DE10322447A1

DE10322447A1 - Positionsmessvorrichtung und Verfahren zur Positionsermittlung

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Publication number: DE10322447A1
Application number: DE2003122447
Authority: DE
Inventors: Joachim Homeister
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-09

Abstract

Bei einer Positionsmessvorrichtung mit einer induktiv wirksamen Sensoreinheit und einer elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit, bei der die Sensoreinheit einen Positionsdetektor in Form einer Spulenanordnung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen Messspulen mit einem zwischen den Messspulen angeordneten Spannungsabgriff und einen Positionsgeber in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung beweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper umfasst, und bei der mittels der Versorgungs- und Auswertungseinheit die Spulenanordnung mit einer zeitvariablen Eingangsspannung beaufschlagbar und eine an dem Spannungsabgriff anliegende Ausgangsspannung zur Ermittlung der Position des Positionsgebers auswertbar ist, ist die Spulenanordnung (3) zu einem elektrischen Schwingkreis erweitert, und der Versorgungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit ist zur Beaufschlagung der Spulenanordnung (3) mit einem Spannungsimpuls und der Auswertungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit zur Auswertung der Zeitantwort der Ausgangsspannung DELTAU¶1¶ auf den eingangsseitigen Spannungsimpuls ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung, mit einer induktiv wirksamen Sensoreinheit und einer elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit, wobei die Sensoreinheit einen Positionsdetektor in Form einer Spulenanordnung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen Messspulen mit einem zwischen den Messspulen angeordneten Spannungsabgriff und einen Positionsgeber in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung beweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper umfasst, und wobei mittels der Versorgungs- und Auswertungseinheit die Spulenanordnung mit einer zeitvariablen Eingangsspannung beaufschlagbar und eine an dem Spannungsabgriff anliegende Ausgangsspannung zur Ermittlung der Position des Positionsgebers auswertbar ist.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Positionsermittlung eines beweglichen Bauteils, nach dem bei einer Positionsmessvorrichtung, die aus einer induktiv wirksamen Sensoreinheit und einer elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit gebildet ist, deren Sensoreinheit einen Positionsdetektor in Form einer Spulenanordnung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Messspulen und einem zwischen den Messspulen angeordneten Spannungsabgriff und einen mit dem Bauteil verbundenen Positionsgeber in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung beweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper umfasst, die Spulenanordnung mit einer zeitvariablen Eingangsspannung beaufschlagt und eine an dem Spannungsabgriff anliegende Ausgangsspannung zur Ermittlung der Position des Positionsgebers ausgewertet wird.

Berührungslos arbeitende Positionsmessvorrichtungen sind seit langem in unterschiedlicher Ausbildung und Anordnung bekannt. Insbesondere in der automatisierten Steuerung der Bewegungsabläufe von Maschinen, d.h. der Steuerung linearbeweglicher und / oder drehbeweglicher Bauteile, wie beispielsweise der variablen Ventilsteuerung eines Kfz-Kolbenmotors, ist die Ermittlung der jeweils aktuellen Position der betreffenden Bauteile mittels berührungslos und damit weitgehend verschleißfrei arbeitender Positionsmessvorrichtungen weit verbreitet. Je nach Anwendung werden dabei zum Teil hohe Genauigkei ten in der Größenordnung von wenigen μm gefordert. Des weiteren müssen die Positionsmessvorrichtungen kompakt, robust, wartungsarm und selbstverständlich auch preisgünstig sein. Hinsichtlich ihrer physikalischen Funktionsweise lassen sich die berührungslos arbeitenden Positionsmessvorrichtungen in akustische, optische, kapazitive, und induktive Vorrichtungen unterteilen, wobei die induktiv wirksamen Positionsmessvorrichtungen noch hinsichtlich ihres Wirkprinzips in nach dem Wirbelstromprinzip oder nach dem Permeabilitätsprinzip arbeitende Vorrichtungen unterschieden werden können. Bei einer nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Positionsmessvorrichtung wird in einem aus einem hochleitenden bzw. niederohmigen Material bestehenden Positionsgeber abhängig von seiner Position im Magnetfeld einer mit einem Wechselstrom beaufschlagten Spulenanordnung mehr oder weniger starke Wirbelströme induziert, die der Spule entsprechend viel Energie entziehen und damit zu einer scheinbaren Änderung der Induktivität der Spulenanordnung führen. Bei einer nach dem Permeabilitätsprinzip arbeitenden Positionsmessvorrichtung besteht der Positionsgeber dagegen aus einem ferromagnetischen oder weichmagnetischen Werkstoff hoher Permeabilität, so dass die Induktivität der Spulenanordnung abhängig von der Position des Positionsgebers im Magnetfeld der Spulenanordnung mehr oder weniger stark erhöht wird. In beiden Fällen kann die positionsabhängige Änderung der Induktivität der Spulenanordnung bekanntlich auf relativ einfache Weise zur Bestimmung der Position des Positionsgebers genutzt werden, indem die Spulenanordnung als Halbbrücke mit zwei Spulen oder Spulenhälften und einem mittleren Spannungsabgriff ausgebildet wird und die positionsabhängig veränderte Spannung bzw. Spannungsamplitude am Spannungsabgriff durch eine nachgeschaltete Auswertungselektronik zur Positionsermittlung ausgewertet wird.

