CN208588333U - 位置传感器和具有位置传感器的调节装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于工艺生产设备的调节装置的位置传感器，具有可绕旋转轴线旋转不到360°的测量轴和用于确定测量轴相对于位置固定的参考点的实际角度位置的角度传感器，测量轴具有根据调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动将转动运动传入测量轴的与转动轴线同轴延伸的第一测量轴部段、与转动轴线同轴延伸的且装有角度传感器的固定于测量轴的角度传感器部件的第二测量轴部段和至少一个相对于旋转轴线轴向延伸的连条，连条在轴向上设于第一、第二测量轴部段之间且将这些测量轴部段抗转动连接，以及在轴向上设于测量轴部段之间且在径向上设于转动轴线高度的空隙，角度传感器至少部分安置在空隙内，至少一个偏心连条允许在横向于轴向的径向上接近空隙。

Description

位置传感器和具有位置传感器的调节装置
技术领域
本实用新型的主题是用于工艺生产设备的调节装置如调节阀的位置传感器，工艺生产设备例如是化工设备如石化设备、发电厂、食品加工设备如啤酒厂等。本实用新型也涉及具有位置传感器的调节装置。该调节装置例如可以是调节阀、控制阀或截止阀如紧急关断阀。
背景技术
位置传感器例如由DE3844020A1公开了。该已知的位置传感器可以检测调节装置如调节阀的驱动杆的直线运动以将其通报给中央监测站。直线运动或角度运动可以根据DE3844020A1借助因芯部和滑环的彼此相对运动引起的振幅改变或电阻改变来测定，或者通过霍尔传感器、电容记录仪、转动信号器或转动电位计来测定。在已知系统中进行位移线性转换为电测量参数。在根据DE3844020A1的具体设计中，位置传感器通过与测量轴抗转动连接的杆量取线性阀杆位移并造成测量轴的相应转动运动。所述轴具有局部的半圆形横截面，其平面侧安装有霍尔传感器，霍尔传感器在两个固定在位置调节器壳体上的磁极之间转动。借助该霍尔传感器，可以测定相对于壳体的测量轴实际角度位置。在如DE3844020A1所述的位置控制器中已经证明了，因为有加工误差、安装误差和支承误差，可获得的测量精度受到限制。测量轴的真正实际角度位置和由此推导出的调节装置实际位置只能用该已知的位置传感器相对不准确地确定。此外已被证明是不利的是，安装在轴上的霍尔传感器的布线因为轴运动而经历了不希望的磨损现象。这尤其对于安全重要的调节装置如紧急关断阀是成问题的。
在US2003/0086470A1中描述了一种用于调节装置的位置传感器，其中，阀调节杆的调节位移通过杆来量取且被传输给测量轴。在测量轴上设有两个磁体，它们在测量轴转动轴线的高度上位置固定地安装在位置传感器壳体上。因为位置固定地布置磁阻传感器元件，故避免了在传感器布线处的磨损。但在根据US2003/0086470A1的位置传感器中也出现加工误差、安装误差和支承误差和进而测量误差。此外，例如在快速关断时的有时突然的或猛然的调节装置运动不利地影响到永磁体的磁化。根据 US2003/0086470A1的位置传感器因此仅有条件地适用于获知用于安全重要的调节装置如紧急关断阀的实际角度位置。
从DE20008930U1中知道了另一种位置传感器，其中，测量轴通过杆可以量取带有调节阀的调节装置的直线运动。在测量轴的端侧上安装有永磁体，其转动运动由固定于壳体的GMR传感器来测定。因为测量轴的安装、加工和/或支承误差，也可能在此传感器中出现测量误差。由DE20008930U1公开的位置传感器也因此不适合用于调节装置如紧急关断阀的安全重要应用。
实用新型内容
本实用新型的任务是克服现有技术的缺点，尤其是提供一种位置传感器，其尤其好地适用于安全重要的应用场合的调节装置如紧急关断阀和/或其可以保证高精度地很准确获知实际角度位置、尤其是关键的实际角度位置。
根据本实用新型的一个方面，规定一种用于工艺生产设备如化工设备、发电厂等的调节装置如调节阀的位置传感器。根据本实用新型的位置传感器具有可绕旋转轴线转动小于360°的测量轴和用于确定测量轴相对于位置固定的参考点的实际角度位置的角度传感器。
根据本实用新型的位置传感器可以具有壳体，其中该位置固定的参考点能以固定于壳体的参考点形式实现。位置固定的参考点例如可以是下述参考点，即其由该位置传感器的壳体或安装于其上的部分限定。测量轴可以被设计用于与该调节装置的驱动杆或驱动轴优选形状配合和/或力配合地连接，以便执行对应于调节驱动杆或调节驱动轴的运动的测量轴运动。该调节装置可以转动或平移地操作调节部件，如阀芯。优选该调节装置是具有紧急关断功能的调节装置如紧固关闭阀或紧急关断阀。对于较小的测量范围和/或较大的测量分辨率，该测量轴可绕旋转轴线转动不到270°、不到180°、尤其是不到135°。显然，该旋转轴线对应于测量轴的转动轴线并且该测量轴至少在局部与旋转轴线同心和同轴。
