DD241644A1

DD241644A1 - INDUCTIVE WAY SENSOR

Info

Publication number: DD241644A1
Application number: DD28144285A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Pakendorf; Hans-Joergen Braune; Juergen Kurz
Original assignee: Weinert E Messgeraetewerk
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1986-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen induktiven Wegsensor zur Messung und wegproportionalen Umformung translatorischer Positionsveraenderungen, insbesondere der Regelstange in Dieseleinspritzpumpen von Kraftfahrzeugen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es einen unkomplizierten und robusten induktiven Wegsensor zu schaffen, der eine Umformung der Messgroesse Weg in eine proportionale Induktivitaetsaenderung bei geringer Abhaengigkeit der Ausgangsgroesse von Umgebungsstoereinfluessen, wie Magnetfelder, extremen Temperaturschwankungen und Umgebungstemperaturen, hoher Verschmutzungsgrad, ermoeglicht. Erfindungsgemaess ist in der Naehe des Bodens eines ferromagnetischen Topfes 1 eine Flachspule 2 angeordnet, wobei ein ferromagnetischer Kern 4 durch einen Durchbruch in der Mitte des Topfbodens und die Flachspule 2 hindurch in das Topfinnere hineinragt. Durch die axiale Bewegung des Kerns 4 wird eine Induktivitaetsaenderung der Flachspule 2 erzeugt, die proportional der zu messenden Weggroesse ist. Fig. 1 zeigt die Prinzipanordnung eines erfindungsgemaessen Wegsensors. Fig. 1 und 2The invention relates to an inductive displacement sensor for measuring and displacement-proportional deformation of translational position changes, in particular the control rod in diesel injection pumps of motor vehicles. The aim and object of the invention is to provide an uncomplicated and robust inductive displacement sensor, which allows a transformation of the measuring path way into a proportional Induktivitaetsaenderung with low dependence of the output of environmental impact, such as magnetic fields, extreme temperature fluctuations and ambient temperatures, high degree of contamination. According to the invention, a flat coil 2 is arranged in the vicinity of the bottom of a ferromagnetic pot 1, wherein a ferromagnetic core 4 projects through an opening in the center of the pot bottom and the flat coil 2 into the interior of the pot. Due to the axial movement of the core 4, an inductance change of the flat coil 2 is generated, which is proportional to the distance to be measured. 1 shows the basic arrangement of a displacement sensor according to the invention. Fig. 1 and 2

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen induktiven Wegsensor zur wegproportionalen Umformung translatorischer Positionsveränderungen verstellbarerTeile, insbesondere der Regelstange in Dieseleinspritzpumpen von Kraftfahrzeugen und Arbeitsmaschinen, in eine Induktivitätsänderung.The invention relates to an inductive displacement sensor for the displacement-proportional deformation of translational position changes of adjustable parts, in particular the control rod in diesel injection pumps of motor vehicles and work machines, in a Induktivitätsänderung.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar, wo unter extremen Umweltbedingungen eine Umformung der Meßgröße Weg in eine proportionale Induktivitätsänderung bei möglichst geringer Abhängigkeit der Ausgangsgröße von Umgebungsstöreinflüssen, wie Magnetfelder, Temperaturschwankungen, extreme Umgebungstemperaturen, hoher Verschmutzungsgrad, erfolgen soll.The invention is particularly advantageous applicable where under extreme environmental conditions, a transformation of the measured variable way in a proportional inductance change with the least possible dependence of the output of environmental disturbances, such as magnetic fields, temperature fluctuations, extreme ambient temperatures, high degree of contamination should be made.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannte induktive Wegsensoren beinhalten Meßvorrichtungen, bei denen ein ferromaghetischer Kern in eine langgestreckte Spule mehr oder weniger eintaucht und so die Induktivität als Ausgangsgröße in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des ferromagnetischen Kerns verändert wird. Bei derartigen Meßvorrichtungen wird die Wicklung in Längsrichtung der Spule nichtlinear aufgeteilt bzw. gewickelt, so daß die Änderung der Ausgangsgröße nahezu proportional der Kernverschiebung und damit der zu messenden Wegänderung ist. Solche Anordnungen sind in den DE-OS 3303994 und 3225822 beschrieben. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist die fertigungstechnisch aufwendige und komplizierte Wickeltechnik der Spule, insbesondere bei geforderter Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße.Known inductive displacement sensors include measuring devices in which a ferromagnetic core more or less immersed in an elongated coil and so the inductance is changed as an output variable in dependence on the traversed path of the ferromagnetic core. In such measuring devices, the winding is nonlinear split or wound in the longitudinal direction of the coil, so that the change in the output is almost proportional to the core displacement and thus the path change to be measured. Such arrangements are described in DE-OS 3303994 and 3225822. A disadvantage of these arrangements is the manufacturing technically complex and complicated winding technique of the coil, especially when required proportionality between the input and output.