Zur eingangsseitigen Versorgung bzw. Anregung derartiger Spulenanordnungen benötigt man analoge Schaltkreise, die je nach Anwendung mehr oder weniger hohe Anforderungen an die Phasentreue und die Konstanz der Spannungsamplitude der Versorgungsspannung erfüllen müssen. Auf der Auswertungsseite werden ebenfalls analoge Schaltungen eingesetzt, um die Ausgangsspannungen zu verstärken, zu filtern, zu demodulieren, ggf. an nachgeschaltete Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) anzupassen, und für die Weiterverarbeitung analoge Ausgangsschnittstellen, d.h. in der Regel Strom- oder Spannungsausgänge, zu realisieren. Hierzu werden eine große Anzahl aktiver und passiver elektronischer Bauteile, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Transistoren, Operationsverstärker, u.s.w., benötigt, an die einerseits hohe Anforderungen bezüglich ihrer nominellen Genauigkeit und ihr Temperatur- und Alterungsverhalten gestellt werden, die andererseits aber unvermeidlich eine gewisse fertigungsbedingte Streuung ihrer Eigenschaften aufweisen. Somit ist die Genauigkeit bei der üblichen Positionsermittlung von beweglichen Bauteilen beschränkt, wobei eine Erhöhung der Genauigkeit bislang nur mit dem Einsatz teurer elektronischer Bausteine und spezieller Leiterplatinenlayouts erreichbar ist.

Soll beispielsweise bei einer induktiv wirksamen Positionsmessvorrichtung der beschriebenen Art am Signalausgang mit einer Ausgangsspannung von 5 V mittels eines A/D-Wandlers eine Auflösung von 12 Bit erreicht werden, so müssten in der analogen Messung der Ausgangsspannung Inkremente von 1,2 mV eindeutig aufgelöst werden können. Dies ist aber bei einer optimalen Auslegung der Leiterplatine und einer Auswahl hochwertiger elektronischer Bausteine in einer gestörten Umgebung aufgrund auftretender elektromagnetischer Wechselwirkungen (EMV) mit resultierenden Rauschspannungen im Bereich von 5 mV bis 10 mV kaum möglich. Als Lösung bietet sich in diesem Fall eine zeitliche Mittelwertbildung an, wodurch aber die Ausgabedynamik der Positionsmessvorrichtung verschlechtert wird. Zur Steigerung der Messgenauigkeit derartiger Positionsmessvorrichtungen müssen daher andere Lösungen gefunden werden.

In der EP 0 654 140 B1 wird z.B. eine induktiv wirksame Positionsmessvorrichtung und ein Verfahren zur induktiven Positionsmessung vorgeschlagen, bei denen die Spulenanordnung aus einer Messspule besteht, die mit mehreren abschnittsweise gleich voneinander beabstandeten Spannungsabgriffen versehenen ist, und das Messobjekt als ein die Messspule umgreifender Ring ausgebildet ist, dessen Höhe maximal dem Abstand zwischen zwei benachbarten Spannungsabgriffen entspricht, und der, je nach Wirkprinzip, aus einem elektrisch oder magnetisch leitenden Material besteht. Zur Ermittlung der Position des Messobjektes relativ zu der Messspule ist vorgesehen, dass mittels einer Auswertungselektronik der Reihe nach Spannungswerte jeweils zwischen einem der Spannungsabgriffe und einem Referenzpotential abgegriffen und anschließend zu einer mit der Position des Messobjektes korrelierenden Gesamtspannung addiert werden. Da hierbei abhängig von der Position des Messobjektes in einem der Spulenabschnitte der entsprechend erhöhte Teilspannungswert unterschiedlich häufig in die Summation der Gesamtspannung eingeht, wird dadurch eine Spreizung der Ausgangsspannung über dem Objektweg und somit eine verbesserte Wegauflösung bzw. Messgenauigkeit erreicht. Nachteilig dabei ist jedoch der hohe apparative und schaltungstechnische Aufwand sowie eine durch die Summation bedingte schlechte Ausgabedynamik.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionsmessvorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der bei kompakter Bauweise und günstigen Herstellungskosten eine höhere Genauigkeit und eine schnellere Signalverarbeitung erreichbar ist. Des weiteren soll ein entsprechendes Verfahren zur Positionsermittlung eines beweglichen Bauteils angegeben werden.

Die Aufgabe die Positionsmessvorrichtung betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Spulenanordnung zu einem elektrischen Schwingkreis erweitert ist, und dass der Versorgungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit zur Beaufschlagung der Spulenanordnung mit einem Spannungsimpuls und der Auswertungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit zur Auswertung der Zeitantwort der Ausgangsspannung auf den eingangsseitigen Spannungsimpuls ausgebildet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 offenbart.

Die Aufgabe das Verfahren zur Positionsermittlung betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 13 dadurch gelöst, dass unter Nutzung einer zu einem elektrischen Schwingkreis erweiterten Spulenanordnung ein Spannungsimpuls als Eingangsspannung verwendet wird, und dass die Zeitantwort der Ausgangsspannung auf den Spannungsimpuls zur Ermittlung der Position des Positionsgebers ausgewertet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 14 bis 22 angegeben.

