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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Positionsmessvorrichtung zur Messung einer Position unter Nutzung
der Veränderung
der Induktivität
einer Spule, wobei die Vorrichtung als Mikrodurchflussmesser einsetzbar
ist, der eine Durchflussrate bspw. im Bereich von 10 bis 100 [ml/min]
messen kann, oder als Längenmesseinheit
zum Messen der Länge einer
Kolbenstange, wenn diese in eine oder aus einer Hülse bewegt
wird, sowie einen Durchflussmesser mit Schwimmer und ein Positionsmessverfahren.
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Es besteht ein Bedarf für Durchflussmesser mit
Schwimmer, die elektrisch anstatt visuell die Position eines Schwimmers
in einem Fluid erfassen können.
Derartige Durchflussmesser mit Schwimmer werden bei Anwendungen
benötigt,
bei welchen die Schwimmerposition nicht visuell erkannt werden kann,
bspw. wenn das Fluid dunkel gefärbt
ist, oder wenn die Schwimmerposition erfasst wird, um die Durchflussrate
des Fluides automatisch zu steuern.
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Ein herkömmlicher Durchflussmesser zu elektrischen
Erfassung der Position eines Schwimmers in einem Fluid ist bspw.
in der japanischen Patentoffenlegung Veröffentlichung Nr.
10-38644 beschrieben.
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Der beschriebene Durchflussmesser
hat einen Schwimmer, dessen Position in Abhängigkeit von der Rate eines
durch ein fassförmiges
Rohr fließenden
Fluides variabel ist. Das Rohr besteht aus Metall und der Schwimmer
besteht aus einem magnetisch permeablen Material. Eine Primärspule und eine
Sekundärspule,
die um das Rohr und den Schwimmer, welcher als magnetischer Kern dient, gewickelt
sind, bilden einen proportionalvariablen Differentialtransformer
zur direkten elektrischen Erfassung der Schwimmerposition.
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Dieser beschriebene Durchflussmesser
ist jedoch nicht in der Lage, eine gewünschte Durchflussrate zu messen,
wenn der Schwimmer nicht eine Länge
aufweist, die größer ist
als die Gesamtlänge der
Spulen. Außerdem
ist der Aufbau des proportionalvariablen Differentialtransformers
komplex.
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Eine Stange mit einer linearen Folge
kleiner Magneten, eine sog. Magnetskala, kann als Längenmesseinheit
zur Messung der Länge
einer Kolbenstange verwendet werden, wenn diese in eine oder aus
einer Hülse
bewegt wird. Diese Art von Längenmessung
ist jedoch teuer und die Schaltkreisanordnung ist komplex.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Positionsmessvorrichtung, die einen einfachen Aufbau
aufweist, kostengünstig
und in der Lage ist, ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen,
sowie einen Durchflussmesser mit Schwimmer und ein Positionsmessverfahren
vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung
im Wesentlichen durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 8
bzw. 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Positionsmessvorrichtung, ein
Durchflussmesser mit Schwimmer und ein Positionsmessverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung nutzen eine Spule, die durch einen Wechselstrom erregt
wird und einen Leiter (Konduktor) aufweist, der so gewunden ist,
dass die Dichte von magnetischen Flüssen (magnetische Flussdichte),
welche entlang der Achse erzeugt werden, entlang einer Längsrichtung
der Spule allmählich
variiert (abnimmt oder zunimmt). Die Position eines Bewegungselementes
mit einem magnetischen Material, das entlang einer Axialrichtung
der Spule relativ zu dieser verschiebbar ist, wird auf der Basis
einer Änderung
der Induktivität
der Spule, welche bewirkt wird, wenn das Bewegungselement sich relativ
zu der Spule bewegt, gemessen.
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Im Einzelnen umfasst eine Positionsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Spule, ein Bewegungselement, einen Induktivitätsänderungsdetektor
und einen Positionsrechner. Die Spule weist einen Konduktor auf,
der so gewunden ist, dass die Dichte von generierten magnetischen Flüssen allmählich in
Axialrichtung der Spule differiert. Das Bewegungselement besteht
aus einem magnetischen Material und kann sich parallel zu der Axialrichtung
der Spule bewegen. Der Induktivitätsänderungsdetektor erfasst eine Änderung
der Induktivität der
Spule, die bewirkt wird, wenn das Bewegungselement sich bewegt,
während
die Spule durch einen ihr zugeführten
Wechselstrom erregt wird. Der Positionsrechner bestimmt die Position
des Bewegungselementes in Axialrichtung auf der Basis der erfassten Änderung
der Spuleninduktivität.
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Bei der obigen Anordnung wird die
Spule, deren Leiter so gewunden ist, dass die Dichte von erzeugten
magnetischen Flüssen
allmählich
entlang der Axialrichtung differiert, durch den Wechselstrom erregt,
und das Bewegungselement aus magnetischem Material wird parallel
zu der Axialrichtung der erregten Spule bewegt. Zu dieser Zeit erfährt die
Induktivität
eine größere Änderung,
wenn sich das Bewegungselement zu einem Spulenbereich bewegt, an
welchem die magnetische Flussdichte größer ist, als wenn sich das
Bewegungselement zu einem Spulenbereich bewegt, an dem die magnetische
Flussdichte geringer ist. Auf der Basis des oben beschriebenen Prinzips
wird die Position des Bewegungselementes in der Axialrichtung bestimmt.
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Daher kann das Bewegungselement eine Länge aufweisen,
die kleiner ist als die Gesamtlänge der
Spule. Der Aufbau der Spule ist einfacher als bei einer Differentialspule.
Außerdem
kann die Position des Bewegungselementes als elektrisches Ausgangssignal
bestimmt werden.
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Der Induktivitätsänderungsdetektor kann einen
LC (Flüssigkristall)-Oszillationsschaltkreis
zur Umwandlung einer Änderung
der Induktivität
in eine Änderung
der Oszillationsfrequenz aufweisen.