在本实用新型的位置传感器中，角度传感器优选能以AMR传感器或GMR传感器形式实现。也可以想到其它类型的传感器例如霍尔传感器。该角度传感器被设计用于在其测量范围内获得测量轴的实际角度位置，以便位置传感器和/或用于控制所述调节装置的位置调节器电子装置优选获得实际角度位置值，它可以将其与理论角度位置值相比较，用于位置调整。优选该角度传感器可以例如借助模拟测量来基本上连续获得测量轴的实际角度位置。角度传感器为此应该能够获得至少5个、至少10个、至少 100或至少1000个不同的实际角度位置，以便能执行基于位置传感器的实际角度位置测量数据的调节装置的精确控制或调整。角度传感器最好就自身来说(即理论上在新用状态中在装入到本实用新型位置传感器之前)应该能够针对高达90°、优选高达 180°、尤其高达360°的测量范围提供±10°或更高的、±5°或更高的、优选±2°或更高的、尤其是±1°或更高的、尤其最好是±0.5°或更高的测量精度。
在根据本实用新型的这个方面的位置传感器中，该测量轴具有第一测量轴部段，其与旋转轴线同轴地轴向延伸，优选至少延伸经过第一测量轴部段的尤其是最小的和 /或平均的测量轴直径的两倍。第一测量轴部段被设计用于根据调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动将转动运动传入测量轴。它可以具备接合部，用于直接从调节轴或间接从调节轴或调节杆接收转动运动。第一测量轴部段例如可以是测量轴的实心柱部段，其相对于壳体支承在球轴承或滑动轴承内且可移动。第一测量轴部段能被称为支承部。滑动轴承因其较小的轴承误差而是优选的。第一测量轴部段优选以柱形实心体形式实现。
根据本实用新型，该位置传感器的测量轴还具有尤其是与旋转轴线同轴的、优选轴向延伸的第二测量轴部段，其中，在优选同轴的第二测量轴部段上安装有角度传感器的固定于测量轴的角度传感器部件如永磁体。第二测量轴部段例如可以是测量轴的实心柱体部段，其相对于壳体支承在球轴承或滑动轴承内并可移动。固定于测量轴的角度传感器部件可以相对于测量轴不可转动地安置在测量轴上。显然，一个角度传感器包括至少两个角度传感器部件，其中的一个位置固定地即例如固定于壳体地安置，另一个固定于测量轴地实现，从而测量轴相对于参考点的相对运动伴随着两个角度传感器部件的彼此相对运动，角度传感器测量该运动以便确定测量轴相对于参考点即壳体的实际角度位置。通过根据本实用新型的这个方面的位置传感器的测量轴的设计，可以借助第二测量轴部段和固定于测量轴的角度传感器部件在其上的安装来避免由安装决定的误差，尽量消除由加工和支承决定的误差。通过这种方式，可以用本实用新型的位置传感器实现相比于常用的位置传感器明显改善的角度测量精度。尤其在采用AMR传感器的情况下，本实用新型的实施方式适用于很简单地实现磁场传感器与磁体之间的安装理论间距的控制。出乎意料地，在本实用新型的设计中也尤其简单地设计测量轴在位置传感器中的安装，因为由轴安装决定的较大误差可以顺利地通过将固定于测量轴的角度传感器部件适当安装在第二测量轴部段上来补偿。尽量准确地居中布置该AMR传感器在旋转轴线上也可以通过本实用新型的设计来良好实现。
此外，根据本实用新型，测量轴具有至少一个相对于旋转轴线偏心地轴向延伸的连条，其在轴向上设置在第一测量轴部段与第二测量轴部段之间且将这些测量轴部段抗转动连接。至少一个连条可以优选在轴向上靠近地连接至第一测量轴部段或连接至其优选靠近调节装置接合部的端部。至少一个连条可以优选靠近轴线地连接至第二测量轴部段或连接至其优选远离调节装置接合部的底端。测量轴例如可以具有恰好一个、恰好两个或恰好三个偏心连条。测量轴优选连接至第一测量轴部段地具有少于10 个、尤其少于5个、优选少于4个的偏心连条。多个连条能沿周向分布、尤其是以相同的角度间距来布置。
偏心连条的横截面如此设定尺寸和布置，即偏心连条的整个横截面在测量轴相对于旋转轴线的每个角度位置上相对于旋转轴线是偏心的、尤其是非接触的。至少一个偏心连条或多个偏心连条相对于测量轴的旋转轴线最好限定出在垂直于旋转轴线的径向上的、至少2mm、尤其至少4mm、优选至少6mm的连条最小距离。尤其是偏心连条相对于转动轴线沿可旋转的测量轴的整个角度位移或测量位移如此设计，它们可以非接触地相对于旋转轴线与旋转轴线同心地运动。该连条在其整个长度范围相对于测量轴的轴向基本平行地且横向错开地延伸。
