CN1417563A - 角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置 - Google Patents

Abstract

不另外设置温度传感器就可以直接求出角度传感器的温度，另外，不增加输入信号的种类就可以得到关于位置的信息和关于温度的信息。根据向角度传感器6的桥路13供给恒定电流时的桥中点电位V1、V2检测仅与温度有关的成分，根据上述与温度有关的成分取得角度传感器6的温度，利用与上述取得的温度对应的修正信息，不另外设置温度传感器对自动地调整流量控制阀1的阀开度时的角度传感器6的输出进行温度补偿。

Description

角度传感器的温度信息 检测装置和位置检测装置

本发明涉及角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置，特别是极适合于流量控制阀的阀开度的控制中使用的角度传感器的温度信息检测装置和使用该温度信息检测装置的位置检测装置。

以往，在寮控制阀中，用角度传感器检测其阀开度，由作为阀开度控制装置的定位装置主体根据上述检测的阀开度和从外部供给的阀开度设定值计算阀开度的控制量，根据上述控制量自动地调整使阀开度与上述阀开度设定值一致。

图3是表示现有的流量控制装置的结构图，图中，51是流量控制阀，52是固定空气调节器53和流量控制阀51的支架，54是由上述空气调节器53驱动的阀驱动轴，55是突出地设置在上述阀驱动轴54的指定位置的销钉。56是固定在上述支架52的一部分上的角度传感器，输出与流量控制阀51的阀开度即阀门位置相应的位置信号。作为这样的角度传感器，可以使用例如特开平11-83422号公报所公开的结构。另外，该角度传感器56的结构是多个磁阻元件组装成桥路，输入电压加到其一边相对的2个端子上，而另一边相对的2个端子作为输出端子。

57是用于将与上述流量控制阀51的阀门位置相应的开度信息向上述角度传感器56输入的反馈控制杆，一端固定在角度传感器56的转动轴上另外，在该反馈控制杆57上形成狭缝57a，上述销钉55可以与该狭缝57a滑动嵌合，将阀驱动轴54的往复运动变换为旋转运动。58是作为上述阀开度控制装置的定位装置主体，与角度传感器56一起安装到固定在支架52上的机箱中。59是温度信息检测用的传感器，品质在构成上述定位装置主体58的基板上。作为用于使空气调节器53动作的控制空气的源的压缩空气从外部送入该定位装置主体58中，另外，从位于远离位置的控制器通过通信传输阀开度设定值。另外，从角度传感器56输出的与上述流量控制阀51的阀门位置相应的位置信号输入该定位装置主体58。

下面，说明其动作。

在定位装置主体58中，将由角度传感器56检测的与流量控制阀51的阀门位置相应的位置信号与从外部供给的阀开度设定值进行比较，根据该比较结果将从压缩空气生成的控制空气送入空气调节器53，由空气调节器53驱动阀驱动轴54，进行流体的流量控制，从而将流量控制阀51的阀门位置控制为与上述从外部供给的阀开度设定值一致。

另外，在定位装置主体58中，在由流量控制阀51进行流量控制的流体的温度与常温大不相同时，用于热传导，定位装置主体58和角度传感器56本身的温度将从流量控制阀51通过支架52商品到影响，从而将与常温大不相同，用于构成角度传感器56的磁阻元件的温度特性的变化，该角度传感器的输出将发生变化。因此，根据配置在定位装置主体58的基板上的热敏电阻等温度补偿用的温度传感器59的检测信号进行温度特性补偿计算，用于补偿上述角度传感器56的输出的变化。例如，可以使用特开平11-194160号公报公开的磁阻元件用放大电路。这时，用于定位装置主体58和角度传感器56设置在同一机箱内，所以，可以视为该机箱内的温度是均匀的。另外，温度传感器59也兼作搭载在定位装置主体58上的电路元件的温度补偿。

在现有的结构中，定位装置主体58和角度传感器56安装在同一机箱内，固定在支架52上，为了测量机箱内的温度，需要温度传感器59。另外，用于设置环境的原因，有时要求仅将定位装置主体58分离出来设置到别的场所。然而，在定位装置主体58与角度传感器56分离的结构中，由上述温度传感器59检测的温度是定位装置主体58的基板上的温度，不能视为与设置场所不同的角度传感器56的温度相同。

因此，在定位装置主体58与角度晨56分离的结构中，必须将与上述温度补偿用的传感器59相同的温度传感器(图中未示出)重新配置到由角度传感器56的磁阻元件构成的桥路附近。这样，就分别需要用于将从角度传感器56输出的与流量控制阀51的阀门位置相应的位置信号向定位装置主体58传输的电缆和用于将从重新设置的温度传感器输出的角度传感器56附近的温度信息向定位装置主体58传输的电缆，温度传感器也需要2个，所以，结构将复杂化。

另外，由定位装置主体58对从角度传感器56传送来的上述位置信号和从上述温度补偿用的传感器59输出的温度信息等进行的信号处理，由A/D变换器将上述位置信号和温度信息从模拟信号变换为数字信号，通常是通过数字信号处理进行的，所以，进行A/D变换的输入信号的种类很多，需要使用信道数多的A/D变换器，从而成本将提高。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，目的旨在提供不另外设置温度传感器而可以直接求出角度传感器的温度的角度传感器的温度信息检测装置。

本发明的角度传感器的温度补偿装置的特征在于：具有向桥路供给恒定电流的恒定电流供给单元和根据上述桥路的桥中点电位取得与上述桥路周围的温度相应的温度信息的温度信息检测单元。

温度信息检测单元的特征在于：根据桥路的2个桥站电位的相加结果取得与上述桥路周围的温度相应的温度信息。

本发明的位置检测装置的特征在于：具有向桥路供给恒定电流的恒定电流供给单元和根据上述桥路的桥站电位取得上述桥路周围的温度信息的温度信息检测单元。

温度信息检测单元的特征在于：根据桥路的2个中点电位的相加结果取得上述桥路周围的温度信息。

图1是表示应用本发明实施例1的角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置的定位装置主体与角度传感器分离的结构的流量控制阀的结构图。

图2是用于控制包含本发明实施例1的角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置的流量控制阀1的阀开度的系统结构图。

图3是表示电位装置主体与角度传感器分离的结构的流量控制阀的结构图。

图4是表示角度传感器的主要部分的斜视图。

图5是磁阻元件的平面图。

下面，说明本发明的实施例。

实施例1.

在实施例1中，根据供给恒定电流的角度传感器的输出检测流量控制阀的阀开度。并且，根据上述检测的阀开度和从外部供给的阀开度设定值自动地进行调整，使上述流量控制阀的阀开度与上述阀开度设定值一致。此外，不另外设置温度传感器，而利用上述角度传感器的输出进行这时的温度补偿。

图1是表示应用实施例1的角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置的定位装置主体与角度传感器分离的结构的流量控制阀的结构图。与上述现有例图3比较，在图1损失的本发明的实施例中，不同的是定位装置主体8的机箱与角度传感器6的机箱分离设置和定位装置主体8的内部结构，而其他结构一致。图中，1是流量控制阀，3是空气调节器，2是将流量控制阀1和空气调节器3相互结合而固定的支架，4是由上述空气调节器3直线驱动的阀驱动轴。流量控制阀1的阀开度随阀驱动轴4的上下移动的位置而变化，用以调整流体的流量。5是突出地设置在上述阀驱动轴4的指定位置的销钉，6是固定在上述支架2的一部分上的角度传感器，输出与流量控制阀1的上下移动的位置即阀开度相应的位置信号。另外，该角度传感器6的结构是多个磁阻元件组装成桥路，从恒定电流供给单元向一边相对的2个端子供给恒定电流，而将另一边的2个端子作为输出端子。

7是用于使角度传感器6的转动轴转动到与流量控制阀1的阀门位置相应的角度的反馈控制杆，其一端固定在角度传感器6的上述转动轴上。另外，在该反馈控制杆7上构成狭缝7a，上述销钉5可以与该狭缝7a滑动嵌合。利用该反馈控制杆7和阀驱动轴4的销钉5与其狭缝7a嵌合的机构，阀驱动轴4的直线的往复运动变换为角度传感器6的上述转动轴的旋转运动。

