DE102014011079A1 - Sensor for determining the position of pistons in pneumatic and hydraulic cylinders - Google Patents
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Abstract
Die Positionsbestimmung von Kolben in Pneumatik- und Hydraulikzylindern ist wichtig für Regelungs- und Überwachungseinrichtungen. Bisher ist die Positionsbestimmung nur unbefriedigend gelöst. Eine externe Sensorik ist unerwünscht. Bei einigen Realisierungen muss die Kolbenstange aufwändig modifiziert werden oder es muss ein tiefes Loch in die Stange gebohrt werden. Bei anderen Realisierungen ist die Sensorik anfällig, unpräzise oder aufwändig herzustellen und dadurch teuer. Zur Positionsbestimmung der Kolbenposition soll hier der magnetische Kreis aus Kolben, Kolbenstange, Zylinderdeckel und Zylindermantel verwendet werden, der seine magnetischen Eigenschaften mit der Kolbenposition verändert. Diese veränderten Eigenschaften können mit einer Spule unter dem Zylinderdeckel vermessen werden. In einer Erweiterung ist eine zusätzliche Spule am Kolben gegeben, die wie die Spule am Zylinderdeckel schwingungsfähig beschaltet ist. Die Resonanzcharakteristik der Spule wird durch den Abstand der anderen Spule beeinflusst. Diese Verstimmung kann gemessen und auf den Abstand umgerechnet werden. Die Messung kann auch mit mehreren Spulensystemen bei unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt werden, um Störungen zu kompensieren.Determining the position of pistons in pneumatic and hydraulic cylinders is important for control and monitoring equipment. So far, the position determination is solved unsatisfactory. An external sensor is undesirable. In some implementations, the piston rod must be laboriously modified or a deep hole must be drilled in the rod. In other implementations, the sensors are prone to be inaccurate or expensive to manufacture and therefore expensive. To determine the position of the piston position here, the magnetic circuit of the piston, piston rod, cylinder cover and cylinder jacket is used, which changes its magnetic properties with the piston position. These altered properties can be measured with a coil under the cylinder cover. In an extension of an additional coil on the piston is given, which is connected like the coil on the cylinder cover vibratory. The resonance characteristic of the coil is influenced by the distance of the other coil. This detuning can be measured and converted to the distance. The measurement can also be performed with multiple coil systems at different frequencies to compensate for disturbances.
Description
In Pneumatik- und Hydraulikzylindern (im Folgenden nur noch Zylinder genannt.) besteht der Bedarf die Position des Kolbens auswerten zu können, um diese Information für z. B. eine Regelung oder Überwachung zu nutzen. Es sind viele Systeme zur Positionserkennung realisiert worden. Ihre Eigenschaften sind aber bisher insgesamt nicht befriedigend.In pneumatic and hydraulic cylinders (hereinafter referred to as cylinder.) There is a need to be able to evaluate the position of the piston to this information for z. B. to use a scheme or monitoring. Many systems for position detection have been realized. Their properties are so far not satisfactory overall.
Stand der TechnikState of the art
Systeme, die eine Erfassung der Kolbenstangenposition mit externen Sensoren realisieren, haben den Vorteil, dass klassische Längenmesstechniken verwendet werden können, z. B. Magnetostriktion, Ultraschall oder Glasmessstäbe. Letzte sind nicht absolut messend, sondern inkrementell. Das ist generell nicht gewünscht, da man sich meist nach der Inbetriebnahme einer Maschine mit Zylindern keine Initialisierungsfahrten leisten kann und diese Systeme prinzipiell zum Verzählen neigen. Extern messende Systeme haben den Vorteil, dass Reparaturen für Zylinder und Sensoren unabhängig voneinander ausgeführt werden können. Nachteilig ist jedoch, dass oft erst eine Einheit entfernt werden muss, um an die andere zu gelangen. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass das Gesamtsystem in rauen Umgebungen anfälliger wird. Bei der Herstellung der Maschine entsteht zusätzlicher Montageaufwand und konstruktiv muss ein zusätzlicher Platzbedarf berücksichtigt werden.Systems that realize piston rod position detection with external sensors have the advantage that classical length measurement techniques can be used, e.g. As magnetostriction, ultrasound or glass measuring rods. Last are not absolute measuring, but incremental. This is generally not desirable, since you can usually afford after the commissioning of a machine with cylinders no Initialisierungsfahrten and tend these systems in principle for Verzählen. External measuring systems have the advantage that repairs for cylinders and sensors can be carried out independently of each other. The disadvantage, however, is that often only one unit must be removed in order to get to the other. A major disadvantage is that the overall system becomes more vulnerable in harsh environments. In the manufacture of the machine additional installation work and constructive an additional space needs to be considered.
