen, die in den Schleifen der Gruppe 100 Induziert wurden.In Figure 8, the groups of loops 100 and 101 are detailed shown. Instead of a single loop, each group consists of m-loops (in the exemplary embodiment, m = 3). The distance χ ■ ' between adjacent loops of each group is l / m times the distance between adjacent magnets 12. So induce the Magnets a series of equally spaced pulses in the loops of each group with m times Frequency that would be generated by a single loop. The sole elves of each group are connected in series as shown! In addition, the distance between the loops of group 100 and those of group 101 an odd multiple of x / 2, as indicated by the scale at Fu3 of Fig.2. the In the group of legs 101 induced impulses appear therefore in the middle between the pulses that are in the loops of group 100 were induced.

Diese Anordnung ist äquivalent einer Anordnung, bei der die Zahl der Magnete um den Faktor m multipliziert ist, aber es ergibt sieh eine bedeutend einfachere Herstellung. Natürlich wird der Abstand χ tatsächlich unter Bezugnahme auf den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Magnetfeldern am Radius der Gruppen von Schleifen 100 und 101 berechnet.Der Grenzwert der Schleifenzahl jeder Gruppe wird durch den Magnetdurchmesser bestimmt. Die Breite einer Jeden Schleife ist vorzugsweise gleich dem Durchmesser des Magneten und χ sollte wenigstens doppelt so groß sein.This arrangement is equivalent to an arrangement in which the number the magnet is multiplied by the factor m, but it gives see a significantly easier manufacture. Of course it will Distance χ actually referring to the distance between successive magnetic fields on the radius of the groups of loops 100 and 101. The limit of the number of loops each group is determined by the magnet diameter. The width of each loop is preferably equal to the diameter of the magnet and χ should be at least twice as large.

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Pig.9 zeigt eine weitere Abwandlung der Ausführungsform nach Pig.7 und 8. Bei der Ausführungsform nach Pig.7 ergibt die Bewegung der Welle in Richtung 103 einen kleinen Fehler, da die beiden Gruppen von Fühlschleifen 100 und 101 sich von der Welle weg bsw. auf diese zu bewegen. In Flg.9 sind die Oruppen von Schleifen 100 und 101 etwas um die Welle herum bewegt und ein Doppelpaar von Gruppen 100^s und 101* ist in symmetrischer Lage In der anderen Richtung um die Welle herum versetzt. Eine Bewegung der Welle in Richtung 103 erzeugt daher gleiche und entgegengesetzte Fehler in den Ausgängen der Stufen, die von diesen beiden Paaren von Gruppen von Schleifen gespeist wurden. Durch Addition der beiden Ausgänge werden diese Fehler kompensiert.Pig.9 shows a further modification of the embodiment according to Pig.7 and 8. In the embodiment according to Pig.7, the movement of the shaft in direction 103 results in a small error, since the two groups of sensing loops 100 and 101 move away from the shaft, for example . move on to this. In Fig. 9 the groups of loops 100 and 101 are moved a little around the shaft and a double pair of groups 100 ^s and 101 * is offset in a symmetrical position in the other direction around the shaft. Movement of the shaft in direction 103 therefore produces equal and opposite errors in the outputs of the stages fed by these two pairs of groups of loops. These errors are compensated for by adding the two outputs.

