DE29811115U1 - Measuring system for recording the spindle force on fittings - Google Patents
Measuring system for recording the spindle force on fittingsInfo
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Description
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Istec
22.6.1998Istec
22.6.1998
'Meßsystem zur Erfassung der Spindelkraft an Armaturen"'Measuring system for measuring the spindle force on valves'
Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur Erfassung der Spindelkraft an Armaturen, welche jeweils eine Armaturspindel zum Bewegen eines Schließkörpers aufweisen.The invention relates to a measuring system for detecting the spindle force on valves, each of which has a valve spindle for moving a closing body.
Die Anmturenfunktion wird während des Anlagenbetriebs durch Veränderungen der Reibwerte zwischen Spindel und Spindehnutter, Spindel und Stopfbuchse sowie zwischen Schließkörper und Gehäuse beeinflußt. Bei erhöhten Reibwerten infolge von Alterungseinflüssen oder Materialablagerungen können bei Spindelarmaturen bei gleichem aufgebrachtem Drehmoment zu geringe Stellkräfte für den Öfrhungs- und Schließvorgang auftreten und zu einem Fehlverhalten der Armatur führen. Bei verringerten Reibwerten können bei Spindelarmaturen die durch den Mediumeindruck auftretenden Kräfte in Gegenrichtung zu einem Fehlöflhen der Armatur führen. Die Veränderungen der Spindelkraft während des Anlagenbetriebs sind mit den herkömmlichen Meßverfahren der Drehmomentmessung oder insbesondere der Wirkleistungsmessung bei motorgetriebenen Armaturen nicht ausreichend genau bestimmbar.The valve function is influenced during system operation by changes in the friction values between the spindle and spindle expansion nut, spindle and stuffing box, and between the closing body and housing. If the friction values increase due to aging or material deposits, spindle valves may have insufficient actuating forces for the opening and closing process at the same applied torque, leading to malfunction of the valve. If the friction values are reduced, the forces in the opposite direction caused by the pressure of the medium in spindle valves may lead to the valve opening incorrectly. The changes in the spindle force during system operation cannot be determined with sufficient accuracy using conventional measuring methods for torque measurement or, in particular, effective power measurement for motor-driven valves.
Aus der WO 96/30684 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem die Spindelkraft in situ gemessen und unter Anwendung von Verfahren der Analyse des Zeitsignals ausgewertet wird.A method is already known from WO 96/30684 in which the spindle force is measured in situ and evaluated using time signal analysis methods.
Bislang ist noch kein Meßsystem bekannt, welches für ein solches Verfahren optimal geeignet ist.So far, no measuring system is known that is optimally suited for such a procedure.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Meßsystem bereitzustellen, welches fur das Meßverfahren aus der WO 96/30684 optimal geeignet ist und eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile herkömmlicher Meßverfahren bezüglich der Messung der Stellkraft durch unzureichend erfaßte Einflußverfahren zu vermeiden und eine kontinuierliche Erfassung der Spindelkraft durch Spindelarmaturen zu ermöglichen.It is an object of the invention to provide a measuring system which is optimally suited for the measuring method from WO 96/30684 and a further object of the invention is to avoid the disadvantages of conventional measuring methods with regard to the measurement of the actuating force due to inadequately recorded influence methods and to enable continuous recording of the spindle force by spindle fittings.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Meßsystem Einrichtungen aufweist, welche die bei dem Betätigen der Armatur aufgebrachte Spindelkraft messen, als Zeitsignal abspeichern sowie im Ergebnis grafisch darstellen, wobei folgendes vorgesehen ist:This task is solved by the measuring system having devices which measure the spindle force applied when the valve is operated, store it as a time signal and graphically display the result, whereby the following is provided:
a) Ein Kraftsensor, kraft schlüssig an einer Position in Kraftrichtung der wirkenden Spindelkraft angeordnet, für den Einsatz in funktionseingebundenem eingebautem Zustand der Armatur;a) A force sensor, arranged in a force-locking manner at a position in the direction of the acting spindle force, for use in the functionally integrated installed state of the valve;
b) Eine Kalibriermeßeinrichtung, welche zur Kalibrierung des eingebauten Kraftsensors hinsichtlich der zu messenden Spindelkraft dient und die Übertragungsfunktion der Spindelkraftwirkung auf die Meßposition des Kraftsensors mißt, abspeichert und auswertet;b) A calibration measuring device which serves to calibrate the installed force sensor with regard to the spindle force to be measured and which measures, stores and evaluates the transfer function of the spindle force effect on the measuring position of the force sensor;
c) Meßumformer, Vorverstärker, Verstärker und Filter zur Bearbeitung des Meßsignals des Kraftsensors und ein Analog-ZDigital-Umformer zur Wandelung des bearbeiteten Meßsignals in eine digitale Zeitreihe;c) measuring transducer, preamplifier, amplifier and filter for processing the measuring signal of the force sensor and an analog-to-digital converter for converting the processed measuring signal into a digital time series;
d) Eine Einrichtung zur automatischen Abspeicherung des digitalisierten Meßsignals des Kraftsensors nach Triggerung durch ein externes Triggersignal wie das Signal einer Stromzange insbesondere bei elektromotorisch angetriebenen Armaturen oder durch das Kraftsignal selbst bei Betätigung der Armatur für die Zeit der jeweiligen Auf- oder Zufahrt undd) A device for automatically storing the digitalised measurement signal of the force sensor after triggering by an external trigger signal such as the signal of a current clamp, particularly in the case of electric motor-driven valves or by the force signal itself when the valve is actuated for the time of the respective opening or closing movement and
e) ein PC zum Auslesen der gespeicherten Daten und zur grafischen Darstellung für die Auswertung.e) a PC for reading the stored data and for graphical representation for evaluation.