Die nächste Gruppe von Realisierungen setzt ein Gerät zur Auswertung bestimmter Eigenschaften direkt auf die Kolbenstange auf. Auch dieses Gerät ist in rauen Umgebungen anfällig und verlängert das Zylindersystem, bzw. reduziert den nutzbaren Hub.The next group of implementations implements a device for evaluating certain properties directly on the piston rod. Also, this device is vulnerable in harsh environments and extends the cylinder system, or reduces the usable hub.
Beim ersten System erfasst das Aufsatzgerät die Position auf der Kolbenstange anhand von optischen Markern, die auf der Kolbenstange aufgebracht sind. Nachteilig ist, dass diese Marker schwer auf die verchromten und polierten Stangen aufzubringen sind – so, dass sie auch dauerhaft sind. Ein grundsätzliches Problem stellen auch Störungen durch Öl und Verschmutzungen dar. Je nach Realisierung des Marker-Codes, ist entweder nur eine inkrementelle Auswertung möglich oder die axiale Drehfreiheit der Kolbenstange ist nicht mehr gegeben. Bisher wird keine hohe Auflösung erreicht.In the first system, the attachment detects position on the piston rod using optical markers mounted on the piston rod. The disadvantage is that these markers are difficult to apply to the chrome-plated and polished rods - so that they are durable. Depending on the implementation of the marker code, either only an incremental evaluation is possible or the axial freedom of rotation of the piston rod is no longer a problem. So far, no high resolution is achieved.
Beim nächsten System erfasst das Aufsatzgerät die Position auf der Kolbenstange anhand von magnetischen Markern. Dieses System ist weniger störanfällig gegenüber Verschmutzungen. Allerdings ist auch hier, je nach Realisierung des Marker-Codes, entweder nur eine inkrementelle Auswertung möglich oder die axiale Drehfreiheit der Kolbenstange ist nicht mehr gegeben. Bisher wird auch hier keine hohe Auflösung erreicht.In the next system, the attachment will detect the position on the piston rod using magnetic markers. This system is less susceptible to soiling. However, here too, depending on the implementation of the marker code, either only an incremental evaluation is possible or the axial freedom of rotation of the piston rod is no longer present. So far, no high resolution is achieved here.
Beim nächsten System erfasst das Aufsatzgerät die Position der Kolbenstange anhand eines axialen Gradienten der magnetischen Eigenschaften einer Materialschicht, die unter der Oberfläche der Kolbenstange liegt. Dieses System ist wenig störanfällig gegenüber Verschmutzungen. Nachteilig ist, dass die Gradientenschicht schwer herzustellen ist. Da es beim Messen auf analoge Größen ankommt und sich die magnetische Wirkung der Schicht auch verändert, kann nicht dauerhaft eine genaue Positionsbestimmung durchgeführt werden.In the next system, the attachment detects the position of the piston rod from an axial gradient of the magnetic properties of a layer of material underlying the surface of the piston rod. This system is not susceptible to soiling. The disadvantage is that the gradient layer is difficult to produce. Since it is important to measure analogous quantities and the magnetic effect of the layer also changes, a precise position determination can not be carried out permanently.
