DE1299431B - Device for converting an angle of rotation into an electrical quantity - Google Patents
Device for converting an angle of rotation into an electrical quantityInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Einrichtung zum Umsetzen eines Drehwinkels in eine elektrische Größe mit einem entsprechend dem umzusetzenden Drehwinkel drehbaren Magnet, der zwischen zwei Polschuhen angeordnet ist, die einen magnetischen Kreis bilden, der auf mindestens einen magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand wirkt, welcher seinerseits in einer Brückenschaltung angeordnet ist. The invention relates to a contactless device for relocating an angle of rotation into an electrical quantity with a corresponding to the one to be converted Rotation angle rotatable magnet, which is arranged between two pole pieces, the one Form magnetic circuit based on at least one magnetic field-dependent semiconductor resistor acts, which in turn is arranged in a bridge circuit.
Magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände sind bekannt. Ihr Widerstandswert steigt mit zunehmendem Magnetfeld an, und zwar bei kleinen Feldstärken etwa quadratisch und bei großeren etwa linear. Sie werden häufig in Magnetfeldsonden, in Multiplikatoren und Modulatoren verwendet. Aus demselben Halbleiter material wie diese bestehen die sogenannten Hallgeneratoren, von denen es bekannt ist, sie zum kontaktlosen Schalten zu verwenden. Hierzu werden sie zwischen die Polschuhe eines Empfangskopfes eingebaut, an welchem zum Schalten ein Magnet vorbeigeführt wird. Die Änderung des Flusses in dem Luftspalt bewirkt eine Änderung der Hallspannung, welche einem schwellwertabhängigen Verstärker zugeführt wird. Mit der vorliegenden Erfindung soll demgegenüber ein Drehwinkel kontinuierlich in eine elektrische Größe umgewandelt werden. Zur Lösung einer solchen Aufgabe ist ein elektrischer Geber für Fernanzeige und Fernsteuereinrichtungen bekannt, der einen Drehmagneten enthält, welcher im Luftspalt eines magnetischen, mit Wechselstrom erregten Kernes drehbar ist. Durch Drehen des Magneten wird der Fluß in dem Kern verändert, so daß der Wechselstromwiderstand der auf dem Kern angebrachten Wicklungen verändert wird. Die Änderung des Wechselstromes ist ein Maß für den Drehwinkel. Dieselbe Anordnung kann auch zum Messen kleiner elektrischer Größen verwendet werden, wenn der Drehmagnet an den Anker eines Meßwerkes angeschlossen ist und der zu messenden elektrischen Größe eines aus der Änderung des Wechselstromwiderstandes abgeleitete elektrische Größe zur Kompensation entgegengeschaltet wird. Magnetic field-dependent semiconductor resistances are known. Your resistance value increases with increasing magnetic field, and at small field strengths approximately quadratically and for larger ones roughly linear. They are often used in magnetic field probes, in multipliers and modulators are used. Made of the same semiconductor material as this the so-called Hall generators, of which it is known to use them for contactless Switch to use. To do this, they are placed between the pole pieces of a receiving head built in, to which a magnet is passed for switching. The change in the Flux in the air gap causes a change in the Hall voltage, which is a threshold value-dependent Amplifier is fed. With the present invention, on the other hand, a Angle of rotation can be continuously converted into an electrical quantity. To the solution One such task is an electrical transmitter for remote display and remote control devices known, which contains a rotary magnet, which is located in the air gap of a magnetic, is rotatable with an alternating current excited core. By turning the magnet, the Flux in the core changed, so that the alternating current resistance applied to the core Windings is changed. The change in the alternating current is a measure of the angle of rotation. The same arrangement can also be used for measuring small electrical quantities, when the rotary magnet is connected to the armature of a measuring mechanism and the one to be measured electrical quantity derived from the change in the alternating current resistance electrical variable is switched in the opposite direction for compensation.