In der DE-OS 3303738 wird ein Wegsensor beschrieben, bei welchem die Induktivitätsänderung einer mehr.oder weniger zusammenrückbaren Schraubenfeder mittels Hochfrequenzoszillator ausgewertet wird. Nachteilig ist, daß das bewegliche Teil nicht kräftefrei abtastbar ist und die durch Resonanzschwingungen auftretenden Modulationserscheinungen eine aufwendige Auswerteschaltung erfordern.In DE-OS 3303738 a displacement sensor is described in which the inductance change of a mehr.oder less collapsible coil spring is evaluated by means of high-frequency oscillator. The disadvantage is that the movable part is not scanned forces and require the occurring by resonant vibration modulation phenomena a complex evaluation circuit.

Allen bisher genannten Vorrichtungen haftet der gemeinsame Nachteil an, daß Abschirmungsmaßnahmen gegen magnetische Störfelder unbedingt erforderlich sind.All previously mentioned devices have the common disadvantage that shielding measures against magnetic interference are absolutely necessary.

Aus den DE-OS 2357791 und 2352851 ist weiterhin bekannt, zur Wegmessung einen verschiebbaren Kurzschlußring einer Spule, die sich auf einem U- oder E-förmigen ferromagnetischen Kern befindet, mehr oder weniger zu nähern und die Induktivitätsänderung auszuwerten. Nachteilig ist, daß bei konzentrisch angeordneten, sich in Achsrichtung bewegenden Verstellorganen der seitlich oder am Ende mitzuführende Kurzschlußring einen relativ großen freien Montageraum für den nicht rotationssymmetrischen Kern und die Haltekonstruktion erfordert.From DE-OS 2357791 and 2352851 it is also known, for displacement measurement, a movable short-circuit ring of a coil, which is located on a U- or E-shaped ferromagnetic core, more or less approach and evaluate the inductance change. The disadvantage is that when concentrically arranged, moving in the axial direction adjusting the laterally or at the end mitzuführende short-circuit ring requires a relatively large free mounting space for the non-rotationally symmetric core and the support structure.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen induktiven Wegsensor zu schaffen, der die genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet und unter extremen Umgebungsbedingungen an Motoren von Kraftfahrzeugen und Arbeitsmaschinen einsetzbar ist sowie einen einfachen, raumsparenden und fertigungstechnisch unkomplizierten Aufbau besitzt.The aim of the invention is to provide an inductive displacement sensor which avoids the aforementioned disadvantages of known devices and can be used under extreme environmental conditions on engines of motor vehicles and work machines and has a simple, space-saving and uncomplicated construction.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen induktiven Wegsensor zu schaffen, der bei geringem Aufwand eine gute Proportionalität zwischen der Meßgröße Weg und der Induktivitätsänderung als Ausgangsgröße aufweist und unempfindlich gegen auftretende Umweltstörungen, wie Magnetfelder, großer Einsatztemperaturbereich, Verschmutzung ist.The invention has the object to provide an inductive displacement sensor, which has a good proportionality between the measured variable path and the inductance change as output variable with little effort and is insensitive to environmental disturbances occurring, such as magnetic fields, large operating temperature range, pollution.

Erfindurigsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Nähe des Bodens eines ferromagnetischen Topfes 1 mit einem in der Mitte des Topfbodens befindlichen Durchbruch eine Flachspule 2 angeordnet ist. Dabei muß die freie Länge des Topfes 1 von der Flachspule 2 bis zum offenen Ende des Topfes 1 mindestens der zu messenden Weglänge entsprechen. Durch den Topfboden des Topfes 1 und die Flachspule 2 ragt ein axial beweglicher ferromagnetischer Kern 4 hindurch, dessen beiderseits in axialer Richtung freien Längen in der Summe mindestens der zu messenden Weglänge entsprechen.According to the invention, the object is achieved in that a flat coil 2 is arranged in the vicinity of the bottom of a ferromagnetic pot 1 with an opening located in the center of the bottom of the pot. The free length of the pot 1 must correspond from the flat coil 2 to the open end of the pot 1 at least the path length to be measured. Through the pot bottom of the pot 1 and the flat coil 2 protrudes an axially movable ferromagnetic core 4 through, on both sides in the axial direction of free lengths in the sum at least equal to the measured path length.

Derferromagnetische Kern 4 bewegt sich vom Ende der Flachspule 2 in das Innere des Topfes 1 hinein und bewirkt dadurch eine Vergrößerung der wirksamen Fläche und eine Verringerung des magnetischen Widerstandes des Luftspaltes zwischen Kern 4 und Topfwandung des Topfes 1, so daß eine nahzu proportionale Änderung der Induktivität der Flachspule 2 erreicht wird. Zur Verbesserung der Proportionalität ist es vorteilhaft den ferromagnetischen Topf 1 so auszubilden, daß dessen Durchmesser sich zum offenen Ende hin entsprechend verkleinert.Derferromagnetische core 4 moves from the end of the flat coil 2 into the interior of the pot 1 and thereby causes an increase in the effective area and a reduction in the magnetic resistance of the air gap between the core 4 and pot wall of the pot 1, so that a near-proportional change in inductance the flat coil 2 is reached. To improve the proportionality, it is advantageous to form the ferromagnetic pot 1 so that its diameter decreases correspondingly towards the open end.

Bei Wegmessung an einer axial beweglichen Stange ist es vorteilhaft, diese so zu gestalten, daß ein freies Ende des ferromagnetischen Kerns 4, welches in den Topf 1 hineinragt, eine elektrisch hochleitfähige nichtferromagnetische Scheibe 6When measuring distance on an axially movable rod, it is advantageous to make it so that a free end of the ferromagnetic core 4, which projects into the pot 1, an electrically highly conductive non-ferromagnetic disc. 6

angeordnet ist. .. .is arranged. ...

Für spezielle Anwendungsfälle ist der Topf1 durch einen U-Kern 5 mit einem in der Mitte des Verbindungssteges zwischen den Schenkeln befindlichen Durchbruch zu ersetzen.For special applications, the Topf1 is to be replaced by a U-core 5 with a located in the middle of the connecting web between the legs breakthrough.

embodiment

Die Erfindung soll im nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail in the following embodiment. Show

Fig. 1: eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kern 4 in Anfangslage Fig.2: in EndlageFig. 1: a schematic diagram of the device according to the invention with core 4 in the initial position Fig.2: in the end position