Beim nächsten System erfasst das Aufsatzgerät die Position der Kolbenstange anhand eines magnetisch wirksamen Werkstoffs, der in Wellen in axialer Richtung und radialsymmetrisch unter der Oberfläche der Kolbenstange eingebracht ist. Dieses System kann nur inkrementell messen und die Deckschichtdicke begrenzt die erzielbare räumliche Auflösung. Bei nachlassender magnetischer Wirkung kann es zum Verzählen kommen.In the next system, the attachment detects the position of the piston rod by means of a magnetically active material, which is introduced in waves in the axial direction and radially symmetrical under the surface of the piston rod. This system can only measure incrementally and the topcoat thickness limits the achievable spatial resolution. With decreasing magnetic effect can lead to Verzähl.
Die nächste Gruppe von Realisierungen setzt eine Sensorik im Zylinder ein und ist daher meist mechanisch robust gegenüber Außeneinflüssen.The next group of realizations uses sensor technology in the cylinder and is therefore usually mechanically robust against external influences.
Beim ersten System wird die Position des Kolbens mithilfe einer Widerstandsbahn erfasst, die axial im Zylinderzentrum angebracht ist. Für dieses System muss eine Bohrung in die Kolbenstange eingebracht werden, was für tiefe Bohrungen in großen Zylindern problematisch ist. Bei kleinen Zylindern mit dünnen Kolbenstangen besteht das Problem, dass die verbleibende Wandstärke zu dünn und damit instabil werden kann. Wesentliche Nachteile sind auch, dass der Schleifkontakt verschleißt und der Sensor temperaturabhängig ist.In the first system, the position of the piston is detected by means of a resistance track, which is mounted axially in the center of the cylinder. For this system, a hole must be made in the piston rod, which is problematic for deep holes in large cylinders. For small cylinders with thin piston rods there is the problem that the remaining wall thickness can become too thin and therefore unstable. Significant disadvantages are also that the sliding contact wears and the sensor is temperature dependent.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mithilfe eines magnetostriktiven Sensors. Diese Sensoren sind sehr genau, jedoch muss auch hier die Kolbenstange groß aufgebohrt werden, was die o. g. Nachteile mit sich bringt. Für aktuelle Systeme muss im Zylinder eine große Öffnung als Passung hergestellt werden, was einen erheblichen Fertigungsaufwand bedeutet. Insgesamt ist dieses Sensorsystem relativ teuer.The next system detects the position of the piston using a magnetostrictive sensor. These sensors are very accurate, but here too, the piston rod must be drilled large, which the o. G. Disadvantages. For current systems, a large opening must be made in the cylinder as a fit, which means a considerable manufacturing effort. Overall, this sensor system is relatively expensive.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mit Hallsensoren, die in axialer Richtung in der Zylinderachse angebracht sind. Auch hier muss die Kolbenstange aufgebohrt werden, was die o. g. Nachteile mit sich bringt. Durch die Diskretisierung der Messstellen ist die Genauigkeit nicht sehr groß und die Elektronik wird aufwändig.The next system detects the position of the piston with Hall sensors mounted in the cylinder axis in the axial direction. Again, the piston rod must be drilled out what the o. G. Disadvantages. Due to the discretization of the measuring points, the accuracy is not very high and the electronics are expensive.