Es ist ferner eine Anordnung zum Umwandeln eines Drehwinkels in eine elektrische Größe bekannt, die ebenfalls einen zwischen den Polen eines magnetischen Kreises drehbaren Magneten aufweist. Der Fluß in dem magnetischen Kreis wird gemessen und mittels eines Verstärkers und einer an diesen angeschlossenen Kompensationswicklung ein entgegengerichteter Fluß erzeugt. Der Ausgangsstrom des Verstärkers ist ein Maß für die Größe des Drehwinkels. It is also an arrangement for converting a rotation angle into a electrical quantity known, which is also one between the poles of a magnetic Circle having rotatable magnets. The flux in the magnetic circuit is measured and by means of an amplifier and a compensation winding connected to it creates an opposite flow. The output current of the amplifier is a Measure for the size of the angle of rotation.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von einer Einrichtung zum Umsetzen eines Drehwinkels in eine elektrische Größe ausgegangen, bei der ebenfalls die Flußänderung gemessen wird, die bei Drehen eines Magneten im Luftspalt eines Kernes erzeugt wird.In the present invention, a device for converting of an angle of rotation is assumed to be an electrical quantity at which the change in flux is also assumed is measured, which is generated when a magnet rotates in the air gap of a core.
Hierzu ist gemäß einem älteren Vorschlag in dem magnetischen Kreis mindestens ein Luftspalt vorgesehen, in dem mindestens ein magnetfeldabhängiger Widerstand angebracht ist. Eine Verbesserung der Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ergibt sich durch die Verwendung von zwei oder mehreren magnetfeldabhängigen Widerständen in einer einzigen oder mehreren zusammenwirkenden Brückenschaltungen. Es wurde vorgeschlagen, die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände mit Hilfe einer gleichstromdurchflossenen Spule oder eines Permanentmagneten vorzumagnetisieren, so daß die Widerstandsänderung in dessen linearem Kennlinienbereich er- folgt. Bei dieser Anordnung steht der Drehwinkel des Magneten bis zu einem Winkel von etwa 10° in einem streng linearen Zusammenhang (Fehler kleiner als ein Promille) mit der als Ausgangsgröße dienenden Diagonalspannung der Brückenschaltung, in welcher der magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstand angeordnet ist. Bei größeren Drehwinkeln müßte, um einen linearen Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Ausgangsspannung zu erreichen, eine besondere Ausbildung des Verlaufes des Magnetfeldes zwischen den Polschuhen, welche einen drehbaren Magneten umfassen, vorgesehen sein, was einen besonderen Aufwand mit sich bringt.According to an older proposal, this is in the magnetic circuit at least one air gap is provided in which at least one magnetic field-dependent Resistance is attached. An improvement in the operation of such a Arrangement results from the use of two or more magnetic field-dependent Resistors in a single bridge circuit or in several cooperating bridge circuits. It has been proposed to use the magnetic field dependent semiconductor resistors pre-magnetize a coil through which direct current flows or a permanent magnet, so that the change in resistance in its linear characteristic range follows. at this arrangement is the angle of rotation of the magnet up to an angle of approximately 10 ° in a strictly linear relationship (error less than one per thousand) with the diagonal voltage of the bridge circuit serving as the output variable, in which the magnetic field-dependent semiconductor resistor is arranged. For larger angles of rotation would have to have a linear relationship between angle of rotation and output voltage achieve a special formation of the course of the magnetic field between the Pole pieces comprising a rotatable magnet may be provided, which is a entails special effort.
Die übliche, im wesentlichen kreisbogenförmige Ausbildung der Polschuhe, welche den drehbaren Magneten umfassen, gestattet jedoch durch die nachstehend gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen, ebenfalls einen linearen Zusammenhang zwischen der Ausgangsgröße und dem Drehwinkel zu erhalten. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vormagnetisierung des magnetfeldabhängigen Widerstandes derart gewählt ist, daß die auf diesen wirkenden Änderungen des Magnetfeldes im quadratischen Kennlinienbereich verlaufen. The usual, essentially circular arc-shaped design of the pole shoes, which include the rotatable magnet, however, permitted by the following according to the measures proposed in the invention, also a linear relationship between the output variable and the angle of rotation. This is done according to the invention achieved in that the bias of the magnetic field-dependent resistance is chosen such that the changes in the magnetic field acting on them quadratic characteristic curve range.
Hierdurch wird es möglich, Kernwerkstoffe mit niedriger Sättigungsinduktion, wie z. B. Ferrite, zum Aufbau des magnetischen Kreises zu verwenden. This makes it possible to use core materials with low saturation induction, such as B. ferrites to be used to build the magnetic circuit.
Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß die Vormagnetisierung des magnetfeldabhängigen Widerstandes durch ein Wechselfeld erfolgt. Auf diese Weise läßt sich eine störende Remanenz der Werkstoffe beseitigen, die den magnetischen Kreis bilden, so daß billige ferri-und ferromagnetische Materialien an Stelle der teuereren magnetischen Sonderwerkstoffe wie Mumetall, Permenorm usw. verwendet werden können. A further improvement can be achieved in that the premagnetization of the magnetic field-dependent resistance is carried out by an alternating field. In this way a disturbing remanence of the materials can be eliminated that the magnetic Form circle so that cheap ferri and ferromagnetic materials in place of the More expensive special magnetic materials such as Mumetall, Permenorm etc. can be used can.
Es ist auch möglich, gemäß Weiterbildung der Erfindung die Brückenschaltung, welche einen oder mehrere magnetfeldabhängige Widerstände enthält, mit Strom der gleichen Frequenz, wie er zur Vormagnetisierung dient, zu speisen. Die Ausgangsgröße ist dann eine Wechselspannung und kann mit einem naturgemäß driftfreien Wechselspannungsverstärker verstärkt werden. Die bei Meßverstärkern für Gleichspannungen üblichen Zerhacker sind dann nicht erforderlich. It is also possible, according to a further development of the invention, the bridge circuit, which contains one or more magnetic field-dependent resistors, with current of the the same frequency as it is used for the premagnetization to feed. The output size is then an alternating voltage and can with a naturally drift-free alternating voltage amplifier be reinforced. The chopper commonly used in measuring amplifiers for DC voltages are then not required.
Es ist auch möglich, gemäß Weiterbildung der Erfindung an Stelle eines Drehmagneten eine stromdurchflossene Drehspule, gegebenenfalls mit einem weichmagnetischen Kern, vorzusehen, wodurch Einmisse der Temperatur auf den Permanentmagneten oder Störeinílüsse, die ihre Ursache in der Alterung des Magneten haben, beseitigt werden. It is also possible, according to a further development of the invention, instead a rotary magnet a current-carrying moving coil, possibly with a soft magnetic one Core, to be provided, thereby reducing the temperature on the permanent magnet or Interferences that have their cause in the aging of the magnet are eliminated.
Zur Erzielung eines sehr großen Linearitätsbereiches des Drehwinkelgebers kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der durch die Drehspule fließende Strom mittels einer zweiten Brückenschaltung und einem Differenzverstärker, drehwinkelabhängig korrigiert werden. To achieve a very large linearity range of the rotary encoder can according to a further feature of the invention the flowing through the moving coil Current by means of a second bridge circuit and a differential amplifier, depending on the angle of rotation Getting corrected.
An Hand von Ausführungsbeispielen sind nachstehend weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Further details are given below on the basis of exemplary embodiments the invention explained.
F i g. 1 zeigt die Kennlinie eines magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstandes (Feldplatte), der im Rahmen der Erfindung Anwendung findet. Derartige Halbleiterwiderstände bestehen z. B. aus Indium-Antimonid, welches gerichtet eingebaute Einschlüsse aus einem Material mit höherer Leitfähigkeit als die Grundsubstanz, z. B. Nickel-Antimonid, enthalten kann, die bewirken, daß unter der Einwirkung eines Magnetfeldes der Weg des Stromes in dem Widerstandskörper, bei gleichzeitiger Abnahme der Leitfähigkeit, verlängert wird. F i g. 1 shows the characteristic of a magnetic field-dependent semiconductor resistor (Field plate), which is used in the context of the invention. Such semiconductor resistors exist z. B. made of indium antimonide, which is made of directional built-in inclusions a material with higher conductivity than the basic substance, e.g. B. Nickel Antimonide, contain can cause that under the action of a magnetic field the path of the current in the resistance body, with a simultaneous decrease in conductivity, is extended.
In F i g. 1 ist mit RF der Widerstand eines derartigen magnetfeldabhängigen Widerstandes (Feldplatte) bezeichnet, während B die magnetische Induktion darstellt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, hat die Kennlinie parabelähnliche Gestalt in der Nähe ihres Scheitels. Daher besteht ein annähernd quadratischer Zusammenhang zwischen der magnetischen Induktion B und dem Widerstand RF des Halbleiterk~rpers. Bei gr~~erer magnetischer Induktion entsprechend dem Bereich der ~ste der Kennlinie ist der Zusammenhang zwischen der Widerstandsänderung und der magnetischen Induktion annähernd linear. In diesem Bereich soll gemäß dem älteren Vorschlag der Arbeitspunkt gelegt werden. In Fig. 1 with RF the resistance of such a magnetic field-dependent Resistance (field plate), while B represents magnetic induction. As shown in FIG. 1, the characteristic curve has a parabola-like shape in the vicinity her parting. Therefore there is an approximately quadratic relationship between the magnetic induction B and the resistance RF of the semiconductor body. For larger ones magnetic induction corresponding to the area of the first of the characteristic curve is the relationship approximately linear between the change in resistance and the magnetic induction. According to the older proposal, the working point should be placed in this area.
Gemäß der Erfindung wird, wie oben erwähnt, demgegenüber vorgeschlagen, den Arbeitspunkt A in den quadratischen Bereich der Kennlinie entsprechend dem Bereich einer niedrigen magnetischen Induktion der Vormagnetisierung zu verlegen. Auf diese Weise lassen sich, wie später noch abgeleitet wird, lineare Zusammenhänge zwischen dem Drehwinkel eines Drehmagneten 1 und der Ausgangsgröße UA erreichen, wobei auf die Anordnung gemäß F i g. 2 Bezug genommen wird. According to the invention, as mentioned above, it is proposed, on the other hand, the operating point A in the square area of the characteristic curve corresponding to the area a low magnetic induction of the bias. To this As will be deduced later, linear relationships between the angle of rotation of a rotary magnet 1 and the output variable UA, where on the arrangement according to FIG. 2 is referred to.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Drehmagnet 1 im mittleren Schenkel eines Dreischenkelkerns 4 zwischen zwei Polschuhen 2, 3 angeordnet. Die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände sind mit 5 und 6 bezeichnet und jeweils in Luftspalten der äußeren Schenkel des Kernes 4 angeordnet. Zur Vormagnetisierung der Halbleiterwiderstände 5 und 6 dienen die Spulen 7 und 8 bzw. 9 und 10, welche über einstellbare Widerstände 11, 12 an eine Gleichstromquelle 13 angeschlossen sind. As shown in FIG. 2, the rotary magnet 1 is in the middle leg a three-leg core 4 is arranged between two pole pieces 2, 3. The magnetic field dependent Semiconductor resistors are denoted by 5 and 6 and each in the air gaps outer legs of the core 4 arranged. For the premagnetization of the semiconductor resistors 5 and 6 serve the coils 7 and 8 or 9 and 10, which have adjustable resistors 11, 12 are connected to a direct current source 13.
Die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände 5 und 6 werden durch die Spulen 7... 10, wie oben beschrieben, derart vormagnetisiert, daß der Arbeitspunkt A im quadratischen Bereich der Kennlinie liegt. The magnetic field dependent semiconductor resistors 5 and 6 are through the coils 7 ... 10, as described above, premagnetized in such a way that the operating point A lies in the square area of the characteristic.
Die magnetfeldabhängigen Widerstände 5 und 6 bilden zusammen mit den ohmschen Widerständen 14, 15 eine Brückenschaltung, welche aus der Stromquelle 16 gespeist wird. Die Ausgangsspannung UA dieser Brückenschaltung wird in dem Verstärker 17 verstärkt, dessen Ausgangskreis neben der Anzeigeeinrichtung 18 die Spulen 19 und 20 mit einem Kompensationsstrom speist.The magnetic field-dependent resistors 5 and 6 form together with the ohmic resistors 14, 15 form a bridge circuit which is derived from the current source 16 is fed. The output voltage UA of this bridge circuit is in the amplifier 17 amplified, the output circuit of which, in addition to the display device 18, includes the coils 19 and 20 feeds a compensation current.