在本实用新型的位置传感器中，该测量轴具有在轴向上设于这些测量轴部段(第一测量轴部段和第二测量轴部段)之间且在径向上设于旋转轴线高度的优选呈柱形的空隙。角度传感器至少部分安置在该空隙内。在此，所述至少一个偏心连条允许沿横向于轴向的径向接近该空隙。通过与形状相关地偏心连条在周向上的数量和尺寸、尤其是围绕转动轴线的开口的周向延伸尺寸，可以确定该测量轴的最大转动范围。该测量轴可以在横向于转动轴线的径向上在转动轴线高度上、优选呈实心柱形的第一和/ 或第二测量轴部段的优选径向延伸范围内具有优选呈柱形的空隙，该角度传感器安置在该空隙内。至少局部呈回转体形状的、尤其是柱形的空隙优选在轴向上从第一测量轴部段的端面起开始。尤其是柱形空隙最好在径向上从包含旋转轴线起完全一直延伸到至少一个偏心连条。优选呈柱形的空隙可以由包络曲线径向界定，包络曲线通过至少一个偏心连条绕旋转轴线的转动限定。优选的空隙具有至少局部的回转形状，在这里，根据测量轴的测量范围或转动范围，回转体状空隙部首先在周向上在可转动的测量轴的测量范围或摆动范围内延伸。
在本实用新型的一个优选实施例中，位置传感器具有传感器支座如电路板，其上安装有角度传感器的优选相对于位置传感器壳体是位置固定的角度传感器部件。角度传感器部件实现用于角度传感器的位置固定的参考点。优选该传感器支座横向于旋转轴线延伸且在径向上突伸入空隙。替代地或附加地，传感器支座优选是电路板具有至少一个优选呈镰刀形或U形的开口，至少一个偏心连条在轴向上突伸穿过该开口。镰刀形开口沿周向包围旋转轴线不到180°。U形开口沿周向包围旋转轴线至少180°但不到360°。传感器支座的供至少一个偏心连条穿过的开口的数量最好小于或等于偏心延伸的连条的数量。
根据本实用新型的该方面的一个改进方案，传感器支座具有桥片或舌片，其由至少一个开口至少部分界定，其中该桥片或舌片上装有位置固定的、尤其是固定于壳体的角度传感器部件，优选设置在测量轴的旋转轴线上。通过这种设计，位置固定的角度传感器部件和固定于测量轴的角度传感器部件都可以安置在最好与旋转轴线相交的旋转轴线径向高度上，以便能获得很高的测量精度。位置固定的和/或固定于测量轴的角度传感器部件实现了优选非回转对称的测量参考，如非回转对称磁场。当采用例如永磁体作为其中一个所述角度传感器部件时，一个极恰好布置在旋转轴线上可能导致形成回转对称的磁场，其转动运动无法通过一个传感器或至少无法马上被测定。在具备舌片的传感器支座上，在呈半镰刀形伸入开口中的凸起上装有位置固定的、尤其是固定于壳体的角度传感器部件，该凸起也可被称为突起。在具有桥片的传感器支座中，一般设有至少两个侧向界定该桥片的开口，其中这些开口优选呈镰刀形且从外侧被传感器支座包围，从而装有位置固定的角度传感器部件的桥片相对于位置传感器的位置固定的参考或壳体相对于在径向上与转动轴线对置的或至少在周向上错开超过90°的桥片端被固定。具有桥片的传感器支座可以允许很稳固地支承位置固定的角度传感器部件。相比于桥片，舌片允许在周向上的较大张角范围，至少一个偏心连条能穿过其中，从而有较大的安装范围和/或测量范围可供使用。显然，具有桥片的传感器支座也可以如此构成，尤其是呈星形的桥片具有大于两个、例如三个、四个或更多的桥片足，它们能一体过渡至传感器支座的周围材料中或安装于其上。
根据一个优选实施例，该位置传感器具有至少30°、优选至少60°、尤其是至少80°和/或不到360°、优选最多270°、尤其是最多180°、最多120°或最多90°的实际角度位置测量范围。
根据本实用新型位置传感器的一个优选实施方式，在测量轴、优选是尤其是同轴的第二测量轴部段上设置用于识别测量轴实际角度位置是否对应于预定角度位置的位置检测器的固定于测量轴的位置检测器部件。
位置检测器例如能以开关、末端止挡传感器和/或光学、感应、电容技术或以其它方式实现。位置检测器设计用于优选以数字方式产生用于位置传感器和/或位置调节器的位置报警信号，其说明测量轴的实际角度位置对应于预定角度位置，或者说明实际角度位置未对应于预定角度位置。
由此，该位置传感器不仅具备尤其以如上所述规定的分辨率在相对宽的实际角度位置测量范围确定测量轴实际角度位置的可能，还具备位置检测器，它尤其可以明确无疑地以最小的测量误差识别安全重要的角度位置。
在本实用新型的一个优选实施方式中，根据第一替代实施方式，同轴的第一测量轴部段和偏心连条以及或许尤其是与旋转轴线同轴的第二测量轴部段以一件式形成。根据第二替代实施方式，同轴的第一测量轴部段、尤其是同轴的第二测量轴部段和/ 或至少一个偏心连条通过多个可分离连接的零件构成。
根据本实用新型的能与上述实施方式组合的另一方面，规定一种用于工艺生产设备如化工设备、发电厂等的调节装置如调节阀的位置传感器。
根据本实用新型的另一方面的位置传感器具有可绕旋转轴线旋转不到360°的测量轴。
根据本实用新型的这一方面，位置传感器不仅包括用于确定测量轴相对于参考点尤其是位置传感器的壳体的实际角度位置的角度传感器，该角度传感器具有相对于测量轴是不可转动的角度传感器部件如永磁体以及相对于参考点尤其是相对于壳体是位置固定的角度传感器部件如AMR传感器，还包括用于识别测量轴的实际角度位置是否对应于预定角度位置的至少一个位置检测器，其中该位置检测器具有相对于测量轴不可转动的、尤其是相对于转动轴线偏心设置的位置检测器部件如开关接线片和相对于参考点尤其是壳体是位置固定的位置检测器部件如开关。