Das nächste System erfasst die Kolbenposition mit einer Kapazitätsmessung zwischen Kolbenstange und einer feststehenden Mittelröhre. Hier muss nur eine relativ kleine Bohrung vorgenommen werden. Dennoch ergeben sich die o. g. Nachteile. Das System ist anfällig gegenüber elektromagnetischen Störungen. Durch die relativ kleinen auswertbaren Kapazitätsänderungen ist die Genauigkeit begrenzt. The next system detects the piston position with a capacitance measurement between the piston rod and a fixed center tube. Here only a relatively small hole must be made. Nevertheless, the above-mentioned disadvantages arise. The system is susceptible to electromagnetic interference. Due to the relatively small evaluable capacity changes, the accuracy is limited.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mithilfe von Wirbelstromsensoren. Auch hier ist der Sensor in axialer Richtung in der Zylinderachse angebracht. Auch hier ist nur eine relativ kleine Bohrung notwendig. Und auch hier ergeben sich die o. g. Nachteile. Die realisierbare Länge ist begrenzt. Daher ist dieses Verfahren z. B. nicht für sehr große Zylinder geeignet.The next system detects the position of the piston using eddy current sensors. Again, the sensor is mounted in the axial direction in the cylinder axis. Again, only a relatively small bore is necessary. And here, too, the o. G. Disadvantage. The realizable length is limited. Therefore, this method is z. B. not suitable for very large cylinders.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mithilfe von induktiven Abstandssensoren. Vorteilhaft ist, dass diese Sensoren sehr genau messen und als Einschraubelement im Zylinderboden realisiert werden können. Nachteilig ist, dass sie nur einen sehr geringen Hub messen können.The next system detects the position of the piston using inductive distance sensors. It is advantageous that these sensors can measure very accurately and can be realized as a screw-in element in the cylinder bottom. The disadvantage is that they can only measure a very small stroke.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mithilfe von Ultraschall. Sender und Empfänger können getrennt oder vereint als Einschraubteil im Zylinderboden realisiert werden. Nachteilig ist, dass das System relativ empfindlich auf Änderungen der Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums sowie mechanische Stöße von außen reagiert.The next system detects the position of the piston using ultrasound. Transmitter and receiver can be realized separately or together as a screw-in part in the cylinder bottom. The disadvantage is that the system is relatively sensitive to changes in temperature, viscosity and contamination of the filling medium and mechanical shock from the outside.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens mithilfe von Mikrowellen. Auch hier können Sender und Empfänger in einem Schraubelement am Zylinderboden realisiert sein. Für die Wellen ergibt sich ein Ausbreitungskegel, der von einem Zylinder begrenzt wird. Dadurch entstehen je nach Kolbenstellung mehr oder weniger komplexe Modenausprägungen. Die Detektion der Reflexionen ist entsprechend komplex und auch abhängig von der Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums.The next system detects the position of the piston using microwaves. Again, transmitter and receiver can be realized in a screw on the cylinder bottom. For the waves results in a propagation cone, which is bounded by a cylinder. As a result, depending on the piston position more or less complex fashion characteristics. The detection of the reflections is correspondingly complex and also dependent on the temperature, viscosity and contamination of the filling medium.
Das nächste System erfasst die Kolbenposition indem Kapazitätsänderungen des gesamten Kolbenstangen/Zylindersystems ausgewertet werden. Der Aufbau dafür ist relativ einfach. Es sind allerdings umfangreiche Schirmungsmaßnahmen notwendig. Nachteilig ist, dass Kolben und Kolbenstange dauerhaft vom Zylinder elektrisch isoliert sein müssen. Das kann nicht gewährleistet werden, wenn das Füllmedium verschmutzt. Ein anderes Problem ist, dass die Veränderung der Kapazität relativ gering und daher störanfällig ist. Es gibt dominierende konstante Kapazitäten zwischen Mantelfläche des Kolbens und Zylinder sowie zwischen innerer Mantelfläche der Führungsbuchse und der Kolbenstange. Es ist auch unter Wasser oder im Regen eine Veränderung der Kapazität zu erwarten. Mehrere Systeme an einer Maschine können sich dann auch gegenseitig stören. Das System ist abhängig von der Permittivität des Füllmediums und die variiert stark mit Art, Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums. Insbesondere auch, wenn in der Zylinderzug- und Druckkammer unterschiedliche Verhältnisse herrschen. Es ist ein störanfälliger Schleifkontakt oder eine störanfällige kapazitive/induktive Kopplung zur Kolbenstange notwendig. Besonders problematisch ist, dass Zylinder und Kolbenstange einen Dipol bilden und dieser anfällig für externe elektromagnetische Störungen ist.The next system detects the piston position by evaluating capacity changes of the entire piston rod / cylinder system. The structure for this is relatively simple. However, extensive shielding measures are necessary. The disadvantage is that piston and piston rod must be permanently isolated from the cylinder electrically. This can not be guaranteed if the filling medium is dirty. Another problem is that the change in capacity is relatively small and therefore prone to failure. There are dominant constant capacities between the lateral surface of the piston and the cylinder and between the inner surface of the guide bush and the piston rod. It is also expected under water or in the rain a change in capacity. Several systems on one machine can then interfere with each other. The system depends on the permittivity of the filling medium and varies greatly with the type, temperature, viscosity and contamination of the filling medium. In particular, even if there are different conditions in the Zylinderzug- and pressure chamber. It is a trouble-prone sliding contact or a fault-prone capacitive / inductive coupling to the piston rod necessary. Particularly problematic is that cylinder and piston rod form a dipole and this is prone to external electromagnetic interference.