Da die Bedingungen innerhalb einer Dampfturbine schwierig sind« weil der Dampf einen hohen Druck hat und hohe Temperaturen und Geschwindigkeiten auftreten, 1st es erwünscht, die Fühler möglichst robust zu gestalten. Eine hierfür geeignete Konstruktion let In Flg.10 für den Fühler 13 der Ausführungsform nach Fig-I dargestellt. Eine Platte 110, z.B. aus rostfreiem Stahl, besitzt zwei V-förmig verlaufende Nuten und zwei Schleifen 30,31 werden in den die Schenkel des V bildenden Nuten durch einen nicht-dargestellten Keramikkleber gehalten. (Es ist zweckmäßig,die beiden Schleifen am Scheitel des V miteinander zu verbinden, anstelle eine Verbindung auf der anderen Seite herzustellen, wie dies au« Flg.l ersichtlich 1st. Dies beeinflußt jedoch offenslohtlieh nicht die Arbeitsweise der Vorrichtung). Der Ränder der Nut sind genügend weit von den Drähten der Schleife entfernt, um Irgendeinen magnetischen Einfluß zu vermelden. Die Platte wird dann durch einen nlcht-dargestellten dünnen metallischen Schutzdeckel abgeschlossen, der z.B. aus rostfreiem Stahl besteht und an der Platte 110 verschweißt ist.Since the conditions inside a steam turbine are difficult « Because the steam has a high pressure and high temperatures and speeds occur, it is desirable to make the sensors as robust as possible. A suitable construction for this let in Flg.10 for the sensor 13 of the embodiment according to Fig-I shown. A plate 110, for example made of stainless steel, has two V-shaped grooves and two loops 30, 31 held in the grooves forming the legs of the V by a ceramic adhesive (not shown). (It is convenient to both Connecting loops together at the vertex of the V instead of connecting on the other side like this au «Flg.l can be seen 1st. However, this obviously affects not the operation of the device). The edges of the groove are far enough away from the wires of the loop to report any magnetic influence. The plate is then through a thin metallic protective cover (not shown), which is made of stainless steel, for example, and is attached to the plate 110 is welded.

Stattdessen können die die Schleifen bildenden Drähte in einem Isoliermetallblatt, z.B. aus rostfreiem Stahl, eingeschlossenInstead, the wires forming the loops can be enclosed in a sheet of insulating metal such as stainless steel

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sein und z.B. durch Elektronenstrahlverschweißung auf einer Netallagerplatte verschweißt sein, die ihrerseits an der Innenseite des Turbinengehäuses ohne weiteren Schutz befestigt werden kann. and be welded, for example, by electron beam welding on a metal bearing plate , which in turn can be attached to the inside of the turbine housing without any further protection.

Patentansprüche!,Patent claims!

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Claims (1)

