DE10251193A1

DE10251193A1 - Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor und Positionsdetektoreinrichtung

Info

Publication number: DE10251193A1
Application number: DE10251193A
Authority: DE
Inventors: Takashi Nomiyama; Fumio Nagasaka; Shinichi Akano
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: US6896407B2; US20030086470A1; JP2003139561A; CN1209602C; DE10251193B4; CN1417563A; JP3877998B2

Abstract

Eine Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor (6) dient zur alleinigen Ermittlung von temperaturabhängigen Komponenten auf der Basis von Mittelpunktpotentialen (V1, V2) einer mit einem Konstantstrom gespeisten Brückenschaltung (13) für den Winkelstellungssensor (6), zur Gewinnung einer Temperatur des Winkelstellungssensors (6) aus den temperaturabhängigen Komponenten, zur Bildung einer der gewonnenen Temperatur entsprechenden Kompensationsinformation, ohne separat einen zusätzlichen Temperatursensor vorzusehen, sowie zur Durchführung einer Temperaturkompensation am Ausgangssignal des Winkelstellungssensors (6) bei der automatischen Regelung der Ventilöffnung eines Durchflussregelventils (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturinformations- Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor bzw. Winkelstellungsgeber sowie eine Positionsdetektoreinrichtung und bezieht sich insbesondere auf eine Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen zur Steuerung der Ventilöffnung eines Durchflussregelventils geeigneten Winkelstellungssensor sowie auf eine Positionsdetektoreinrichtung, bei der die Temperaturinformations-Detektoreinrichtung Verwendung findet.
Üblicherweise erfolgt der Betrieb eines Durchflussregelventils, indem die Ventilöffnung mittels eines Winkelstellungssensors bzw. Winkelstellungsgebers ermittelt, der Regelbetrag bzw. der Betrag der Regelabweichung der Ventilöffnung mit Hilfe eines Reglers, d. h., einer Einrichtung zur Regelung der Ventilöffnung, auf der Basis des ermittelten Ventilöffnungs-Istwertes und eines vorgegebenen Ventilöffnungs-Sollwertes berechnet und der Ventilöffnungs-Istwert entsprechend der Regelabweichung automatisch auf den Ventilöffnungs-Sollwert eingeregelt wird.
Fig. 3 zeigt eine übliche Durchflussregeleinrichtung in Form eines Blockschaltbildes.
In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszahl 51 ein Durchflussregelventil, die Bezugszahl 52 einen Ventilbügel, über den ein pneumatisches Stellglied 53 an dem Durchflussregelventil 51 befestigt ist, die Bezugszahl 54 eine von dem pneumatischen Stellglied angetriebene Ventil- Antriebswelle, die Bezugszahl 55 einen Stift, der in einer vorgegebenen Position an der Ventil-Antriebswelle 54 herausragend angeordnet ist, und die Bezugszahl 56 einen an einem Teil des Ventilbügels 52 befestigten Winkelstellungssensor, der ein Positionssignal in Abhängigkeit von der Ventilöffnung bzw. Ventilstellung abgibt. Ein solcher Winkelstellungssensor ist aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 11-83422 bekannt und findet praktische Verwendung. Hierbei umfasst der Winkelstellungssensor 56 eine Anzahl von magnetischen Widerstandselementen, die in Form einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei zwei gegenüberliegenden Anschlüssen der Brückenschaltung eine Eingangsspannung zugeführt wird, während die Ausgangsspannung von den beiden anderen gegenüberliegenden Anschlüssen abgegriffen wird.
Die Bezugszahl 57 bezeichnet einen zur Zuführung einer der Ventilstellung des Durchflussregelventils 51 entsprechenden Öffnungsbetragsinformation zu dem Winkelstellungssensor 56 vorgesehenen Rückkopplungshebel, der an einem Ende an der Drehachse des Winkelstellungssensors 56 befestigt ist. In dem Rückkopplungshebel 57 ist ein Schlitz 57a ausgebildet, mit dem der Stift 55 zur Umsetzung der Hin- und Herbewegung der Ventilantriebswelle 54 in eine Drehbewegung in gleitendem Eingriff steht. Die Bezugszahl 58 bezeichnet einen Regler, der die Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Ventilöffnung darstellt und zusammen mit dem Winkelstellungssensor 56 in einem an dem Ventilbügel 52 befestigten Gehäuse angeordnet ist, während die Bezugszahl 59 einen Messfühler oder Sensor zur Erfassung einer Temperaturinformation bezeichnet, der auf einem den Regler 58 bildenden Substrat angeordnet ist. Dem Regler 58 wird von außen Druckluft als Quelle für den pneumatischen Steuerdruck bzw. Stelldruck zum Antrieb des pneumatischen Stellglieds 53 zugeführt, während über eine Verbindung mit einer Fernsteuerung ein Ventilöffnungs-Sollwert übermittelt wird. Ferner wird ein vom Winkelstellungssensor 56 abgegebenes und die Ventilstellung des Durchflussregelventils 51 bezeichnendes Positionssignal dem Regler 58 zugeführt.
Betrieb und Arbeitsweise dieses üblichen Durchflussregelventils lassen sich folgendermaßen beschreiben:
Der Regler 58 vergleicht das der vom Winkelstellungssensor 56 ermittelten Ventilstellung des Durchflussregelventils 51 entsprechende Positionssignal mit dem von der Fernsteuerung erhaltenen Ventilöffnungs-Sollwert. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird der durch die Druckluft erzeugte pneumatische Steuerdruck dem pneumatischen Stellglied 53 zur Verstellung der Ventilantriebswelle 54 zugeführt, um die Ventilstellung des Durchflussregelventils 51 zur Durchflussregelung eines Fluids dahingehend zu steuern, dass sie mit dem von außen zugeführten Ventilöffnungs- Sollwert übereinstimmt.
Falls sich die Temperatur des Fluids, dessen Durchfluss vom Durchflussregelventil 51 des Reglers 58 geregelt wird, erheblich von der Normaltemperatur unterscheidet, weist die Temperatur des Reglers 58 und des Winkelstellungssensors 56 auf Grund der über den Ventilbügel 52 erfolgenden Wärmeableitung vom Durchflussregelventil 51 einen erheblichen Unterschied in Bezug auf die Normaltemperatur auf. Das Ausgangssignal des Winkelstellungssensors 56 verändert sich daher auf Grund einer Änderung der temperaturabhängigen Eigenschaften der den Winkelstellungssensor 56 bildenden, magnetischen Widerstandselemente. Aus diesem Grund wird in einem solchen Fall eine Kompensationsberechnung bezüglich der Temperaturcharakteristik zur Kompensation von Änderungen des Ausgangssignals des Winkelstellungssensors 56 auf der Basis eines von dem zur Temperaturkompensation vorgesehenen und z. B. in Form eines Thermistors auf dem Substrat des Reglers 58 angeordneten Temperaturmessfühler 59 abgegebenen Signals vorgenommen. Zu diesem Zweck kann z. B. ein Verstärker für magnetische Widerstandselemente Anwendung finden, wie er in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift 11-194160 offenbart ist. Da in diesem Fall der Regler 58 und der Winkelstellungssensor 56 im gleichen Gehäuse angeordnet sind, kann eine gleichmäßige Temperatur innerhalb dieses Gehäuses in Betracht gezogen werden. Der Temperaturmessfühler 59 dient außerdem auch zur Temperaturkompensation von im Regler 58 angeordneten Schaltungsteilen.
Im Falle des bekannten Durchflussregelventils sind der Regler 58 und der Winkelstellungssensor 56 im gleichen Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse am Ventilbügel 52 befestigt ist. Der Temperaturmessfühler 59 ist somit zur Messung der Temperatur innerhalb des Gehäuses unentbehrlich. Außerdem kann eine separate Anbringung des Reglers 58 an einer anderen Stelle erforderlich sein. Wenn jedoch der Regler 58 getrennt vom Winkelstellungssensor 56 angeordnet ist, erfasst der Temperaturmessfühler 59 lediglich die Temperatur des Substrats des Reglers 58, die natürlich nicht als Temperatur des an einer anderen Stelle angeordneten Winkelstellungssensors 56 angesehen werden kann.
Bei einer Anordnung, bei der der Regler 58 vom Winkelstellungssensor 56 getrennt ist, muss somit ein (nicht dargestellter) weiterer Temperatursensor ähnlich dem zur Temperaturkompensation vorgesehenen Temperaturmessfühler 59 in der Nähe der aus den magnetischen Widerstandselementen bestehenden Brückenschaltung des Winkelstellungssensors 56 angeordnet sein. Dies hat zur Folge, dass einerseits eine Leitung zur Zuführung des der Ventilstellung des Durchflussregelventils 51 entsprechenden, vom Winkelstellungssensor 56 abgegebenen Positionssignals zum Regler 58 und andererseits eine Leitung zur Zuführung der in der Nähe des Winkelstellungssensors 56 erhaltenen, vom zusätzlich vorgesehenen Temperaturmessfühler abgegebenen Temperaturinformation vorgesehen werden müssen, was den Gesamtaufbau verkompliziert.
Vorzugsweise erfolgt die Signalverarbeitung im Regler 58 auf digitaler Basis, indem Analogsignale, wie das vom Winkelstellungssensor 56 abgegebene Positionssignal oder die von dem zur Temperaturkompensation vorgesehenen Temperaturmessfühler 59 abgegebene Temperaturinformation, von einem Analog/Digital-Umsetzer in Digitalsignale umgesetzt werden. Das Erfordernis der Analog/Digital- Umsetzung einer Vielzahl von Eingangssignalen führt jedoch zu einem Analog/Digital-Umsetzer mit vielen Kanälen und demzufolge zu hohen Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor anzugeben, mit deren Hilfe die Temperatur des Winkelstellungssensors direkt ermittelt werden kann, ohne getrennt einen zusätzlichen Temperatursensor bzw. Temperaturmessfühler vorsehen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst die erfindungsgemäße Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor eine Konstantstrom- Zuführungseinrichtung zur Zuführung eines Konstantstroms zu einer Brückenschaltung und eine Temperaturinformations- Detektoranordnung zur Bildung einer Temperaturinformation in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Brückenschaltung auf der Basis von Mittelpunktpotentialen von Brückenzweigen der Brückenschaltung.