Vorzugsweise ist der Kraftsensor ein Dehnmeßstreifen.
Ebenfalls vorzugsweise ist der Kraftsensor ein Drucksensor.Preferably, the force sensor is a strain gauge.
Also preferably, the force sensor is a pressure sensor.
C:/je-98/06-98/Sp-A-BS.docC:/je-98/06-98/Sp-A-BS.doc
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Weiterhin vorzugsweise ist der Kraftsensor ein piezoelektrischer Kraftmeßring.Furthermore, the force sensor is preferably a piezoelectric force measuring ring.
Bevorzugt ist der Kraftsensor an der Spindel montiert.Preferably, the force sensor is mounted on the spindle.
Ebenfalls bevorzugt ist der Kraftsensor an einer Hubbegrenzung montiert.Also preferably, the force sensor is mounted on a stroke limiter.
Weiterhin bevorzugt ist der Kraftsensor an einer Verbindungsschraube an einem Flansch zwischen Armatur und Antrieb montiert.Furthermore, the force sensor is preferably mounted on a connecting screw on a flange between the valve and the actuator.
Vorzugsweise ist der Kraftsensor an einem Gehäusedeckel der Armatur montiert.Preferably, the force sensor is mounted on a housing cover of the valve.
Bei dem erfindungsgemäßen Meßsystem wird mit Hilfe der kontinuierlichen Bewertung eine deutlich verbesserte zustandsorientierte Wartung als eine Maßnahme zur Schadensverhütung und damit eine verbesserte Sicherstellung der Armaturenfunktion ermöglicht.With the measuring system according to the invention, continuous evaluation enables significantly improved condition-based maintenance as a measure for damage prevention and thus improved assurance of valve function.
Im Falle eines piezoelektrischen Kraftaumehmers wird der Kraftmeßring zum Beispiel in der Ausführung einer Unterlegscheibe an einer Verbindungsschraube am Flansch zwischen Armatur und Antrieb montiert und mit Hilfe der Schraubenmutter mit der für die Schraubverbindung spezifizierten Vorspannkraft befestigt. Der Kraftsensor ist in Richtung der Spindelkraft zu montieren, so daß bei Kraftwirkung eine Zug- oder Druckbeanspruchung an der Sensorposition auftritt und eine entsprechende Veränderung der Meßgröße hervorruft. Bei einem piezoelektrischen Kraftmeßring wird dabei durch den piezoelektrischen Effekt eine Ladung erzeugt.In the case of a piezoelectric force sensor, the force measuring ring is mounted, for example in the form of a washer, on a connecting screw on the flange between the valve and the actuator and is fastened using the screw nut with the preload force specified for the screw connection. The force sensor is to be mounted in the direction of the spindle force so that when a force is applied, a tensile or compressive stress occurs at the sensor position and causes a corresponding change in the measured variable. In the case of a piezoelectric force measuring ring, a charge is generated by the piezoelectric effect.
In einer Kalibrier-Messung mit Hufe eines kalibrierten Vergleichsaufiiehmers in einer Kalibrier-Meßeinrichtung wird die Spindelkraft direkt an der Spindelmutter bei der Armaturbetätigung gemessen und das entsprechende Kraftsignal des eingebauten und für die kontinuierliche Meßwerterfassung vorgesehenen Kraftsensors kalibriert. DieIn a calibration measurement with the help of a calibrated comparison sensor in a calibration measuring device, the spindle force is measured directly on the spindle nut when the valve is actuated and the corresponding force signal of the built-in force sensor intended for continuous measurement is calibrated.