PatentansprücheClaims 1.1 Verfahren zur Messung kleiner Relatiwerschiebungen gegeneinander um eine einzige Achse drehbar gelagerter Körper in Richtung senkrecht zu dieser Drehachse, dadurch gekennzeichnet ,1.1 Method for measuring small relative displacements of bodies rotatably mounted against one another about a single axis in the direction perpendicular to this axis of rotation, characterized in that daß auf dem einen Körper ein Bezugspunkt markiert wird, der bei R elatlvdrehung einen kreisbogenförmigen Pfad relativ zu dem anderen Körper durchläuft, daß auf dem anderen Körper erste und zweite Bezugslinien definiert werden, die diesen Kreis an Punkten schneiden, deren Abstand längs des Kreises konstant 1st, um den Kreis senkrecht zur Meßrichtung zu versetzen, aber nicht in Richtung der Messung, und daß die Zeit gemessen wird, die der Bezugspunkt benötigt, um sich zwischen der ersten und zweiten Bezugslinie zu bewegen.that a reference point is marked on one body, the with relative rotation an arcuate path relative to runs through the other body that first and second reference lines are defined on the other body, which these Intersect the circle at points whose distance along the circle is constant in order to offset the circle perpendicular to the direction of measurement, but not in the direction of measurement, and that the The time taken for the reference point to move between the first and second reference lines is measured. 2. Verfahren nach Anspruch 1,2. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß die Bezugslinien senkrecht zum Kreis stehen und symmetrischthat the reference lines are perpendicular to the circle and symmetrical um die Meßrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind.are arranged around the measuring direction at a distance from one another. 3. Verfahren nach Anspruch 1,3. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugslinien in einem Winkel aufeinander am gleiohen characterized in that the reference lines are aligned at an angle to one another Punkt des Kreises stehen.Stand point of the circle. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,4. The method according to claims 1 to 5, characterized , daß mehrere Bezugspunkte und/oder erste und zweite Bezugslinien im gleiohen Abstand um den Kreis herum angeordnet sind.that several reference points and / or first and second reference lines are arranged at the same distance around the circle. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,5. Device for performing the method according to claims 1 to 4, dadurch gekennzeichnet , characterized in 009842/1254009842/1254 daß die beiden Körper von einer Welle und dem Wellenlager gebildet werden, daß der oder die Bezugspunkte auf der Welle durch einen Magnet definiert sind, daß die Bezugslinien vom ortsfesten Gehäuse übertragen werden .und durch Jeweils schmale Drahtschleifen gebildet werden, und daß die Versetzung durch eine Schaltung angezeigt wird, die von den Drahtschleifen gespeist wird und die Zeitintervall® zwischen den von den Schleifen ausgehenden Impulsen mißt·that the two bodies of a shaft and the shaft bearing be formed that the reference point or points on the Shaft are defined by a magnet that the reference lines are transmitted from the stationary housing .and through In each case narrow wire loops are formed, and that the displacement is indicated by a circuit that is fed by the wire loops and the Zeitintervall® measures between the pulses emanating from the loops 6. Vorrichtung nach Anspruch 5# zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,6. Apparatus according to claim 5 # for performing the method according to claim 2, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Magnet radial auf der Welle gehaltert ist und daß zwei Schleifen parallel zur Achse der Welle angeordnet sind.that the magnet is supported radially on the shaft and that two loops are arranged parallel to the axis of the shaft. 7· Vorrichtung nach Anspruch 5, zur Durchführung des Verfahrens ₍ nach Anspruch 3,7 device according to claim 5, for performing the method ₍ according to claim 3, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Magnet parallel zur Achse der Welle gehaltert ist und daß zwei Schleifen in einer Ebene senkrecht zur Achse angeordnet sind.that the magnet is held parallel to the axis of the shaft and that two loops in a plane perpendicular to the axis are arranged. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6,8. Apparatus according to claim 6, dadurch gekenn z* «lehnet,characterized by this z * «rejects, daß die beiden Schleifen diametral gegenüberliegend angeordnet sind.that the two loops are arranged diametrically opposite one another. 9v Vorrichtung nach Anspruch 6, , .9v device according to claim 6,,. dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t ,thereby g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die beiden Schleifen in einem Winkel zueinander angeordnet sind und in einem Winkel distanziert sind, der.wesentlich kleiner ist als l60° längs des Kreises.that the two loops are arranged at an angle to each other and are distanced at an angle that is essential is less than 160 ° along the circle. 0098.427-125*-·;0098.427-125 * - ·; - It) -- It) - 10» Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daQ die beiden Schleifen neben sich ein weiteres Schleifenpaar aufweisen, die den gleichen Abstand zwischen sich besitzen, wobei jede Gruppe der beiden Schleifen eine getrennt· PUhIstufe speist und die Ausgänge der beiden Fühlstufen kombiniert werden.Device according to claim 9, characterized in that the two loops next to each other have a further pair of loops which have the same distance between them, each group of the two loops feeding a separate PUhI stage and the outputs of the two sensing stages being combined. 11* Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Schleifen aus mehreren in Reihe geschalteten Schleifen beetehen.11 * device according to claims 9 and 10, characterized in that the loops are made up of several loops connected in series beetehen. P IS. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , däS die beiden Schleifen ein zweites gleiches Paar von Schleifen besitzen, die diametral gegenüberliegend angeordnet Und, wobei jedes Schleifenpaar einen getrennten Fühler ipeiat. P IS. Device according to Claim 7, characterized in that the two loops have a second identical pair of loops, which are arranged diametrically opposite one another and each pair of loops has a separate sensor. I?. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Schleifen jedes Schleifenpaares einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und eine abgeglichene Trigger·" etufβ speisen.I ?. Device according to claims 5 to 12, characterized in that the two loops of each pair of loops have an opposite one Have winding sense and a balanced trigger " dine etufβ. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, * dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der abgeglichenen Triggerstufe ebenfalls abgeglichen 1st und geglättet wirdi um ein Signal zu erzeugen, das der zu messenden Versetzung entspricht.14. The device according to claim 13, * characterized in that that the output of the balanced trigger stage is also balanced and smoothed in order to generate a signal that corresponds to the displacement to be measured. 009842/1254009842/1254 Leerse-iteSpace