Für den Verlauf des Widerstandes RF der magnetfeldabhängigen Widerstände (Feldplatten) im quadratischen Teil der Kennlinie gilt : RF = Ro + cB2. (1) Dabei ist mit Ro der Widerstand ohne Magnetfeld und mit c eine Konstante bezeichnet. Damit folgt für RF5 und RF6 in der Anordnung nach F i g. 2, wobei BS die magnetische Induktion ist, die der Drehmagnet erzeugt, und Bv die magnetische Induktion der Vormagnetisierung : 6==0+C(F-)'.(3) RF6=R0+c(Bv-Bs)2. (3) Für die Ausgangsspannung UA der Brückenschaltung, die mit dem Strom Isp gespeist wird, gilt nach Fig. 2: UA=ISp(RF5-RF6). (4) Einsetzen von (2) und (3) in (4) liefert : =4e.(5) Die Ausgangsspannung UA ist also eine lineare Funktion des eingestreuten Flusses BS des Magneten 1 und damit auch des Winkels o ; (solange sin N w a ist). For the course of the resistance RF of the magnetic field-dependent resistances (Field plates) in the square part of the characteristic, the following applies: RF = Ro + cB2. (1) Here Ro is the resistance without a magnetic field and c is a constant. In order to follows for RF5 and RF6 in the arrangement according to FIG. 2, where BS is the magnetic induction is generated by the rotary magnet, and Bv is the magnetic induction of the bias : 6 == 0 + C (F -) '. (3) RF6 = R0 + c (Bv-Bs) 2. (3) For the output voltage UA of the bridge circuit, which is fed with the current Isp, the following applies according to FIG. 2: UA = ISp (RF5-RF6). (4) Insert from (2) and (3) in (4) yields: = 4e. (5) The output voltage UA is therefore a linear one Function of the interspersed flux BS of the magnet 1 and thus also of the angle o; (as long as sin N w a).
Es ist auch möglich, die Vormagnetisierungsspulen 7... 10 bei der Anordnung nach F i g. 2 mit Wechselstrom zu speisen. In diesem Falle folgt aus Gleichung (5) mit : Bv = BVO sin ct) t, (6) UA= 4 c BBBvolsp sin a) t. (7) Die dem Drehwinkel proportionale Ausgangsspannung UA ist eine Wechselspannung mit der Frequenz cu des Vormagnetisierungsstromes. Bei diesem Betrieb wird einmal der Hystereseeinfluß der Kernwerkstoffe beseitigt, zum anderen wird als Verstõrker nur ein Wechselspannungsverstärker mit nachfolgendem phasenrichtigem Gleichrichter benötigt. It is also possible to use the bias coils 7 ... 10 in the Arrangement according to FIG. 2 to be fed with alternating current. In this case it follows from the equation (5) with: Bv = BVO sin ct) t, (6) UA = 4 c BBBvolsp sin a) t. (7) The angle of rotation proportional output voltage UA is an alternating voltage with the frequency cu des Bias current. In this operation, the hysteresis influence is once the Core materials removed, on the other hand only an AC voltage amplifier is used as an amplifier with subsequent in-phase rectifier required.
Der Aufwand für den Verstärker ist bei einer Wechselspannung im Vergleich zu einer Gleichspannung, bei der entweder galvanisch gekoppelteDifferenzverstärker, Magnetverstärker oder Gleichspannungsverstärker nach dem Trägerfrequenzprinzip mit Meßzerhacker sind, erheblich kleiner.The effort for the amplifier is in comparison with an alternating voltage to a DC voltage in which either galvanically coupled differential amplifiers, Magnetic amplifier or DC voltage amplifier based on the carrier frequency principle Measuring choppers are considerably smaller.
Wird als ein weiteres Merkmal der Erfindung außer den Vormagnetisierungsspulen auch die Brückenschaltung mit einem eingeprägten Wechselstrom der Frequenz c gespeist, so folgt mit : Isp = ISp0 sin#t, (8) UA = 4 c BeBvoIswo sin2 cot (9) oder UA = 2 c BBBvoIspa (1-cos2 cot). (10) Die Ausgangsspannung setzt sich hier aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung mit der doppelten Frequenz des Vormagnetisierungs-und Brückenstromes zusammen. Durch einen Tiefpaß, der zwischen dem Ausgang der Brücke und dem Eingang des Verstärkers angeordnet ist, kann der Wechselanteil der Ausgangsspannung unterdrückt werden, wenn der Gleichanteil als Meßgröße weiter verarbeitet werden soll. Andererseits kann auch der Wechselanteil der Brückenausgangsspannung als Maß für den Drehwinkel dienen. In diesem Falle wird durch einen für die Frequenz 2ct) selektiven Verstärker in einfacher Weise eine Trennung der Nutzwechselspannung mit der Frequenz 2 von Störspannungen mit der Frequenz co, die beispielsweise vom Magnetfeld der Vormagnetisierung verursacht werden, erreicht. Erfolgt die Vormagnetisierung mit einem sinusförmigen Wechselstrom BV = BVO sin cot und wird die Brücke über ein die Phase um 90° drehendes Netzwerk aus dem gleichen Generator gespeist, so daß gilt : ISP = ISp0 cos#t, (11) so folgt für die Brückenausgangsspannung UA : UA = 4 c Be BvoIspo sin M t cos a) t (12) oder UA = 2 cBgBvoIspo sin 2 cot. (13) Auch bei diesem Betriebsfall erhält man eine Ausgangswechselspannung mit der doppelten Frequenz des Speise-und Vormagnetisierungsstromes. Used as another feature of the invention besides the bias coils the bridge circuit is also fed with an impressed alternating current of frequency c, so it follows with: Isp = ISp0 sin # t, (8) UA = 4 c BeBvoIswo sin2 cot (9) or UA = 2 c BBBvoIspa (1-cos2 cot). (10) The output voltage is made up of a direct voltage and an alternating voltage with twice the frequency of the bias and Bridge current together. Through a low pass between the exit of the bridge and the input of the amplifier is arranged, the AC component of the output voltage can be suppressed if the constant component is processed further as a measured variable target. On the other hand, the alternating component of the bridge output voltage can also be used as a measure serve for the angle of rotation. In this case a for the frequency 2ct) selective amplifier with a separation of the useful AC voltage in a simple manner the frequency 2 of interference voltages with the frequency co, for example from the magnetic field caused by the bias. The premagnetization takes place with a sinusoidal alternating current BV = BVO sin cot and becomes the bridge over a the phase by 90 ° rotating network fed from the same generator, so that the following applies: ISP = ISp0 cos # t, (11) then follows for the bridge output voltage UA: UA = 4 c Be BvoIspo sin M t cos a) t (12) or UA = 2 cBgBvoIspo sin 2 cot. (13) Also in this case of operation, an output alternating voltage with double that is obtained Frequency of the feed and bias current.
Durch die selektive Ausbildung des Wechselspannungsverstärkers werden die weiteren Oberschwingungen der Wechselspannung, die infolge der nichtlinearen Magnetisierungskurve der Kernwerkstoffe des Magnetjoches entstehen, unterdrückt. Due to the selective design of the AC voltage amplifier the other harmonics of the alternating voltage that result from the non-linear The magnetization curve of the core materials of the magnet yoke is suppressed.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände 5, 6 mit den Wicklungen 21, 22 des Transformators 23 zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet. Der Transformator 23 wird über die Wicklung 24 aus einer Wechselstromquelle 25 gespeist. Der den Drehmagneten 1 enthaltende Dreischenkelkern 4 ist in F i g. 3 vereinfacht angedeutet, und die Vormagnetisierungsspulen für die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände sind mit 8 und 10 bezeichnet. Die Speisung dieser Spulen 8 und 10 erfolgt aus der Wicklung 26 des Transformators 23, gegebenenfalls über ein in F i g. 3 nicht dargestelltes Netzwerk zur Phasenkorrektur. As shown in FIG. 3 shows the semiconductor resistances that are dependent on the magnetic field 5, 6 interconnected with the windings 21, 22 of the transformer 23 to form a bridge circuit. The transformer 23 is fed via the winding 24 from an alternating current source 25. The three-legged core 4 containing the rotary magnet 1 is shown in FIG. 3 simplified indicated, and the bias coils for the magnetic field-dependent semiconductor resistors are denoted by 8 and 10. These coils 8 and 10 are fed from the Winding 26 of the transformer 23, optionally via a device shown in FIG. 3 not shown Phase correction network.
Die Ausgangsspannung UA wird im Verstärker 27 verstärkt und im phasenrichtigen Gleichrichter 28 gleichgerichtet. Der phasenrichtige Gleichrichter 28 wird über den Frequenzverdoppler 29 aus dem Generator 25 gespeist. Der Ausgangsstrom wird der Kompensationswicklung 19 zugeführt. The output voltage UA is amplified in the amplifier 27 and in the correct phase Rectifier 28 rectified. The in-phase rectifier 28 is over the frequency doubler 29 is fed from the generator 25. The output current will be the compensation winding 19 is supplied.
In F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich im Vergleich zur Anordnung nach F i g. 3 durch erheblich geringeren Aufwand auszeichnet. In der Anordnung nach F i g. 4 bilden die Erregerwicklungen 30, 35 mit den magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderständen 5, 6 eine Brückenschaltung, welche aus dem Generator 33 mit einem eingeprägten Wechselstrom gespeist wird. In Fig. 4 shows a further embodiment of the invention, which in comparison to the arrangement according to FIG. 3 through significantly less effort excels. In the arrangement according to FIG. 4 form the excitation windings 30, 35 with the magnetic field dependent semiconductor resistors 5, 6 a bridge circuit, which is fed from the generator 33 with an impressed alternating current.
Der den Drehmagneten 1 enthaltende Dreischenkelkern 4 ist in F i g. 4 ebenfalls vereinfacht angedeutet.The three-legged core 4 containing the rotary magnet 1 is shown in FIG. 4 also indicated in simplified form.
Die Ausgangsspannung wird im Verstärker 32 verstärkt und im phasenrichtigen Gleichrichter 34 gleichgerichtet. Der phasenrichtige Gleichrichter 34 wird über den Frequenzverdoppler 36 aus dem Generator 33 gespeist. Der Ausgangsstrom wird der Kompensationswicklung 31 zugeführt, welche im Ausgangskreis des phasenrichtigen Gleichrichters 34 in Serie zum Lastwiderstand 35 angeordnet ist.The output voltage is amplified in amplifier 32 and in phase Rectifier 34 rectified. The in-phase rectifier 34 is over the frequency doubler 36 is fed from the generator 33. The output current will be the compensation winding 31 supplied, which in the output circuit of the correct phase Rectifier 34 is arranged in series with the load resistor 35.
Gegebenenfalls kann zwischen dem Gleichrichter 34 und der Serienschaltung von Lastwiderstand 35 und Kompensationsspule 31 ein in F i g. 4 nicht dargestellter Gleichstromverstärker eingeschaltet werden.If necessary, between the rectifier 34 and the series circuit of load resistor 35 and compensation coil 31 in FIG. 4 not shown DC amplifiers are switched on.
Wird eine besonders große Empfindlichkeit des Drehwinkelgebers gewünscht, so können als ein weiteres Merkmal der Erfindung in den beiden Luftspalten der Außenschenkel des Dreischenkelmagnetjoches je zwei magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände angeordnet werden, die zusammen eine Brückenschaltung in der Art bilden, daß die in einem gemeinsamen Luftspalt angeordneten magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände in den diagonalen Asten der Brückenschaltung liegen. If a particularly high sensitivity of the rotary encoder is required, so can as a further feature of the invention in the two air gaps of the outer legs of the three-leg magnet yoke arranged two magnetic field-dependent semiconductor resistors that together form a bridge circuit in such a way that they are in a common Air gap arranged magnetic field dependent semiconductor resistors in the diagonal Branches of the bridge circuit.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist es ebenfalls möglich, in den Anordnungen nach F i g. 2, 3 und 4 eine um einen zylinderförmigen Weicheisenkern drehbare, mit eingeprägtem Strom gespeiste Spule, vorzugsweise mit Spannbandlagerung zu verwenden. In a continuation of the inventive concept, it is also possible in the arrangements according to FIG. 2, 3 and 4 one around a cylindrical soft iron core rotatable coil fed with an impressed current, preferably with a strap bearing to use.