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Der Induktivitätsänderungsdetektor umfasst erfindungsgemäß eine Wechselstromquelle
für die Zufuhr
eines konstanten Wechselstroms mit konstanter Frequenz zu der Spule
und einen Spannungsmesser zur Messung einer über der Spule in Abhängigkeit
von deren Induktivität
erzeugten Spannung, wenn der Spule der konstante Wechselstrom zugeführt wird,
wobei die Änderung
der Induktivität
durch den Spannungsmesser in eine Spannungsänderung umgewandelt werden
kann. Alternativ kann der Induktivitätsänderungsdetektor eine Wechselstromspannungsquelle
für die
Versorgung der Spule mit einer konstanten Wechselstromspannung mit
konstanter Frequenz und einen Strommesser (Amperemeter) zur Messung
eines in Abhängigkeit
von der Induktivität
durch die Spule fließenden
Stromes, wenn die Spule mit der konstanten Wechselstromspannung versorgt
wird, aufweisen, wobei die Änderung
der Induktivität
durch den Strommesser in eine Stromänderung umgewandelt werden
kann.
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Erfindungsgemäß weist die Spule eine Spule mit
konstanter Querschnittsgestalt in einer Richtung senkrecht zu der
Axialrichtung auf, wobei die Intervalle (Windungsabstände) allmählich differieren.
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Die Spule kann um eine Stange oder
eine hohle Stange mit einer Führungsnut
in der Außenfläche, welche
die Windungen der Spule führt,
gewickelt werden.
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Alternativ kann die Spule eine konstante Querschnittsgestalt,
deren Größe in einer
Richtung senkrecht zu der Axialrichtung allmählich differiert, mit einem
konstanten Intervall aufweisen. In diesem Fall können die Windungen nahe beieinander
gewickelt werden.
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Wenn die Spule eine konstante Querschnittsgestalt
aufweist, aber in ihrer Größe in einer Richtung
senkrecht zu der Axialrichtung allmählich abnimmt, nehmen die Intervalle
allmählich
ab. Wenn die Spule eine konstante Querschnittsgestalt aufweist,
in ihrer Größe in einer
Richtung senkrecht zu der Axialrichtung aber allmählich zunimmt,
wachsen die Intervalle allmählich.
Bei der obigen Anordnung kann sich die magnetische Flussdichte,
die durch die Spule erzeugt wird, in Axialrichtung abrupt ändern, was
zu einer abrupten Veränderung
der Spuleninduktivität
führt.
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Die Spule kann eine in Reihe geschaltete Spule
aufweisen, mit einer Vielzahl von seriell verbundenen Spulen und
entsprechenden Leitern, die so gewickelt sind, dass die dadurch
erzeugten magnetischen Flussdichten allmählich entlang der Axialrichtung
differieren.
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Da erfindungsgemäß die Spule eine Vielzahl von
seriell verbundenen Spulen aufweist, kann sich das Bewegungselement
in einem größeren Bereich bewegen
als bei einer einzelnen Spule.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird auch ein Durchflussmesser mit Schwimmer zur Messung einer Rate
eines aufwärts
durch ein Rohr mit vertikaler Achse fließenden Fluides auf der Basis
der Position eines beweglich in dem Rohr angeordneten Schwimmers
vorgeschlagen, wobei der Durchflussmesser eine Spule mit einem Leiter
aufweist, der um das Rohr so gewunden ist, dass die dadurch erzeugten
magnetischen Flussdichten allmählich
entlang einer Axialrichtung der Spule differieren, wobei das Rohr
aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und der Schwimmer
ein magnetisches Material aufweist, sowie einen Induktivitätsänderungsdetektor
zur Erfassung einer Änderung
der Induktivität der
Spule, die bewirkt wird, wenn der Schwimmer bewegt wird, während die
Spule durch einen ihr zugeführten
Wechselstrom erregt wird, und einen Positionsrechner zur Bestimmung
der Position des Schwimmers in der Axialrichtung auf der Basis der erfassten Änderung
der Spuleninduktivität.
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Da sich der Schwimmer in Abhängigkeit
von der Rate des durch das Rohr fließenden Fluides bewegt und die
Induktivität
der Spule sich ändert,
wenn sich der Schwimmer bewegt, kann die Position des Schwimmers
elektrisch erfasst werden. Da unterschiedliche Positionen des Schwimmers
unterschiedlichen Durchflussraten des Fluides 1 : 1
zugeordnet werden können,
kann eine erfasste Position des Schwimmers unmittelbar in eine entsprechende Durchflussrate
des Fluides umgewandelt werden. Der Schwimmer kann eine Länge aufweisen,
die kleiner ist als die Gesamtlänge
der Spule. Der Durchflussmesser mit Schwimmer gemäß der vorliegenden Erfindung
hat einen relativ einfachen Aufbau, da er keinen proportionalvariablen
Differentialtransformer benötigt.
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Eine Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Stange mit einer Spule, die einen darin so
gewickelten Leiter aufweist, dass die dadurch erzeugten magnetischen
Flussdichten allmählich
entlang einer Axialrichtung der Spule differieren, eine Hohlwelle
aus einem magnetischen Material, die teleskopartig über die
Stange bewegbar ist, einen Induktivitätsänderungsdetektor zur Erfassung
einer Änderung
der Induktivität
der Spule, die bewirkt wird, wenn sich die Hohlwelle bewegt, und
einen Positionsrechner zur Bestimmung der Position der Hohlwelle
in Axialrichtung auf der Basis der erfassten Änderungen der Spuleninduktivität.
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Die so aufgebaute Bewegungspositionsmessvorrichtung
ist in der Lage, die Position der Hohlwelle in Axialrichtung mit
einer einfachen Anordnung zu bestimmen, ohne dass eine Magnetskala
benötigt
wird.
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Die Bewegungspositionsmessvorrichtung kann
ferner eine Vielzahl von Zähnen
aufweisen, die an einem Ende der Stange, die in der Hohlwelle angeordnet
ist, befestigt sind, wobei die Zähne
entlang einer Innenwandfläche
der Hohlwelle gleiten, um die Stange in axialer Ausrichtung zu der
Hohlwelle zu halten, wenn die Hohlwelle teleskopartig über die Stange
bewegt wird. Die Stange kann somit einfach an ihrer Position in
der Hohlwelle gehalten werden.
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Die Stange umfasst vorzugsweise ein
magnetisches Material, welches wenigstens in ihrem zentralen Axialbereich
eingebettet ist, so dass die Induktivität sich stark ändern kann,
wenn sich die Hohlwelle bewegt.