Die Temperaturinformations-Detektoranordnung ermittelt vorzugsweise Temperaturinformationen in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Brückenschaltung auf der Basis des Additionsergebnisses der Mittelpunktpotentiale von zwei Brückenzweigen der Brückenschaltung.

Erfindungsgemäß wird somit die Ermittlung von Temperaturinformationen bezüglich der magnetischen Widerstandselemente des Winkelstellungssensors ermöglicht, ohne separat einen zusätzlichen Temperatursensor oder Temperaturmessfühler vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Positionsdetektoreinrichtung umfasst eine Konstantstrom-Zuführungseinrichtung zur Zuführung eines Konstantstroms zu einer Brückenschaltung und eine Temperaturinformations-Detektoranordnung zur Bildung einer Temperaturinformation in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Brückenschaltung auf der Basis von Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltung.

Vorzugsweise ermittelt die Temperaturinformations- Detektoranordnung die Temperaturinformationen im Bereich der Brückenschaltung auf der Basis des Additionsergebnisses der Mittelpunktpotentiale von zwei Brückenzweigen der Brückenschaltung.

Erfindungsgemäß wird somit eine Temperaturkompensation mit hoher Genauigkeit für die Ausgangssignale des Winkelstellungssensors auf der Basis von Temperaturinformationen ermöglicht, die direkt vom Additionsergebnis der Mittelpunktpotentiale von zwei Brückenzweigen der Brückenschaltung erhalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Durchflussregelventils, bei dem der Regler getrennt vom Winkelstellungssensor angeordnet ist und bei dem eine Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für den Winkelstellungssensor sowie eine Positionsdetektoreinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung finden,
Fig. 2 den Gesamtaufbau eines Systems zur Regelung der Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 einschließlich der Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für den Winkelstellungssensor und der Positionsdetektoreinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Durchflussregelventils, bei dem der Regler nicht getrennt vom Winkelstellungssensor angeordnet ist,
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des Winkelstellungssensors und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der magnetischen Widerstandselemente.
In den Figuren dienen gleiche Bezugszahlen und gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Merkmale, Bauteile und Bauelemente oder Abschnitte der veranschaulichten Ausführungsbeispiele.
Nachstehend wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel näher beschrieben, das sich auf die Detektion der Ventilöffnung eines Durchflussregelventils auf der Basis des Ausgangssignals eines Winkelstellungssensors bezieht, dem ein Konstantstrom zugeführt wird. Sodann erfolgt eine automatische Regelung auf der Basis des ermittelten Ventilöffnungs-Istwertes und des von außerhalb vorgegebenen Ventilöffnungs-Sollwertes dahingehend, dass die Ventilöffnung des Durchflussregelventils mit dem Ventilöffnungs-Sollwert übereinstimmt. Hierbei erfolgt eine Temperaturkompensation unter Verwendung des Ausgangssignals des Winkelstellungssensors, ohne daß separat ein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen ist.
Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes das Durchflussregelventil, bei dem der Regler getrennt vom Winkelstellungssensor angeordnet ist und bei dem die Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für den Winkelstellungssensor und die Positionsdetektoreinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Verwendung finden. Das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unterscheidet sich vom Stand der Technik gemäß Fig. 3 dahingehend, dass das Gehäuse des Reglers 8 getrennt vom Gehäuse des Winkelstellungssensors 6 angeordnet ist, wobei der interne Aufbau des Reglers 8 im übrigen identisch ist.
In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 1 ein Durchflussregelventil, die Bezugszahl 3 ein pneumatisches Stellglied, die Bezugszahl 2 einen Ventilbügel, der das Durchflussregelventil 1 und das pneumatische Stellglied 3 miteinander verbindet und die Anordnung fixiert, und die Bezugszahl 4 eine vom pneumatischen Stellglied 3 linear gesteuerte Ventilantriebswelle, wobei die Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 in Abhängigkeit von der Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Ventilantriebswelle 4 zur Durchflussregelung eines Fluids verändert wird. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Stift, der in einer vorgegebenen Position an der Ventilantriebswelle 4 herausragend angeordnet ist, während die Bezugszahl 6 einen in einem Bereich des Ventilbügels 2 angeordneten Winkelstellungssensor bezeichnet, der ein Positionssignal in Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Aufwärts- und Abwärtsverstellung des Durchflussregelventils 1 und damit in Abhängigkeit von der Ventilöffnung abgibt. Der Winkelstellungssensor 6 umfasst eine Anzahl magnetischer Widerstandselemente, die in Form einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei zwei gegenüberliegenden Anschlüssen der Brückenschaltung ein Konstantstrom zugeführt wird, während von den anderen beiden gegenüberliegenden Anschlüssen ein Ausgangsstrom abgegriffen wird.
Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Rückkopplungshebel, der mit einem Ende mit der Drehachse des Winkelstellungssensors 6 verbunden ist und zur Drehung der Drehachse des Winkelstellungssensors 6 auf einen der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 entsprechenden Winkel dient. Der Rückkopplungshebel 7 ist mit einem Schlitz 7a versehen, mit dem der Stift 5 in gleitendem Eingriff steht. Durch diese mechanische Anordnung, bei der der Stift der Ventilantriebswelle 4 mit dem an dem Rückkopplungshebel 7 ausgebildeten Schlitz 7a in Eingriff steht, wird eine lineare Hin- und Herbewegung der Ventilantriebswelle 4 in eine Drehbewegung der bzw. um die Drehachse des Winkelstellungssensors 6 umgesetzt.
Fig. 4 zeigt den Winkelstellungssensor in Form einer perspektivischen Teilansicht.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist ein Winkelstellungssensor 40 an einer (nicht dargestellten) Befestigungseinrichtung angebracht, wobei Magnete 61, 62 an der rechten und linken Seite eines einen magnetischen Kreis bildenden Körpers 65 angeordnet sind, während der Mittelpunkt des den magnetischen Kreis bildenden Körpers 65 an der Drehachse 67 befestigt ist. Der Winkelstellungssensor 40 ist ein magnetischer Sensor, dessen Widerstandswert sich verändert, wenn sich die Richtung der an beiden Seiten verlaufenden magnetischen Kraftlinien bzw. Feldlinien ändert. Die Pole N, S der Magneten 61, 62 sind derart angeordnet, dass die magnetischen Kraftlinien bzw. Feldlinien parallel in Bezug auf die beiden Seiten des Winkelstellungssensors 40 eintreten. Bei einer Drehung der Drehachse 67 werden die Magnete 61, 62 zusammen mit dem den magnetischen Kreis bildenden Körper 65 um den Winkelstellungssensor 40 herum gedreht, wodurch sich die Richtung der in den Winkelstellungssensor 40 eintretenden, magnetischen Feldlinien ändert, was dazu führt, dass sich der Widerstandswert des Winkelstellungssensors 40 verändert. Hierdurch kann der Drehwinkel der Drehachse 67 ermittelt werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung magnetischer Widerstandselemente des Winkelstellungssensors 40.
Die magnetischen Widerstandselemente des Winkelstellungssensors 40 sind auf einem Substrat 49 punktsymmetrisch derart angeordnet, dass die Zickzackrichtung von vier zickzackförmigen, magnetischen Widerstandselementmustern r1-r4 senkrecht zueinander verläuft. Beim Anlegen eines Magnetfeldes z. B. in der in Fig. 5 durch einen Pfeil A bezeichneten Richtung zeigen die parallel zum Magnetfeld verlaufenden, magnetischen Widerstandselementmuster r1, r4 einen maximalen Widerstandswert, während die senkrecht zum Magnetfeld verlaufenden, magnetischen Widerstandselementmuster r2, r3 einen minimalen Widerstandswert aufweisen. Wenn dagegen das Magnetfeld in der in Fig. 5 durch einen Pfeil B bezeichneten Richtung angelegt wird, werden entgegengesetzte Ergebnisse erhalten. Die Brückenschaltung 13 gemäß Fig. 2 besteht aus diesen vier magnetischen Widerstandselementmustern r1 bis r4, wobei ein Eingangsstrom an zwei einander gegenüberliegende Anschlüsse 51, 55 an einem Ende der magnetischen Widerstandselementanordnung angelegt und an zwei einander gegenüberliegenden Ausgangsanschlüssen 53, 57 am anderen Ende der magnetischen Widerstandselementanordnung ein Ausgangsstrom abgegriffen wird. Wie z. B. Fig. 4 zu entnehmen ist, werden bei einer Drehbewegung der Drehachse 67 des den magnetischen Kreis bildenden Körpers 65 die an beiden Seiten des Körpers 65 angeordneten Magnete 61, 63 um die magnetische Widerstandselementanordnung des Winkelstellungssensors 40 gedreht, wodurch sich die Widerstandswerte der magnetischen Widerstandselementmuster r1 bis r4 verändern.
Die Bezugszahl 8 bezeichnet den die Einrichtung zur Regelung der Ventilöffnung darstellenden Regler, dem von außerhalb Druckluft als Quelle für den Steuerdruck zur Betätigung des pneumatischen Stellglieds 3 zugeführt wird, wobei außerdem von einer Fernsteuerung ein Ventilöffnungs- Sollwert übermittelt wird. Dem Regler 8 werden einerseits von den Ausgangsanschlüssen der Brückenschaltung 6 abgegebene Mittelpunktpotentiale V1, V2 zugeführt, während er andererseits die Eingangsanschlüsse der Brückenschaltung 6 mit Strom versorgt.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass der Regler 8 mit der Fernsteuerung kommuniziert und von ihr auch mit Strom versorgt wird, was über ein mit Strömen von 4 bis 20 mA arbeitendes Übertragungssystem erfolgt. Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit dieser (nicht dargestellten) Schaltungsanordnung ist ein Temperaturmessfühler oder Temperatursensor 9 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Systems zur Steuerung der Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 mit der Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für den Winkelstellungssensor 6 und der Positionsdetektoreinrichtung. In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 gleiche Bauteile, sodass deren erneute Beschreibung entfallen kann.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 12 eine Magnetfeld- Generatoreinrichtung zur Erzeugung eines auf den Winkelstellungssensor 6 einwirkenden Magnetfeldes, die z. B. aus einem Permanentmagneten bestehen kann, der in Relation zu der von den magnetischen Widerstandselementen gebildeten Brückenschaltung drehbar ist. Die Bezugszahl 14 bezeichnet die Brückenschaltung für den Winkelstellungssensor 6, bei der auf einer Seite einander gegenüberliegende magnetische Widerstandselemente 14, 17 angeordnet sind, während auf ihrer anderen Seite einander gegenüberliegende, magnetische Widerstandselemente 15, 16 angeordnet sind. Von einer Konstantstromquelle 20 wird zwei einander gegenüberliegenden Anschlüssen auf einer Seite ein Konstantstrom zugeführt, der über zwei Anschlüsse an der anderen Seite abgegeben wird.