角度传感器优选安置在该测量轴的转动轴线上。
通过在唯一的位置传感器中组合使用角度传感器还有位置检测器，可以通过简单方式保证角度位置的精确测量可以沿测量路径且尤其关于至少一个预定的关键位置来实现。尤其是，除角度传感器外还设有的至少一个位置检测器允许可靠精确地获知关键调节位置，从而该角度传感器本身对此不必很可靠且进而成本密集地设计。可能有的加工和安装误差和/或支承误差可以在根据本实用新型的这个方面的位置传感器中在校准位置传感器时被考虑用于调节至少一个位置检测器。
根据本实用新型的一个优选改进方案，该测量轴具有第一测量轴部段如支承部段，其与旋转轴线同轴地轴向延伸且具有至少一个连接至第一测量轴部段的相对于旋转轴线偏心地沿轴向延伸的连条。
在此，尤其是该测量轴可以在轴向上在至少一个连条的高度上并且在径向上在转动轴线的高度上具有优选呈柱形的空隙，该角度传感器至少部分设置在该空隙内。该连条设计用于容许沿径向从外面接近该空隙。
根据本实用新型的、测量轴具有用于传递绕测量轴的旋转轴线的转动运动的接合部的另一个改进方案，此时该转动运动对应于该调节装置的调节驱动杆或调节驱动轴的最好线性的或转动的调节运动，该固定于测量轴的角度传感器部件在轴向上设置在所述接合部与至少一个位置检测器之间。通过这样的布置可以保证实际角度位置测量不会因为或许因在比如接触开关接线片时的位置检测器造成的转矩使实际角度位置的测量结果失真。
本实用新型还涉及一种用于调节工艺生产设备如化工设备、发电厂等的工艺流体流动的调节装置如调节阀且尤其是紧急关断阀，其具有根据本实用新型的第一和/或第二方面的位置传感器，其特征是，该位置传感器设立用于使测量轴执行相应于或对应于该调节装置的调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动的转动运动。
根据本实用新型调节装置的一个改进方案，该位置传感器包括位置检测器，其设立用于识别测量轴的预定角度位置，该预定角度位置对应于优选使调节装置全开的和 (在至少两个位置检测器情况下)/或全闭的调节驱动杆或调节驱动轴的最终位置。
附图说明
在从属权利要求中指明了本实用新型的优选实施方式。本实用新型的其它特征、性能和优点通过以下结合附图对优选实施例的说明而变得清楚明白，其中：
图1a示出具有多件式测量轴的本实用新型的位置传感器；
图1b示出根据图1的剖切线I-I的横剖视图；
图1c示出根据图1a的位置传感器的细节图，其示出角度传感器和位置检测器；
图2a示出具有一件式测量轴体的本实用新型的位置传感器的替代实施方式；和
图2b示出沿剖切线II-II的根据图2a的位置传感器的局部横剖视图。
附图标记列表
1 位置传感器
2 壳体
3 测量轴
5 角度传感器
5a 第一角度传感器部件
5b 第二角度传感器部件
7,9 位置检测器
7a,7b,9a,9b 位置检测器部件
8 中央测量轴部段
10 冠状凸缘
11,13 连条
12,14 孔
15 第一测量轴部段
16 端部
17 第二测量轴部段
18,19 安装螺栓
20 安装法兰
21 空隙
22 接合部
23 杆
24 销
25 电路板
31,32,33 开口
41 桥片
43 舌片
44,45 桥片足
51 滑动轴承
53 壳体开口
55 密封件
57 壳体正面
71,91 支座
73,93 调节环
97 安装螺栓
A 轴向
R 径向距离
W 转动轴线
具体实施方式
本实用新型位置传感器的如图所示的不同实施例与相同或相似的零部件具有相同的或相似的附图标记以方便理解。
以下，根据本实用新型的位置传感器总体用附图标记1标示，其测量轴用附图标记3标示。该角度传感器总体用附图标记5表示，位置检测器用附图标记7和9表示。
如图1a、图1b和图1c所示的位置传感器1具有由多个零件组成的测量轴3。
如在以下的图中以各不同实施例被示出的位置传感器1属于用于调节装置如调节阀、尤其是紧急关断阀的位置传感器类型，在此，调节阀通过可线性运动的调节杆被调节驱动装置例如气动的或电动的调节驱动装置作动。为了获知调节阀相对于调节阀座等的实际位置，杆23在一侧不可转动地安置在测量轴3上，即固定于测量轴，因此在第一测量轴部段的底部形成接合部22。在另一侧，杆23可摆动地铰接在调节装置的可线性运动的调节杆上。该调节装置的调节杆的线性调节运动通过所述杆23被转变为测量轴3绕其转动轴线W的转动。在测量轴3上，相对于测量轴3不可转动地安置有固定于测量轴的第一角度传感器部件5a。当测量轴3尤其是因为调节杆的直线运动而绕其转动轴线或旋转轴线W转动时，固定于测量轴的角度传感器部件也执行旋转运动，优选绕旋转轴线W的相同的旋转运动。