Fig.3: eine Ausführung mit U-Kern 53: an embodiment with U-core. 5

In Fig. 1 ist eine Flachspule 2 in der Nähe des Bodens eines zylindrischen Topfes 1 aus Ferritmaterial angeordnet, deren Wicklungsenden mit einer Auswerteelektronik 3 zur Induktivitätsmessung verbunden sind. Weiterhin ist ein beweglicher ferromagnetischer Kern 4 in einem Durchbruch in der Mitte des Topfbodens und durch die Flachspule 2 hindurch angeordnet, wobei sich der Kern 4 in seiner Anfangslage befindet, d. h. die gemessene Induktivität der Flachspule 2 beträgt ein Minimum. Wird der Kern 4 in axialer Richtung in den Topf 1 hinein bewegt, so vergrößert sich die Induktivität kontinuierlich und nimmt in der in Fig.2 gezeigten Endlage des Kerns 4 ihr Maximum an, da die wirksame Fläche des Luftspaltes zwischen Kern 4 und Wandung des Topfes 1 ebenfalls ihr Maximum undjdamit der magnetische Widerstand sein Minimum erreicht. Durch eine hier nicht gezeigte, beispielsweise kegelförmige Verringerung des Topfdurchmessers zum offenen Ende des Topfes 1 hin, kann eine beliebig genaue Proportionalität zwischen Kernverschiebung und Induktivitätsänderung hergestellt werden. In Fig.3 ist die Flachspule 2 in der Nähe eines durchbohrten Verbindungssteges zwischen den Schenkeln eines U-förmigen Ferritkern 5, anstelle des Topfes 1, angeordnet. Der bewegliche ferromagnetische Kern 4 befindet sich in seiner Anfangslage, die dem Induktivitätsminimum der Flachspule 2 entspricht und bewegt sich in axialer Richtung zum offenen Ende des U-Kems 5 seiner Endlage entgegen, wo die Flachspule 2 ihr Induktivitätsmaximum erreicht.In Fig. 1, a flat coil 2 is disposed in the vicinity of the bottom of a cylindrical pot 1 made of ferrite material, whose winding ends are connected to a transmitter 3 for inductance measurement. Furthermore, a movable ferromagnetic core 4 is arranged in an opening in the center of the bottom of the pot and through the flat coil 2, wherein the core 4 is in its initial position, d. H. the measured inductance of the flat coil 2 is a minimum. If the core 4 is moved into the pot 1 in the axial direction, the inductance increases continuously and assumes its maximum in the end position of the core 4 shown in FIG. 2, since the effective area of the air gap between the core 4 and the wall of the pot 1 also reaches its maximum and thus the magnetic resistance reaches its minimum. By not shown here, for example, conical reduction of the pot diameter towards the open end of the pot 1, an arbitrarily accurate proportionality between core displacement and inductance change can be made. In Figure 3, the flat coil 2 in the vicinity of a pierced connecting web between the legs of a U-shaped ferrite core 5, instead of the pot 1, is arranged. The movable ferromagnetic core 4 is in its initial position, which corresponds to the inductance minimum of the flat coil 2 and moves in the axial direction towards the open end of the U-Kems 5 its end position, where the flat coil 2 reaches its maximum inductance.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit des induktiven Wegsensors und zum Abgleich ist am Ende des beweglichen ferromagnetischen Kerns 4 eine elektrisch hochleitfähige nichtferromagnetische Scheibe 6 verstellbar angeordnet.To increase the effectiveness of the inductive displacement sensor and for adjustment, an electrically highly conductive non-ferromagnetic disc 6 is adjustably arranged at the end of the movable ferromagnetic core 4.

Claims

Invention claim:

1. Inductive displacement sensor with movable ferromagnetic core, characterized in that in the vicinity of the bottom of a ferromagnetic pot (1) with a located in the center of the pot bottom opening a flat coil (2) is arranged, that the free length of the pot (1) from the flat coil (2) to the open end of the pot (1) at least the path length to be measured corresponds to that in the center of the pot bottom located breakthrough of the axially movable ferromagnetic core (4) is arranged, which through the flat coil (2) therethrough protrudes into the pot (1) and that the sum of both sides in the axial direction free lengths of the movable ferromagnetic core (4) corresponds to at least the path length to be measured.

2. Inductive displacement sensor according to claim 1, characterized in that instead of the pot (1) a U-core (5) with a in the middle of the connecting web between the legs of the U-core (5) located breakthrough is present and that the flat coil (2) is disposed within the U-core (5) in the vicinity of the connecting web.

3. Inductive displacement sensor according to claim 1, characterized in that the diameter of the pot (1) towards the open end has a reduction.

4. Inductive displacement sensor according to claim 2, characterized in that the distance of the legs of the U-core (5) towards the open end has a reduction.

5. Inductive displacement sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the end of the movable ferromagnetic core (4) which projects into the pot (1) or the U-core (5), an electrically highly conductive non-ferromagnetic disc ( 6) is arranged.