Einen Drehwinkelgeber mit sehr großem Linearitätsbereich erhält man als ein weiteres Merkmal der Erfindung dadurch, daß man nach F i g. 5 in den beiden Luftspalten der Außenschenkel mindestens je zwei magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände 5, 6 und 37, 38 anordnet, die mit je zwei weiteren gewöhnlichen Widerständen 14, 15 und 39, 40 zwei Brückenschaltungen Bv1 und Bv2 bilden, die mit dem eingeprägten Strom Il bzw. I2 gespeist werden. Die Ausgangsspannung an der Diagonalen der Brückenschaltung Bv,. wird dem Verstärker 43 zugeführt, dessen Ausgangsstrom IAus die Serienschaltung des Lastwiderstandes 44 und der Kompensationsspule 45 speist. Der magnetische Kreis ist in der Anordnung nach F i g. 5 ebenfalls vereinfacht dargestellt. Die Wicklungen 8 und 10, die mit dem eingeprägten Strom Ivorm gespeist werden, dienen zur Erzeugung der Vormagnetisierung. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung Bv2 wird dem Eingang 1 des Differenzverstärkers 41 zugeführt, an dessen Eingang 2 die konstante Spannung UK liegt. Der Ausgangsstrom Ira-2 des Differenzverstärkers 41 speist die Drehspule 42, die um einen weichmagnetischen Kern drehbar im Luftspalt des Mittelschenkels des Dreischenkeljoches angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird das Magnetfeld, das die Drehspule 42 erzeugt, drehwinkelabhängig korrigiert, so daß der Ausgangsstrom Dams1 der Briickenschaltung Spi in weit größerem Maße als bei den Anordnungen nach F i g. 2 bis 4 eine lineare Funktion des Drehwinkels oc ist. A rotary encoder with a very large linearity range is obtained as a further feature of the invention in that, according to FIG. 5 in the two Air gaps in the outer legs have at least two magnetic field-dependent semiconductor resistors each 5, 6 and 37, 38, each with two further ordinary resistors 14, 15 and 39, 40 form two bridge circuits Bv1 and Bv2, which are impressed with the Current II or I2 are fed. The output voltage on the diagonal of the bridge circuit Bv ,. is fed to the amplifier 43, whose output current IAus the series circuit of the load resistor 44 and the compensation coil 45 feeds. The magnetic circuit is in the arrangement according to FIG. 5 also shown in simplified form. The windings 8 and 10, which are fed with the impressed current Ivorm, are used for generation the bias. The output voltage of the bridge circuit Bv2 becomes the input 1 of the differential amplifier 41 is supplied, at whose input 2 the constant voltage UK lies. The output current Ira-2 of the differential amplifier 41 feeds the moving coil 42, which can rotate around a soft magnetic core in the air gap of the central leg of the Dreischkeljoches is arranged. Through this measure, the magnetic field, that generates the rotating coil 42, corrected as a function of the angle of rotation, so that the output current Dams1 the bridge circuit Spi to a far greater extent than with the arrangements according to F i g. 2 to 4 is a linear function of the angle of rotation oc.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES104783A DE1299431B (en) | 1966-07-14 | 1966-07-14 | Device for converting an angle of rotation into an electrical quantity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES104783A DE1299431B (en) | 1966-07-14 | 1966-07-14 | Device for converting an angle of rotation into an electrical quantity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1299431B true DE1299431B (en) | 1969-07-17 |
Family
ID=7526102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES104783A Pending DE1299431B (en) | 1966-07-14 | 1966-07-14 | Device for converting an angle of rotation into an electrical quantity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1299431B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3218508A1 (en) * | 1982-05-17 | 1983-12-01 | Oskar Ing.(grad.) 7073 Lorch Mohilo | Measuring coil system for an inductive angular resolver |
| DE19821462A1 (en) * | 1998-05-13 | 1999-11-25 | Balluff Gebhard Gmbh & Co | Contactless detection of ferromagnetic object for use as proximity switch or sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE898328C (en) * | 1941-11-07 | 1953-10-22 | Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München | Device for the reinforcement of small electrical greats |
| DE919757C (en) * | 1942-05-31 | 1954-11-04 | Siemens & Halseke Ag | Electrical transmitter for remote display and remote control devices |
-
1966
- 1966-07-14 DE DES104783A patent/DE1299431B/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE898328C (en) * | 1941-11-07 | 1953-10-22 | Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München | Device for the reinforcement of small electrical greats |
| DE919757C (en) * | 1942-05-31 | 1954-11-04 | Siemens & Halseke Ag | Electrical transmitter for remote display and remote control devices |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3218508A1 (en) * | 1982-05-17 | 1983-12-01 | Oskar Ing.(grad.) 7073 Lorch Mohilo | Measuring coil system for an inductive angular resolver |
| DE19821462A1 (en) * | 1998-05-13 | 1999-11-25 | Balluff Gebhard Gmbh & Co | Contactless detection of ferromagnetic object for use as proximity switch or sensor |
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