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Ein Verfahren zur Messung einer Position gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Schritte des Erregens einer Spule mit einem
Leiter, welcher so gewickelt ist, dass die dadurch erzeugten magnetischen
Flussdichten allmählich
entlang einer Axialrichtung der Spule differieren, durch einen Wechselstrom,
Bewegen eines Bewegungselementes aus magnetischem Material parallel
zur der Axialrichtung der Spule, Erfassen einer Änderung der Induktivität der Spule,
die bewirkt wird, wenn das Bewegungselement bewegt wird, und Bestimmen
der Position des Bewegungselementes in der Axialrichtung auf der
Basis der erfassten Änderung
der Induktivität
der Spule.
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Das oben beschriebene Verfahren kann
in Verbindung mit einer Positionsmessvorrichtung, einem Durchflussmesser
mit Schwimmer, einer Längenmesseinheit
oder dgl. eingesetzt werden.
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Die Spule kann um eine Stange oder
eine hohle Stange mit einer Führungsnut
in ihrer äußeren Fläche gewickelt
werden, wobei die Windungen des Spulenleiters in der Führungsnut
geführt
werden. Die Spule kann somit einfach hergestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, teilweise als Blockdiagramm, einer
Positionsmessvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zum Messen einer Spannung einer Spule,
um eine Veränderung
der Spuleninduktivität
zu bestimmen;
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2 ist
eine Ansicht, die Intervalle einer Spule der Positionsmessvorrichtungen
zeigt;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer anderen Spule, welche in der
Positionsmessvorrichtung eingesetzt werden kann;
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4 ist
ein Diagramm, welches zeigt, wie eine Spannung in Abhängigkeit
von der Axialposition eines Bewegungselementes variiert (entsprechend der
Variation einer Induktivität);
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Spule, die in der Positionsmessvorrichtung eingesetzt
werden kann;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, teilweise als Blockdiagramm, einer
Positionsmessvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Messung einer Änderung der Induktivität einer
Spule als einer Frequenz;
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7 ist
ein Diagramm, welches zeigt, wie eine Frequenz in Abhängigkeit
von der Axialposition eines Bewegungselementes variiert (entsprechend der
Variation einer Induktivität);
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8 ist
ein Fließdiagramm
einer Operationssequenz, die ein Positionsmessverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, teilweise als Blockdiagranm, einer
Positionsmessvorrichtung mit Brückenschaltung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, zur Messung einer Spannung einer Spule,
um eine Änderung
der Spuleninduktivität
zu bestimmen;
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10 ist
ein Diagramm, welches zeigt, wie eine Spannung in Abhängigkeit
von der Axialposition eines Bewegungselementes in der Positionsmessvorrichtung
gemäß 9 variiert (entsprechend
der Variation der Induktivität);
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11 ist
eine Ansicht, teilweise als Blockdiagramm, eines Durchflussmessers
mit Schwimmer gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
ein Schnitt durch einen Schwimmer des Durchflussmessers mit Schwimmer;
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13 ist
ein Schnitt durch eine Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Messung der Position einer Kolbenstange;
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14 ist
ein Schnitt, welcher bei der Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß 13 die in eine Stange eingesetzte
Kolbenstange zeigt, wobei eine Spule um diese gewickelt ist;
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15 ist
ein Schnitt durch eine Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine andere Stange mit einer darum
gewickelten Spule aufweist;
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16 ist
ein Schnitt entlang der Linie XVI-XVI in 15 und
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17 ist
ein Schnitt durch eine Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche eine nochmals andere Stange mit
darum gewickelter Spule aufweist, wobei die Stange einen Kern aus
magnetischem Material aufweist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 verdeutlicht
die Prinzipien einer Positionsmessvorrichtung 10 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die Positionsmessvorrichtung 10 umfasst eine
zylindrische Spule 16 mit einem Leiter 12, welcher
um eine hohle Stange 14 als Spulenkörper gewickelt ist. Die Spule 16 ist
so gewickelt, dass die durch den Leiter (Konduktor) 12 erzeugten Dichten der
magnetischen Flüsse
(magnetische Flussdichten) allmählich
entlang einer Axialrichtung A der Spule 16 differieren,
wenn der Leiter 12 mit einem Gleichstrom versorgt wird,
d. h. wenn der Leiter 12 durch
einen Gleichstrom oder durch einen Wechselstrom erregt wird.
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Die Spule 16 hat Anschlüsse 22, 24 an
den jeweiligen gegenüberliegenden
Enden des Leiters 12. Die Querschnittsgestalt der Spule 16 senkrecht zu
der Axialrichtung A ist kreisförmig
mit konstanter Fläche.
Der Leiter 12 ist mit Abständen (Intervallen) gewickelt,
die von einer Position x1 an einem Ende des Leiters 12 zu
einer Position x2 an dem anderen Ende allmählich kleiner werden. Die Spule 16 ist
nicht auf die kreisförmige
Querschnittsgestalt gemäß 1 beschränkt, sondern kann jede beliebige
geeignete Gestalt aufweisen, bspw. einen dreieckigen, rechteckigen
oder elliptischen Querschnitt.
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Damit die Intervalle des Leiters 12 allmählich kleiner
und genau sind, hat die hohle Stange 14, die aus einem
Kunststoff, bspw. fluorhaltigem Harz oder dgl., besteht, eine im
Wesentlichen schraubenförmige
Führungsnut
(nicht dargestellt) an ihrer äußeren Umfangsfläche, um
die Windungen des Leiters 12 zu führen. Bei dieser Ausführungsform
ist der Leiter 12 ein isolierter elektrischer Draht, bspw.
ein mit Isolierlack überzogener
Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm.
Außerdem
hat bei dieser Ausführungsform
die hohle Stange 14 einen Außendurchmesser im Bereich von
etwa 8 bis 10 mm.
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Wie schematisch in verdeutlichender
Weise in 2 dargestellt
ist, ist die erste Windung der Spule 16 an der Endposition
x2 des Anschlusses 24 eng gewickelt und die Intervalle
werden von der Endposition x2 zu der gegenüberliegenden Endposition x1 allmählich größer, bspw.
um 2/100 mm pro Windung (vgl. 1). In 2 hat der Leiter 12 einen Durchmesser
d. Während
die Windungen der Spule 16 in 2 unter Verwendung arithmetischer Reihen
gewickelt sind, können
sie alternativ auch exponentiell gewickelt sein.
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Wie in 3 dargestellt
ist, kann die in 1 gezeigte
zylindrische Spule 16, die um die hohle Stange 14 gewickelt
ist, durch eine konische Spule 30 mit einem Leiter 12,
welcher um einen hohlen konischen Spulenkörper 17 so gewickelt
ist, dass die durch den Leiter 12 erzeugten magnetischen
Flussdichten allmählich
entlang einer Axialrichtung A des hohlen konischen Spulenkörpers 17 differieren,
ersetzt werden.
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Die Spule 30 ist mit konstanten
Intervallen gewickelt. Die Querschnittsgestalt der Spule 30 senkrecht
zu der Axialrichtung A sind ähnliche
Kreise, deren Größe sich
in Axialrichtung A allmählich ändert. In 3 nimmt die Größe des Kreisquerschnittes
der Spule 30 von der Endposition x2 zu der Endposition
x1 allmählich
zu. Die Spule 30 ist jedoch nicht auf den kreisförmigen Querschnitt
beschränkt, sondern
kann auch eine beliebige andere Querschnittsgestalt aufweisen. Ist
die Spule 30 mit Intervallen gewickelt, so sollte der konische
Spulenkörper 17 in
seiner äußeren Umfangsfläche eine
Führungsnut
aufweisen, um die Windungen der Spule 30 zu führen. Die
Windungen der Spule 30 können aber auch eng um den konischen
Spulenkörper 17 gewickelt
sein, ohne dass es einer Führungsnut
bedarf, wodurch die Kosten der Spule 30 verringert werden. Sind
die Windungen der Spule 30 eng gewickelt, differiert die
durch die Spule 30 erzeugte magnetische Flussdichte allmählich entlang
der Axialrichtung A in Abhängigkeit
von der Größe des Kreisquerschnittes der
Spule 30. Da die eng gewickelten Windungen der Spule 30 die
durch die Spule 30 erzeugte magnetische Flussdichte wirksam
erhöhen,
muss die Leistung der anderen Komponenten der Positionsmessvorrichtung 10 nicht
so effizient sein.
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Die Leiter 12 der Spulen 16 und
30 können anstelle
des elektrischen Drahtes als elektrisch leitende Beschichtung ausgebildet
sein, so dass die hohle Stange 14 und der konische Spulenkörper 17 aus
Glas oder Keramik hergestellt werden können.
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Wie in 1 dargestellt
ist, umfasst die Positionsmessvorrichtung 10 im Wesentlichen
die Spule 16, ein Bewegungselement 20 aus einem
magnetischen Material, welches in der Spule 16 angeordnet ist
und sich parallel zu der Axialrichtung A der Spule 16 bewegen
kann, einen Induktivitätsänderungsdetektor 18,
welcher mit den Anschlüssen 22, 24 der Spule 16 verbunden
ist, um eine Änderung
der Induktivität
der Spule 16 zu erfassen, die bewirkt wird, wenn sich das
Bewegungselement 20 entlang der Axialrichtung A bewegt,
und einen Spannungs-/Positions-Wandler 26 als Positionsrechner,
der mit dem Induktivitätsänderungsdetektor 18 verbunden
ist, um die Position des Bewegungselementes 20 in der Axialrichtung
A zu bestimmen.
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Das Bewegungselement 20 dieser
Ausführungsform
hat eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt und besteht aus Ferrit,
das ein in hohem Maße magnetpermeables
Material ist. Das Bewegungselement 20 hat eine Länge in Axialrichtung
A, die wesentlich kleiner ist als die Gesamtlänge der Spule 16, bspw.
ein Fünftel
der Gesamtlänge
der Spule 16. Das Bewegungselement 20 kann außerhalb
der Spule 16 positioniert werden, anstatt es innerhalb
der Spule 16 vorzusehen.
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Der Induktivitätsänderungsdetektor 18 umfasst
eine Konstantwechselstromquelle 28 für die Zufuhr eines konstanten
Wechselstromes mit konstanter Frequenz zu der Spule 16 durch
die Anschlüsse 22, 24 und
einen Spannungsmesser 32 zur Messung einer Spannung Va,
die über
die Spule 16 in Abhängigkeit
der Induktivität
der Spule 16 erzeugt wird, wenn die Spule 16 durch
den der Spule 16 zugeführten
konstanten Wechselstrom erregt wird. Die Spannung Va wird durch
Multiplizieren der Impedanz der Spule 16 mit dem durch
die Spule 16 fließenden
konstanten Wechselstrom bestimmt.
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Der Spannungs-/Positions-Wandler
umfasst bspw. einen Mikrocomputer. Im Einzelnen hat der Mikrocomputer
eine CPU (Zentraleinheit) mit Steuerungs-, Rechen- und Beurteilungsfunktionen,
einen ROM-Speicher (nur Lesespeicher) zum Speichern von Programmen
und dgl., einen EEPROM zum Speichern von Daten, die elektrisch löschbar sind,
einen RAM-Speicher (flüchtiger
Speicher), Eingabe-/Ausgabeschnittstellen für einen A/D-Wandler und einen
D/A-Wandler, eine Uhr, einen Zähler,
einen Zeitmesser und dgl.
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Wenn sich das Bewegungselement 20 aus Ferrit
von der Endposition x1, an welcher die Spule 16 mit geringerer
Dichte gewickelt ist, zu der Endposition x2, an welcher die Wicklungen
der Spule 16 mit höherer
Dichte gewunden sind, bewegt, nimmt die Konzentration von magnetischen
Flüssen
(d. h. die magnetische Flussdichte),
die durch die Spule 16 erzeugt wird, zu. Daher neigt die
Induktivität
der Spule 16 zu einer Erhöhung, wenn die Intervalle kleiner werden.
Dementsprechend nimmt die Spannung Va, die über der Spule 16 in
Abhängigkeit
von deren Induktivität
erzeugt wird, proportional zu der Änderung der Induktivität zu.
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In 4 steht
die durchgezogene Linie für eine
Spannungsänderungscharakteristik 36 der Spannung
Va, die durch die Induktivität
der Spule 16 erzeugt wird, wenn sich diese von einer Spannung V1
zu einer Spannung V2 ändert.
Die über
die in 3 gezeigte konische
Spule 30 erzeugte Spannung ändert sich ebenfalls entsprechend
der durchgezogenen Linie der Spannungsänderungscharakteristik 36.