Das nächste System erfasst die Position des Kolbens, indem es das ausgetauschte Volumen des Füllmediums zählt, das in den Zylinder rein- und rausgeht. Nachteilig ist, dass das System nur inkrementell misst und abhängig von Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums ist. Sind die Zählelemente als Zahnräder ausgeführt, ergibt sich auch ein mechanischer Verschleiß mit daraus folgenden Undichtigkeiten und daraus kumulierende Ungenauigkeiten.The next system detects the position of the piston by counting the volume of fluid that is exchanging and going in and out of the cylinder. The disadvantage is that the system measures only incrementally and is dependent on temperature, viscosity and contamination of the filling medium. If the counting elements are designed as toothed wheels, this also results in mechanical wear with consequent leaks and consequent inaccuracies.
Technische AufgabeTechnical task
Es soll ein Messsystem erstellt werden, welches die Kolbenposition in einem Pneumatik- oder Hydraulikzylinder genau erfassen kann. Das System soll absolut messend sein und robust gegenüber Außeneinflüssen. Es soll keine tiefe Bohrung/tiefer Hohlraum in Kolben und Kolbenstange und auch keine Modifikation an der äußeren Kolbenstange notwendig sein. Es soll sich nur ein geringer zusätzlicher axialer Bauraum ergeben. Es soll für sehr dünne und für sehr große Zylinder einsetzbar sein. Das Messverfahren soll unabhängig von der Art, Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums sein. Es soll nicht anfällig gegenüber externen mechanischen und elektromagnetischen Störungen sein. Es sollen keine besonderen Schirmungsmaßnahmen notwendig sein. Es sollen sich keine Materialermüdungen ergeben. Es soll einfach aufgebaut und kostengünstig realisierbar sein.A measuring system is to be created which can accurately detect the piston position in a pneumatic or hydraulic cylinder. The system should be absolutely measuring and robust against external influences. There should be no deep hole / deep cavity in the piston and piston rod and no modification to the outer piston rod necessary. It should only result in a small additional axial space. It should be used for very thin and very large cylinder. The measuring method should be independent of the type, temperature, viscosity and contamination of the filling medium. It should not be prone to external mechanical and electromagnetic interference. No special shielding measures should be necessary. There should be no material fatigue. It should be simple and inexpensive to implement.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Zur Bestimmung der Kolbenposition soll ein magnetischer Kreis genutzt werden, der sich aus Kolben, Kolbenstange, Zylinderdeckel und Zylindermantel bildet.To determine the piston position, a magnetic circuit is to be used, which consists of piston, piston rod, cylinder cover and cylinder jacket.
Wenn der Kolben eine Abstandsänderung relativ zum Zylinderdeckel erfährt, ergeben sich veränderte magnetische Eigenschaften des magnetischen Kreises, die zur Abstandsermittlung ausgewertet werden sollen.When the piston undergoes a change in distance relative to the cylinder cover, there are changed magnetic properties of the magnetic circuit, which are to be evaluated for distance determination.
Dazu kann unter dem Zylinderdeckel eine Erregerspule angebracht sein, deren Induktivität sich mit dem magnetischen Kreis verändert. For this purpose, an exciter coil may be mounted under the cylinder cover, whose inductance changes with the magnetic circuit.
Die magnetischen Eigenschaften können mit unterschiedlichen Erregerfrequenzen vermessen werden, um Störungen zu erkennen und kompensieren zu können.The magnetic properties can be measured with different excitation frequencies to detect and compensate for disturbances.
