DE1123119B

DE1123119B - Device to keep the zero point constant for an inductive sensor in case of changing temperature conditions

Info

Publication number: DE1123119B
Application number: DEV17956A
Authority: DE
Inventors: Guenter Stahr
Original assignee: ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
Current assignee: ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
Priority date: 1960-01-27
Filing date: 1960-01-27
Publication date: 1962-02-01

Description

Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung für einen Induktivgeber bei sich ändernden Temperaturbedingungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung für einen Induktivgeber zur Messung von Wegen oder Schwingungen bei sich ändernden Temperaturbedingungen, wobei der Induktivgeber aus ein oder zwei Transformatoren besteht und bei Verwendung von zwei Transformatoren die Eisenkerne magnetisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind und die beiden Primärwicklungen in Reihe sowie die beiden Sekundärwicklungen in Reihe gegeneinandergeschaltet sind.Device for keeping the zero point constant for an inductive sensor at changing temperature conditions The invention relates to a device for Keeping the zero point constant for an inductive encoder for measuring distances or vibrations with changing temperature conditions, the inductive sensor from one or two Transformers consists and when using two transformers the iron cores are magnetically connected or separated from each other and the two primary windings in series and the two secondary windings are connected in series against one another.

Es sind Induktivgeber bekannt, welche zur Verwendung in einer Meßbrücke vom Wheatstone-Typ geeignet sind und bei denen die Veränderung ihres Blind- und Scheinwiderstandes für die Messung ausgenutzt wird. Eine solche Induktivgeberschaltung ist in Abb. 1 der Zeichnung dargestellt.Inductive sensors are known which are used in a measuring bridge of the Wheatstone type are suitable and in which the change in their blind and Impedance is used for the measurement. Such an inductive sensor circuit is shown in Fig. 1 of the drawing.

Es sind ferner Induktivgeber bekannt, welche die Veränderung des Kopplungsfaktors zwischen der Primär- und Sekundärspule bei Änderung des Luftspaltes ausnutzen. Zwei dieser grundlegenden Schaltungen sind in Abb. 2 und 3 der Zeichnung veranschaulicht.There are also known inductive sensors which change the coupling factor between the primary and secondary coil when changing the air gap. Two these basic circuits are illustrated in Figures 2 and 3 of the drawing.

In Abb. 1 bis 3 sind die Elemente der Schaltung symbolisch dargestellt. wobei die Widerstände mit R. die Primärspulen des tnduktivgebers mit P bzw. P1 und P., und die Sekundärspulen mit S bzw. Si und S= bezciciinet sind. Der in Abb. 1 angegebene Induktivgeber ist für veränderliche Temperaturen weniger geeignet, da die nicht vermeidbare Differenz der Temperaturkoeffizienten der beiden Spulen voll in die Messung als Nulipunktsdrift eingeht. Der in Abb. 2 dargestellte Geber besteht aus zwei Transformatoren mit den Wicklungen PP Si und P._, S,_, die entweder auf einem gemeinsamen Eisenkern oder getrennt angeordnet sind. Dieser Geber zeigt von den genannten Induktivgeberschaltungen die beste Nullpunktkonstanz, benötigt aber eine hohe Meßspannung, welche bei den gebräuchlichen Verstärkern nicht zur Verfügung steht.In Fig. 1 to 3, the elements of the circuit are shown symbolically. where the resistors with R. the primary coils of the inductive transmitter with P or P1 and P., and the secondary coils with S or Si and S = bezciciinet. The one shown in Fig. 1 indicated inductive sensor is less suitable for variable temperatures because the unavoidable difference between the temperature coefficients of the two coils is included in the measurement as zero point drift. The encoder shown in Fig. 2 exists from two transformers with the windings PP Si and P._, S, _, which are either on a common iron core or are arranged separately. This donor points from the inductive sensor circuits mentioned, the best zero point constancy, but required a high measuring voltage, which is not available with conventional amplifiers stands.

Der in Abb. 3 gezeigte Geber besteht aus einem Transformator mit Eisenkern, bei dem die Sekundärwicklung getrennt ist, d. h. aus zwei Sekundärwicklungen S1 und S., besteht, die in Reihe gegeneinandergeschaltet sind. Dieser Induktivgeber kommt mit den gebr:iuchlichcn Meßspannungen aus, ist aber in seiner Nullpunktkonstanz ungünstiger als der gem:iß Abb. 2, da sich der Primärstrom bei Temperatur:inderung infolge der Widerstandsänderung der Primärspule :indem. Die beiden letztgenannten Geber (Abh. ? und _3) haben den gemeinsamen Nachteil, daß sich der Abgleich nur mechanisch oder durch Änderung der Vorwiderstände vollziehen läßt und dadurch ein vollständiger Abgleich nach Betrag und Phase nicht immer erreichbar ist. Der mechanische Abgleich hat weiterhin zur Voraussetzung, daß noch kurz vor oder während der Messung der Geber mechanisch zugänglich sein muß. Diese Voraussetzung ist bei Fernmessung, z. B. im Innern von auf Prüfständen befindlichen rotierenden Maschinen, nicht gegeben. Eine Abgleichmöglichkeit auf elektrischer Basis besteht für beide. Geber in der Zuschaltung einer der Restspannung auf der Ausgangsseite entgegengerichteten gleich großen Kompensationsspannung. Diese Möglichkeit ist jedoch für die Erhaltung der Nullpunktkonstanz bei Temperaturänderungen ungünstig, da die Unsymmetrien im Geber nicht beseitigt werden und somit die vorhandene Differenzspannung, welche bei Normaltemperatur auskompensiert wird, bei Temperaturänderung ebenfalls eine Änderung erfährt, was zum »Weglaufen« des Nullpunktes führt.The encoder shown in Fig. 3 consists of a transformer with an iron core, in which the secondary winding is separated, d. H. from two secondary windings S1 and S., which are connected in series against one another. This inductive sensor gets by with the usual measuring voltages, but is in its zero point constancy less favorable than that according to Fig. 2, since the primary current changes with the temperature change as a result of the change in resistance of the primary coil: by. The latter two Encoders (Abh.? And _3) have the common disadvantage that the adjustment is only mechanically or by changing the series resistors and thereby a full comparison according to amount and phase is not always achievable. The mechanical one The prerequisite for adjustment is that shortly before or during the measurement the encoder must be mechanically accessible. This requirement is for remote measurement, z. B. inside of rotating machines on test stands, not given. Both can be compared on an electrical basis. Donors in the Connection of a voltage that is opposite to the residual voltage on the output side large compensation voltage. However, this possibility is for the preservation of the Zero point constancy in the event of temperature changes is unfavorable because of the asymmetries in the encoder can not be eliminated and thus the existing differential voltage, which at normal temperature is compensated, with a change in temperature also experiences a change, which leads to the "running away" of the zero point.

Es ist außerdem ein Induktivgeber bekannt, bei welchem durch Verwendung von vier Spulen, deren Wicklungen paarweise, und zwar jeweils die beiden in einer Brücke sich gegenüberliegenden Induktivitäten auf einen Magnetkern gleichzeitig parallel und nebeneinander aufgewickelt sind, Unsymmetrien kaum mehr auftreten. Bei diesem Geber ist ein Phasenabgleich nicht notwendig. Er hat aber ebenso wie die bereits genannten Geber den Nachteil, daß zum Abgleich eine mechanische Justierung notwendig ist.There is also an inductive sensor known in which by using of four coils, the windings of which are in pairs, in each case the two in one Bridge opposing inductances to a magnetic core at the same time are wound up parallel and next to each other, asymmetries hardly occur any more. A phase adjustment is not necessary with this encoder. But he has just like the aforementioned donors have the disadvantage that a mechanical adjustment is required for adjustment necessary is.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, die durch die Temperaturschwankungen im Meßobjekt auftretenden Meßfehler dadurch auszuschalten, daß man die Geber elektrisch oder mit Dampf aufheizt und gleichzeitig durch geeignete Maßnahmen die Temperatur konstant hält. In diesem Zusammenhang wird empfohlen, als konstant zu haltende Gebertemperatur die maximal zu erwartende Temperatur des Meßobjektes zu wählen. Abgesehen davon, daß zur Einhaltung dieser Empfehlungen ein beträchtlicher Aufwand erforderlich ist, wirkt sich ein ständiger Betrieb an der oberen Temperaturgrenze äußerst ungünstig auf das für die Spulendrähte verwendete Isoliermaterial aus, so daß die Haltbarkeit der Wicklungen stark vermindert wird, was wiederum zu vorzeitigen Ausfällen führt.It has also been suggested by the temperature fluctuations occurring in the test object Eliminate measurement errors by the encoder is heated electrically or with steam and at the same time by suitable Measures to keep the temperature constant. In this context it is recommended to use as encoder temperature to be kept constant the maximum expected temperature of the measuring object to choose. Apart from the fact that compliance with these recommendations requires a considerable Effort is required, a constant operation at the upper temperature limit affects extremely unfavorable on the insulation material used for the coil wires, so that the durability of the windings is greatly reduced, which in turn leads to premature Failures.