测量轴3通过滑动轴承51相对于位置传感器1的壳体2可转动安装和保持。第一测量轴部段15从接合部22在局部通过滑动轴承51延伸入壳体2中。旋转杆23例如通过楔形轴连接抗转动地连接至第一测量轴部段15的端面上。在壳体2的调节侧出口或杆侧出口53处，第一测量轴部段伸出位置传感器1的壳体2外。在壳体2的开口53处可以设有用于相对于测量轴3密封所述壳体2的密封件55。
当杆23借助销24跟随该调节装置的调节杆的来回运动时，杆23随销24绕旋转轴线W转动并且驱动测量轴3做相应的转动。
在第一测量轴部段15的底部16上抗转动安装有冠状凸缘10，从而它能随第一测量轴部段15的每次转动运动转动。冠状凸缘10具有基本呈柱形的、优选呈全周侧的保持部，在其内侧设置了相对于第一测量轴部段15的底部16的抗转动联接。优选第一测量轴部段15的底部16通过压配合连接、粘接、螺纹连接等与冠状凸缘10联接。优选在冠状凸缘10与壳体之间设有弹性件如压缩弹簧，从而压力作用于冠状凸缘。该压力可以通过相对于第一测量轴部段15的安装被传递至其中，以便相对于壳体2的开口53锚固第一测量轴部段15或轴3且沿轴向A保持。
另外，冠状凸缘还在图1a和图1c所示的实施例中包括径向完全对置的连条柱11、13，它们在轴向A上平行于转动轴W地延伸穿过电路板25。柱11、13基本上彼此相对镜像对称地构成并且大致在其横截面中心具有平行于旋转轴线的孔12或14。偏心连条柱11、13或连条如图1b清楚所示具有距转动轴线W的径向距离R。它们形成测量轴3 的中央部8，中央部将两个靠近接合部的测量轴部段15和远离接合的测量轴部段17连接在一起。
就是说，在对置的连条11、13之间之间规定了对应于半径R两倍的自由直径，从而基本呈柱形的最小空隙21与测量轴3的角度位置无关地总是只在测量轴3转动180°或360°时被放开。围绕总是存在的柱形最小空隙21，可以与连条11、15和轴部段15、 17的形状相关地释放开其它紧邻空间。
在径向上在两个连条11、13之间延伸的且在轴向A上在第一轴部段15与第二轴部段17之间延伸的空隙21基本呈柱形。设于空隙21内地，相对于参考点或相对于壳体2，位置固定地设有第二角度传感器部件5b。
根据图1b，如此实现固定不动的第二角度传感器部件5b的位置固定保持，其安置在电路板25的桥片41上。电路板25以螺纹安装方式被固定安装在壳体2上。电路板25 与桥片41的材料一体形成。桥片41延伸穿过空隙21。尤其是桥片41横向于轴向A地从第一底部44延伸至对置的第二底部45，第一和第二底部作为电路板25的一部分一体构成。电路板形成两个镰刀形开口31、33，各有其中一个连条11或13沿轴向A穿过所述开口。连条11、13的横截面宽度以及开口31、33的尺寸确定最大旋转范围和进而最大测量范围。
两个偏心连条11、13理论上可以绕旋转轴线W顺时针或逆时针地运动约60°的角度α，直至碰到桥片41。根据图1a至图1c的测量轴3的整个测量范围等于角度α的两倍，即约为120°。可由角度传感器5测量的位移优选正好与测量轴3的转动运动空隙一样大或更大。在桥片41上，居中在测量轴3的旋转轴线W上安装有一个位置固定的第二角度传感器部件5b。在位置传感器1的校准范围内，可以在测量轴3安装且其相对于位置传感器1的壳体2的转动位置确定之后精确定位和对准位置固定的第二角度传感器部件5b。
图1c详细示出了测量轴3的中央部段，其突伸穿过电路板25。在实现偏心连条11、13的冠状凸缘的端侧面上，以凸缘形式通过安装螺钉18、19安装第二轴部段17的底侧的安装法兰20。在第二轴部段17的底侧凸缘20、两个径向完全对置的偏心连条11、13 和安置在第一轴部段15的端面16上的冠状凸缘10的中央部之间空出靠近轴线的轴向空隙21，整个角度传感器5安置在该空隙内。如上所述，电路板25的固定于壳体地安装的桥片41在偏心连条11、13之间像辐条那样横向凸伸穿过测量轴3并且在转动轴线 W的高度装有该位置固定的第二角度传感器部件5b。在轴向A上与位置固定的第二角度传感器部件5b对置地，固定于测量轴的第一角度传感器部件5a安装在第二测量轴部段17的底端上。固定于测量轴的第一角度传感器部件5a设于轴线W附近。固定于测量轴的角度传感器部件安置在测量轴3的一个部段上，该部段关于杆23相对于电路板25 关于壳体正面57布置在背侧。测量轴3穿过电路板25的开口31、33。
第一测量轴部段15设置在电路板25和至杆23的接合部22之间，第二测量轴部段17相对于此设于电路板25后侧。在第二测量轴部段17的底端，固定于测量轴的第一角度传感器部件5a指向第一测量轴部段5的端侧端部16地设置。
位置固定的第二角度传感器部件5b优选安置在电路板的对准固定于测量轴的角度传感器部件5的侧面，以便能保持尽量小的角度传感器5的部件5a和5b之间的轴向距离并良好测量。
