CZ278624B6

CZ278624B6 - Induction position transducer

Info

Publication number: CZ278624B6
Application number: CS894531A
Authority: CZ
Inventors: Jan Ing Csc Rohac
Original assignee: Vuhz A S
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1994-04-13
Also published as: CZ453189A3

Abstract

The cover of the exciter coil (1) and first sensor coil (2) are in radial overlapping, whereas the reciprocal arrangement of individual elements of the induction sensor in radial direction consists of the exciter coil (1), first sensor coil (2) and core (3) and a second sensor coil (4) may be additionally fitted on the inner or outer side of the cover of the exciter coil (1).<IMAGE>

Description

Vynález se týká indukčního snímače polohy, zejména snímače lineárního posuvu o délce srovnatelné s délkou indukčního snímače.The invention relates to an inductive position sensor, in particular to a linear displacement sensor of a length comparable to the length of the inductive sensor.

Doposud známé indukční snímače dlouhých lineárních posunutí používají diferenciálního uspořádání snímače se dvěma válcovými snímacími cívkami stejných průměrů, uloženými na společné ose za sebou. Každá ze snímacích cívek je delší než je požadovaná měřicí délka. Jádro, jehož poloha určuje snímanou veličinu, se do jedné snímací cívky zasouvá a z druhé snímací cívky vysouvá. Nevýhodou diferencionálního uspořádání indukčního snímače je jeho délka, která je více než dvakrát větší než měřená délka. Další nevýhodou je požadavek vysoké přesnosti souososti jádra a obou snímacích cívek a požadavek zajištění linearity snímače z toho důvodu, že měřená poloha je vyhodnocena z rozdílu indukčností obou cívek, přičemž indukčnost je nelineární funkcí posunutí jádra; intenzita magnetického pole uvnitř cívky je proměnná a je také závislá na změně polohy jádra v radiálním směru. Další v současnosti používané uspořádání indukčního snímače dlouhých lineárních posunutí má budicí cívku se speciálním magnetickým obvodem v jehož mezeře se pohybuje snímací cívka. Nevýhodou tohoto uspořádání indukčního snímače je zejména nutnost vyřešení vývodu snímané veličiny z pohybující se snímací cívky na nepohyblivý člen, který vyhodnocuje informace ze snímací cívky. Konstrukční řešení přenosu signálu z pohyblivého členu na nepohyblivý bývají složitá, značně poruchová a s nízkou životností.The hitherto known long linear displacement inductive sensors use a differential sensor arrangement with two cylindrical sensor coils of the same diameters arranged on a common axis in succession. Each of the sensor coils is longer than the required measuring length. The core whose position determines the sensed quantity is inserted into one sensing coil and extended from the other sensing coil. The disadvantage of the differential arrangement of the inductive sensor is its length, which is more than twice the measured length. Another disadvantage is the requirement of high alignment of the core and the two pick-up coils and the requirement to ensure the linearity of the sensor because the measured position is evaluated from the difference in inductance of the two coils, the inductance being a nonlinear function of the core displacement; the intensity of the magnetic field inside the coil is variable and also depends on the change in the position of the core in the radial direction. Another currently used long linear displacement inductive transducer arrangement has an excitation coil with a special magnetic circuit in the gap of which the sensing coil moves. The disadvantage of this arrangement of the inductive sensor is, in particular, the need to solve the outlet of the sensed quantity from the moving sensing coil to a stationary member, which evaluates the information from the sensing coil. Structural solutions to transmit a signal from a movable member to a fixed member are complex, severely disturbed, and of low durability.

Shora uvedené nedostatky odstraňuje indukční snímač polohy podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že pláště budicí cívky a první snímací cívky jsou v radiálním překrytí, přičemž vzájemná konfigurace jednotlivých prvků indukčního snímače v radiálním směru je budicí cívka, první snímací cívka a jádro, a popřípadě že na vnitřní nebo vnější straně pláště budicí cívky je uložena druhá snímací cívka.The above-mentioned drawbacks are overcome by the inductive position sensor according to the invention. Its essence is that the excitation coil shells and the first sensing coils are in radial overlap, wherein the mutual configuration of the individual inductive sensor elements in the radial direction is the excitation coil, the first sensing coil and the core, and optionally on the inner or outer side of the excitation coil shell the second sensing coil is stored.

Délka indukčního snímače polohy podle vynálezu je oproti doposud používaným snímačům podstatně menší a je srovnatelná s délkou indikovaného lineárního posuvu. Další výhodou je jednoduchost konstrukce snímače podle vynálezu a z ní vyplývající malé pořizovací a udržovací náklady a vysoká provozní spolehlivost. Protože zde není použito pohybující se snímací cívky, odpadá nutnost přenosu signálu z pohyblivého členu na nepohyblivý, a tím se eliminují nedostatky tohoto řešení, tj. složitost, vysoká pravděpodobnost poruch a nízká životnost. Výhodou řešení podle vynálezu je i malá citlivost na přesnost uložení a vedení snímacích cívek vůči jádru, dosažení vysoké linearity snímače a malé teplotní chyby.The length of the inductive position sensor according to the invention is considerably smaller than the sensors used hitherto and is comparable to the length of the indicated linear displacement. A further advantage is the simplicity of construction of the sensor according to the invention and the resulting low acquisition and maintenance costs and high operational reliability. Since the moving pick-up coils are not used here, there is no need to transmit the signal from the movable member to the stationary, thereby eliminating the drawbacks of this solution, ie complexity, high probability of failure, and low lifetime. The advantage of the solution according to the invention is also a low sensitivity to the accuracy of placement and guiding of the sensor coils to the core, achieving high linearity of the sensor and low temperature error.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 schematicky znázorněn indukční snímač polohy podle vynálezu indikaci dálkového posunutí 100 mm, s jádrem realizovaným jako vnější hliníková trubka, v nárysném podélném řezu a na obr. 2 je schematicky nakreslen indukční snímač polohy podle vynálezu s jádrem realizovaným jako kovový válcový trn a s druhou snímací cívkou.In the accompanying drawing, FIG. 1 schematically shows an inductive position sensor according to the invention with a 100 mm longitudinal displacement indication, with a core realized as an outer aluminum tube, in a longitudinal section and FIG. a metal cylindrical mandrel and a second pick-up coil.

