DD146339A5 - Wegmesswandler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft induktive Wegmeszwandler. Es sollen die Nachteile der Hysteresewirkung magnetischer Kerne ausgeschaltet und der Frequenzumfang beim Einsatz vergroeszert werden. Der Spulenkoerper ist mit einer ersten und einer zweiten ineinandergreifenden wendelfoermigen Wicklung versehen, die bifilar geschaltet sind. Der verschiebbare Kern im Spulenkoerper ist aus elektrisch leitfaehigem Nichtmagnetisierbarem Material hergestellt. Er ist mit einem Verbindungsglied versehen, an das ein Konstruktionselement befestigt werden kann, dessen Verschiebung gemessen werden soll, bzw. mit diesem Konstruktionselement fest verbunden.

Description

Wegmeßwandler

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft induktive Wegmeßwandler.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Meßwandler bestehen aus einer Drahtspule, in der die Richtung des Stromflusses in jedem Augenblick in jeder Windung der Spule dieselbe ist, und aus einem Kern aus magnetisierbarem Material, der in axialer Richtung in der Spule verschoben v/erden kann, um die Induktivität der Spule zu ändern.

Die Messung der Induktivität kann zur Bestimmung der Lage des Kernes innerhalb der Spule dienen und damit zur Anzeige des Weges. Ein Nachteil einer solchen Anordnung ist der Hystereseeffekt des Materials, aus dem der Kern gefertigt ist. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung des Induktivitätswertes reduziert und auch die Frequenz der Wechselstromquelle begrenzt, an die die Spule zum Zwecke der Messung angeschlossen ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Ungenauigkeit und der Einsatzbeschränkung bezüglich der Frequenz.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen.Wegmeßwandler in einer einfachen und geeigneten Ausführung zu schaffen.

15. 2· 1980 GZ 56 203 17

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Wegmeßwandler einen Spulenkörper aus nichtmagnetischem und nichtleitendem Material, Wicklungen auf diesem Spulenkörper, einen Kern, der sich innerhalb des Spulenkörpers verschieben läßt, wobei dieser Kern zweckmäßig mit einem Konstruktionselement verbunden ist oder einen Teil eines Konstruktionselementes bildet, dessen Weg zu messen ist« Der Kern besteht dabei aus einem elektrisch leitenden nichtmagnetisierbaren Material· Die Wicklungen bestehen aus ersten und zweiten ineinandergreifenden wendeiförmigen Wicklungen mit derselben Anzahl von Windungen, die untereinander derart verbunden sind, daß der Stromfluß in einer Wicklung dem in der anderen Wicklung entgegengesetzt ist« Die Wicklungen werden im Betrieb mit Wechselstrom derart gespeist, daß in dem Teil des Kernes, der sich innerhalb des Spulenkörpers befindet, Wirbelströme induziert werden· Die Induktivität der Wicklungen ist dabei auf Grund der Wirbelströme von der Lage des Kernes innerhalb des Spulenkörpers abhängig.

Die Wicklungen bilden die Frequenzregelkomponente eines Oszillators, wobei die Schwingungsfrequenz des Oszillators ein Maß für die Stellung des Konstruktionselementes ist«,

Zum Zwecke der Eichung sind eine Normalinduktivität und ein Schalter zur Herstellung der Verbindung zwischen der Normalinduktivität und dem Oszillator vorgesehen«

Der Kern besteht vorzugsweise aus Kupfer.oder Aluminium«

15. 2. 1980 , GZ 56 203 17

21589 3 - 3 -

Ausführunqsbeispiel

Ein Beispiel eines Wegmeßvvandlers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Seitenriß des Wegmeßwandlers i

Fig· 2: ein Blockdiagramm eines Oszillators und Verstärkers für den Wegmeßwandler·

Der Meßwandler enthält einen Spulenkörper 10 aus Plast- oder dgl· nichtleitendem und nichtmagnetisierbarem Material, auf dem paarweise spiralförmige Rippen 11 und 12 angeformt oder angebracht sind, wie ein zweigängiges Schraubengewinde·

Der Spulenkörper 10 weist eine Bohrung auf, in der verschiebbar ein zylindrisches Konstruktionselement 13 angeordnet ist. Das Element 13 kann massiv oder hohl sein, besteht aber aus einem elektrisch leitenden nichtmagnetischen Material, wie Kupfer oder Aluminium· Das Konstruktionselement 13 ist mit einem Kopf 14 versehen, mittels dessen das Element 13 mit einem anderen Teil verbunden werden kann, dessen Weg gemessen werden soll· -

Zwischen den Rippen 11 und 12 befindet sich ein V.'icklungspaar 15 und 16. Dede Wicklung weist in dem wiedergegebenen Beispiel drei Windungen auf. Die Wicklungen werden in geeigneter Weise aus einem nichtunterbrochenen Draht gebildet, wobei der Draht vom ersten Ende des Kerns längs einer der zwischen den Rippen 11 und 12 definierten Nuten in Richtung zum entgegengesetzten Endo gewickelt wird längs der anderen