Die Bestimmung der aktuellen Position eines z.B. mit einem beweglichen Bauteil einer Maschine verbundenen Positionsgebers relativ zu einer gehäusefest angeordneten Spulenanordnung erfolgt also im Gegensatz zum Stand der Technik nun erfindungsgemäß durch eine Zeitmessung der Ausgangsspannung. Hierzu kann der elektrische Schwingkreis auf einfache Weise durch die Parallelschaltung eines Kondensators zu einer der Messspulen der Spulenanordnung realisiert werden. Die Zeitmessgröße, bei der es sich prinzipiell um die Schwingungsdauer der Ausgangsspannung oder die Abklingzeit der Ausgangsspannung bis auf ein vorgegebenes Spannungsniveau handeln kann, wird dabei bevorzugt mittels eines Time-to-Digital-Converter-Bausteins (TDC-Baustein) erfasst und ausgewertet. Ein TDC-Baustein ist relativ preisgünstig und weist mit einer möglichen Zeitauflösung von 15 bis 30 ps eine sehr hohe Messgenauigkeit auf. Im Vergleich zu bisherigen Positionsmessvorrichtungen, bei denen die Positionsermittlung durch eine Spannungsmessung erfolgt, liegt der Vorteil der vorliegenden Erfindung, insbesondere unter Nutzung eines TDC-Bausteins, der für eine hohe Auflösung von mehr als 24 Bit ausgelegt sein kann, in der hochgenauen Zeitmessung. TDC-Bausteine sind somit ideale Wandlerbausteine für Sensoren mit niedrigem Signalhub (Ausgangsspannung), wobei das Ausgangssignal als digitales Bitmuster zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. In Verbindung mit einem zusätzlichen Mikroprozessor, der kostengünstig in dem TDC-Baustein integriert werden kann, ist der Auswertungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit somit voll digitalisiert und kann kompakt und preisgünstig auf einem einzigen Chip (Single-Chip-Lösung) konzentriert werden. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung und des entsprechenden Verfahrens ist sowohl bei induktiv wirksamen Linearwegsensoren als auch bei derartigen Drehwinkelsensoren anwendbar.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinheit, bei der die Schwingungsdauer der Ausgangsspannung als Zeitmessgröße vorgesehen ist, weist der Kondensator der Spulenanordnung zweckmäßig eine Kapazität auf, die in Verbindung mit der ungestörten Induktivität L der zugeordneten Messspule eine Schwingungsfrequenz ω_R von etwa 100 kHz ergibt. Bei einer Induktivität der Messspule von L = 500 μH beträgt die Kapazität des Kondensators dann etwa C = 5 nF. Bei anderen Induktivitätswerten der Messspule ist der entsprechende Kapazitätswert auf die Schwingungsfrequenz anzupassen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinheit, bei der die Abklingzeit der Ausgangsspannung als Zeitmessgröße vorgesehen ist, weist der Kondensator bevorzugt eine Kapazität auf, bei der keine Schwingungen mehr stattfinden, sondern Aufladungs- und Entladungsvorgänge des Kondensators erfolgen, wobei die Zeitkonstante von der Induktivität L der Messspule abhängt. Bei einer Induktivität der Messspule von L = 500 μH beträgt die Kapazität des Kondensators dann etwa C = 5 μF.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Sensoreinheit und der Versorgungs- und Auswertungseinheit ist es möglich, die Versorgungs- und Auswertungseinheit zur zeitvariablen Steuerung des Spannungsimpulses in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des Kondensators der Spulenanordnung auszubilden. Dies geschieht vorteilhaft dadurch, dass dem Impulsgenerator des Versorgungsteils der Versorgungs- und Auswertungseinheit eine Kippschaltung (Flip-Flop) nachgeschaltet ist, die durch eine Verbindung mit dem Spannungsabgriff der Spulenanordnung getriggert wird. Hiermit wird erreicht, dass der eingangsseitige Spannungsimpuls mit Erreichen einer vorab über die Auslegung oder Programmierung der Kippschaltung festgelegten Ladespannung des Kondensators beendet wird und somit die Dauer des Spannungsimpulses auf die erforderliche Minimalzeit beschränkt wird.

Es kann aber auch mit relativ einfachen Mitteln eine elektronische Temperatursensorschaltung zur Ermittlung einer Temperaturänderung an der Sensoreinheit dadurch realisiert werden, indem eine Anordnung von zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen ohmschen Widerständen mit einem mittleren Spannungsabgriff und eines einem der Widerstände parallel geschalteten Kondensators innerhalb der Sensoreinheit in der Nähe der Messspulen angeordnet werden. Diese Temperatursensorschaltung steht mit der Versorgungs- und Auswertungseinheit der Sensoreinheit in Verbindung und wird zweckmäßig in gleicher Weise wie die Sensoreinheit zeitgleich oder zeitnah zu dieser mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt und die entsprechende Zeitantwort des betreffenden Ausgangssignals mittels eines TDC-Bausteins ausgewertet. Dabei kann im Fall einer zeitnah, d.h. unmittelbar vor oder nach der Positionsermittlung, durchgeführten Temperaturmessung vorteilhaft der Time-to-Digital-Converter und der Mikroprozessor der Sensoreinheit benutzt werden. Die Ermittlung der aktuellen Sensortemperatur aus dem ermittelten Zeitwert erfolgt zweckmäßig unter Nutzung von mindestens einem abgespeicherten Referenzzeitwert, der z.B. vorab unter Normbedingungen (z.B. bei 20 °C oder 25 °C) ermittelt und in einem zugeordneten Speicherbaustein (EPROM) abgespeichert sein kann. Anhand der ermittelten Sensortemperatur erfolgt anschließend die Korrektur der ermittelten Position des Positionsgebers.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Positionsmessvorrichtung die bisherigen analogen Schaltkreise weitgehend vermieden und durch einen einzigen digitalen elektronischen Baustein, nämlich den TDC-Baustein, ersetzt werden. Hierdurch wird in wesentlichem Umfang Bauraum eingespart und die elektronische Schaltung der Versorgungs- und Auswertungseinheit kann auf einen einzigen elektronischen Baustein (Single-Chip-Lösung) konzentriert werden. Da der Preis eines TDC-Bausteins mit einer Auflösung von 15 bis 30 ps in der Größenordnung eines A/D-Wandlers liegt, von dem in bisherigen Sensorschaltungen mehrere benötigt wurden, ergibt sich auch eine erhebliche Kosteneinsparung.

Weitere Einsparungen sind dadurch erzielbar, dass mehrere Sensoreinheiten an einen einzigen derartigen Versorgungs- und Auswertungschip angeschlossen werden, wobei die Auswertung dann jeweils seriell hintereinander abläuft. Durch die Verlagerung der Messwerterfassung und -auswertung in den Zeitbereich wird im Vergleich zur bisherigen Erfassung und Auswertung von Spannungen bzw. Spannungsamplituden eine deutliche Verbesserung der Messgenauigkeit erzielt. Des weiteren werden durch das Zeitmessprinzip geringere Anforderungen an die Genauigkeit der eingangsseitigen Spannungsgeneratoren und weiterer elektronischer Bausteine gestellt. Neben der vorgestellten Anwendung bei induktiv wirksamen Positionsmessvorrichtungen ist darüber hinaus auch eine Anwendung desselben Messprinzips bei magnetisch wirksamen Positionsmessvorrichtungen mit magnetoresistiven Positionsgebern und bei kapazitiv wirksamen Positionsmessvorrichtungen möglich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigt:
1a: Den prinzipiellen Aufbau einer induktiv wirksamen Sensoreinheit zur Erfassung einer Linearbewegung in schematischer Form,
1b: den Aufbau einer gegenüber 1a verbesserten Sensoreinheit in schematischer Form,
2a: den Schaltplan einer bekannten induktiv wirksamen Sensoreinheit,
2b: den Schaltplan einer erfindungsgemäßen induktiv wirksamen Sensoreinheit,
2c: den Schaltplan der um eine Temperatursensorschaltung erweiterten Sensoreinheit nach 2b,
3: das Blockschaltbild einer Positionsmessvorrichtung mit einer zeitvariablen Steuerung des Eingangssignals mit einer Sensoreinheit nach 2b,
4: das Blockschaltbild einer Positionsmessvorrichtung in einer Single-Chip-Anordnung mit einer Sensoreinheit nach 2c,
5: die Ein- und Ausgangssignale einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit einer Ermittlung der Schwingungsdauer als Zeitmesswert,
6: die Ein- und Ausgangssignale einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit einer Ermittlung der Abklingzeit als Zeitmesswert, und
7: die Ein- und Ausgangssignale einer erfindungsgemäßen Temperatursensorschaltung zur Ermittlung der Sensortemperatur.
Eine induktiv wirksame Sensoreinheit 1 einer Positionsmessvorrichtung nach 1a ist zur Ermittlung der Position eines linearbeweglichen Bauteils vorgesehen und weist in an sich bekannter Weise einen Positionsdetektor 2 in Form einer Spulenanordnung 3 aus zwei axial benachbarten und weitgehend identischen zylindrischen Messspulen 4 und einen Positionsgeber 5 in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung 3, vorliegend innerhalb der Messspulen 4, axialbeweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper 6 auf. Die Messspulen 4, die bevorzugt jeweils eine Windungszahl in der Größenordnung von n_W = 300 bis n_W = 1000 aufweisen, sind auf einem nichtleitenden, vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einem Keramikwerkstoff hergestellten Spulenkörper 7 angeordnet. Um den Einsatz der Sensoreinheit 1 bei Betriebstemperaturen von bis zu 160 °C zu gewährleisten, kann der Spulenkörper 7 vorteilhaft auch aus einem glasfaser- und / oder kohlefaserverstärkten Kunststoff bestehen und in diesem Fall in hoher Stückzahl preisgünstig als Spritzgussteil hergestellt werden. Zur Abschirmung der Sensoreinheit 1 gegen elektromagnetische Störungen und zur definierten Streuflussrückführung ist die Spulenanordnung 3 von einem rohrförmigen Abschirmgehäuse 8 umgeben, das aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht. Der Positionsgeber 5 bzw. Messkörper 6 ist mittels einer Befestigungsstange 9 oder unmittelbar mit dem vorliegend nicht abgebildeten axialbeweglichen Bauteil verbunden und besteht, je nach Wirkprinzip, aus einem hochleitenden oder weichmagnetischen Werkstoff. Die Länge der Spulenanordnung 3 bzw. der Messspulen 4 ist an den maximalen axialen Bewegungsbereich des zugeordneten Bauteils angepasst, der der axialen Länge einer der Messspulen 4 entspricht. Zur Erzielung eines eindeutigen und weitgehend linearen Zusammenhangs zwischen dem Weg bzw. der Positionskoordinate des Positionsgebers 5 und dem Ausgangssignal der zugeordneten elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit entspricht die axiale Länge des Messkörpers 6 weitgehend der axialen Länge einer der Messspulen 4.
Eine derartige Sensoreinheit 1 mit einem relativ einfachen Aufbau kann im Prinzip zur Positionsermittlung eingesetzt werden, weist jedoch im Bereich der äußeren axialen Enden der Messspulen 4, d.h. mit dem Erreichen der Endpositionen des Messkörpers 6, jeweils zunehmende Nichtlinearitäten des Zusammenhangs zwischen dem Ausgangssignal und der Position des Positionsgebers 5 auf. Eine Verbesserung der Linearität ist dadurch erzielbar, dass die Wicklungsdichte der Messspulen 4 zu den äußeren Enden hin erhöht wird. Eine weitere einfacher zu realisierende Möglichkeit besteht darin, bei Verwendung gleichmäßig gewickelter Messspulen 4 an den äußeren Enden dieser Messspulen 4 jeweils eine mit der zugeordneten Messspule 4 in Reihe geschaltete Zusatzspule 10 anzuordnen, wie dies bei der im übrigen identischen Sensoreinheit 1' nach 1b beispielhaft abgebildet ist. Bei einer Windungszahl der Messspulen 4 von n_W = 300 bis n_W = 1000 ist bei den Zusatzspulen 10 erfahrungsgemäß eine Windungszahl im Bereich von n_W = 100 bis n_W = 400 vorteilhaft.
In 2a ist die übliche elektronische Beschattung einer Sensoreinheit nach 1a in Form eines elektrischen Schaltplans abgebildet. Die beiden Messspulen 4 mit den ungestörten Induktivitäten L₁ = L₂ = L sind in Reihe geschaltet und weisen einen mittleren Spannungsabgriff 11 auf. Optional kann diese Halbbrücke durch eine Parallelschaltung von zwei identischen, in Reihe geschalteten Brückenwiderständen 12 mit dem Widerstandswert R₁ = R₂ = R und einem zugeordneten mittleren Spannungsabgriff 13 zu einer Vollbrücke (Wheatstone'sche Messbrücke) ergänzt sein. Wird eingangsseitig eine Wechselspannung U (Sinusspannung oder Rechteckspannung) angelegt, so kann die Weg- bzw. Positionsinformation aufgrund der Verstimmung der Induktivitäten L₁ und L₂ der Messspulen 4 als Ausgangsspannung ΔU zwischen den Spannungsabgriffen 11 und 13 entnommen und ausgewertet werden, wobei der entsprechende Zusammenhang durch
mit der ungestörten Induktivität L = L₁ = L₂ der Messspulen 4 und der Induktivitätsänderung dL/dx der Messspulen 4 bei einer kleinen Wegänderung Δx des Positionsgebers 5 innerhalb der Spulenanordnung 3 gegeben ist. Wird in einer Ausbildung der Sensoreinheit 1 als Halbbrücke auf die Brückenwiderstände 12 verzichtet, so wird die Ausgangsspan nung ΔU₁ an dem Spannungsabgriff 11, die zumeist gegen die Masse gemessen wird, zur Positionsermittlung genutzt.
In der vorliegenden Erfindung ist demgegenüber vorgesehen, dass die Spulenanordnung 3 nach 2a zu einem elektrischen Schwingkreis erweitert ist, was in der Konfiguration nach 2b dadurch realisiert ist, dass einer der Messspulen 4, bevorzugt der zweiten masseseitigen Messspule 4b, ein Kondensator 14 mit der Kapazität C parallel geschaltet ist, wobei die Periodendauer T der Resonanzfrequenz ω_R des Schwingkreises aus
mit der Induktivität L₂ und dem rein ohmschen Widerstand R der Messspule 4b und der Kapazität C des Kondensators 14 berechnet werden kann. Im übrigen ist die Schaltungsanordnung nach 2b unter Weglassung von Brückenwiderständen als Halbbrücke ausgebildet. Mit einer derartigen Anordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Spannungsimpuls als Eingangsspannung U verwendet wird, und dass die Zeitantwort der Ausgangsspannung ΔU₁ auf den Spannungsimpuls zur Ermittlung der Position des Positionsgebers 5 ausgewertet wird. Hierzu bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten, nämlich bei einer Schwingungsfrequenz ω_R die Periodendauer T der gedämpften Schwingung der Ausgangsspannung ΔU, als Zeitmesswert zu erfassen und zur Ermittlung der Sensorposition auszuwerten oder im Falle dass
die Entladezeit bzw. Abklingzeit t_T bis zum Erreichen einer vorab festgelegten Schwell- oder Triggerspannung U_T als Zeitmesswert zu erfassen und zur Ermittlung der Sensorposition auszuwerten.
Die erste Form der Positionsermittlung ist anhand der Ein- und Ausgangssignale einer entsprechenden Sensoreinheit 1 nach 2b in 5 dargestellt. Durch das eingangsseitige Anlegen eines kurzen Spannungsimpulses (siehe 5a) wird der L₂-C-Schwingkreis zu einer gedämpften Schwingung angeregt (siehe 5b), wobei die Dämpfung der Schwingung durch den ohmschen Widerstand der Messspule 4b hervorgerufen wird. Die an dem Spannungsabgriff 11 anliegende Ausgangsspannung ΔU₁ wird an einen Schmitt-Trigger-Eingang eines Komparators geleitet, an dessen anderen Eingang eine vorab festlegbare, z.B. programmierbare Triggerspannung U_T anliegt. Demzufolge ergibt sich am Ausgang des Komparators entsprechend 5c eine Folge von digitalen Pulsen, deren Zeitdauer jeweils der Hälfte der Schwingungsperiode des L₂-C-Schwingkreises entspricht, die eine Funktion der Induktivität L₂ und damit der Position des Positionsgebers 5 ist. Mittels eines nachgeschalteten TDC-Bausteins werden diese digitalen Pulse vermessen und in ein Bitmuster bzw. digitalen Zahlenwert umgewandelt. Dabei kann sowohl die Zeitdauer einzelner Pulse vermessen werden als auch eine Summation über mehrere Pulse mit anschließender Mittelwertbildung durchgeführt werden. Mittels des internen oder eines zusätzlichen externen Mikroprozessors kann auch ggf. eine Linearisierung aufgrund bekannter physikalischer Zusammenhänge erfolgen, so dass im Endeffekt ein hochlinearer Zusammenhang zwischen der ermittelten Position des Positionsgebers 5 und den an eine zugeordnete Prozesssteuerung weitergeleiteten Daten erreichbar ist.
Zur Verdeutlichung der hohen Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung wird bei dem Messkörper 6 des Positionsgebers 5 beispielhaft von einem weichmagnetischen Material ausgegangen, d.h. die Sensoreinheit 1 arbeitet nach dem Permeabilitätsprinzip. Die Induktivität der beiden Messspulen 4 betrage im ungestörten, d.h. kernlosen Zustand L₁ = L₂ = 500 μH, der Kondensator 14 habe eine Kapazität von C = 4,7 nF. Dann ergibt sich im kernlosen Zustand eine Periodendauer der gedämpften Schwingung der Ausgangsspannung ΔU₁ von T = 9,6319 μs. Wird bei einem vollständig innerhalb der zweiten Messspule 4 befindlichen Messkörper 6 aufgrund dessen Permeabilität von einer Verfünffachung der Induktivität auf L2 = 2,5 mH ausgegangen, so erhöht sich die Periodendauer von ΔU₁ auf T = 21,538 μs. Demzufolge ergibt sich für den Wegbereich des Positionsgebers 5 eine maximale Änderung der Periodendauer der Ausgangsspannung ΔU₁ von ΔT = 11,906 μs, die aber mittels eines nachgeschalteten TDC-Bausteins mit einem erfassbaren Zeitinkrement von 1 ns problemlos auflösbar ist, was einer Auflösung von über 13 Bit entspricht. Demzufolge ist mit der erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung und dem zugeordneten Verfahren zur Positionsermittlung eines beweglichen Bauteils im Vergleich zum Stand der Technik, nach dem die Positionsermittlung auf eine Spannungsmessung zurückgeführt wird, eine erhebliche Steigerung der Messgenauigkeit verbunden.
Die zweite Form der Positionsermittlung ist anhand der Ein- und Ausgangssignale einer entsprechenden Sensoreinheit 1 nach 2b in 6 dargestellt. Hierbei wird bei prinzipiell gleichem Aufbau der Sensoreinheit 1 von einer um den Faktor 1000 höheren Kapazität C des Kondensators 14 und einem Nichtauftreten von gedämpften Schwingungen der Ausgangsspannung ΔU₁ ausgegangen. Während des eingangsseitigen Spannungsimpulses (siehe 6a) wird der Kondensator 14 auf die Ladespannung U_L aufgeladen. Nach dem Ende des Spannungsimpulses beginnt der Kondensator 14 sich zu entladen (siehe 6b), wobei die Entladungsdauer eine Funktion der Induktivität L₂ der Messspule 4b und damit der Position des Positionsgebers 5 innerhalb der Spulenanordnung 3 ist. Vorliegend wird zur Positionsermittlung die Abklingzeit t_T der Ausgangsspannung ΔU₁ bis zum Erreichen einer vorab festgelegten Schwell- bzw. Triggerspannung U_T gemessen, indem der Spannungsabgriff 11 mit der Ausgangsspannung ΔU₁ an den einen Schmitt-Trigger-Eingang eines Komparators und an den anderen Komparatoreingang die programmierbare Triggerspannung U_T angelegt ist. Am Ausgang des Komparators ergibt sich dann nach 6c ein digitaler Puls, dessen Zeitdauer t_T von der Induktivität L₂ der Messspule 4b und damit von der Position des Positionsgebers 5 abhängig ist. Mittels des nachgeschalteten TDC-Bausteins wird die Zeitdauer t_T gemessen, digitalisiert und zur Weiterverarbeitung an einen internen oder externen Mikroprozessor weitergeleitet. Auch in diesem Fall ist gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Steigerung bei der Genauigkeit der Positionsermittlung gegeben.
In einer bevorzugten Ausführung der Positionsmessvorrichtung nach 3, bei der die elektronische Versorgungs- und Auswertungseinheit in einer sogenannten Single-Chip-Lösung auf einer einzigen Leiterplatine 15 konzentriert ist, wird die Zeitdauer des eingangsseitigen Spannungsimpulses in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des Kondensators 14 variabel gesteuert und dadurch der gesamte Messvorgang beschleunigt. Hierzu ist vorgesehen, dass dem Impulsgenerator 16, der zur Erzeugung des eingangsseitigen Spannungsimpulses dient, eine Kippschaltung 17 (Flip-Flop) nachgeschaltet ist, die ausgangsseitig mit der ersten Messspule 4a und an ihrem zweiten Eingang über einen Komparator 18 mit dem mittleren Spannungsabgriff 11 verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Spannungsimpuls mit Erreichen einer vorab festgelegten Ladespannung U_L an dem Spannungsabgriff 11 und damit an dem Kondensator 14 beendet wird. Über einen weiteren Komparator 19 wird die Ausgangsspannung ΔU₁ dem TDC-Baustein 20 zugeführt, wobei der dort ablaufende Zeitmessvorgang über eine Verbindung 21 des Impulsgenerators 16 mit dem TDC-Baustein 20 gestartet wird.