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Kalibrier-Meßeinrichtung wird während des Anlagenbetriebs entfernt, so daß ein ungestörter Betrieb der Armatur gewährleistet wird.The calibration measuring device is removed during system operation to ensure uninterrupted operation of the valve.
Das Signal des Kraftsensors wird über einen Meßumformer in ein Spannungssignal gewandelt. Im Fall eines piezoelektrischen Kraftmeßrings ist dieser Meßumformer ein auf den Meßring abgestimmter Ladungsverstärker. Das Spannungssignal am Ausgang des Meßumformers wird mit Hilfe eines Verstärkers für die optimale Aussteuerung des Analog-/Digital-Wandlers verstärkt und mit Hilfe eines Antialiasing-Filters für die digitale Abtastung gefiltert. Anschließend wird das Meßsignal mit Hilfe eines Analog-/Digital-Wandlers in eine digitale Datenreihe gewandelt und der Datenerfassungseinheit zugeführt. Im Falle eines externen Triggersignals wird dieses Triggersignal ebenfalls verstärkt, gefiltert und in eine digitale Datenreihe gewandelt. Die Datenerfassungseinheit befindet sich nach Inbetriebsetzung der Meßeinrichtung stets im Meßmodus, die Meßdaten werden in einem Ringspeicher gespeichert. Bei dem Ansprechen des Triggersignals bei Betätigung der Armatur erfolgt die Speicherung der Meßdaten im Hauptspeicher als eine digitale Zeitreihe. Nach dem Ende der Armaturenfahrt wird die Datenspeicherung im Hauptspeicher beendet und es erfolgt eine neue Datenablage im Ringspeicher. Die Datenerfassungseinheit befindet sich dann im Meßmodus im Stand-By-Betrieb.The signal from the force sensor is converted into a voltage signal by a measuring transducer. In the case of a piezoelectric force measuring ring, this measuring transducer is a charge amplifier matched to the measuring ring. The voltage signal at the output of the measuring transducer is amplified using an amplifier for optimal control of the analog/digital converter and filtered using an anti-aliasing filter for digital sampling. The measurement signal is then converted into a digital data series using an analog/digital converter and fed to the data acquisition unit. In the case of an external trigger signal, this trigger signal is also amplified, filtered and converted into a digital data series. After the measuring device has been started up, the data acquisition unit is always in measurement mode and the measurement data is stored in a ring buffer. When the trigger signal is triggered when the valve is operated, the measurement data is stored in the main memory as a digital time series. After the valve travel has ended, data storage in the main memory is terminated and new data is stored in the ring buffer. The data acquisition unit is then in stand-by mode in measurement mode.
Das Triggersignal kann ein externes Signal wie zum Beispiel das Signal einer Stromzange insbesondere bei motorgetriebenen Armaturen oder das Kraftsignal selbst sein. Entsprechend der Auslegung des Hauptspeichers können mehrere Armaturenfahrten der Armatur bei laufendem Anlagenbetrieb automatisch abgespeichert werden. Die gespeicherten digitalen Zeitreihen der Armaturenfahrten können mit Hufe eines PC ausgelesen und grafisch dargestellt werden.The trigger signal can be an external signal such as the signal from a current clamp, particularly in the case of motor-driven valves, or the force signal itself. Depending on the design of the main memory, several valve movements can be automatically saved while the system is running. The saved digital time series of the valve movements can be read out using a PC and displayed graphically.
Auf der Basis der Auswertung der Kraft signale können wichtige Informationen und Hinweise zur Unterstützung der Maßnahmen zur zustandsorientierten Wartung und Instandsetzung abgeleitet und die jeweilige Stellkraftreserve des Antriebs ermittelt werden.Based on the evaluation of the force signals, important information and instructions can be derived to support the measures for condition-based maintenance and repair and the respective actuating force reserve of the drive can be determined.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren beschrieben, von denen dieThe invention will now be described with reference to the figures, of which the
Figur 1 eine teilweise Schnittaufhahme einer Armatur mit einem erfindungsgemäßen Meßsystem zeigt,Figure 1 shows a partial sectional view of a fitting with a measuring system according to the invention,
Figur 2 ein Blockschaltbild des Meßsystems zeigt undFigure 2 shows a block diagram of the measuring system and
Figur 3 einen Graph zeigt, welcher die Spindelkraft wiedergibt.Figure 3 shows a graph representing the spindle force.