Die Erregerspule kann schwingungsfähig beschaltet sein. Am Kolben kann eine zusätzliche Spule angebracht sein, die zusammen mit ihrer Beschaltung einen Bandfilter für den magnetischen Kreis darstellt. Dieser wirkt auf die Erregerspule zurück und verstimmt deren Resonanzcharakteristik. Das erfolgt in Abhängigkeit der Eigenschaften des magnetischen Kreises. Aus der Verstimmung kann der Abstand bestimmt werden.The exciter coil can be connected vibrationally. On the piston, an additional coil may be attached, which together with their wiring represents a band filter for the magnetic circuit. This acts on the excitation coil back and detunes their resonance characteristics. This is done depending on the properties of the magnetic circuit. From the detuning the distance can be determined.
Es können mehrere Spulensysteme mit verschiedenen Resonanzfrequenzen eingesetzt werden, um Störungen zu kompensieren.Several coil systems with different resonance frequencies can be used to compensate for disturbances.
Realisierung/AusführungsbeispieleRealization / embodiments
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.Furthermore, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments.
Die angehängten Bilder zeigen ein induktives Messsystem in einem Zylinder. Es werden keine pneumatische/hydraulische Verbindungen und Dichtungen gezeigt. Diese können in typischer Weise angebracht sein. Es zeigenThe attached pictures show an inductive measuring system in a cylinder. No pneumatic / hydraulic connections and seals are shown. These may be typically attached. Show it
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylindermantelcylinder surface
- 22
- Zylinderbodencylinder base
- 33
- Zylinderdeckelcylinder cover
- 44
- Kolbenpiston
- 55
- Kolbenstangepiston rod
- 66
- Erregerspuleexcitation coil
- 77
- Signalgeneratorsignal generator
- 88th
- Entkopplungdecoupling
- 99
- Signalanalysatorsignal analyzer
- 1010
- Kolbenspulepiston coil
- 1111
- ResonanzbeschaltungResonanzbeschaltung
Variante 1: Vermessung der ErregerspuleVariant 1: Measurement of the exciter coil
Die Erregerspule (
Das Spulenprofil kann so gewählt werden, dass sich kaum Raumverbrauch in axialer Richtung ergibt.The coil profile can be chosen so that there is hardly any space consumption in the axial direction.
Kolben (
Das Füllmedium ist nicht ferromagnetisch. Da für alle nicht ferromagnetischen Materialien eine nahezu gleiche relative Permeabilität gegeben ist, wird das System dadurch unabhängig von Art, Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums. Das ist ein großer Vorteil gegenüber kapazitiven Messverfahren, bei denen das Füllmedium in diesen Eigenschaften stark variierende relative Permittivitäten zeigt.The filling medium is not ferromagnetic. Since almost all relative non-ferromagnetic materials have a relative permeability, the system is therefore independent of the type, temperature, viscosity and contamination of the filling medium. This is a great advantage over capacitive measuring methods in which the filling medium exhibits strongly varying relative permittivities in these properties.
Bei starken externen Magnetfeldern oder sehr nahe gelegenen und großen ferromagnetischen Objekten, kann sich jedoch eine signifikante Störung ergeben.However, with strong external magnetic fields or very close and large ferromagnetic objects, a significant disturbance may result.
Die Erregerspule kann mit verschiedenen Frequenzen vermessen werden. Bei höheren Frequenzen ergeben sich weniger Wechselwirkungen mit externen Objekten (Abbildung 2+3). Werden mehrere Messungen durchgeführt, ist das Verhältnis der Ergebnisse für jede Kolbenposition bekannt. Treten hier Differenzen auf, kann diese Information zur Kompensation von Einflüssen externer Objekte verwendet werden. Zum Teil können damit auch Effekte von externen Feldern kompensiert werden.The excitation coil can be measured with different frequencies. At higher frequencies, there are fewer interactions with external objects (Figure 2 + 3). If several measurements are made, the ratio of the results for each piston position is known. If differences occur here, this information can be used to compensate for influences of external objects. In part, this also effects of external fields can be compensated.