通过第二测量轴部段17的凸缘底部20的安装，例如因支承51或因为加工精度引起的第一测量轴部段的误差可被补偿，第二测量轴部段17相对于转动轴线W尽量正好同心同轴。关于测量轴3的转动轴线W，可以(替代地或附加地)高度精确地进行固定于测量轴的第一角度传感器部件5a的校准同轴对准。根据本实用新型的位置传感器1因此在图1a至图1c所示的实施例中容许完成两个角度传感器部件5a和5b相对于旋转轴线 W的和彼此相对的很精确安装，以便能得到很高的角度测量精度。
包括安装在一起的第一测量轴部段15、第二测量轴部段17和设于两者间的第三测量轴部段8的测量轴的多件式结构允许尤其紧凑的位置传感器1结构，同时有使角度传感器部件5a、5b相互对准的更好的可能。
关于产生转矩的的部件即杆23，在第二测量轴部段17的远离端部，设置两个不同的且可彼此独立调节的作用的固定于测量轴的位置检测器部件，其呈开关接线片7a、 7b形式。
第二测量轴部段17的端侧端部优选具有至少一个非圆形部分或楔形部分用于抗转动布置开关接线片7a、9a的支座71、91。开关接线片7a、9a可以通过可分离安装的调节环73、93在分离状态中可相对于第二测量轴部段17或测量轴3转动地布置。用于相对于测量轴3抗转动保持该调节环73、93的固定手段在如图1c所示的实施例中通过安装螺栓97实现，其实现了分别装有其中一个测量接线片7a、9a的调节环73、93的摩擦固定连接。锁紧螺钉97可以被拧松以允许调节环73、93相对于测量轴3转动。通过这种方式，可以将测量接线片7a、9a(或者任何其它的固定于测量轴的位置检测器部件)置于预定角度位置，它尤其与测量轴3的关键角度位置或调节装置的与测量轴3动态关联的调节杆的动态位置相对应。通过这种方式，可以实现简单地使位置传感器1 适配不同的调节装置。当锁紧螺钉97被拧紧时，锁紧螺钉保持安装在位置检测器支座 71、91上的调节环73、93固定于测量轴，即相对于测量轴3不可转动。
每个固定于测量轴的、在这里例如以位置检测器片形式实现的位置检测器部件7a或9a与固定于壳体的位置检测器部件7b或9b互相作用，其位置固定地安装在壳体2上以形成参考。每个位置固定的位置检测器部件7b或9b设计用于识别与之对应的测量接线片7a或9a是否到达了预定的实际角度位置。例如位置固定的位置检测器部件9b可以具有电动的、电磁的、光学的或机械的开关，其通过开关接线片9a在达到规定的实际角度位置时被操作以产生位置传感器1的或位置调节电子装置的信号，其发信号表示测量轴3或者在运动方面与测量轴3相关联的调节杆或调节轴已经达到规定位置。它例如可以是调节杆或调节轴的全开或全闭的最终位置。
例如其中一个所述位置检测器如下位置检测器7可以在到达下部的全闭的阀位置时对此报警。上位置检测器9例如可以被设计用于识别并发信表示打开的、尤其是全开的阀位置。只要调节杆位于设立用于位置检测器7、9识别的预定位置之间的区域内，位置检测器7或9就只识别没有到达预定角度位置。位置检测器7和9优选是这样的，它们不能测量实际角度位置，而只能测量唯一的预定角度位置。这样的简单的传感器已经被证明是非常适用于安全重要的应用，因为它们因其简单性而不太容易出故障。
图2a和图2b示出了本实用新型的位置传感器1的第二实施例，其尽量与以上关于图1a至图1c所述的位置传感器相同地实现，因此采用相同的附图标记。
与包括其相对于测量轴3的布置在内的位置传感器1尤其是角度传感器和位置检测器7、9的所述功能相关地，就此参见以上的实施例。同样的情况下适用于测量轴3 相对于壳体的布置和与调节杆的运动关联。
不同于前述位置传感器，穿过电路板25的测量轴3形成有一体式测量轴体。例如可被锻造、铣削和/或车削的唯一材料件以一体形式实现第一测量轴部段15、分为若干偏心连条11、13且穿过电路板25的开口32伸出的第二测量轴部段8还有第二测量轴部段17，其关于壳体正面57设置在电路板25后且装有固定于测量轴的第一角度传感器部件5a和固定于测量轴的位置检测器部件7a、9a。一体式测量轴3带来如借助车削的尽量精确加工的优点，从而第一测量轴部段15和第二测量轴部段17能满足与其同轴性和同心性相关的很高的精度要求。
中央件8或中央部通过一体式测量轴3的分叉形成，从而在轴向中央部内形成一空隙21，该空隙例如可以通过横穿测量轴的径向铣削来开设。
也可以想到，代替两个偏心连条11、13，一个测量轴3只具有唯一的偏心连条(未示出)，其呈凸轮状相对于第一测量轴部段15和第二测量轴部段17偏心突出并且绕旋转轴线W绕空隙21偏心运动，它在轴向A上在第一测量轴部段15的端面16和第二测量轴部段17的底端20之间延伸。角度传感器5完全安置在空隙21内。