Nach dem gleichen Prinzip der zuvor erläuterten Positionsbestimmung kann erfindungsgemäß auch eine Bestimmung der Sensortemperatur durchgeführt werden, die zweckmäßig zur Korrektur der ermittelten Position des Positionsgebers 5 genutzt wird.
Hierzu ist, wie in 2c abgebildet ist, eine elektronische Temperatursensorschaltung 22 vorgesehen, die aus einer Anordnung von zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen ohmschen Widerständen 23 mit den Widerstandswerten R und einem mittleren Spannungsabgriff 24 und einem dem masseseitigen Widerstand 23b parallel geschalteten Kondensator 25 mit der Kapazität C besteht. Dabei sind die Widerstände 23 innerhalb der Sensoreinheit 1 in der Nähe der Messspulen 4 angeordnet, und die Temperatursensorschaltung 22 steht mit der Versorgungs- und Auswertungseinheit der Sensoreinheit 1 in Verbindung. Das vollständige Blockschaltbild der Sensoreinheit 1 mit der Temperatursensorschaltung 22 ist für den Fall einer Single-Chip-Lösung beispielhaft in 4 dargestellt. Hierbei sind die Einspeisepunkte der Eingangsspannung mit chipinternen Ausgängen 26, 27 und die Signalabgriffe ΔU₁ und ΔU₂ jeweils auf chipinterne Schmitt-Trigger-Eingänge 28, 29 gelegt. Die eigentliche Zeiterfassung und -Auswertung erfolgt, wie schon zuvor eingehend erläutert wurde, über einen TDC-Baustein 20 und einen nachgeschalteten Mikroprozessor 30.
Die Funktionsweise der Temperaturmessung kann anhand der Ein- und Ausgangssignale der Temperatursensorschaltung 22 nach 7 verdeutlicht werden. Eingangsseitig liegt zunächst ein Spannungsimpuls von z.B. U = 5,0 V an (siehe 7a). Wird der Spannungsimpuls mit Erreichen einer Ladespannung von U_L = 2,5 V abgeschaltet, so wird der Kondensator 25 entladen, wobei sich die Entladezeit t_T bis zu einer vorab festgelegten Triggerspannung U_T nach der Formel
ergibt. Beträgt der ohmsche Widerstand der Widerstände 23 bei Raumtemperatur von 25 °C jeweils R = 10 kΩ und der Kondensator 25 habe die Kapazität C = 4,7 nF, so ergibt sich eine Entladezeit von t_T = 43,066 μs. Bei Verwendung handelsüblicher Metallschichtwiderstände mit einem Temperaturkoeffizienten von 50·10^-6 Ω/°C ergibt sich bei einer Erhöhung der Sensortemperatur auf 160 °C ein Widerstandswert der Widerstände 23 von R = 10,068 kΩ und demzufolge eine erhöhte Entladungszeit von t_T = 43,359 μs. Der dadurch aufgetretene Zeitunterschied von Δt = 293 ns kann von dem nachgeschalteten TDC-Baustein 20 problemlos aufgelöst werden und damit eine Korrektur der Positionsmessung durchgeführt werden. Bei Verwendung preiswerterer Kohleschichtwiderstände mit einem Temperaturkoeffizienten von 300·10^-6 Ω/°C ergibt sich bei einer Erhöhung der Sensortemperatur auf 160 °C ein Widerstandswert der Widerstände 23 von R = 10,405 kΩ und demzufolge eine erhöhte Entladungszeit von t_T = 44,810 μs. Der temperaturbedingte Zeitunterschied beträgt dann Δt = 1744 ns. Dies entspricht einer Temperaturauflösung von kleiner als 0,1 °C, die sowohl im Automobilbereich als auch im industriellen Maschinenbau mehr als ausreichend ist.
Eine Temperaturkompensation kann somit ohne die Verwendung spezieller Temperaturmessbausteine auf relativ einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden. Dabei kann die Temperatursensorschaltung 22 zeitgleich mit der Sensoreinheit 1 mit demselben Spannungsimpuls beaufschlagt werden und die Auswertung des Ausgangssignals ΔU₂ der Temperatursensorschaltung 22 mittels eines separaten Time-to-Digital-Converters, der zweckmäßig auf demselben TDC-Baustein 20 angeordnet ist, und eines nachgeschalteten Mikroprozessors 30 erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Temperatursensorschaltung 22 zeitnah zu dem Spannungsimpuls der Sensoreinheit 1, d.h. unmittelbar vor oder nach der Ermittlung der Position des Positionsgebers 5, mit einem separaten Spannungsimpuls zu beaufschlagen und dann die Auswertung des Ausgangssignals ΔU₂ der Temperatursensorschaltung 22 mittels des Time-to-Digital-Converters und des nachgeschalteten Mikroprozessors 30 der Sensoreinheit 1 durchzuführen.