图4是表示角度传感器的主要部分的斜视图。固定在图中未示出的安装部件上的角度传感器40配置安装在磁路形成体65上的磁铁61、63，并将该磁路形成体65的中央固定到转动轴67上。这里，角度传感器40是磁传感器，具有加到其两个方向的磁力线的方向在其面内变化时电阻值发生变化的功能。另外，两个磁铁61、63的N、S极配置为其磁力线平行地向角度传感器40的两面入射。并且，使转动轴67旋转时，两个磁铁61、63与磁路形成体65一起在角度传感器40的周围转动，这样，向角度传感器40入射的磁力线的方向发生变化，于是，该角度传感器的电阻值发生变化，从而可以检测转动轴67的旋转角。

图5是表示磁阻元件40的平面图。该磁阻元件40是由曲折地形成的4个磁阻元件图形r1、r2、r3、r4的曲折方向交替地正交而点对称地在基板49上形成的。并且，在磁场加到例如图5所示的箭头A方向时，则与其平行的磁阻元件图形r1、r4的电阻值最大，同时，与其垂直的磁阻元件图形r2、r3的电阻值最小。另外，磁场加到图5所示的箭头B方向时，情况则正好相反。由这4个磁阻元件图形r1、r2、r3、r4构成图2所示的桥路13，同时，将输入电流加到磁阻元件40的一边相对的2个端子51、55上，而将另一边相对的2个端子53、57作为输出端子。并且，例如像图4所示的那样，如果将永久磁铁61、63配置在上述磁阻元件40的两侧，使固定该永久磁铁61、63的磁路形成体65的转动轴67转动，则两个永久磁铁61、63就在磁阻元件40的周围转动，从而各磁阻元件图形r1～r4的电阻值发生变化。

8是作为上述阀开度控制装置的定位装置主体。作为用于使空气调节器3动作的控制空气的源的压缩空气从外部送入该定位装置主体8，另外，从位于远离位置的控制器通过通信传送来阀开度设定值。另外，向角度传感器6的上述桥路的上述输入端子供电时，就输入作为上述输出端子的输出的桥中点电位V1、V2。

虽然与本发明没有直接关系，但是，定位装置主体8利用4-20mA电流传输方式与上述远离的控制器进行通信，同时，从远离的控制器接收电力供给。为了补偿这样的电路(图中未示出)的温度特性，设置了温度传感器9。

图2是用于控制包含实施例1的角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置的流量控制阀1的阀开度的系统结构图。在图2中，对于与图1相同或相当的部分编译相同的符号，并省略其说明。

图中，12是发生作用于角度传感器6的磁场的磁场发生单元，例如是永久磁铁，可以相对于由磁阻元件构成的上述桥路相对转动。13是角度传感器6的上述桥路，在其越相对的边上配置磁阻元件14、17，在其另一边的相对的边上配置磁阻元件15、16。另外，从恒定电流供给单元20向其一边相对的2个端子供给恒定电流，而将其另一边相对的2个端子作为输出端子。

在角度传感器6中，各磁阻元件的电阻值随磁场发生单元发生的磁通与各磁阻元件14、15、16、17交叉的角度而变化，从上述输出端子取出这时的桥中点电位V1、V2。因此，上述磁场发生单元12预先设置根据流量控制阀1的阀开度相对于上述桥路13转动的机构。该机构是一端固定在角度传感器6的转动轴上的反馈控制杆7和阀驱动轴4的销钉5与其狭缝7a嵌合的结构，这样，阀驱动轴4的择往复运动就变换为角度传感器6的上述转动轴的旋转运动，从而磁场发生单元12就相对于上述桥路13转动。

定位装置主体8通过4-20mA通信线从外部接收电力供给，同时，与外部进行通信。信号变换单元29从4-20mA输入信号中取出通信用的信号。在图2中，取出设定值SP，供给控制单元26。另外，恒定电压发生源28根据4-20mA输入信号形成恒定电压Vcc的电源。图中虽然未示出，但是，定位装置主体8内部的电气结构接收恒定电压发生源28的电力供给而动作。恒定电流供给电源20向角度传感器6的桥路13供给恒定电流。作为具体例子，就是采用将差动放大器的输出供给桥路13的一端而将另一端A向差动放大器的反相输入侧反馈、同时向差动放大器的非反相侧输入基准电压Vr的结构。电流Ic通过桥路13和电阻器Rc而接地，所以，桥路13与电阻器Rc的连接点A(差动放大器的反相输入)的电位是Rc·Ic。差动放大器调整输出使该接地A的电压保持为基准电压Vr，所以，Vr＝Rc·Ic成立。由于Vr和Rc一定，所以，Ic也一定。21是A/D变换器，将从角度传感器6作为模拟信号而输出的上述桥中点电位V1、V2变换为数字信号。22是用于变换为上述数字信号的桥中点电位V1、V2之差的减法运算单元，23是用于将上述桥中点电位V1、V2相加的加法运算单元(温度信息检测单元)。24是根据上述减法运算单元22的输出检测控制阀开度的流量控制阀1的阀门位置的位置信息检测单元。25是根据上述加法运算单元23的输出检测角度传感器6的桥路13的温度并根据上述检测的温度补偿上述位置信息检测单元24检测的流量控制阀1的阀门位置的温度补偿单元(温度信息检测单元)。26是根据上述位置信息检测单元24输出的流量控制阀1的阀门位置和从外部的控制器供给的流量抗争1的阀门位置的外部设定值计算对上述流量控制阀1的阀门位置的控制量并作为控制信号而输出的控制单元。在本实施例中，22～26的单元全部利用在CPU上动作的程序而实现。27是根据上述控制信号控制喷嘴活门机构、根据压缩空气生成控制空气并供给空气调节器3的电空变换单元。

下面，说明其动作。

构成角度传感器6的桥路13的磁阻元件的电阻值，对于磁阻元件14、17，由R/2+(ΔR·cos2θ)/2表示，对于磁阻元件13、15，由R/2-(AR·cos2θ)/2表示。其中，R是磁阻元件的电阻值的最大值与最小值之和，ΔR是上述磁阻元件的电阻值的最大值与最小值之差，θ是磁阻元件的长度方向与磁通交叉的角度。另外，在该桥路13中，(磁阻元件14的电阻值)+(磁阻元件16的电阻值)＝(磁阻元件15的电阻值)+(磁阻元件17的电阻值)，在由桥路13的磁阻元件14、16构成的电路和由磁阻元件15、17构成的电路中分别流过Ic/2的电流。

结果，从角度传感器6输出由包含与磁阻元件的温度有关的成分和与由磁场发生单元12发生的磁通与磁阻元件交叉的角度θ有关的成分的学式表示的桥中点电位V1、V2，即输出由V1＝(R·Ic/4)-(ΔR·Ic·cos2θ)/4、V2＝(R·Ie/4)+(ΔR·Ic·cos2θ)/4表示的桥中点电位V1、V2。其中，R·Ic/4是与上述磁阻元件的温度有关的成分，(ΔR·Ic·cos2θ)/4是与上述磁阻元件的温度和上述角度θ有关的成分。

桥中点电位V1、V2由A/D变换器21变换为数字信号，由减法运算单元22计算上述桥中点电位V1、V2之差，求出与角度θ有关的成分，并将该减法运算结果V1-V2输入位置信息检测单元24。在位置信息检测单元24中，根据该减法运算结果V1-V2求出流量控制阀1的现在的阀门位置。

另一方面，从角度传感器6输出的变换为数字信号的上述桥中点电位V1、V2也供给加法运算单元23，由加法运算单元23计算上述桥中点电位V1、V2之和，求出与角度θ无关的加法运算结果V1+V2。与角度θ无关的加法运算结果V1+V2可以表为R·Ic/2，是与上述角度θ无关的仅与有温度依赖关系的磁阻元件的平均电阻值R/2的温度变化有关的电压值，随上述平均电阻值R/2而变化，这与一般的金属电阻流过恒定电流时在表观上是相同的。