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Wie sich aus der Kurve mit durchgezogener Linie
ergibt, nimmt die Änderungsrate
der Spannung Va [V] (Spannung dividiert durch die Einheit der Bewegungsstrecke
des Bewegungselementes 20) zu, wenn sich das Bewegungselement 20 um
eine Strecke x [m] von der Endposition x1 entlang der Axialrichtung
A zu der Endposition x2 bewegt.
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Ein Speicher wie der EEPROM des Spannungs-/Positions-Wandlers 26 speichert
die Spannungsänderungscharakteristiken 36 als
Tabelle oder Rechenformel. Die CPU des Spannungs-/Positionswandlers 26 bezieht
sich auf die Tabelle der Spannungsänderungscharakteristiken 36 oder
verwendet die Rechenformel der Spannungsänderungscharakteristiken 36,
um die Position x des Bewegungselementes 20 auf der Basis
der Spannung Va, die von dem Spannungsmesser 32 eingegeben
wird, zu bestimmen.
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Die Spannungsänderungscharakteristiken 36 der
Spannung Va können
sich durch Alterung ändern.
Nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer werden daher die Spannungsänderungscharakteristiken 36 der
Spannung Va neu gelernt (gemessen) und der Inhalt des Speichers,
bspw. des EEPROMs des Spannungs-/Positions-Wandlers 26,
werden entsprechen upgedated. Auf diese Weise kann die Position
x des Bewegungselementes 20 mit hoher Genauigkeit gemessen
werden.
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Die gemessene Position des Bewegungselementes 20 wird
durch den Spannungs-/Positions-Wandler 26 auf einer Anzeigeeinheit 40,
bspw. einer Flüssigkristallanzeige
oder dgl., angezeigt und auch als analoges oder digitales Signal
an einen Ausgangsanschluss 42 ausgegeben.
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Bei der in 1 gezeigten und oben beschriebenen Positionsmessvorrichtung 10 ist
die Länge
des Bewegungselementes 20 kleiner als die Gesamtlänge der
Spule 16. Da die Positionsmessvorrichtung 10 keinen
proportionalvariablen Differentialtransformer verwendet, ist die
Anordnung relativ einfach. Als Folge hiervon sind die Kosten der
Positionsmessvorrichtung 10 gering und es ist möglich, ein hochgenaues
elektrisches Ausgabesignal zu erzeugen.
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Der Induktivitätsänderungsdetektor 18 gemäß 1 weist die Konstantwechselstromquelle 28 zur
Erregung der Spule 16 mit einem konstanten Wechselstrom auf.
Der Induktivitätsänderungsdetektor 18 kann
die Spule 16 aber auch mit einer Konstantwechselstromspannung
erregen. Im Einzelnen kann, wie in 1 in
Klammern angedeutet, die Konstantwechselstromquelle 28 durch
eine Konstantwechselstromspannungsquelle zur Aufbringung einer konstanten
Wechselstromspannung auf die Spule 16 ersetzt werden. In
diesem Fall wird der Spannungsmesser 32 durch einen Strommesser
zur Messung eines Stromes Ia, der durch die Spule 16 in
Abhängigkeit
von deren Induktivität
unter der konstanten Wechselstromspannung, die auf die Spule 16 aufgebracht
wird, fließt.
Der Spannungs-/Positionswandler 26 wird dann durch einen
Strom-/Positionswandler
zur Umwandlung einer Änderung
der Induktivität
der Spule 16 in eine Änderung
des Stromes Ia ersetzt.
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5 zeigt
eine weitere Spule 46, um die Spannungsänderungscharakteristiken 36 steiler
zu machen. Die Spule 46, die eine konische Gestalt hat, weist
eine Folge von Windungen auf, deren Intervalle von der Endposition
x1 zu der Endposition x2 allmählich
kleiner werden, wenn die Querschnittsgestalt der Spule 46 senkrecht
zu der Achse A allmählich
kleiner wird. Anders gesagt werden, wenn der Kreisquerschnitt der
Spule 46 allmählich
größer wird,
die Intervalle der Spule 46 ebenfalls allmählich größer.
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Wenn sich das Bewegungselement 20 von der
Endposition x1 zu der Endposition x2 bewegt, nimmt die Konzentration
der magnetischen Flüsse (d. h.
die magnetische Flussdichte), die durch die Spule 46 erzeugt
werden, stark zu. Daher neigt die Induktivität der Spule 46 dazu,
stark zuzunehmen, wenn die Intervalle kleiner werden. In 4 steht die strichpunktierte
Linie für
Spannungsänderungscharakteristiken 48,
welche die Spannung Va, die über der
Spule 46 erzeugt wird, zeigt, wenn sie sich von der Spannung
V1 zu der Spannung V3 ändert.
Bei Verwendung der Spule 46 kann die Position des Bewegungselementes 20 in
Axialrichtung A mit höherer Genauigkeit
erfasst werden.
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6 zeigt
eine prinzipielle Anordnung einer Positionsmessvorrichtung 52 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 6 dargestellt
ist, umfasst die Positionsmessvorrichtung 52 die Spule 30 gemäß 3. Die Positionsmessvorrichtung 52 kann
aber auch die Spule 16 gemäß 1 oder die Spule 46 gemäß 5 aufweisen.
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Die Positionsmessvorrichtung 52 hat
einen Induktivitätsänderungsdetektor 54 mit
einem Kondensator 60, der mit beiden Enden der Spule 30 verbunden
ist, einem LC (Flüssigkristall)-Schaltkreis, der
aus der Induktivität
der Spule 30 und der Kapazität des Kondensators 60 besteht,
einen LC-Ozillationskreis 56, der mit dem LC-Schaltkreis
verbunden ist, und einen Frequenzzähler 58, der mit einem
Ausgangsanschluss des LC-Ozillationskreises 56 verbunden
ist.
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Der Frequenzzähler 58 weist einen
Ausgangsanschluss auf, der mit einem Frequenz-/Positions-Wandler 62 verbunden
ist, welcher einen Mikrocomputer aufweist. An den Frequenz-/Positions-Wandler 62 sind
eine Anzeigeeinheit 40 und ein Ausgangsanschluss 42 angeschlossen.