Claims

Positionsmessvorrichtung, mit einer induktiv wirksamen Sensoreinheit und einer elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit, wobei die Sensoreinheit einen Positionsdetektor in Form einer Spulenanordnung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen Messspulen mit einem zwischen den Messspulen angeordneten Spannungsabgriff und einen Positionsgeber in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung beweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper umfasst, und wobei mittels der Versorgungs- und Auswertungseinheit die Spulenanordnung mit einer zeitvariablen Eingangsspannung beaufschlagbar und eine an dem Spannungsabgriff anliegende Ausgangsspannung zur Ermittlung der Position des Positionsgebers auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (3) zu einem elektrischen Schwingkreis erweitert ist, und dass der Versorgungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit zur Beaufschlagung der Spulenanordnung (3) mit einem Spannungsimpuls und der Auswertungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit zur Auswertung der Zeitantwort der Ausgangsspannung ΔU₁ auf den eingangsseitigen Spannungsimpuls ausgebildet sind.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schwingkreis durch die Parallelschaltung eines Kondensators (14) zu einer der Messspulen (4b) der Spulenanordnung (3) gebildet ist.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Time-to-Digital-Converter-Baustein (TDC-Baustein) (20) als Auswertungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit Verwendung findet.
Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (14) eine Kapazität C aufweist, die in Verbindung mit der ungestörten Induktivität L der zugeordneten Messspule (4b) eine Schwingungsfrequenz von etwa ω_R = 100 kHz ergibt.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (14) bei einer Induktivität der zugeordneten Messspule von L = 500 μH eine Kapazität von etwa C = 5 nF aufweist.
Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (14) eine Kapazität C aufweist, die in Verbindung mit der ungestörten Induktivität L der zugeordneten Messspule (4b) Aufladungs- und Entladungsvorgänge des Kondensators (14) ergibt.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (14) bei einer Induktivität der zugeordneten Messspule (4b) von L = 500 μH eine Kapazität von etwa C = 5 μF aufweist.
Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs- und Auswertungseinheit zur zeitvariablen Steuerung des Spannungsimpulses in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des Kondensators (14) ausgebildet ist.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Impulsgenerator (16) des Versorgungsteils der Versorgungs- und Auswertungseinheit eine Kippschaltung (Flip-Flop) (17) nachgeschaltet ist, die durch eine Verbindung mit dem Spannungsabgriff (11) triggerbar ist.
Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Temperatursensorschaltung (22) zur Ermittlung einer Temperaturänderung an der Sensoreinheit (1) vorgesehen ist.
Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorschaltung (22) eine Anordnung von zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen ohmschen Widerständen (23) mit einem mittleren Spannungsabgriff (24) und eines einem der Widerstände (23b) parallell geschalteten Kondensators (25) umfasst, wobei die Widerstände (23) innerhalb der Sensoreinheit (1) in der Nähe der Messspulen (4) angeordnet sind, und die Temperatursensorschaltung (22) mit der Versorgungs- und Auswertungseinheit der Sensoreinheit (1) in Verbindung steht.
Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs- und Auswertungseinheit in einem einzigen elektronischen Bauteil (15) zusammengefasst ist (Single-Chip-Lösung).
Verfahren zur Positionsermittlung eines beweglichen Bauteils, nach dem bei einer Positionsmessvorrichtung, die aus einer induktiv wirksamen Sensoreinheit und einer elektronischen Versorgungs- und Auswertungseinheit gebildet ist, deren Sensoreinheit einen Positionsdetektor in Form einer Spulenanordnung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Messspulen und einem zwischen den Messspulen angeordneten Spannungsabgriff und einen mit dem Bauteil verbundenen Positionsgeber in Form eines im Magnetfeld der Spulenanordnung beweglichen und einen induktiv wirksamen Werkstoff aufweisenden Messkörper umfasst, die Spulenanordnung mit einer zeitvariablen Eingangsspannung beaufschlagt und eine an dem Spannungsabgriff anliegende Ausgangsspannung zur Ermittlung der Position des Positionsgebers ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung einer zu einem elektrischen Schwingkreis erweiterten Spulenanordnung (3) ein Spannungsimpuls als Eingangsspannung U verwendet wird, und dass die Zeitantwort der Ausgangsspannung ΔU₁ auf den Spannungsimpuls zur Ermittlung der Position des Positionsgebers (5) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer T der Ausgangsspannung ΔU₁ gemessen und als Eingangsgröße zur Berechnung der Position des Positionsgebers (5) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abklingzeit t_T der Ausgangsspannung ΔU₁ bis zum Erreichen einer vorab festgelegten Triggerspannung U_T gemessen und als Eingangsgröße zur Berechnung der Position des Positionsgebers (5) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Zeitantwort der Ausgangsspannung ΔU₁ mittels eines Time-to-Digital-Converters (20) und eines nachgeschalteten Mikroprozessors (30) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines parallel zu einer der Spulen (4b) geschalteten Kondensators (14) zur Erzielung eines elektrischen Schwingkreises die Dauer des eingangsseitigen Spannungsimpulses in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des Kondensators (14) variabel gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsimpuls mittels einer zwischen dem Spannungsabgriff (11) und dem Versorgungsteil der Versorgungs- und Auswertungseinheit angeordneten Kippschaltung (Flip-Flop) (17) mit Erreichen einer vorab festgelegten Ladespannung U_L beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Temperatursensorschaltung (22) eine Temperaturänderung an der Sensoreinheit (1) ermittelt und damit eine Korrektur der zuvor ermittelten Position des Positionsgebers (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatursensorschaltung (22), die als eine Anordnung von zwei in Reihe geschalteten, weitgehend identischen, und innerhalb der Sensoreinheit (1) in der Nähe der Messspulen (4) angeordneten ohmschen Widerständen (23) mit einem mittleren Spannungsabgriff (24) und eines einem der Widerstände (23b) parallel geschalteten Kondensators (25) ausgebildet ist, eingangsseitig mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt und die Zeitantwort der Ausgangsspannung ΔU₂ an dem Spannungsabgriff (24) gemessen und unter Nutzung von mindestens einem abgespeicherten Referenzzeitwert die aktuelle Sensortemperatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorschaltung (22) zeitgleich mit der Sensoreinheit (1) mit demselben Spannungsimpuls beaufschlagt wird und die Auswertung des Ausgangssignals ΔU₂ der Temperatursensorschaltung (22) mittels eines separaten Time-to-Digital-Converters und eines nachgeschalteten Mikroprozessors (30) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorschaltung (22) zeitnah zu dem Spannungsimpuls der Sensoreinheit (1) mit einem separaten Spannungsimpuls beaufschlagt wird und die Auswertung des Ausgangssignals ΔU₂ der Temperatursensorschaltung (22) mittels des Time-to-Digital-Converters (20) und des nachgeschalteten Mikroprozessors (30) der Sensoreinheit (1) erfolgt.