如在根据图2b的剖视图中尤其清楚看到地，位置固定的第二角度传感器部件5b安置在电路板25的半镰刀形舌片部43上。电路板25的开口32呈U形且如此设定尺寸，一体式测量轴3在轴向上可以穿过电路板25的开口32被插入以便安装。在所示实施例中，这两个偏心连条11、13可以最多转动等于约60°的角度β，直到其中一个连条11 或13抵靠舌片43。整个测量范围在此也大致等于角度β的两倍，因而约为120°。可能的测量角度可以(在两个测量轴的实施方式中)被如此增大，形成U形开口32，其相对于旋转轴线W在周向上尽量大范围延伸，即在至少180°、至少270°或甚至至少330°范围。同时，最大测量范围可以被扩大，做法是偏心连条的数量被减小或者说这个或这些偏心连条的周向延伸尺寸保持尽量小。例如在图2b所示的只具有一个偏心连条(比如连条11)的测量轴3的电路板25的U形孔32情况下可以提供最大转动范围，最大转动范围来自在抵靠舌片43的对指针止挡之间的连条11顺时针运动或逆时针运动并且大于35°、优选大于180°。
在根据图1b或图2b的两个实施例中，在横向于旋转轴线W的径向Q上的开口31、 32或33的宽度必然大于连条11、13的径向宽度，从而它们能顺利地在开口中转动，直至理论上抵靠在舌片43或桥片41上。该开口可以在径向Q上比连条11、13大许多以简化轴安装。在根据图1a至图1c的实施例中，这些连条优选可以在径向上宽达约0.3cm 至0.7cm，优选是约宽达0.5cm。在测量轴3以一体式实现时，如图2a和图2b所示，连条11、13的径向宽度可以因为没有设置孔12、14而设计得较薄，优选在约1mm与5mm 之间，尤其是具有约3mm的径向宽度。在周向上，连条11、13的厚度可以为0.5cm至 1.5cm，优选约为1cm，在此保证了有足够的材料厚度以提供足以用于高测量精度的刚性，但在这里周向宽度最好应该保持尽量小，以便没有不必要地影响测量范围。
空隙21的直径优选为至少5mm，以便能容纳位置固定的第二角度传感器部件5b和/或固定于测量轴的角度传感器部件5。优选该空隙的直径大于8mm和/或小于2cm。
在之前的说明书、附图和权利要求书中公开的特征不仅可以单独地、也可以在任何组合中对于以不同实施方式实现本实用新型来说是有意义的。

Claims (25)

1.一种位置传感器(1)，该位置传感器用于工艺生产设备的调节装置，其特征是，该位置传感器具有能绕旋转轴线(W)旋转不到360°的测量轴(3)和用于确定所述测量轴(3)相对于位置固定的参考点的实际角度位置的角度传感器(5)，其中所述测量轴(3)包括：
用于根据与所述旋转轴线(W)同轴延伸的调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动将转动运动传入所述测量轴(3)的第一测量轴部段(15)，
第二测量轴部段(17)，在所述第二测量部段上安装有所述角度传感器(5)的固定于测量轴上的第一角度传感器部件(5a)，
至少一个相对于旋转轴线(W)偏心地在轴向(A)上延伸的连条(11,13)，所述连条在轴向(A)上设置在所述第一测量轴部段(15)和所述第二测量轴部段(17)之间且将这些测量轴部段(15,17)抗转动联接，
在轴向(A)上设于这些测量轴部段(15,17)之间且在径向(Q)上设置在所述旋转轴线(W)的高度上的空隙(21)，所述角度传感器(5)至少部分安置在所述空隙内，其中至少一个偏心连条(11,13)容许在横向于所述轴向(A)的径向(Q)上接近所述空隙(21)。
2.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，设有传感器支座，所述角度传感器(5)的固定不动的第二角度传感器部件(5b)安装在所述传感器支座上，其中所述传感器支座横向于所述旋转轴线(W)延伸且在径向(Q)上突入所述空隙(21)中和/或具有至少一个开口(31,33)，所述至少一个偏心连条(11,13)突伸穿过所述至少一个开口。
3.根据权利要求2所述的位置传感器(1)，其特征是，所述传感器支座具有至少部分由所述至少一个开口(31,33)界定的桥片(41)或舌片(43)，其中所述桥片(41)或舌片(43)装有位置固定的第二角度传感器部件(5b)。
4.根据权利要求1、2或3所述的位置传感器(1)，其特征是，该位置传感器具有至少30°的和/或小于360°的实际角度位置测量范围。
5.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，在所述测量轴(3)上设置用于识别所述测量轴(3)的实际角度位置是否对应于预定角度位置的位置检测器(7,9)的固定在测量轴上的位置检测器部件(7a,7b)。
6.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，同轴的所述第一测量轴部段(15)和偏心的连条(11,13)以及第二测量轴部段(17)是一体实现的，或者同轴的所述第一测量轴部段(15)、同轴的所述第二测量轴部段(17)和/或至少一个偏心的连条(11,13)通过多个能够相互分离地连接的零件构成。