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Die so aufgebaute Positionsmessvorrichtung 52 arbeitet
wie folgt: Wenn sich das Bewegungselement 20 in der Axialrichtung
A bewegt, ändert
sich die Induktivität
der Spule 30, was eine Änderung
der Frequenz Fa eines oszillierenden Signals von dem LC-Oszillationskreis 56 bewirkt.
Die Frequenz Fa wird durch die Induktivität der Spule 30 und
die Kapazität
des Kondensators 60 bestimmt. Hierbei wird die Spule 30 durch
einen Wechselstrom erregt.
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Die Frequenz Fa des oszillierenden
Signals von dem LC-Oszillationskreis 56 wird durch den
Frequenzzähler 58 erfasst
und als Oszillationsfrequenz Fa an den Frequenz-/Positions-Wandler
gegeben.
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Der Frequenz-/Positions-Wandler 42
nimmt Bezug auf eine Tabelle von Frequenzänderungscharakteristiken 66,
die in 7 gezeigt ist
und in seinem eigenen Speicher gespeichert ist. Die Frequenzänderungscharakteristik 66 repräsentiert
die Beziehung zwischen der Oszillationsfrequenz Fa in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Induktivität
der Spule 30 und einer Position x (einer Position zwischen
der Position x1 und der Position x2). Der Frequenz-/Positions-Wandler 62 bestimmt
die gegenwärtige
Position x des Bewegungselementes 20 aus der Tabelle der
Frequenzänderungscharakteristiken 66.
Die bestimmte gegenwärtige
Position x wird auf der Anzeigeeinheit 40 angezeigt oder
dem Ausgangsanschluss 42 zugeführt.
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Ein Positionsmessverfahren wird mit
den Positionsmessvorrichtungen 10, 52 gemäß 1 und 6 wie folgt durchgeführt: Wie in 8 dargestellt ist, wird in Schritt S1,
die Spule 16, 30 oder 46 mit dem Leiter 12,
der so gewunden ist, dass die magnetische Flussdichte, die durch
den Leiter 12 erzeugt wird, allmählich entlang der Axialrichtung
A differiert, vorbereitet.
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Dann wird das Bewegungselement 20 aus magnetischem
Material parallel zu der Axialrichtung A der Spule 16, 30 oder 46 bewegt
und dann, wenn nötig,
angehalten (Schritt S2).
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Eine Änderung der Induktivität der Spule 16, 30 oder 46,
die bei Bewegung des Bewegungselementes 20 bewirkt wird,
wird in Schritt S3 erfasst. Auf der Basis der erfassten Änderung
der Induktivität wird
in Schritt S4 die Position des Bewegungselementes 20 in
der Axialrichtung A berechnet.
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Das oben beschriebene Positionsmessverfahren
ist in der Lage, die Position x mit einer einfachen Anordnung zu
messen.
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9 zeigt
prinzipiell eine Anordnung einer Positionsmessvorrichtung 42 mit
Brückenschaltung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 5 dargestellt
ist, hat die Positionsmessvorrichtung 42 mit Brückenschaltung
eine Spule 46, welche zwei der Spulen 16 gemäß 1 umfasst. Die Enden der
beiden Spulen 16, deren Windungen eng gewickelt sind, sind
seriell verbunden. Die Positionsmessvorrichtung 72 kann
alternativ eine Spule aufweisen, die zwei der Spulen 30 oder
der Spulen 46 gemäß den 3 oder 5 aufweist, wobei diese ebenfalls in
gleicher Weise in Reihe geschaltet sind.
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Die Positionsmessvorrichtung 42 hat
einen Induktivitätsänderungsdetektor 80.
Der Induktivitätsänderungsdetektor 84 umfasst
ein Paar von Widerständen 78, 80,
die in Reihe miteinander verbunden sind und den gleichen Widerstand
aufweisen, eine Konstantwechselstromspannungsquelle 82 zur
Aufbringung einer konstanten Wechselstromspannung mit konstanter
Frequenz, und einen Spannungsmesser 32.
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Die in Reihe geschalteten Widerstände 78, 80 sind
parallel an die gegenüberliegenden
Anschlüsse 22, 23 der
Spule 76 angeschlossen. Die Konstantwechselstromspannungsquelle 82 ist
zwischen den Anschlüssen 22, 23 angeschlossen.
Die Spulen 16 und die Widerstände 78, 80 sind
somit in einer Brücke
geschaltet. Eine Spannung Vb, die zwischen einem Zwischenpunkt als
einer Verbindung zwischen den Widerständen 78, 80 und
einem Anschluss 24 an einer Position x2, an welcher die
Spulen 16 angeschlossen sind, oder einem Zwischenpunkt
der Spule 76 erzeugt wird, wird dem Spannungsmesser 32 zugeführt.
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Der Spannungsmesser 32 weist
einen Ausgangsanschluss auf, der mit einem Spannungs-/Positionswandler 85 verbunden
ist, an welchen eine Anzeigeeinheit 40 und ein Ausgangsanschluss 42 angeschlossen
sind.
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Die Positionsmessvorrichtung 72 arbeitet wie
folgt: Wenn sich das Bewegungselement 20 entlang der Axialrichtung
A bewegt, ändert
sich die Induktivität
der Spule 76, was eine Änderung
der Spannung Vb an dem Zwischenpunkt der Spule 76 bewirkt.
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Der Spannungsmesser 32 erfasst
die Spannung Vb und liefert die erfasste Spannung Vb an den Spannungs-/Positions-Wandler 85.
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Der Spannungs-/Positions-Wandler 85 bezieht
sich auf eine Tabelle von Frequenzänderungscharakteristiken 86,
die in 10 gezeigt und
in seinem Speicher gespeichert ist. Die Frequenzänderungscharakteristik 86 repräsentiert
die Beziehung zwischen der Spannung Vb (von –V4 [V] bis 0 [V] bis +V4 [V])
in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Induktivität
der Spule 76 und einer Position x (einer Position von Position
x1 zu Position x2 zu Position x3). Der Spannungs-/Positions-Wandler 85 bestimmt
die gegenwärtige
Position x des Bewegungselementes 20 aus der Tabelle der
Frequenzänderungscharakteristiken 86.
Die bestimmte gegenwärtige
Position x wird an der Anzeigeeinheit 40 angezeigt oder
dem Ausgangsanschluss 42 zugeführt.