Figur 1 zeigt im Beispiel eine Armatur mit der Meßfunktion für einen piezoelektrischen Kraftmeßring an einer Verbindungsschraube am Flansch zwischen Armatur und Stellantrieb sowie die Kalibrienneßeinrichtung mit einem piezoelektrischen Vergleichssensor unterhalb der Hubbegrenzungsmutter (HBM). Weiterhin sind optionale Meßpositionen für Dehnmeßstreifen zur Messung der Spindelkraft angegeben.Figure 1 shows an example of a valve with the measuring function for a piezoelectric force measuring ring on a connecting screw on the flange between the valve and the actuator, as well as the calibration measuring device with a piezoelectric comparison sensor below the stroke limiting nut (HBM). Optional measuring positions for strain gauges for measuring the spindle force are also indicated.
Figur 2 zeigt ein Schema der Meßeinrichtung zur Erfassung der Spindelkraft an Armaturen mit der Ableitung des Meß signals, wie zum Beispiel das Signal eines piezoelektrischen Aufnehmers, des externen Triggersignals, wie zum Beispiel das Signal einer Stromzange insbesondere bei motorbetriebenen Armaturen, der Meßkette zur Aufbereitung der Meßgrößen mit entsprechenden Meßumformern, Verstärkern, Filtern und der Analog'/Digital-Wandlung. Das Datenloggersystem ist dargestent als eine Einheit, bestehend aus der Datenerfassung und dem Mikroprozessor mit den Funktionen Steuerung, Speicherung, Management, Kraftrechnung, Datenausgabe sowie der Speicherung der digitalen Zeitreihe. Die Daten können mit einem PC ausgelesen und dargestellt werden. Es ist weiterhin vorgesehen, die Daten über ein Netzwerk (Local Area Network) an eine zentrale Auswerteeinheit zu übertragen und zu bewerten.Figure 2 shows a diagram of the measuring device for recording the spindle force on fittings with the derivation of the measuring signal, such as the signal from a piezoelectric sensor, the external trigger signal, such as the signal from a current clamp, particularly in motor-operated fittings, the measuring chain for processing the measured variables with corresponding measuring transducers, amplifiers, filters and the analogue/digital conversion. The data logger system is shown as a unit consisting of the data acquisition and the microprocessor with the functions of control, storage, management, force calculation, data output and storage of the digital time series. The data can be read out and displayed using a PC. It is also planned to transmit the data to a central evaluation unit via a network (local area network) and to evaluate it.
Figur 3 zeigt die grafische Darstellung des Zeitverlaufs eines gemessenen Kraftsignals an einem motorbetriebenen Ventil bei der Armaturenfahrt in Schließrichtung als ein Beispiel der Ergebnisdarstellung.Figure 3 shows the graphical representation of the time course of a measured force signal on a motor-operated valve during valve travel in the closing direction as an example of the result representation.
In den Zeichnungen gelten für die Bezugszeichen folgende Begriffe:In the drawings, the following terms apply to the reference symbols:
1 Spindel1 spindle
2 Stellantrieb2 Actuator
3 Kraftmessung3 Force measurement
4 Spindelmutter (Reibung Spindel)4 Spindle nut (friction spindle)
5 Beschleunigungsaufhehmer5 acceleration sensors
6 Piezo-Kraftmessung (Kalibrierungsmessgröße, Kraftsensor)6 Piezo force measurement (calibration measurement, force sensor)
7 Stopfbuchse (Reibung)7 Stuffing box (friction)
8 Keilplatte (Reibung)8 Wedge plate (friction)
9 Keilplattenschieber9 Wedge plate valve
10 Elektromotor10 Electric motor
11 Induktive Wegaufhehmer11 Inductive displacement sensors
12 Einfluß von Spannung, Strom, Leistung12 Influence of voltage, current, power
13 Inkrementaler Drehwinkelgeber13 Incremental rotary encoder
14 Spindel über unterer HBM14 Spindle above lower HBM
mit DMS-Vollbrücke Drehmoment und DMS-Vollbrücke Spindelkraftwith strain gauge full bridge torque and strain gauge full bridge spindle force
15 Spindel unter unterer HBM15 Spindle under lower HBM
mit DMS-Vollbrücke Kraftsignalwith strain gauge full bridge force signal
16 Stromzange16 Current clamp
17 Grafische Ausweitung der Kraftmessung17 Graphical extension of force measurement
18 Messung bei Armaturenfahrt18 Measurement during instrument movement
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29811115U DE29811115U1 (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Measuring system for recording the spindle force on fittings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29811115U DE29811115U1 (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Measuring system for recording the spindle force on fittings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29811115U1 true DE29811115U1 (en) | 1999-10-28 |
Family
ID=8058849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29811115U Expired - Lifetime DE29811115U1 (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Measuring system for recording the spindle force on fittings |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE29811115U1 (en) |
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1998
- 1998-06-22 DE DE29811115U patent/DE29811115U1/en not_active Expired - Lifetime
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Effective date: 20020109 |
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Effective date: 20050101 |