7.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，该位置传感器用于工艺生产设备，具有测量轴(3)，设有用于确定所述测量轴(3)相对于参考点的实际角度位置的角度传感器(5)，该角度传感器具有相对于所述测量轴(3)不能转动的第一角度传感器部件(5a)和相对于所述参考点位置固定的第二角度传感器部件(5b)；还设有用于识别所述测量轴(3)的实际角度位置是否对应于预定角度位置的至少一个位置检测器(7,9)，其中所述位置检测器(7,9)具有相对于所述测量轴(3)不能转动的位置检测器部件和相对于所述参考点位置固定的位置检测器部件。
8.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，所述测量轴(3)具有相对于所述旋转轴线(W)同轴地沿轴向(A)延伸的第一测量轴部段(15)和至少一个连接至所述第一测量轴部段(15)的相对于所述旋转轴线(W)偏心地沿轴向(A)延伸的连条(11,13)。
9.根据权利要求7或8所述的位置传感器(1)，其特征是，所述测量轴(3)具有用于传递绕所述测量轴(3)的所述旋转轴线(W)的转动运动的接合部(22)，该转动运动对应于所述调节装置的调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动，固定于测量轴的第一角度传感器部件(5a)在轴向(A)上设置在所述接合部(22)与所述至少一个位置检测器(7,9)之间。
10.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，该调节装置是调节阀。
11.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，该工艺生产设备是化工设备、发电厂。
12.根据权利要求1所述的位置传感器(1)，其特征是，所述第一角度传感器部件(5a)是永磁体。
13.根据权利要求2所述的位置传感器(1)，其特征是，所述传感器支座是电路板(25)。
14.根据权利要求2所述的位置传感器(1)，其特征是，所述第二角度传感器部件(5b)相对于所述位置传感器的壳体(2)固定不动地构成。
15.根据权利要求3所述的位置传感器(1)，其特征是，所述桥片(41)或舌片(43)装有固定于壳体(2)上的第二角度传感器部件(5b)。
16.根据权利要求5所述的位置传感器(1)，其特征是，在同轴的第二测量轴部段(17)上设置用于识别所述测量轴(3)的实际角度位置是否对应于预定角度位置的位置检测器(7,9)的固定在测量轴上的位置检测器部件(7a,7b)。
17.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，该测量轴(3)能绕旋转轴线(W)旋转不到360°。
18.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，设有安置在所述测量轴(3)的所述旋转轴线(W)上的用于确定所述测量轴(3)相对于参考点的实际角度位置的角度传感器(5)。
19.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，所述第二角度传感器部件(5b)是AMR传感器。
20.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，所述位置检测器部件是开关接线片(7a,9a)。
21.根据权利要求7所述的位置传感器(1)，其特征是，所述位置检测器(7,9)具有相对于所述位置传感器(1)的壳体(2)位置固定的位置检测器部件。
22.根据权利要求8所述的位置传感器(1)，其特征是，所述第一测量轴部段(15)是支承部段。
23.根据权利要求9所述的位置传感器(1)，其中，所述第一测量轴部段(15)具有用于传递绕所述测量轴(3)的所述旋转轴线(W)的转动运动的接合部(22)。
24.一种调节装置，用于调节工艺生产设备的工艺流体流动，具有根据前述权利要求中任一项所述的位置传感器，其特征是，该位置传感器(1)设立用于使所述测量轴执行对应于所述调节装置的调节驱动杆或调节驱动轴的调节运动的转动运动。
25.根据权利要求24所述的调节装置，其特征是，所述位置传感器(1)包括位置检测器(7,9)，该位置检测器设立用于识别所述测量轴(3)的预定角度位置，该预定角度位置对应于所述调节驱动杆或调节驱动轴的最终位置。
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