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Die Positionsmessvorrichtung 72 gemäß 9 kann die Position des
Bewegungselementes 20 in einem größeren Bewegungsbereich messen.
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11 zeigt
einen Durchflussmesser 90 mit Schwimmer gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Wie in 11 dargestellt
ist, weist der Durchflussmesser 90 ein Rohr 91 mit
einer vertikalen Achse und einen beweglich in dem Rohr 91 angeordneten
Schwimmer 92 auf. Der Durchflussmesser 90 misst
die Rate eines durch das Rohr 91 aufwärts fließenden Fluides auf der Basis
der Position des Schwimmers 92.
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Das Rohr 91 besteht aus
einem nicht leitenden Material, bspw. Glas, Fluorharz oder dgl.
Das Rohr 91 hat einen darin ausgebildeten Hohlraum mit konischer
Form, die sich nach oben allmählich
erweitert. Durch Vergrößern des
wirksamen Querschnitts des oberen Bereiches des Hohlraumes ist die
Rate des Fluides, die gemessen werden kann, groß, auch wenn das Rohr 91 kurz
ist.
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Eine Spule 94 umfasst einen
Leiter 12, der um das Rohr 91 so gewickelt ist,
dass die durch die Spule 94 erzeugte magnetische Flussdichte
entlang einer Axialrichtung A variiert, wenn ein Gleichstrom der
Spule 94 zugeführt
wird.
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Der Schwimmer 92, der ein
funktionelles Äquivalent
zu dem Bewegungselement 20 gemäß 1 ist, hat im Wesentlichen die Form einer
spitzen Schraube mit einem zylindrischen Schaft mit einem Konus
bzw. einem Flansch an seinen jeweiligen Enden (vgl. 12). Der Schwimmer 92 umfasst
einen zylindrischen (oder hohlzylindrischen) Kern 96 aus magnetpermeablem
magnetischen Material, bspw. Ferrit oder dgl., das mit einem äußeren Gehäuse 98 aus
einem Kunststoff, bspw. fluorhaltiges Harz oder dgl., bedeckt ist.
Es ist notwendig, ein solches magnetisches Material in dem Schwimmer 92 aufzunehmen,
um den magnetischen Fluss zu konzentrieren. In dem Flansch des Schwimmers 92 sind
Nuten vorgesehen, damit sich der Schwimmer 92 frei drehen kann,
ohne dass Blasen anhaften können.
Haften Blasen an dem Schwimmer 92 an, bewirkt dies Messfehler.
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Zwischen Anschlüssen 22, 24 der
Spule 94 ist eine Positionsmessvorrichtung angeschlossen, die
einen Induktivitätsänderungsdetektor 18,
der dem Induktivitätsänderungsdetektor 18 gemäß 1 entspricht, einen Spannungs-/Positions-(Durchflussraten-)Wandler
100,
eine Anzeigeeinheit 40 und einen Ausgangsanschluss 42 aufweist.
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Der Induktivitätsänderungsdetektor 18 erfasst
eine Änderung
der Induktivität,
die bewirkt wird, wenn der Schwimmer 92 mit dem magnetischen
Material sich in der Axialrichtung A (vertikale Richtung) bewegt,
und erzeugt in Abhängigkeit
von der erfassten Induktivitätsänderung
einer Spannung Va.
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Der Spannungs-/Positions-(Durchflussraten-)Wandler 100 bezieht
sich auf eine Tabelle mit Spannungsänderungscharakteristiken (nicht
dargestellt, aber ähnlich
der Tabelle der Spannungsänderungscharakteristiken 36 in 4, wobei die Spannung Va
in eine Durchflussrate F umgewandelt wird), die in seinem Speicher
gespeichert ist. Die Spannungsänderungscharakteristiken
repräsentieren
die Beziehung zwischen der Spannung Va abhängig von einer Änderung
der Induktivität
der Spule 94 und der Durchflussrate F entsprechend einer
Position x (einer Position zwischen x1 und x2), und bestimmt die
gegenwärtige
Position x des Schwimmers 92, d. h.
die Durchflussrate F. Die bestimmte Durchflussrate F wird auf der
Anzeigeeinheit 40 angezeigt oder dem Ausgangsanschluss 42 zugeführt.
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Bei dem Durchflussmesser 90 bewegt
sich der Schwimmer 92 abhängig von der Rate des durch das
Rohr 91 fließenden
Fluides in der Axialrichtung A, und die Induktivität der Spule 94 ändert sich,
wenn sich der Schwimmer 92 bewegt. Daher kann die Position
des Schwimmers 92, d. h. die
Durchflussrate F, elektrisch erfasst werden. Da die Änderung
der Induktivität
erfasst werden kann, kann die Länge
des Schwimmers 92 kürzer
gemacht werden als die Gesamtlänge
der Spule 94. Da der Durchflussmesser 90 mit Schwimmer
keinen proportionalvariablen Differentialtransformer benötigt, ist
seine Anordnung relativ einfach.
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Der Durchflussmesser 90 mit
Schwimmer kann die Positionsmessvorrichtung 52 gemäß 6 aufweisen.
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Der Durchflussmesser 90 ist
geeignet zur Verwendung als Mikrodurchflussmesser, der bspw. eine
Durchflussrate im Bereich von 10 bis 100 ml/min messen
kann. Ein solcher Mikrodurchflussmesser wird bspw. im Bereich der
Halbleiterherstellung in Systemen für die Zufuhr einer chemischen
Lösung oder
von reinem Wasser mit genauer Rate zu einem Wafer eingesetzt.
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Die 13 und 14 zeigen im Querschnitt eine
Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie in den 13 und 14 dargestellt
ist, hat die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 ein
Zylinderrohr 126 mit einem zylindrischen Rohrfass 114 und
Bodenplatten 116, 118, die an gegenüberliegenden
Enden des zylindrischen Rohres 114 angebracht sind und
Fluideinlass/auslassöffnungen 122, 124 aufweisen.
Die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 hat außerdem zusätzlich zu
dem Zylinderrohr 126 eine Stange 130, die in auskragender
Weise durch einen dichtenden Halter 128 an der Bodenplatte 118 getragen
wird, und eine Kolbenstange 132 mit einer hohlen Welle 134,
die in Axialrichtung A über die
Stange 130 gesetzt werden kann.