Podle prvního provedení na obr. 1 je na 120 mm dlouhé budicí cívce 1 souose upevněna stejně dlouhá první snímací cívka 2, jejíž průměr je dvakrát větší než průměr budicí cívky 1 tak, žeAccording to the first embodiment of FIG. 1, an equally long first pick-up coil 2, whose diameter is twice the diameter of the pick-up coil 1, is coaxially mounted on a 120 mm long coil 1 so that

-1CZ 278624 B6 obě cívky 1 a 2 jsou ve vzájemném radiálním překrytí. V ose cívek 1 a 2 je axiálně pohyblivé uloženo jádro 2, zde hliníková trubka, jejíž světlý průměr je o 20 % větší, než průměr první snímací cívky 2.Both coils 1 and 2 are radially overlapping each other. In the axis of the coils 1 and 2, a core 2, here an aluminum tube, whose clear diameter is 20% larger than the diameter of the first pick-up coil 2, is axially movable.

Budicí cívkou 1 protéká elektrický proud o harmonickém průběhu. Vzniklé elektromagnetické pole indukuje v první snímací cívce 2 elektrické napětí, jehož velikost je funkcí polohy jádra 2 vzhledem k cívkám 1 a 2. Frekvence vzniklého elektromagnetického pole je taková, aby hloubka vniku elektromagnetického pole do materiálu jádra 2 byla malá vzhledem k radiální tloušťce materiálu jádra 2, zde konkrétně je hloubka vniku elektromagnetického pole do tloušťky stěny jádra 2- Protože poměr délky první snímací cívky 2 k rozdílu průměrů první snímací cívky 2 a budicí cívky 1 je velký, v příkladném provedení třicet, je změna velikosti napětí indukovaného v první snímací cívce 2 ve značném rozsahu délky první snímací cívky 2, v příkladném provedení v 85 % délky první snímací cívky 2, lineárně závislá na poloze jádra 2 vzhledem k oběma cívkám 1 a 2.The excitation coil 1 flows with an electric current with a harmonic waveform. The resulting electromagnetic field induces an electrical voltage in the first sensing coil 2, the magnitude of which is a function of the position of the core 2 relative to the coils 1 and 2. The frequency of the generated electromagnetic field is such that the depth of electromagnetic field penetration into the core 2 is small 2, here specifically the depth of penetration of the electromagnetic field into the wall thickness of the core 2- Since the ratio of the length of the first pickup coil 2 to the diameter difference of the first pickup coil 2 and the excitation coil 1 is large, in the exemplary embodiment thirty, 2 in a considerable length range of the first pick-up coil 2, in an exemplary embodiment at 85% of the length of the first pick-up coil 2, linearly dependent on the position of the core 2 relative to both coils 1 and 2.

Podle druhého provedení je na obr. 2 na vnějším povrchu 120 mm dlouhé budicí cívky 1 navinuta stejně dlouhá druhá snímací cívka 4. K cívkám 1 a 4 je souose a ve vzájemně radiálním překrytí upevněna stejně dlouhá první snímací cívka 2, jejíž průměr je poloviční oproti průměru budicí cívky 1. V ose cívek 1, 2 a 4 je axiálně pohyblivě uloženo jádro 2, zde hliníkový válec, jehož průměr je o 20 % menší, než průměr první snímací cívky 2.According to a second embodiment, on the outer surface of the 120 mm long excitation coil 1, an equally long second sensing coil 4 is wound around the coil 1 and 4. The core 2, here an aluminum cylinder, whose diameter is 20% smaller than the diameter of the first pick-up coil 2, is axially movable.

Budicí cívkou 1 protéká elektrický proud o harmonickém průběhu. Použitím rozdílu napětí, které se indikuje v obou snímacích cívkách 2 a 4 vzniklým elektromagnetickým polem pro vyjádření polohy jádra 2 vzhledem k cívkám 1, 2 a 4., se dosáhne lepší teplotní stability snímače.The excitation coil 1 flows with an electric current with a harmonic waveform. By using the voltage difference indicated by the electromagnetic field in both sensor coils 2 and 4 to express the position of the core 2 with respect to the coils 1, 2 and 4, a better temperature stability of the sensor is achieved.

Indukčního snímače polohy podle vynálezu lze s výhodou použít k snímání relativně velkých lineárních posunutí v těžkých provozních podmínkách, zejména u elektromechanických, hydraulických a pneumatických servomechanizmů.The inductive position sensor according to the invention can advantageously be used for sensing relatively large linear displacements under difficult operating conditions, in particular for electromechanical, hydraulic and pneumatic servomechanisms.

Claims

An inductive position sensor, comprising at least one sensing coil, in the axis of which both the excitation coil and the core are arranged, characterized in that the excitation coil shells (1) and the first sensing coils (2) are radially overlapped, the arrangement of the individual elements of the inductive sensor in the radial direction is an excitation coil (1), a first sensing coil (2) and a core (3).

Inductive position sensor according to claim 1, characterized in that a second sensing coil (4) is arranged on the inner or outer side of the excitation coil housing (1).