与角度θ无关的加法运算结果V1+V2供给温度修正单元25，根据上述电压值R·Ic/2求角度传感器6的桥路13的温度。并且，决定与角度传感器6的桥路13的温度对应的修正值。上述修正值在位置信息检测单元24中求流量控制阀1的现在的阀开度时的修正中使用，抵消随角度传感器6的桥路13的温度而发生的上述阀开度的误差。

从位置信息检测单元24向控制单元26输出抵消随各磁阻元件的温度而发生的误差的阀门位置信息PV。从外部的控制器向控制单元26供给外部设定值。在控制单元26中，根据上述外部设定值与上述阀门位置信息PV之差生成控制信号，并将上述控制信号向电空变换单元27输出。在电空变换单元27中，根据上述控制信号控制电磁空气阀门，根据从别的途径供给的压缩空气生成控制空气，供给空气调节器3。在空气调节器3中，利用上述控制空气将阀驱动轴4向下挤压或向上推，将流量控制阀1的阀门位置自动地调整到与上述外部设定值对应的阀开度。

如上所述，按照实施例1，利用从用于检测流量控制阀1的阀开度的角度传感器6输出的桥路13的桥中点电位V1、V2可以检测上述桥路13的温度，所以，即使应用于角度传感器6与定位装置主体8分离的结构的流量控制阀1时，不另外设置检测角度传感器6的温度信息的温度传感器也可以直接检测角度传感器6的温度，作为定位装置主体8的结构也可以简化地实现。另外，可以不需要将上述温度信息向上述定位装置主体8传输的电缆，从而可以使包含配线的结构简化。

另外，利用从角度传感器6输出的桥路13的桥中点电位V1、V2可以直接检测上述桥路13的温度，所以，可以提供能够实现高精度的温度补偿的角度传感器的温度补偿装置，另外，可以提供可进行高精度的流量控制的位置检测装置。

另外，利用从用于检测流量控制阀1的阀门位置的角度传感器6输出的桥中点电位V1、V2可以检测上述桥路13的温度，所以，设置在定位装置主体8上的A/D变换器21可以仅具有将上述桥中点电位V1、V2变换为数字信号的信道，而不需要如以往那样将从角度传感器6输出的桥中点电位V1、V2变换为数字信号的信道和将从温度传感器输出的温度信息变换为数字信号的信道，从而可以提供可廉价地构成的角度传感器的温度信息检测装置和位置检测装置。

另外，利用从用于检测流量控制阀1的阀门位置的角度传感器6输出的桥中点电位V1、V2可以检测上述桥路13的温度，所以，可以不利用温度传感器等硬件而仅利用运算程序等软件进行处理，从而可以增加装置的灵活性和通用性。

在上述实施例1中，图1的定位装置主体8与角度传感器6安装在不同的机箱中，对分离配置的结构说明了应用本发明的例子，但是，本发明的应用范围不限于此。如果将本发明应用于图3那样将定位装置主体58和角度传感器56配置在同一机箱中的结构，可以使角度传感器更正确地进行测量。另外，也可以将角度传感器56兼作温度传感器而省略温度传感器59。

如上所述，按照第1发明，不另外设置温度传感器便可得到角度传感器的磁阻元件的温度信息。

按照第2发明，不另外设置温度传感器，根据从桥路的2个桥中点电位的相加结果直接求出的温度信息可以对上述角度传感器的输出进行高精度的温度补偿。

Claims (2)

1.一种具有由4个磁阻元件构成的桥路和发生对上述桥路作用的磁场的磁场发生单元的角度传感器的温度信息检测装置，其特征在于：具有向上述桥路供给恒定电流的恒定电流供给单元和根据上述桥路的桥中点电位取得与上述桥路周围的温度相应的温度信息的温度信息检测单元。

2.一种具有由4个磁阻元件构成的桥路、发生对上述桥路作用的磁场的磁场发生单元和根据上述桥路的桥中点电位检测上述桥路与上述磁场的相对位置的信息的位置信息检测单元的位置检测装置，其特征在于：具有根据上述桥路的桥中点电位取得上述桥路周围的温度信息的温度信息检测单元和根据温度信息检测单元取得的温度信息生成对检测的位置进行修正的修正信息的温度修正单元。

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