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Die Kolbenstange 132 umfasst
außerdem
einen Flansch 136 und eine hohle Welle 134 mit
einer Basis an einem Ende und besteht aus einem magnetischen Material,
bspw. Eisen. Die äußere Umfangskante
des Flansches 136 gleitet entlang einer inneren Umfangswandfläche des
zylindrischen Rohres 114 in der Axialrichtung A. Die äußere Umfangsfläche des Hohlwelle 134 gleitet
entlang einer Innenwandfläche einer
ringförmigen
Dichtung 138, die koaxial mit der Bodenplatte 116 eingesetzt
ist.
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Eine Spule 142 mit einem
Leiter 12 ist so um die Stange 130 gewickelt,
dass die durch die Spule 142 erzeugte magnetische Flussdichte
entlang der Axialrichtung A variiert, wenn ein Gleichstrom zugeführt wird.
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An die Anschlüsse 22, 24 der
Spule 142, die sich aus der Bodenplatte 118 erstrecken,
ist die Positionsmessvorrichtung 10 mit dem Induktivitätsänderungsdetektor 18 angeschlossen,
welcher die Konstantwechselstromquelle 28 und den Spannungsmesser 32 (vgl. 1) aufweist, oder mit der
Positionsmessvorrichtung 52, welche den Induktivitätsänderungsdetektor 54 mit
dem LC-Oszillationskreis 56 (vgl. 6) aufweist.
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Wenn die Kolbenstange 132 aus
magnetischem Material in Axialrichtung A entlang der inneren Umfangswandfläche des
zylindrischen Rohres 114 gleitet oder, anders gesagt, wenn
die Hohlwelle 134 der Kolbenstange 132 teleskopartig über die
Stange 130 bewegt wird, ändert sich die Induktivität der Spule 142.
Die Änderung
der Induktivität
der Spule 142 wird durch den Induktivitätsänderungsdetektor 18, 54 erfasst.
Die Ausgangsspannung Va oder die Ausgangsfrequenz Fa des Induktivitätsänderungsdetektors 18, 54 wird
dem Spannungs-/Positions-Wandler 26 bzw.
dem Frequenz-/Positions-Wandler 62 zugeführt, der
die Position, zu welcher die Kolbenstange 132, d. h.
die Position, zu welcher die hohle Welle 134 bewegt ist,
bestimmt.
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Somit dient die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 auch
als Längenmesseinheit
zur Messung einer Länge
der Kolbenstange 132, d. h. der
Länge der
aus der Bodenplatte 116 vorstehenden Hohlwelle 134.
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Die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 ist
in der Lage, die Position, zu welcher die Hohlwelle 134 in
der Axialrichtung A bewegt ist, mit einer einfachen Anordnung, die
eine aus dem Stand der Technik bekannte Magnetskala nicht verwendet,
zu bestimmen.
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15 zeigt
im Schnitt eine Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 16 ist
ein Schnitt entlang der Linie XVI-XVI in 15. Wie in den 15 und 16 dargestellt
ist, umfasst die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 gemäß der weiteren
Ausführungsform
eine Stange 152 mit vier Zähnen 154 aus einem
schlüpfrigen Kunststoff,
bspw. Polyacetat, die um 90° beabstandet und
an einem entfernten Ende der Stange 152 in der Hohlwelle 134 angebracht
sind. Die vier Zähne 154 haben
radial äußere Enden,
die entlang der inneren Umfangsfläche der Hohlwelle 134 gleiten.
Die Spule 142 ist um die Stange 152 gewickelt.
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Wenn die Stange 152 teleskopartig
in der Hohlwelle 134 bewegt wird, gleiten die vier Zähne 154 entlang
der inneren Umfangsfläche
des Hohlwelle 134 und halten die Achse der Stange 52 in
Ausrichtung zu der Hohlwelle 134. Die einseitig eingespannte,
auskragende Stange 152 wird somit in einfacher Weise in
axialer Ausrichtung zu der Hohlwelle 134 gehalten.
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Vorzugsweise sind wenigstens drei
Zähne 154 (um
120° beabstandet)
vorgesehen, um die Axialausrichtung der Hohlwelle 134 zu
gewährleisten. Wird
eine übergroße Zahl
von Zähnen 154 eingesetzt,
so würde
dies den Reibungswiderstand und auch den Widerstand gegenüber einem
an den Zähnen 154 vorbeifließenden Fluid
erhöhen.
Daher sollten die Zahl und Form der Zähne 154 so gewählt werden,
dass sie der Größe und dem
Anwendungsbereich der Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 entsprechen.
Obwohl wenigstens drei Zähne 154 bevorzugt
werden, können
auch zwei Zähne 154 (um 180° beabstandet)
ausreichen, um die Stange 152 in axialer Ausrichtung zu
der Hohlwelle 134 zu halten.
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17 zeigt
im Querschnitt eine Bewegungspositionsmessvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Bewegungspositionsmessvorrichtung 120 gemäß 17 weist eine Stange 116 mit
einem Kerneisen (Kern) 158 auf, der in ihrem im Wesentlichen zentralen
axialen Bereich eingebettet ist, wobei der Kern 158 aus
einem magnetischen Material wie Ferrit besteht. Die Stange 160 wird
anstelle der Stange 130, 152, wie sie in den 13 und 15 gezeigt ist, verwendet. Die Stange 160 mit
dem eingebetteten Kern 158 ermöglicht es, eine Änderung
der Induktivität
der Spule 142, die bewirkt wird, wenn die Stange 160 relativ
zu der Hohlwelle 134 bewegt wird, zu vergrößern. Soll
die Änderung
der Induktivität
der Spule 142, die auftritt, wenn die Stange 160 bewegt
wird, genau so groß sein
wie die in 13 gezeigte Änderung,
können
die Windungen der Spule 142, die um die Stange 160 gewickelt
ist, hinsichtlich ihrer Zahl oder ihres Durchmessers kleiner sein.
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Die Grundgedanken der vorliegenden
Erfindung sind auch auf andere Vorrichtungen, bspw. eine Flüssigkeitsniveaumesseinrichtung,
anwendbar, die einen Schwimmer als Bewegungselement 20 verwenden.
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Erfindungsgemäß können Positionsmessvorrichtungen,
Durchflussmesser usw., die einen einfachen Aufbau haben und ein
elektrisches Ausgangssignal erzeugen können, preiswert hergestellt werden.