Bei dem Winkelstellungssensor 6 ändert sich der Widerstandswert eines jeden magnetischen Widerstandselements in Abhängigkeit von dem Winkel, unter dem der von der Magnetfeld-Generatoreinrichtung 12 erzeugte Induktionsfluss die magnetischen Widerstandselemente 14 bis 17 schneidet, wobei über den Ausgang Mittelpunktpotentiale V1, V2 abgegeben werden. Aus diesem Grund weist die Magnetfeld-Generatoreinrichtung 12 eine mechanische Anordnung auf, die entsprechend der Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 in Relation zu der Brückenschaltung 13 drehbar ist. Bei dieser mechanischen Anordnung befindet sich der Stift 5 der Ventilantriebswelle 4 mit dem im Rückkopplungshebel 7 ausgebildeten Schlitz 7a in Eingriff, wobei ein Ende des Rückkopplungshebels 7 an der Drehachse des Winkelstellungssensors 6 befestigt ist. Auf diese Weise wird die lineare Hin- und Herbewegung der Ventilantriebswelle 4 in eine Drehbewegung der Drehachse des Winkelstellungssensors 6 umgesetzt, sodass sich die Magnetfeld-Generatoreinrichtung 12 in Relation zur Brückenschaltung 13 dreht.
Der Regler 8 besitzt eine Kommunikationsverbindung nach außen, wobei ihm auch von außerhalb Strom zugeführt wird, was über eine 4-20-mA-Übertragungsleitung erfolgt. Eine Signal-Umsetzereinrichtung 29 dient zur Bildung eines Kommunikationssignals aus dem 4-20-mA-Eingangssignal. Gemäß Fig. 2 wird hierbei ein Sollwert SP gewonnen und einer Steuereinrichtung 26 zugeführt. Eine Konstantspannungsquelle 28 dient zur Erzeugung einer Konstantspannung Vcc aus dem 4-20-mA-Eingangssignal. Die (nicht dargestellten) elektrischen Schaltungen des Reglers 8 werden über die Konstantspannungsquelle 28 mit Strom versorgt. Eine Konstantstromquelle 20 dient zur Zuführung eines Konstantstroms zu der Brückenschaltung 13 des Winkelstellungssensors 6. Hierbei wird das Ausgangssignal eines Differenzverstärkers der Konstantstromquelle 20 einem Ende der Brückenschaltung 13 zugeführt, während das Signal am anderen Ende A der Brückenschaltung 13 auf den invertierten Eingang des Differenzverstärkers rückgekoppelt wird, wobei dem nichtinvertierten Eingang des Differenzverstärkers eine Referenzspannung Vr zugeführt wird. Da ein Strom Ic über die Brückenschaltung 13 und einen Widerstand Rc zu Masse geleitet wird, nimmt das Potential am Verbindungspunkt A (invertierter Eingang des Differenzverstärkers) der Brückenschaltung 13 und des Widerstands Rc den Wert Rc.Ic an. Der Differenzverstärker steuert sein Ausgangssignal derart, dass die Spannung am Verbindungspunkt A auf der Referenzspannung Vr gehalten wird, sodass für sie die Beziehung Vr = Rc.Ic gilt, wobei Vr und Rc konstant sind und damit auch der Strom Ic konstant ist. Die Bezugszahl 21 bezeichnet einen Analog/Digital-Umsetzer, der die vom Winkelstellungssensor 6 als Analogsignale abgegebenen Mittelpunktpotentiale V1, V2 in Digitalsignale umsetzt, die Bezugszahl 22 ein Subtrahierglied zur Bildung der Differenz zwischen den in Digitalsignale umgesetzten Mittelpunktpotentialen V1, V2, die Bezugszahl 23 ein Addierglied (Temperaturinformations- Detektoreinrichtung) zur Addition der Mittelpunktpotentiale V1, V2, die Bezugszahl 24 eine Positionsinformations- Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1, dessen Ventilöffnung auf der Basis des Ausgangssignals des Addiergliedes 22 gesteuert wird, die Bezugszahl 25 eine Temperatur- Kompensationseinrichtung (Temperaturinformations- Detektoreinrichtung) zur Ermittlung der Temperatur der Brückenschaltung 13 auf der Basis des Ausgangssignals des Addiergliedes 23 und zum Ausgleichen der von der Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 ermittelten Ventilstellung des Durchflussregelventils in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur, die Bezugszahl 26 eine Steuereinrichtung zur Berechnung des Regelbetrages bzw. der Regelabweichung der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 auf der Basis der von der Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 ermittelten Iststellung des Durchflussregelventils 1 und eines von der externen Steuerung bzw. Fernsteuerung zugeführten Sollwertes der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 und zur Ausgabe des erhaltenen Wertes als Steuersignal. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die mit den Bezugszahlen 22 bis 26 bezeichneten Einrichtungen sämtlich durch Programme implementiert, die von einer Zentraleinheit ausgeführt werden. Die Bezugszahl 27 bezeichnet eine elektropneumatische Wandlereinrichtung, die eine Düse- Prallplatte-Anordnung in Abhängigkeit von dem Steuersignal zur Erzeugung des Steuerdrucks aus der zugeführten Druckluft steuert und den erzeugten Steuerdruck dem pneumatischen Stellglied 3 zuführt.
Nachstehend wird näher auf Betrieb und Wirkungsweise der Temperaturinformations-Detektoreinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
Die Widerstandswerte der magnetischen Widerstandselemente 14, 17 der Brückenschaltung 13 des Winkelstellungssensors 6 lassen sich durch den Ausdruck:

R/2 + 2(ΔR.cos2Θ)/2

wiedergeben, während sich die Widerstandswerte der magnetischen Widerstandselemente 15, 16 durch den Ausdruck:

R/2 - 2(ΔR.cos2Θ)/2

wiedergeben lassen. Hierbei bezeichnen R die Summe des Maximalwertes und Minimalwertes der Widerstandswerte der magnetischen Widerstandselemente, ΔR die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Widerstandswerte der magnetischen Widerstandselemente und Θ den Winkel, bei dem sich die Längsrichtung der magnetischen Widerstandselemente mit dem magnetischen Induktionsfluss schneidet. Bei der Brückenschaltung 13 besteht die Beziehung:

(Widerstandswert des magnetischen Widerstandselements 14) + (Widerstandswert des magnetischen Widerstandselements 16) = (Widerstandswert des magnetischen Widerstandselements 15) + (Widerstandswert des magnetischen Widerstandselements 17).

Der elektrische Strom Ic/2 fließt durch eine Schaltungsanordnung, die aus den magnetischen Widerstandselementen 14, 16 besteht, und durch eine Schaltungsanordnung, die aus den magnetischen Widerstandselementen 15, 17 besteht.
Der Winkelstellungssensor 6 gibt somit die Brücken- Mittelpunktpotentiale V1, V2 als Ausgangssignale ab, die sich durch die Gleichungen:

V1 = (R.Ic/4) - (ΔR.Ic.cos2Θ)/4

und

V2 = (R.Ic/4) + (ΔR.Ic.cos2Θ)/4

ausdrücken lassen und eine von der Temperatur der magnetischen Widerstandselemente abhängige Komponente sowie eine Komponente enthalten, die vom Winkel Θ abhängt, unter dem sich der von der Magnetfeld-Generatoreinrichtung erzeugte magnetische Induktionsfluss und die magnetischen Widerstandselemente schneiden. Hierbei bezeichnet R.Ic/4 die von der Temperatur der magnetischen Widerstandselemente abhängige Komponente, während (ΔR.Ic.cos2Θ)/4 die von der Temperatur der magnetischen Widerstandselemente und dem Winkel Θ abhängige Komponente bezeichnet.
Die Brücken-Mittelpunktpotentiale V1, V2 werden vom Analog/Digital-Umsetzer 21 in Digitalsignale umgesetzt. Sodann wird die vom Winkel Θ abhängige Komponente durch Berechnung der Differenz zwischen den digitalen Brücken- Mittelpunktpotentialen V1, V2 mit Hilfe des Subtrahierglieds 22 ermittelt und das Subtraktionsergebnis V1 - V2 der Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 zugeführt. Die Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 ermittelt die Istwertinformation bezüglich der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 auf der Basis des Subtraktionsergebnisses V1 - V2.
Die vom Winkelstellungssensor 6 abgegebenen und in Digitalsignale umgesetzten Brücken-Mittelpunktpotentiale V1, V2 werden außerdem dem Addierglied 23 zugeführt, das das Additionsergebnis V1 + V2 unabhängig vom Winkel Θ durch Berechnung der Summe der Brücken- Mittelpunktpotentiale V1, V2 bildet. Das Additionsergebnis V1 + V2 lässt sich durch den Spannungswert R.Ic/2 ausdrücken, der nicht vom Winkel Θ, sondern nur von der im mittleren Widerstandswert R/2 der temperaturabhängigen, magnetischen Widerstandselemente enthaltenen Temperaturänderung abhängig ist. Diese Spannung ändert sich in Abhängigkeit von dem mittleren Widerstandswert R/2 und zeigt ein ähnliches Verhalten wie im Falle des Fließens eines Konstantstroms durch einen typischen, metallischen Widerstand.
Das vom Winkel Θ unabhängige Additionsergebnis V1 + V2 wird wiederum der Temperaturkompensationseinrichtung 25 zugeführt, durch die die Temperatur der Brückenschaltung 13 des Winkelstellungssensors 6 auf der Basis des Spannungswertes R.Ic/2 ermittelt wird. Sodann wird ein Kompensationswert entsprechend der Temperatur der Brückenschaltung 13 des Winkelstellungssensors 6 bestimmt. Dieser Kompensationswert findet bei der Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 zur Herbeiführung einer Kompensation bei der Ermittlung des Istwertes der Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 Verwendung, wobei der in Proportion zur Temperatur der Brückenschaltung 13 des Winkelstellungssensors 6 hervorgerufene Fehler bei der Ermittlung der Ventilöffnung unterdrückt wird.
Die Positionsinformations-Detektoreinrichtung 24 führt der Steuereinrichtung 26 die Ventilstellungsinformation PV zu, bei der der temperaturproportionale Fehler bereits unterdrückt ist. Der Steuereinrichtung 26 wird von der externen Steuerung bzw. Fernsteuerung ein externer Sollwert zugeführt. Die Steuereinrichtung 26 erzeugt sodann ein Steuersignal auf der Basis der Differenz zwischen dem externen Sollwert und der Ventilstellungsinformation PV und führt dieses Steuersignal der elektropneumatischen Wandlereinrichtung 27 zu. Die elektropneumatische Wandlereinrichtung 27 steuert ihrerseits ein Druckluft- Magnetventil in Abhängigkeit vom zugeführten Steuersignal und bildet aus der separat zugeführten Druckluft einen Steuerdruck, der dem pneumatischen Stellglied 3 zugeführt wird. Das pneumatische Stellglied 3 verstellt die Ventilantriebswelle 4 mit Hilfe des Steuerdrucks aufwärts oder abwärts zur automatischen Einregelung der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 auf eine dem externen Sollwert entsprechende Ventilöffnung.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ermöglicht somit die Verwendung der vom Winkelstellungssensor 6 zur Ermittlung der Ventilöffnung des Durchflussregelventils 1 abgegebenen Mittelpunktpotentiale V1, V2 der Brückenzweige der Brückenschaltung 13 auch die Ermittlung der Temperatur der Brückenschaltung 13. Auch wenn somit das erste Ausführungsbeispiel im Falle einer Anordnung Verwendung findet, bei der der Winkelstellungssensor 6 getrennt vom Regler 8 angeordnet ist, kann die Temperatur des Winkelstellungssensors 6 direkt ermittelt werden, ohne separat einen zusätzlichen Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperaturinformation bezüglich des Winkelstellungssensors 6 vorsehen zu müssen. Hierdurch lässt sich der Aufbau des Reglers 8 weiter vereinfachen. Außerdem entfallen Kabel bzw. Leitungen zur Zuführung der Temperaturinformation zum Regler 8, wodurch sich ebenfalls der Aufbau einschließlich der Verdrahtung vereinfacht.
Auf Grund des vorstehend beschriebenen Aufbaus, bei dem die Temperatur der Brückenschaltung 13 unter Verwendung der Mittelpunktpotentiale V1, V2 der Brückenzweige der Brückenschaltung 13 direkt ermittelt wird, kann erfindungsgemäß eine Temperaturkompensationseinrichtung für den Winkelstellungssensor zur Verfügung gestellt werden, durch die eine Temperaturkompensation mit hoher Genauigkeit realisierbar ist. Außerdem wird eine Positionsinformations- Detektoreinrichtung erhalten, mit deren Hilfe eine Durchflussregelung mit hoher Genauigkeit erzielbar ist.
Da die Temperatur der Brückenschaltung 13 unter Verwendung der vom Winkelstellungssensor zur Ermittlung der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 abgegebenen Mittelpunktpotentiale V1, V2 der Brückenzweige ermittelt werden kann, muss der im Regler 8 vorgesehene Analog/Digital-Umsetzer 21 lediglich einen Kanal zur Umsetzung der Mittelpunktpotentiale V1, V2 der Brückenzweige in Digitalsignale aufweisen. Anders als beim Stand der Technik ist somit nicht sowohl ein Kanal zur Umsetzung der vom Winkelstellungssensor 6 abgegebenen Mittelpunktpotential V1, V2 der Brückenzweige in Digitalsignale als auch ein Kanal zur Umsetzung der vom Temperatursensor abgegebenen Temperaturinformation in Digitalsignale erforderlich. Hierdurch lassen sich die Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für den Winkelstellungssensor und die Positionsinformations- Detektoreinrichtung mit geringeren Kosten herstellen.
Weiterhin ermöglicht die Verwendung des Additionsergebnisses der vom Winkelstellungssensor 6 zur Ermittlung der Ventilstellung des Durchflussregelventils 1 abgegebenen Mittelpunktpotentiale V1, V2 der Brückenzweige der Brückenschaltung 13 die Ermittlung der Temperatur der Brückenschaltung 13. Somit kann eine Software-orientierte Datenverarbeitung unter Verwendung einer Programmausrüstung, wie einer Rechen-Software, durchgeführt werden, ohne auf Bauteile, wie einen Temperatursensor, zurückgreifen zu müssen, wodurch sich die Flexibilität und Vielseitigkeit der Einrichtung erhöht.
Obwohl im Rahmen der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels ein Aufbau in Betracht gezogen worden ist, bei dem der Regler 8 in der in Fig. 1 dargestellten Weise in einem anderen Gehäuse getrennt vom Winkelstellungssensor 6 angeordnet ist, so ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diesen Fall beschränkt. Die Anwendung der Erfindung auf den in Fig. 3 dargestellten Fall der Anordnung des Reglers 8 und des Winkelstellungssensors 6 im gleichen Gehäuse gewährleistet präzisere Messungen mit Hilfe des Winkelstellungssensors 6. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Winkelstellungssensor 56 als Temperatursensor zu verwenden, sodass der Temperatursensor 59 entfallen kann.
Wie vorstehend beschrieben, dient somit eine Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor 6 zur alleinigen Ermittlung von temperaturabhängigen Komponenten auf der Basis von Mittelpunktpotentialen V1, V2 einer mit einem Konstantstrom gespeisten Brückenschaltung 13 für den Winkelstellungssensor 6, zur Gewinnung einer Temperatur des Winkelstellungssensors 6 aus den temperaturabhängigen Komponenten, zur Bildung einer der gewonnenen Temperatur entsprechenden Kompensationsinformation, ohne separat einen zusätzlichen Temperatursensor vorzusehen, sowie zur Durchführung einer Temperaturkompensation am Ausgangssignal des Winkelstellungssensors 6 bei der automatischen Regelung der Ventilöffnung eines Durchflussregelventils 1.