Diese Nachteile der bisher bekannten Induktivgeber, die aus ein oder zwei Transformatoren bestehen, wobei bei Verwendung von zwei Transformatoren die Eisenkerne magnetisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind und die beiden Primärwicklungen in Reihe sowie die beiden Sekundärwicklungen inReihe gegeneinandergeschaltet sind, werden erfindungsgemäß beseitigt.These disadvantages of the previously known inductive sensors, which consist of one or two transformers exist, with the use of two transformers the Iron cores are magnetically connected to each other or separated from each other and the two primary windings in series and the two secondary windings in series against one another are eliminated according to the invention.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung beider Primärwicklungen oder bei Verwendung nur eines Transformators mit geteilter Sekundärwicklung die Primärwicklung selbst eine Anzapfung besitzt, die zum Nullabgleich an einen parallel zu den Primärwicklungen geschalteten Differentialkondensator und an ein ebenfalls parallel geschaltetes Potentiometer geführt ist.The invention is characterized in that the connecting line both primary windings or if only one transformer is used with a split Secondary winding The primary winding itself has a tap that is used for zero adjustment to a differential capacitor connected in parallel to the primary windings and is led to a potentiometer that is also connected in parallel.

Der Differentialkondensator besteht vorzugsweise aus in Stufen geschalteten Einzelkondensatoren.The differential capacitor preferably consists of stages connected Single capacitors.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt Abb. 4 eine Induktivgeberschaltung, in der der Geber aus zwei getrennt angeordneten Transformatoren besteht, Abb. 5 eine Induktivgeberschaltung, in der der Geber aus einem Transformator mit einer geteilten bzw. zwei Sekundärwicklungen besteht.In the drawing, the invention is based on exemplary embodiments explained. Fig. 4 shows an inductive transmitter circuit in which the transmitter consists of two separately arranged transformers, Fig. 5 an inductive sensor circuit, in which the encoder consists of a transformer with one or two secondary windings consists.

Der in der Abb. 4 symbolisch dargestellte Induktivgeber besteht aus den beiden Transformatoren 1, 2, die sich jeweils aus den Primärwicklungen P1, P., und den Sekundärwicklungen S1, S, zusammensetzen. Jeder Transformator besitzt einen Eisenkern. Die Sekundärwicklungen S1 und S, sind in Reihe gegeneinandergeschaltet. Im Sekundärkreis ist das Meßgerät 3 einschließlich Meßverstärker eingeschaltet. Die Primärwicklungen P1 und P, liegen in Reihe an einer Wechselspannungsquelle. Die Verbindungsleitung 4 beider Primärwicklungen P1, P, besitzt eine Anzapfung. die an einem parallel zu den Primärwicklungen P1, P= geschalteten Differentialkondensator 5 und an einem ebenfalls parallel geschalteten Potentiometer 6 angeschlossen ist.The inductive sensor shown symbolically in Fig. 4 consists of the two transformers 1, 2, each of which is composed of the primary windings P1, P., and the secondary windings S1, S. Every transformer has an iron core. The secondary windings S1 and S are connected in series against one another. The measuring device 3 including the measuring amplifier is switched on in the secondary circuit. The primary windings P1 and P are connected in series to an AC voltage source. The connecting line 4 of the two primary windings P1, P has a tap. which is connected to a differential capacitor 5 connected in parallel to the primary windings P1, P = and to a potentiometer 6 also connected in parallel.

In der Abb. 5 besteht der Transformator 1 aus der Primärwicklung P und den beiden Sekundärwicklungen S1, S" die, wie in der Abb. 4, gegeneinander in Reihe geschaltet sind und in ihren Kreis ein Meßg en iit 3 einschließlich Meßverstärker einschließen. Die Primärwicklung P besitzt eine Mittelanzapfung, deren Leitung wie in der Abb. 4 an einem parallel zur Primärwicklung P geschalteten Differentialkondensator 5 und an einem ebenfalls parallel geschalteten Potentiometer 6 angeschlossen ist. Der Primärstromkreis ist ebenfalls an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen.In Fig. 5 the transformer 1 consists of the primary winding P and the two secondary windings S1, S "which, as in Fig. 4, are connected in series with one another and include a measuring device 3 including measuring amplifier in their circle P has a center tap, the line of which is connected, as in Fig. 4, to a differential capacitor 5 connected in parallel to the primary winding P and to a potentiometer 6 also connected in parallel. The primary circuit is also connected to an AC voltage source.

Durch diese Schaltung wird eine Symmetrierung herbeigeführt, die selbst bei größerer Entfernung zwischen dem Meßgerät und dem Meßobjekt am Standort des Meßgerätes erzielt werden kann und sich auch bei schwankenden Temperaturen innerhalb des Meßobjektes nicht ändert, insofern der Primärstrom konstant gehalten wird. Ein zu kleiner Kopplungsfaktor z. B. in Transformator 1 der Abb. 4 wird durch einen größeren Primärstrom in der Spule P1 ausgeglichen. Da der einmal mittels Differentialkondensator 5 und Potentiometer 6 eingestellte Primärstrom bei sich ändernden Temperaturen konstant gehalten wird, treten auch keine Änderungen der Sekundärspannungen beider Transformatoren 1 und 2 (Abb. 4) ein, und der Nullpunkt bleibt erhalten. Der gleiche Effekt tritt auch bei der Schaltung nach Abb. 5 auf.This circuit brings about a balancing that can be achieved even with a greater distance between the measuring device and the measuring object at the location of the measuring device and does not change even with fluctuating temperatures within the measuring object, provided that the primary current is kept constant. Too small a coupling factor z. B. in transformer 1 of Fig. 4 is compensated for by a larger primary current in coil P1. Since the primary current set once by means of differential capacitor 5 and potentiometer 6 is kept constant with changing temperatures, there are no changes in the secondary voltages of both transformers 1 and 2 (Fig. 4), and the zero point is retained. The same effect also occurs with the circuit according to Fig. 5.

Die Konstanthaltung des Primärstromes erfolgt dadurch, daß die Primärwicklungen P1 und P, aus einem Drahtmaterial mit sehr kleinem Temperaturkoeffizienten (z. B. Manganin) oder aus zwei Drahtmaterialien entgegengesetzt gerichteter Temperaturkoeffizienten und in ihren Drahtlängen so eingerichteter Wicklungsteile hergestellt sind, daß der Widerstand bei Temperaturänderung konstant bleibt.The primary current is kept constant by the primary windings P1 and P, made of a wire material with a very low temperature coefficient (e.g. Manganin) or two wire materials with oppositely directed temperature coefficients and winding parts so arranged in their wire lengths that the resistance remains constant when the temperature changes.

Die Änderung der Meßempfindlichkeit des Gebers bei schwankenden Temperaturen infolge Änderung der Permeabilität des Eisenkernes kann in bekannter Weise durch Reihenschaltung eines temperaturabhängigen, den gleichen Temperatureinflüssen wie der Geber selbst ausgesetzten Widerstandes, welcher mit dem Anzeigegerät oder dem Eingangswiderstand des an den Geber angeschlossenen Meßverstärkers (z. B. Trägerfrequenzverstärker mit phasenabhängiger Gleichrichtung) in Reihe geschaltet ist, kompensiert werden.The change in the measurement sensitivity of the transmitter with fluctuating temperatures as a result of a change in the permeability of the iron core can be made in a known manner by connecting a temperature-dependent resistor that is exposed to the same temperature influences as the transmitter itself. B. carrier frequency amplifier with phase-dependent rectification) is connected in series, are compensated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for maintaining the zero point constant for an inductive sensor for measuring distances or vibrations under changing temperature conditions, whereby the inductive sensor consists of one or two transformers and, when two transformers are used, the iron cores are magnetically connected to one another or separated from one another, the two primary windings in Series and the two secondary windings are connected in series against one another, characterized in that the connecting line (4) of both primary windings (P1 and P_) or, if only one transformer with a split secondary winding (S1 and S,) is used, the primary winding (P) itself has a tap which is fed to a differential capacitor (5) connected in parallel to the primary windings and to a potentiometer (6) also connected in parallel for zero adjustment.

2. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the differential capacitor (5) consists of individual capacitors connected in stages.