Variante 2: Verwendung einer KolbenspuleVariant 2: Use of a piston coil
Die Kolbenspule (
Über den magnetischen Kreis wirkt dieser Bandfilter auf die Erregerspule zurück. Wenn diese so beschaltet ist, dass sie schwingungsfähig ist, wird ihre Resonanzfrequenz in Abhängigkeit des Abstandes der Kolbenspule verstimmt. Es verändern sich dabei sowohl die Schwingungsamplitude als auch die Frequenz.About the magnetic circuit of this band filter acts on the excitation coil back. If this is wired so that it is able to oscillate, its resonance frequency is detuned depending on the distance of the piston coil. It changes both the vibration amplitude and the frequency.
Der Abstand der Kolbenspule bestimmt die magnetische Kopplung, die für beide Spulen auch die Resonanzfrequenzen mitbestimmt. Liegen diese Frequenzen dicht beieinander, erfolgt eine starke Wechselwirkung und dadurch eine Verstimmung des Erregerschwingkreises. Dieser Effekt ist sehr stark, so dass externe Störungen entsprechend weniger stark ins Gewicht fallen.The distance of the piston coil determines the magnetic coupling, which also determines the resonance frequencies for both coils. If these frequencies are close to each other, there is a strong interaction and thus a detuning of the exciter resonant circuit. This effect is very strong, so that external disturbances are correspondingly less significant.
Als Signalgenerator (
Variante 3: Verwendung mehrerer SpulensystemeVariant 3: Use of multiple coil systems
Es können mehrere Erregerspulen-Oszillatorsysteme mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet werden. Die Spulen können dafür mehrere Abgriffe besitzen oder es können separate Spulen verwendet werden (ggfs. mit zusätzlicher Beschaltung), die Schwingkreise mit passenden Resonanzfrequenzen bilden. Wie schon bei Variante 1 beschrieben, können dann Messungen bei unterschiedlichen Frequenzen zur weiteren Unterdrückung von Störeinflüssen genutzt werden.Several exciter coil oscillator systems with different resonant frequencies can be used. The coils can have several taps for this purpose or separate coils can be used (if necessary with additional circuitry) that form resonant circuits with suitable resonant frequencies. As already described in variant 1, measurements at different frequencies can then be used for the further suppression of disturbing influences.
Realisierung/EigenschaftenRealization / Features
Das System realisiert eine absolute Messung.The system realizes an absolute measurement.
Es handelt sich um ein im Zylinder messendes System, das Robust gegenüber äußeren Einflüssen ist.It is an in-cylinder measuring system that is robust against external influences.
Es ist keine tiefe Bohrung/Hohlraum in Kolben und Kolbenstange und keine Modifikation der äußeren Kolbenstange notwendig.There is no deep bore / cavity in piston and piston rod and no modification of the outer piston rod necessary.
Es ist nur sehr wenig zusätzlicher axialer Bauraum notwendig.There is only very little additional axial space required.
Es ist auch für sehr dünne und sehr große Zylinder einsetzbar.It can also be used for very thin and very large cylinders.
Das Messverfahren ist unabhängig von der Art, Temperatur, Viskosität und Verschmutzung des Füllmediums.The measuring method is independent of the type, temperature, viscosity and contamination of the filling medium.
Das System ist nicht anfällig gegenüber externen mechanischen oder elektromagnetischen Störungen.The system is not prone to external mechanical or electromagnetic interference.
Es sind keine Schirmungsmaßnahmen notwendigThere are no shielding measures necessary
Es sind keine relevanten Materialalterungseffekte zu erwarten.There are no relevant material aging effects to be expected.
Das System ist einfach aufgebaut.The system is simple.
Das System kann extrem kostengünstig realisiert werden.The system can be realized extremely cheaply.
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Cited By (1)
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CN110530264A (en) * | 2019-09-26 | 2019-12-03 | 重庆工商大学 | A kind of Position-Sensitive Detector |
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2014
- 2014-07-30 DE DE102014011079.6A patent/DE102014011079A1/en not_active Withdrawn
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