Claims

1. Temperaturinformations-Detektoreinrichtung für einen Winkelstellungssensor (6) mit einer von vier magnetischen Widerstandselementen (14, 15, 16, 17) gebildeten Brückenschaltung (13) und einer Magnetfeld- Generatoreinrichtung (12) zur Erzeugung eines auf die Brückenschaltung (13) einwirkenden Magnetfeldes, gekennzeichnet durch
eine Konstantstrom-Zuführungseinrichtung (20) zur Zuführung eines Konstantstroms zu der Brückenschaltung (13) und
eine Temperaturinformations-Detektoranordnung (23) zur Bildung einer Temperaturinformation in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Brückenschaltung (13) auf der Basis von Mittelpunktpotentialen von Brückenzweigen der Brückenschaltung (13).

2. Positionsdetektoreinrichtung mit einer von vier magnetischen Widerstandselementen (14, 15, 16, 17) gebildeten Brückenschaltung, einer Magnetfeld- Generatoreinrichtung (12) zur Erzeugung eines auf die Brückenschaltung (13) einwirkenden Magnetfeldes und einer Positionsinformations-Detektoreinrichtung (24) zur Ermittlung einer Information bezüglich der relativen Lage der Brückenschaltung (13) zum Magnetfeld auf der Basis von Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltung (13), gekennzeichnet durch
eine Konstantstrom-Zuführungseinrichtung (20) zur Zuführung eines Konstantstroms zur Brückenschaltung (13),
eine Temperaturinformations-Detektoranordnung (23) zur Bildung einer Temperaturinformation in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Brückenschaltung (13) auf der Basis von Mittelpunktpotentialen der Brückenschaltung (13) und
eine Temperaturkompensationseinrichtung (25) zur Erzeugung einer Kompensationsinformation zur Kompensation der ermittelten Position auf der Basis der von der Temperaturinformations-Detektoranordnung (23) gebildeten Information.