15· 2. 3.930 GZ 56 203 17

215893 -4-

Nut zurück zum ersten Ende»

Wenn sich das Konstruktionselement 13 nicht im Spulenkörper befindet, ist die Selbstinduktivität der Wicklungen sehr klein, weil die Wicklungen bifilar gewickelt sind. Wenn jedoch das Element 13 in den Spulenkörper hineingeschoben wird und ein Hochfrequenz-Wechselstrom durch die Wicklungen hindurchfließt, bilden sich Wirbelströme in der Oberfläche des Konstruktionselementes 13. Diese Wirbelströme wirken der Stromänderung in den Wicklungen 15 und 16 in der Weise entgegen, daß die Wicklungen eine Induktivität entfalten« Der Induktivitätswert ist davon abhängig, wie weit das Konstruktionselement 13 in den Spulenkörper eingeführt ist. Bei tieferem Eindringen nimmt die Induktivität zu.

Der beschriebene Wegmeßwandler kann bei Frequenzen in der Größenordnung von 2 MHz betrieben werden, und die Ansprechempfindlichkeit ist sehr groß. Darüber hinaus ist der Hystereseeffekt vernachlässigbar und die Linearität außerordentlich hoch, sie weicht auf dem gesamten Verschiebungswege weniger-als 1 % ab.

Bei einem praktischen Beispiel betrug dio Wanddicke des Spulenkörpers 0,5 mm, der Durchmesser des Konstruktionselementes 13 4,0 mm und die Länge der Wicklung 25,0 mm. Darüber hinaus wies bei diesem Beispiel jede Wicklung 5 Windungen auf«

Ein Wegmeßwandler kann in jeder gewünschten Länge hergestellt werden, um mit dem Weg des Konstruktionselementes übereinzustimmen, mit dem das Element 13 verbunden ist.

15. 2, 1980 GZ 56 203 17

Wie Fig, 2 entnommen werden kann, bildet die kombinierte Wicklung 17 des Wegmeßwandlers die Frequenzregelkomponente eines LC-Oszillators 18, und die Frequenz des Oszillators ändert sich, wenn das Element 13 im Spulenkörper 10 verschoben wird. Der Ausgang des Oszillators 18 ist mit einem Verstärker 19 verbunden, und dessen Ausgang wird einem Frequenzzähler 20 zugeführt, der geeicht worden kann, um eine unmittelbare Anzeige des Weges zu liefern.

Falls starke Temperaturschwankungen auftreten, die die Induktivität in einem solchen Maß beeinflussen, daß die Eichung gestört wird, kann eine Normalinduktivität 21, die derselben Temperaturschvvankung unterliegt, in den Oszillatorkreis mit Hilfe eines elektronischen Schalters 22 zum Zwecke einer Nacheichung eingeschaltet werden.

Claims (4)

15. 2. 1980 GZ 56 203 17

1. Wegmeßwandler, gekennzeichnet durch einen Spulenkörper aus nichtmagnetischem und nichtleitendem Material, durch Wicklungen auf diesem Spulenkörper und durch einen Kern, der sich innerhalb des Spulenkörpers verschieben läßt, wobei der Kern mit einem Konstruktionselement verbindbar ist oder einen Teil eines Konstruktionselementes bildet _t dessen Weg zu messen ist, weiterhin gekennzeichnet dadurch, daß der Kern aus einem elektrisch leitenden nichtmagnetisierbaren Material besteht und die Wicklungen sich aus ersten und zweiten ineinandergreifenden vvendelförmigen Wicklungen mit derselben Anzahl von Windungen zusammensetzen, die untereinander derart verbunden sind, daß der Stromfluß in einer Wicklung demjenigen in der anderen Wicklung entgegengesetzt verläuft, wobei die Wicklungen mit Wechselstrom derart gespeist sind, daß in dem Teil des Kernes Wirbelströme induziert werden, der sich innerhalb des Spulenkörpers befindet.

1 O ~ " · Erfindunqsanspruch '

2. Wegmeßwandler gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wicklungen die Frequenzregelkomponente eines Oszillators bilden, derart, daß die Schwingungsfrequenz des Oszillators ein Maß für die Einstellung des Konstruktionselementes ist«

3» Wegmeßwandler gemäß Punkt 2, gekennzeichnet durch eine Normalinduktivität und einen. Schalter zur Herstellung der Verbindung zwischen der Normalinduktivität und dem Oszillator zum Zwecke einer Eichung»

15, 2, 1980 GZ 56 203 17

215893 -7-

4· VVegmeßwandler gemäß Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß der Kern aus Kupfer oder Aluminium besteht.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen