DE19538575C2 - Inductive proximity sensor - Google Patents

Inductive proximity sensor

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Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungssensor mit einer Vorrichtung zum Messen der komplexen Impedanz einer verlustbehafteten Spule, deren Impedanz von einer nichtelektrischen Meßgröße abhängig ist.The invention relates to an inductive proximity sensor with a device for Measuring the complex impedance of a lossy coil, the impedance of is dependent on a non-electrical measured variable.

Eine von einer nichtelektrischen Meßgröße abhängige Spule - im folgenden als Sen­ sorspule oder Meßspule bezeichnet - wird in der Betriebsmeßtechnik, Prozeßüberwa­ chung und Sensorik in vielfältiger Weise als induktiver Abstandssensor oder induktiver Näherungsschalter zur Abstandsmessung und als Wirbelstromsensor zur zerstörungs­ freien Materialprüfung eingesetzt. Die nichtelektrischen Meßgrößen können der Ab­ stand s eines Meßobjekts - im folgenden als Steuerfahne bezeichnet - bzw. die physika­ lischen Eigenschaften des Meßobjekts sein, wie elektrische Leitfähigkeit σ, die Per­ meabilität µ oder abgeleitete Größen.A coil dependent on a non-electrical measured variable - hereinafter referred to as Sen Sorspule or measuring coil called - is used in operational measurement, process monitoring and sensors in a variety of ways as an inductive distance sensor or inductive Proximity switch for distance measurement and as an eddy current sensor for destruction free material testing. The non-electrical parameters can be from Ab was a measurement object - hereinafter referred to as the control flag - or the physika mical properties of the test object, such as electrical conductivity σ, the Per meability µ or derived quantities.

Wird ein solches, meist metallisches, Meßobjekt in das elektromagnetische Wechselfeld der Spule eines induktiven Sensors eingebracht, wird die komplexe Impedanz der Spule durch die nichtelektrischen Meßgrößen geändert. Die nichtelektrischen Meßgrößen beeinflussen bei geeigneter Frequenz häufig nur eine Komponente der komplexen Impedanz, beispielsweise beeinflußt die elektrische Leitfähigkeit des Meßobjektes den Verlustwiderstand der Spule oder die Permeabilität des Meßobjekts die Induktivität der Spule. Stets ist jedoch die Spule ohne Meßobjekt verlustbehaftet, d. h. ein induktiver Sensor hat neben der Grundinduktivität zusätzliche ohmsche Verluste.If such a, mostly metallic, object to be measured enters the alternating electromagnetic field the coil of an inductive sensor, the complex impedance of the coil changed by the non-electrical measurands. The non-electrical measurands often affect only one component of the complex at a suitable frequency Impedance, for example, affects the electrical conductivity of the test object Loss resistance of the coil or the permeability of the object to be measured Kitchen sink. However, the coil is always lossy without a measurement object, i. H. an inductive In addition to the basic inductance, the sensor has additional ohmic losses.

Die elektrischen Meßschaltungen sollen möglichst nur den Anteil der Impedanz oder eine aus der Impedanz abgeleitete Größe erfassen, die von der nichtelektrischen Meßgröße abhängig ist. Eine Meßschaltung zur Auswertung der Änderung der kom­ plexen Impedanz oder einer abgeleiteten Größe ist in ihrem Verhalten von den Eigen­ schaften der Spule abhängig. Die Güte Q bzw. der Verlustfaktor D und das Tempera­ turverhalten der Spule bestimmen bei ausreichend großer Meßempfindlichkeit die Eigenschaften der Messung. Mit anderen Worten, die Meßeigenschaften werden ganz wesentlich durch die Verluste der Spule bestimmt. Durch geeignete Wahl der Meß­ schaltung wird versucht, nur den meßgrößenabhängigen Teil der komplexen Impedanz oder einer daraus abgeleiteten Größe zu messen, beispielsweise den Wirkwiderstand oder die Induktivität oder die Güte bzw. den Verlustfaktor. Es sind zahlreiche Meß­ schaltungen zur Lösung dieses Problems bekannt, aber nur wenige Schaltungen haben sich in der Praxis als brauchbar bewährt. Meistens sind die Auswerteschaltungen zur Verbesserung der Meßeigenschaften direkt an die Sensorspule angepaßt.The electrical measuring circuits should if possible only the proportion of the impedance or detect a quantity derived from the impedance by the non-electrical Measured variable is dependent. A measuring circuit for evaluating the change in com plex impedance or a derived quantity is inherent in its behavior depending on the coil. The quality Q or the loss factor D and the tempera the behavior of the coil determine the sufficiently high sensitivity Properties of the measurement. In other words, the measurement properties become whole largely determined by the losses of the coil. By suitable choice of measuring circuit is attempted, only the part of the complex impedance dependent on the measured variable or measure a quantity derived from it, for example the effective resistance or the inductance or the quality or the loss factor. There are numerous measuring known circuits to solve this problem, but have few circuits has proven itself in practice. Mostly, the evaluation circuits are Improvement of the measuring properties directly adapted to the sensor coil.

Elektrische und elektronische Schaltungen sind in ihrem Verhalten von den Eigen­ schaften der verwendeten Bauelemente abhängig. Die Güte und das Temperaturverhal­ ten von Widerständen und Kondensatoren sind mit modernen Technologien beherrsch­ bar; ebenso sind die Eigenschaften von modernen Halbleiter-Schaltungen durch ge­ eignete Wahl der Schaltung bestimmbar; jedoch sind nur wenige Schaltungen bekannt, die die Güte und den Temperaturgang einer verlustbehafteten Spule verbessern. The behavior of electrical and electronic circuits is unique depending on the components used. The quality and the temperature behavior Resistors and capacitors are controlled with modern technologies bar; the properties of modern semiconductor circuits are also characterized by ge suitable choice of circuit can be determined; however, only a few circuits are known that improve the quality and temperature response of a lossy coil.  

Die wichtigsten berührungslosen Sensoren zur Prozeßsteuerung und Anlagenüber­ wachung sind induktive Abstands- bzw. Näherungssensoren oder Näherungsschalter und Näherungsinitiatoren. Ein induktiver Näherungssensor enthält eine Spule mit einem gerichteten elektromagnetischen Hochfrequenzfeld. Hierzu verwendet man meist han­ delsübliche zylinderförmige Einzel- oder Halbschalenkerne aus ferromagnetischem Ferritmaterial. Dadurch entsteht an den offenliegenden Schenkeln dieser rotationssym­ metrischen Einzelschalenkerne eine Vorzugsrichtung des elektromagnetischen Hochfre­ quenzfeldes. Wird in dieses gerichtete Hochfrequenzfeld ein elektrisch oder magnetisch leitendes bzw. ferromagnetisches Material - eine sogenannte Steuerfahne - gebracht, tritt eine Dämpfung der magnetischen und elektrischen Komponente des Hochfre­ quenzfeldes und damit eine Dämpfung der Spule auf.The most important non-contact sensors for process control and plant transfer are inductive distance or proximity sensors or proximity switches and Proximity initiators. An inductive proximity sensor contains a coil with a directional high-frequency electromagnetic field. Mostly han is used for this Standard cylindrical single or half-shell cores made of ferromagnetic Ferrite material. This creates a rotationally symmetrical pattern on the exposed legs metric single-shell cores a preferred direction of the electromagnetic high frequency quenzfeld. An electric or magnetic becomes in this directional high-frequency field conductive or ferromagnetic material - a so-called control flag - brought, occurs a damping of the magnetic and electrical components of the Hochfre quenzfeldes and thus a damping of the coil.

Ein handelsüblicher induktiver Näherungssensor enthält einen Hochfrequenz-Oszillator mit einem LC-Schwingkreis. Die Spule dieses LC-Schwingkreises erzeugt das gerichtete elektromagnetische Hochfrequenzfeld. Durch die oben beschriebenen Dämpfung des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes nimmt die Amplitude der Hochfrequenz- Schwingungen des Oszillators ab. Die Amplitude der Oszillator-Hochfrequenz-Schwin­ gungen kann als Maß für die Dämpfung des gerichteten elektromagnetischen Hoch­ frequenzfeldes verwendet werden, also als Maß für den Abstand einer Steuerfahne. Zur Auswertung der Dämpfung wird die Amplitude des Oszillator-Hochfrequenzsignals im allgemeinen gleichgerichtet und mit einem Tiefpaßfilter gefiltert. Dieses gleich­ gerichtete und gefilterte Hochfrequenz-Amplituden-Signal ist ein Gleichspannungs- oder Gleichstrom-Signal und kann entweder direkt in ein analoges Signal zur Anzeige des Abstandes einer Steuerfahne verstärkt oder mit Hilfe einer nachfolgenden Auswerte­ schaltung in ein Schaltsignal umgesetzt werden, wobei das Schaltsignal bei einem definierten Abstand der Steuerfahne seinen Schaltzustand ändert. Besonders induktive Näherungsschalter, die nach der zuletzt beschriebenen Funktion arbeiten, dienen in zahlreichen Ausführungsformen und in großer Anzahl zur Anlagensteuerung und Anlagenüberwachung. Als Schaltung zur Erzeugung der Hochfrequenz-Schwingungen wird sehr häufig eine Meißner-Oszillator-Schaltung verwendet.A commercially available inductive proximity sensor contains a high-frequency oscillator with an LC resonant circuit. The coil of this LC resonant circuit generates the directed one high frequency electromagnetic field. Due to the damping described above electromagnetic radio frequency field takes the amplitude of the radio frequency Vibrations of the oscillator. The amplitude of the oscillator radio frequency oscillation can act as a measure of the attenuation of the directed electromagnetic high frequency field are used, that is, as a measure of the distance of a control flag. The amplitude of the oscillator high-frequency signal is used to evaluate the damping generally rectified and filtered with a low pass filter. This same directional and filtered radio frequency amplitude signal is a DC voltage or DC signal and can either directly into an analog signal to display the Distance of a control flag or with the help of a subsequent evaluation circuit can be converted into a switching signal, the switching signal at a defined distance of the control flag changes its switching state. Particularly inductive Proximity switches that work according to the function described last serve in numerous embodiments and in large numbers for system control and Plant monitoring. As a circuit for generating the high-frequency vibrations a Meissner oscillator circuit is very often used.

Bei einem induktiven Näherungssensor hängt der erzielbare und nutzbare Abstands­ bereich, d. h. der Abstand der Steuerfahne von der "aktiven' Fläche der Spule, im wesentlichen von der Größe und den Eigenschaften der Hochfrequenz-Spule ab. Die Dämpfung durch die Steuerfahne bewirkt eine Änderung der Güte Q der Spule. Bei Annähern der Steuerfahne wird die Güte Q von einem maximalen Wert Q0 in Form einer S-Kurve auf einen minimalen Wert reduziert. Den Schaltpunkt bzw. den Meßbe­ reich legt man zweckmäßigerweise in den steilsten Teil der S-Kurve, i. a. ist das am Wendepunkt. Will man den Meßbereich vergrößern, so muß man auch die flacheren Teile der S-Kurve ausnutzen. Die Messung ist in einem flacheren Teil mit einer wesentlich größeren Unsicherheit behaftet, da eine bestimmte auswertbare Güteände­ rung hier eine große Änderung im Abstand s der Steuerfahne bedeutet. Der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die relative Güte Q/Q0 einer Spule zeigt, daß die Güte mit steigender Temperatur abnimmt. Der Temperatureinfluß auf die Spulengüte schränkt den nutzbaren Abstandsmeßbereich bei induktiven Näherungs­ sensoren wesentlich ein, da die Güteänderung infolge des Temperatureinflusses in einem vorgesehenen Temperatur-Arbeitsbereich größer werden kann als die durch eine Steuerfahne bewirkte Änderung.In the case of an inductive proximity sensor, the achievable and usable distance range, ie the distance of the control lug from the "active" surface of the coil, essentially depends on the size and properties of the high-frequency coil. The damping by the control lug changes the quality Q of the coil: As the control flag approaches, the quality Q is reduced from a maximum value Q 0 in the form of an S curve to a minimum value. The switching point or the measuring range is expediently set in the steepest part of the S curve, generally If you want to enlarge the measuring range, you also have to use the flatter parts of the S-curve. The measurement in a flatter part is associated with a much greater uncertainty, since a certain change in quality that can be evaluated here involves a major change in the distance The influence of the ambient temperature on the relative quality Q / Q 0 of a coil shows that the quality increases with The temperature influence on the coil quality considerably limits the usable distance measuring range with inductive proximity sensors, since the change in quality due to the temperature influence in a specified temperature working range can be greater than the change caused by a control flag.

Bei vielen Anwendungen und in vielen Ausführungsformen wird der Abstandsmeßbe­ reich so niedrig gewählt, daß keine besonderen Maßnahmen zu einer Temperaturkom­ pensation notwendig sind. Bei kritischen Einsatzfällen verwendet man temperatur­ abhängige Widerstände, beispielsweise Heißleiter oder Kaltleiter, um den Temperatur­ gang des Schaltabstandes zu kompensieren. Dieser zusätzliche Aufwand führt jedoch nur in einem beschränkten Temperaturbereich zu befriedigenden Ergebnissen. Eine wesentliche Vergrößerung des nutzbaren Abstandsmeßbereiches kann damit nicht erreicht werden.In many applications and in many embodiments, distance measurement is used rich selected so low that no special measures to a Temperaturkom pensation are necessary. In critical applications, temperature is used dependent resistors, for example thermistors or PTC thermistors, around the temperature to compensate for the switching distance. However, this additional effort leads only satisfactory results in a limited temperature range. A it cannot significantly increase the usable distance measuring range can be achieved.

Eine verlustbehaftete Spule wird durch die komplexe Impedanz Z beschrieben. Eine an die Spule angelegte Meßspulen-Wechselspannung U eilt dem durch die Spule fließen­ den Meßspulen-Wechselstrom I um den Phasenwinkel ϕUI, vor, der um den Verlustwin­ kel δ kleiner ist als 90° (Grad). Das Verhalten einer verlustbehafteten Sensorspule eines induktiven Näherungssensors wird durch eine Ersatzschaltung beschrieben, in der der Feldverlustwiderstand RF durch einen ohmschen Parallelwiderstand parallel zu einem Blindwiderstand XL, der durch eine reine Induktivität L gebildet wird, und in Reihe zu dieser Parallelschaltung der Wicklungswiderstand RCU der Spule durch einen ohmschen Vorwiderstand berücksichtigt werden, wie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 14 131 A1 in Fig. 2a dargestellt. In dieser an sich bekannten Ersatzschaltung repräsentiert
A lossy coil is described by the complex impedance Z. A measuring coil AC voltage U applied to the coil hurries through the coil to flow the measuring coil AC current I by the phase angle ϕ UI , which is smaller than 90 ° (degrees) by the loss angle δ. The behavior of a lossy sensor coil of an inductive proximity sensor is described by an equivalent circuit in which the field loss resistance R F by an ohmic parallel resistor in parallel with a reactance X L , which is formed by a pure inductance L, and in series with this parallel connection, the winding resistance R CU of the coil are taken into account by an ohmic series resistor, as shown, for example, in German Offenlegungsschrift DE 38 14 131 A1 in FIG. 2a. Represented in this equivalent circuit known per se

  • - der Feldverlustwiderstand RF die Wirkverluste des elektromagnetischen Wechselfeldes durch Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste im Spulenkern und im Meßobjekt (Steuerfahne),- the field loss resistance R F is the active losses of the alternating electromagnetic field due to eddy currents and magnetic reversal losses in the coil core and in the test object (control flag),
  • - der Blindwiderstand XL die induktiven Verluste der Meßspule und des elektromag­ netischen Wechselfeldes infolge der Permeabilität µ des Meßobjektes (Steuerfahne) und die dielektrischen Verluste durch die Eigenkapazität der Meßspule und- The reactance X L the inductive losses of the measuring coil and the electromagnetic alternating field due to the permeability µ of the test object (control flag) and the dielectric losses due to the capacitance of the measuring coil and
  • - der Wicklungswiderstand RCU die Gleichstrom-Wirkverluste durch den Kupferwider­ stand des Spulendrahtes und die Wechselstrom-Wirkverluste durch den Skin-Effekt im Spulendraht.- The winding resistance R CU the direct current losses due to the copper resistance of the coil wire and the alternating current losses due to the skin effect in the coil wire.

Die Güte einer Spule ist gegeben durch das Verhältnis aus dem Blindwiderstand Im(Z) und dem Verlustwiderstand Re(Z), wobei Z der komplexe Scheinwiderstand (Impe­ danz) der Spule ist.
The quality of a coil is given by the ratio of the reactance Im ( Z ) and the loss resistance Re ( Z ), where Z is the complex impedance (impedance) of the coil.

Der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Impedanz Z und auf die Güte Q einer Spule wird im wesentlichen durch die Temperaturabhängigkeit der Verlustwiderstände bewirkt. Bekannt ist der Temperaturkoeffizient α des Gleichstrom-Widerstandes der Kupferwicklung der Spule mit etwa 3,95.10-3/K. Die Temperaturgänge der anderen Verlustwiderstände sind meist kleiner, jedoch in ihrer Größe von der Bauart der Spule abhängig.The influence of the ambient temperature on the impedance Z and on the quality Q of a coil is essentially caused by the temperature dependence of the loss resistances. The temperature coefficient α of the direct current resistance of the copper winding of the coil with approximately 3.95.10 -3 / K is known. The temperature responses of the other loss resistors are usually smaller, but their size depends on the type of coil.

Die Güte und damit auch der Temperaturgang einer Spule ist eine zusammengesetzte Größe, die bei verschiedenen Bauarten und sogar von Exemplar zu Exemplar starken Schwankungen unterworfen ist. Deshalb muß eine Kompensation bzw. eine Reduzierung des Temperaturganges mindestens für jede Bauart einer Spule getrennt vorgenommen werden.The quality and thus the temperature response of a coil is a composite  Size that is strong in different designs and even from specimen to specimen Is subject to fluctuations. Therefore a compensation or a reduction of the temperature response at least separately for each type of coil will.

Als Maß für den Abstand eines Meßobjektes (Steuerfahne) von der Sensorspule werden im allgemeinen die Meßgrößen komplexe Impedanz Z oder ersatzweise Güte Q oder Scheinwiderstand Z der Meßspule gemessen. Häufig wird die Messung der Güte mit einem LC-Schwingkreis oder die Messung des Scheinwiderstandes in der zerstörungs­ freien Materialprüfung durchgeführt. Der Nachteil dieser Messungen ist die Abhängig­ keit von der Temperatur und vom Material des Meßobjektes und damit die reduzierte Genauigkeit der Meßgröße. Bei der Gütemessung mit einem LC-Schwingkreis wird dieser Schwingkreis in einem Oszillator zu Resonanzschwingungen angeregt, wobei die Schwingungsamplitude des Oszillators ein Maß für die Güte ist. Der Scheinwiderstand Z läßt sich aus der gleichzeitigen Effektivwert-Messung der an der Meßspule angelegten Spannung Ueff und des durch die Meßspule fließenden Stromes Ieff ermitteln.
As a measure of the distance of a measurement object (control flag) from the sensor coil, the measured variables complex impedance Z or, alternatively, quality Q or impedance Z of the measurement coil are measured. The quality is often measured with an LC resonant circuit or the impedance is measured in the non-destructive material test. The disadvantage of these measurements is the dependency on the temperature and the material of the test object and thus the reduced accuracy of the measured variable. In quality measurement with an LC resonant circuit, this resonant circuit is excited to resonate vibrations in an oscillator, the oscillation amplitude of the oscillator being a measure of the quality. The impedance Z can be determined from the simultaneous effective value measurement of the voltage U eff applied to the measuring coil and the current I eff flowing through the measuring coil.

Dabei enthält der Scheinwiderstand Z die Wirkkomponente R (Verlustwiderstand) und die frequenzabhängige Blindkomponente XL = ωL. Aus der komplexen Impedanz Z = R + jωL ergibt sich der Scheinwiderstand Z.
The impedance Z contains the active component R (loss resistance) and the frequency-dependent reactive component X L = ωL. The impedance Z results from the complex impedance Z = R + jωL.

Ist der Wirkwiderstand R vernachlässigbar, so ergibt sich aus der Strom- und Span­ nungsmessung der Blindwiderstand XL.
If the effective resistance R is negligible, the reactive resistance X L results from the current and voltage measurement.

Um aus den Messungen die Induktivität L zu erhalten, muß noch die Frequenz f = ω/2π der Meßspannung bekannt sein. Zur Messung der eigentlich zu erfassenden komplexen Impedanz Z muß mittels zweier getrennter Meßvorgänge entwederIn order to obtain the inductance L from the measurements, the frequency f = ω / 2π of the measuring voltage must also be known. To measure the complex impedance Z that is actually to be detected, two separate measuring processes must be used either

  • - der Wirkwiderstand R als Realteil Re(Z) und der Blindwiderstand XL als Imaginärteil Im(Z) der komplexen Impedanz oder- The effective resistance R as the real part Re ( Z ) and the reactance X L as the imaginary part Im ( Z ) of the complex impedance or
  • - der Scheinwiderstand Z und der Phasenwinkel ϕUI zwischen dem durch die Meßspule fließenden Meßspulen-Wechselstrom I und der an die Meßspule angelegten Meßspulen- Wechselspannung U gemessen werden. Bei den meisten Anwendungen wird nur eine der oben dargestellten Meßgrößen gemessen und zwar nur diejenige, die möglichst selektiv auf die zu messende Größe Abstand der Steuerfahne von der Meßspule reagiert und die von Störgrößen wie Temperatur und elektromagnetische Einstrahlun­ gen möglichst wenig beeinflußt wird, so daß die Genauigkeit und Auflösung möglichst hoch ist.- The impedance Z and the phase angle ϕ UI between the measuring coil alternating current I flowing through the measuring coil and the measuring coil alternating voltage U applied to the measuring coil are measured. In most applications, only one of the measured variables shown above is measured, and only the one that reacts as selectively as possible to the distance to be measured between the control flag and the measuring coil and which is influenced as little as possible by disturbance variables such as temperature and electromagnetic radiation, so that the Accuracy and resolution is as high as possible.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 13 403 A1 wird ein Verfahren angegeben, nach dem der Temperaturkoeffizient des Wicklungskupferwiderstandes der Schwing­ kreisspule zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Güte des Schwingkreises ausgenutzt wird, wobei eine zum Kupferwiderstand der Schwingkreisspule proportionale Spannung mit einer zweiten Spule an den Schwingkreis angelegt wird. Diese Tempera­ turkompensation ist aber nur unter ganz speziellen Bedingungen zu realisieren. Der Kupferwiderstand der zweiten Spule muß wesentlich größer sein als der Kupferwider­ stand der Schwingkreisspule, während die Induktivität beider Spulen gleich groß sein muß. Diese Bedingungen sind in der Praxis nur sehr schwer zu erfüllen.In the German patent application DE 35 13 403 A1 a method is specified after which the temperature coefficient of the winding copper resistance of the oscillation Circular coil for compensation of the temperature coefficient of the quality of the resonant circuit is used, one proportional to the copper resistance of the resonance circuit coil Voltage is applied to the resonant circuit with a second coil. This tempera However, door compensation can only be implemented under very special conditions. Of the The copper resistance of the second coil must be significantly larger than the copper resistance stood the voice circuit coil, while the inductance of both coils can be the same size got to. In practice, these conditions are very difficult to meet.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 14 131 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, in dem der Wirkwiderstand der Sensorspule als Feldverlust­ widerstand direkt mit einer Leistungsmessung gemessen wird. Dieser Feldverlustwider­ stand der Sensorspule, hervorgerufen durch die Verluste des elektromagnetischen Feldes infolge des Streufeldes und infolge einer elektromagnetischen Dämpfung durch eine Steuerfahne, ist bei der Wahl einer geeigneten Frequenz abhängig vom Abstand s der Steuerfahne. Bei Verwendung einer Vier-Leiter-Schaltung ist die Messung in einem weiten Temperaturbereich temperaturunabhängig, da hierbei der temperaturab­ hängige Wicklungswiderstand der Spule (auch als Kupferwiderstand bezeichnet) und die Leitungswiderstände der vier Zuleitungen nicht in die Messung eingehen. Durch phasenrichtige Multiplikation des Spulen-Wechselstromes und der induzierten Spulen- Wechselspannung und nachfolgender Tiefpaßfilterung wird die Wirkleistung in der Spule gemessen, die umgekehrt proportional dem Feldverlustwiderstand ist.In the German patent application DE 38 14 131 A1 a method and a Device specified in which the effective resistance of the sensor coil as a field loss resistance is measured directly with a power measurement. This field loss resists stood the sensor coil, caused by the losses of the electromagnetic Field due to the stray field and due to electromagnetic damping a control flag, depends on the distance when choosing a suitable frequency s the tax flag. When using a four-wire circuit, the measurement is in temperature-independent over a wide temperature range, since the temperature-dependent dependent winding resistance of the coil (also called copper resistance) and the Line resistances of the four supply lines are not included in the measurement. By in-phase multiplication of the coil alternating current and the induced coil AC voltage and subsequent low-pass filtering is the active power in the Coil measured, which is inversely proportional to the field loss resistance.

In ähnlicher Weise läßt sich mittels einer phasenrichtigen Multiplikation des um 90° phasenverschobenen Spulen-Wechselstromes und der induzierten Spulen-Wechselspan­ nung und nachfolgender Tiefpaßfilterung die Blindleistung in der Spule messen, die ebenfalls umgekehrt proportional dem Spulen-Blindwiderstand bzw. der Spuleninduktivi­ tät ist. Zur einfachen Trennung der Primär- und Sekundärseite, d. h. des Spulenstromes und der induzierten Spulenspannung, wird die induzierte Spulenspannung mittels einer zweiten Wicklung ausgekoppelt. Im einfachsten Fall sind die beiden Wicklungen identisch und bifilar gewickelt.In a similar way, the phase can be multiplied by 90 ° phase-shifted coil alternating current and the induced coil alternating voltage voltage and subsequent low-pass filtering measure the reactive power in the coil also inversely proportional to the coil reactance or the coil inductance act. For easy separation of the primary and secondary side, i.e. H. of the coil current and the induced coil voltage, the induced coil voltage is measured using a second winding decoupled. In the simplest case, the two windings are wrapped identically and bifilar.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 28 097 A1 wird eine Vorrichtung zum Messen der Impedanz von passiven Sensoren (induktive, kapazitive und ohmsche Sensoren) mit doppelt rückgekoppelter Phasenregelschleife PLL (phase locked loop) beschrieben, wobei in der einen Rückkopplungsleitung ein Meßphasenschieber als Tiefpaß- oder Hochpaß-Filter mit dem Sensor-Bauelement angeordnet ist. Die frequen­ zanaloge Signalauswertung einer solchen Phasenregelschleife besitzt eine sehr hohe Meßempfindlichkeit. Weiterhin läßt sich das frequenzanaloge Ausgangssignal in ein­ facher Weise weiterverarbeiten und in ein digitales Signal umsetzen. In the German patent application DE 43 28 097 A1 a device for Measuring the impedance of passive sensors (inductive, capacitive and ohmic Sensors) with PLL (phase locked loop) described, wherein in a feedback line a measuring phase shifter as Low-pass or high-pass filter is arranged with the sensor component. The frequencies zanalog signal evaluation of such a phase locked loop has a very high Sensitivity to measurement. Furthermore, the frequency-analog output signal can be integrated further process and convert it into a digital signal.  

Bei allen bisher bekannten induktiven Näherungsschaltern ist die Schaltgeschwindigkeit, d. h. die Grenzfrequenz für Schaltvorgänge, durch die Tiefpaßfilterung zur Erzeugung des abstandsabhängigen Ausgangssignals (meist eine Gleichspannung) und besonders durch die im Schwingkreis und die im elektromagnetischen Feld gespeicherte Energie bestimmt und damit erheblich erniedrigt. Die Grenzfrequenz der meßbaren Schaltvor­ gänge wird hierbei durch elektrische Umladevorgänge und durch Trägheit des stationä­ ren, elektromagnetischen Wechselfeldes der Sensorspule bestimmt. Das Frequenzverhal­ ten der Schaltfrequenz eines induktiven Näherungsschalters zeigt insgesamt das Verhal­ ten eines Tiefpaßfilters, d. h. die niedrigste Grenzfrequenz der Meßkette bestimmt im wesentlichen sein gesamtes Frequenzverhalten. Das oben erwähnte Tiefpaßfilter dient neben der Erzeugung des abstandsabhängigen Ausgangssignals i. a. auch der Störunter­ drückung innerer und äußerer Störsignale. Meist liegt die Grenzfrequenz der Schaltvor­ gänge bei etwa 1 kHz, nur mit erheblichen elektronischen Mitteln ist eine Grenzfre­ quenz von 10 kHz zu erreichen, jedoch nur mit einer niedrigeren Störunterdrückung bzw. einem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis.In all previously known inductive proximity switches, the switching speed is d. H. the cut-off frequency for switching operations, through low-pass filtering for generation the distance-dependent output signal (usually a DC voltage) and especially by the energy stored in the resonant circuit and in the electromagnetic field determined and thus significantly lowered. The cutoff frequency of the measurable switching device gears is caused by electrical reloading and by inertia of the stationary Ren, alternating electromagnetic field of the sensor coil determined. The frequency behavior Overall, the behavior shows the switching frequency of an inductive proximity switch ten of a low pass filter, d. H. the lowest frequency limit of the measuring chain determines in essentially its entire frequency response. The low pass filter mentioned above serves in addition to the generation of the distance-dependent output signal i. a. also the interferer pressure of internal and external interference signals. The cut-off frequency of the switch is usually gears at around 1 kHz, only with considerable electronic means is a limit to achieve a frequency of 10 kHz, but only with a lower interference suppression or a poorer signal-to-noise ratio.

Desweiteren begrenzt der Temperaturgang der Impedanz der Sensorspule, insbesondere der Wicklungswiderstand RCU, hier die Meßempfindlichkeit, so daß sinnvollerweise nur solche Meßverfahren verbessert werden sollten, die den Temperaturgang der Sensor­ spule berücksichtigen bzw. kompensieren.Furthermore, the temperature response of the impedance of the sensor coil, in particular the winding resistance R CU , limits the measuring sensitivity here, so that only those measuring methods should be improved that take into account or compensate for the temperature response of the sensor coil.

Weiterhin ist das analoge Ausgangssignal bzw. der Schaltpunkt vom Material der Steuerfahne abhängig, wodurch die Meßgenauigkeit des induktiven Näherungssensors verschlechtert wird. Diese Abhängigkeit wird entweder durch einen Werkstoffaktor oder durch aufwendige Kompensationsmaßnahmen mit Hilfsspulen auf der Sekundärseite eines Übertragers oder durch ein Differentialverfahren mit einer mathematisch-schal­ tungstechnischen Signalverarbeitung zur Kompensation des Werkstoffaktors beseitigt. Im deutschen Gebrauchsmuster DE 94 12 765 U1 wird diese Problematik mittels eines Differentialverfahrens durch Messung der in der Sensorspule induzierten Spannung und der Resonanzfrequenz eines mit der Sensorspule gebildeten LC-Schwingkreises und durch eine mathematisch-technische Verknüpfung dieser beiden Signale gelöst. Auch hier ist die Schaltgeschwindigkeit des induktiven Näherungssensors wegen der Tief­ paßfilterung der beiden Signale und durch die im Schwingkreis gespeicherte Energie erheblich reduziert.Furthermore, the analog output signal or the switching point of the material Control flag dependent, whereby the measuring accuracy of the inductive proximity sensor is deteriorating. This dependency is determined either by a material actuator or through complex compensation measures with auxiliary coils on the secondary side a transformer or by a differential method with a mathematically-stale Technical signal processing to compensate for the material actuator eliminated. in the German utility model DE 94 12 765 U1, this problem is addressed by means of a Differential method by measuring the voltage and induced in the sensor coil the resonance frequency of an LC resonant circuit formed with the sensor coil and solved by a mathematical-technical connection of these two signals. Also here is the switching speed of the inductive proximity sensor because of the low pass filtering of the two signals and by the energy stored in the resonant circuit significantly reduced.

Es zeigt sich also, daß Korrekturverfahren für einige Einfluß- und Störgrößen bekannt sind. Jedoch ist bisher kein Verfahren und keine Vorrichtung bekannt, die aufgrund des Verfahrens selbst die oben beschriebenen Beeinflussungen und Störungen der Messung reduzieren bzw. ganz vermeiden.It can be seen that correction methods are known for some influencing and disturbance variables are. However, no method and no device is known to date which are based on the Procedure itself the influences and disturbances of the measurement described above reduce or avoid entirely.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die nachweisbare Grenzfrequenz eines induktiven Näherungssensors oder Wirbelstromsensors bzw. die maximal meßbare Schaltgeschwindigkeit eines induktiven Näherungsschalter oder Näherungsinitiators wesentlich zu erhöhen, ohne dabei seine Meßeigenschaften zu verschlechtern, so daß die Meßgenauigkeit und Störunanfälligkeit erhalten bleibt bzw. noch verbessert wird.The invention is therefore based on the object of the detectable cutoff frequency an inductive proximity sensor or eddy current sensor or the maximum measurable Switching speed of an inductive proximity switch or proximity initiator to increase significantly without deteriorating its measuring properties, so that  the measurement accuracy and susceptibility to interference are maintained or improved.

Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß dem Anspruch 1. Danach wird an einer Sensor­ spule eines induktiven Näherungssensors die Phasenverschiebung zwischen angelegter Meßspulen-Wechselspannung U oder induzierter Meßspulen-Wechselspannung U ind und durchfließendem Meßspulen-Wechselstrom I unmittelbar während jeder Halbperiode oder einem Vielfachen jeder Halbperiode von Strom und Spannung mit elektronischen Mitteln gemessen. Der Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die komplexe Meß­ spulen-Impedanz Z oder eine abgeleitete Meßgröße der Sensorspule, hier vorzugsweise die Phasenverschiebung ϕUI zwischen Strom und Spannung, möglichst häufig und möglichst sofort nach einer möglichen Änderung gemessen werden kann, wenn die Meßspulen-Impedanz Z ohne eine Verzögerung durch zusätzliche Filter bestimmt wird. Jedes Tiefpaß- und Bandpaß-Filter mit seiner Grenz- oder Resonanzfrequenz f0 verzögert das Signal zwischen seinem Eingang und Ausgang um die Verzögerungszeit T0 = 1/f0.The invention solves the problem according to claim 1. Thereafter, on a sensor coil of an inductive proximity sensor, the phase shift between applied measuring coil alternating voltage U or induced measuring coil alternating voltage U ind and flowing measuring coil alternating current I immediately during each half period or a multiple of each half period of Current and voltage measured by electronic means. The solution is based on the knowledge that the complex measuring coil impedance Z or a derived measured variable of the sensor coil, here preferably the phase shift ϕ UI between current and voltage, can be measured as often and as immediately as possible after a possible change if the measuring coil Impedance Z is determined without a delay by additional filters. Each low-pass and band-pass filter with its cutoff or resonance frequency f 0 delays the signal between its input and output by the delay time T 0 = 1 / f 0 .

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Developments of the invention are specified in the subclaims.

In der Meßtechnik setzt sich immer stärker die Anwendung der Digitaltechnik wegen ihrer hohen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit bis zu Grenzfrequenzen von einigen GHz und wegen ihrer größeren Störsicherheit und einfacheren Signalverarbeitung gegenüber der Analogtechnik durch. In der digitalen Meßtechnik erfolgt die Verar­ beitung der Signale wertdiskret und zeitdiskret. Die notwendige Quantisierung der Meßsignale sollte aus obigen Gründen möglichst am Anfang der Meßkette erfolgen, so daß die gesamte Meßeinrichtung mit einfachen und preisgünstigen digitalen Schalt­ elementen und Baugruppen aufgebaut werden kann. Im einfachsten Fall kann der Wert eines zu messenden analogen Signals (Strom oder Spannung) als binäres Signal aus­ gegeben werden, d. h., ob das Signal größer oder kleiner als ein Vergleichssignal ist. Diese Aufgabe läßt sich für eine Spannung mit einem Spannungskomparator erfüllen. Als Vergleichsspannung kann beispielsweise der Wert Null dienen, so daß bei einer reinen symmetrischen Wechselspannung ohne Gleichspannungsanteil der Nulldurchgang als Schaltbedingung für das binäre Ausgangssignal des Spannungskomparators verwen­ det werden kann. Die Schaltbedingung kann in gleicher Weise bei einer endlichen Vergleichsgleichspannung liegen, die ungleich Null ist. Dies wird vorzugsweise bei einer Wechselspannung mit Gleichspannungsanteil angewandt. Das gleiche Verfahren wie oben beschrieben kann in gleicher Weise bei einem analogen Wechselstromsignal durchgeführt werden.The use of digital technology is becoming increasingly prevalent in measurement technology their high signal processing speed up to cut-off frequencies of a few GHz and because of their greater immunity to interference and easier signal processing compared to analog technology. The processing takes place in digital measurement technology Processing of the signals in a value-discrete and time-discrete manner. The necessary quantization of the For the above reasons, measurement signals should occur at the beginning of the electrode, if possible that the entire measuring device with simple and inexpensive digital switching elements and assemblies can be built. In the simplest case, the value of an analog signal to be measured (current or voltage) as a binary signal be given, d. i.e. whether the signal is larger or smaller than a comparison signal. This task can be accomplished for a voltage with a voltage comparator. For example, the value zero can serve as the reference voltage, so that at a pure symmetrical AC voltage with no DC component of zero crossing use as a switching condition for the binary output signal of the voltage comparator can be detected. The switching condition can be finite in the same way Comparative DC voltage are not equal to zero. This is preferred for a AC voltage with a DC voltage component applied. The same procedure as described above can in the same way with an analog AC signal be performed.

Bei einem erfindungsgemäßen induktiven Näherungssensor wird die Messung der kom­ plexen Meßspulen-Impedanz Z (im folgenden auch als Meßspulen-Wechselstromwider­ stand bezeichnet) bzw. hilfsweise die Messung der Phasenverschiebung ϕUI bei einem Nulldurchgang der Meßspulen-Wechselspannung U und des Meßspulen-Wechselstromes I oder beim Überschreiten bzw. Unterschreiten dieser Wechselsignale gegenüber einem Vergleichs-Gleichsignal vorgenommen. Vorzugsweise werden Spannungssignale verwen­ det, so daß ausschließlich die oben beschriebenen Spannungskomparatoren verwendet werden können. Hierzu wird dem Meßspulen-Wechselstrom I mit einem Strom-Span­ nungs-Wandler, vorzugsweise eine reine Referenzimpedanz Z ref (im folgenden auch als Referenz-Wechselstromwiderstand bezeichnet), beispielsweise ein ohmscher Widerstand, ein verlustarmer Kondensator oder eine verlustarme Spule, oder eine gemischte Kom­ bination aus diesen Bauelementen in eine proportionale Referenz-Wechselspannung U I überführt. Bei der Verwendung eines Kondensators oder einer Spule in der Referenz­ impedanz Z ref wird eine zusätzliche Phasenverschiebung ϕI zwischen dem Meßspulen- Wechselstrom I und der Referenz-Wechselspannung U I erzeugt, die bei der Phasen­ verschiebung ϕUI vorzeichenrichtig berücksichtigt werden muß.In an inductive proximity sensor according to the invention, the measurement of the complex measuring coil impedance Z (hereinafter also referred to as measuring coil alternating current resistance) or alternatively the measurement of the phase shift ϕ UI at a zero crossing of the measuring coil alternating voltage U and the measuring coil alternating current I or when exceeding or falling below these alternating signals compared to a comparison DC signal. Voltage signals are preferably used so that only the voltage comparators described above can be used. For this purpose, the measuring coil alternating current I with a current-voltage converter, preferably a pure reference impedance Z ref (hereinafter also referred to as reference alternating current resistance), for example an ohmic resistor, a low-loss capacitor or a low-loss coil, or a mixed comm combination of these components converted into a proportional reference AC voltage U I. When using a capacitor or a coil in the reference impedance Z ref an additional phase shift is generated I and the reference alternating voltage U i between the Meßspulen- I AC φ, φ, the UI must be the correct sign in displacement of the phases.

Die Phasenverschiebung ϕUI zwischen Meßspulen-Wechselstrom und Spannung der Sensorspule ergibt sich zu
The phase shift ϕ UI between the measuring coil alternating current and the voltage of the sensor coil results in

und wird als Zeitintervall TUI, zwischen dem Komparatorschaltpunkt tU der Meßspulen- Wechselspannung U und dem Komparatorschaltpunkt tI des Meßspulen-Wechseltromes I gemessen, wobei die Frequenz f oder die Periodendauer T des Wechselstrom- oder Wechselspannungssignals berücksichtigt werden muß.
and is measured as the time interval T UI , between the comparator switching point t U of the measuring coil alternating voltage U and the comparator switching point t I of the measuring coil alternating current I , the frequency f or the period T of the alternating current or alternating voltage signal having to be taken into account.

Zur Bestimmung der Phasenverschiebung ϕUI wird also das Zeitintervall TUI bezogen auf die Periodendauer T des Meßspulen-Wechselsignals gemessen. Durch die schal­ tungstechnische Verknüpfung der beiden Ausgangssignale der beiden Komparatoren mittels digitaler Gatter, Kippstufen, Speicherglieder oder Flipflops oder Kombinationen aus diesen digitalen Verknüpfungsgliedern entsteht eine Impulsfolge mit einer Im­ pulsfolgefrequenz oder Impulsrate, die aus der Frequenz f der Meßspulen-Wechselspan­ nung abgeleitet und damit identisch oder doppelt so groß ist. Es sind auch digitale Verknüpfungsglieder bekannt, die solche Komparatoren als Eingangsstufe enthalten. Im einfachsten Fall kann ein solcher analoger Komparator ein nicht gegengekoppelter Operationsverstärker sein. Das Tastverhältnis der Impulsfolge entspricht also der Phasenverschiebung ϕUI. Die Messung des Tastverhältnisses läßt sich mit hier nicht näher beschriebenen analogen und digitalen elektrischen oder elektronischen Mitteln in ein analoges oder digitales Signal umformen und mathematisch-schaltungstechnisch auswerten, wobei keine Tiefpaßfilterung notwendig ist.To determine the phase shift ϕ UI , the time interval T UI is measured based on the period T of the measuring coil alternating signal. By switching the two output signals of the two comparators by means of digital gates, flip-flops, memory elements or flip-flops or combinations of these digital logic elements, a pulse train with a pulse repetition frequency or pulse rate is obtained which is derived from the frequency f of the measuring coil AC voltage and is therefore identical or twice the size. Digital logic elements are also known which contain such comparators as an input stage. In the simplest case, such an analog comparator can be an operational amplifier that is not fed back. The duty cycle of the pulse train thus corresponds to the phase shift ϕ UI . The measurement of the duty cycle can be converted into an analog or digital signal using analog and digital electrical or electronic means (not described in more detail here) and evaluated mathematically and in terms of circuitry, no low-pass filtering being necessary.

Die Messung der komplexen Meßspulen-Impedanz Z erfolgt beispielsweise mittels der oben beschriebenen Messung der Phasenverschiebung ϕUI oder des Meßspulen-Schein­ widerstandes Z. Der Meßspulen-Scheinwiderstand Z kann beispielsweise mittels einer Effektivwert-Messung des Meßspulen-Wechseltromes Ieff und der Meßspulen-Wechsel­ pannung Ueff erfolgen.
The measurement of the complex measuring coil impedance Z takes place, for example, by means of the above-described measurement of the phase shift ϕ UI or the measuring coil impedance Z. The measuring coil impedance Z can, for example, by means of an effective value measurement of the measuring coil alternating current I eff and the measuring coil change voltage U eff .

Ebenso ist damit der Meßspulen-Wirkwiderstand
So is the measuring coil effective resistance

und der Meßspulen-Blindwiderstand
and the measuring coil reactance

der Sensorspule bestimmt, wobei die Berechnung der Größen R und XL mittels einer mathematisch-schaltungstechnischen Verknüpfung mit an sich bekannten elektrotech­ nischen Mitteln erfolgen kann. Die komplexe Meßspulen-Impedanz Z der Sensorspule eines induktiven Näherungssensors setzt sich wie oben beschrieben aus der Parallel­ schaltung des Feldverlustwiderstandes RF und des reinen Blindwiderstandes XL und dem Wicklungswiderstand R1 als Vorwiderstand zusammen. Der größte Anteil der Wirkkomponente der komplexen Meßspulen-Impedanz Z ist der stark temperaturab­ hängige Wicklungswiderstand RCU, der im folgenden mit R1 bezeichnet wird.the sensor coil is determined, the calculation of the quantities R and X L can be carried out by means of a mathematical circuit combination with known electrical engineering means. The complex measuring coil impedance Z of the sensor coil of an inductive proximity sensor is composed, as described above, of the parallel connection of the field loss resistor R F and the pure reactance resistor X L and the winding resistor R 1 as a series resistor. The largest proportion of the active component of the complex measuring coil impedance Z is the strongly temperature-dependent winding resistance R CU , which is referred to below as R 1 .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßverfahren und eine Meßvorrichtung anzugeben, bei dem die Temperaturabhängigkeit der Spule nicht mehr in die Messung des Abstandes der Steuerfahne eingeht, so daß beispielsweise in der Anwendung als Näherungssensor der Abstand oder als Näherungsschalter der Schalt­ abstand sehr stabil über einen weiten Temperaturbereich gemessen wird. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Meßmittel vorhanden sind, um den Feldverlustwiderstand RF und den reinen Meßspulen-Blindwiderstand XL direkt zu messen. Dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieser Feldverlustwiderstand RF und der reine Spulen-Blindwiderstand XL abhängig vom Abstand s der Steuerfahne sind, während der Wicklungswiderstand R1 unabhängig vom Abstand s der Steuerfahne ist.It is therefore the object of the present invention to provide a measuring method and a measuring device in which the temperature dependency of the coil is no longer included in the measurement of the distance of the control flag, so that, for example, in the application as a proximity sensor, the distance or as a proximity switch, the switching distance is very great is measured stably over a wide temperature range. The device according to the invention is characterized in that measuring means are provided to measure the field loss resistance R F and the pure measuring coil reactance X L directly. This device according to the invention is based on the knowledge that this field loss resistance R F and the pure coil reactance X L are dependent on the distance s of the control lug, while the winding resistance R 1 is independent of the distance s of the control lug.

Der Feldverlustwiderstand RF und der reine Blindwiderstand XL der Sensorspule können nicht direkt aus der Meßspulen-Wechselpannung U und aus dem Meßspulen- Wechseltrom I gemessen werden, da die Meßspulen-Wechselpannung U um den Spannungsabfall am Wicklungswiderstand R1 zu groß gemessen wird. Der Erfindung liegt also die weitere Erkenntnis zugrunde, daß der Spannungsabfall an der Parallel­ schaltung von RF und XL, die sogenannte induzierte Meßspulen-Wechselspannung U ind, zu messen ist. Die induzierte Meßspulen-Wechselspannung U ind als induzierte Meßspulen-Primär-Wechselspannung U 1,ind = U 1 bezeichnet) ist nur mittels einer Hilfsspule L2 als induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2,ind = U 2 meßbar. Die Hilfsspule L2 ist unmittelbar auf der Meßspule L1 angebracht und mit dieser direkt magnetisch gekoppelt, so daß der Kopplungsfaktor k möglichst nahe bei eins liegt. Entsprechend der bekannten Übertragung von Wechselspannungen mittels eines Transformators oder Übertragers verhält sich die induzierte Meßspulen-Primär- Wechselspannung der Primärseite U 1 zur induzierten Meßspulen-SekundärWechsel­ spannung der Sekundärseite U 2 wie die Windungszahl der Primärseite N1 zu der Windungszahl der Sekundärseite N2.
The field loss resistance R F and the pure reactance X L of the sensor coil cannot be measured directly from the measuring coil alternating voltage U and from the measuring coil alternating current I , since the measuring coil alternating voltage U is measured too large by the voltage drop across the winding resistor R 1 . The invention is therefore based on the further finding that the voltage drop across the parallel circuit of R F and X L , the so-called induced measuring coil alternating voltage U ind , is to be measured. The induced measuring coil alternating voltage U ind as the induced measuring coil primary alternating voltage U 1, ind = U 1 ) can only be measured by means of an auxiliary coil L 2 as the induced measuring coil secondary alternating voltage U 2, ind = U 2 . The auxiliary coil L 2 is mounted directly on the measuring coil L 1 and directly magnetically coupled to it, so that the coupling factor k is as close as possible to one. Corresponding to the known transmission of alternating voltages by means of a transformer or transformer, the induced measuring coil primary alternating voltage of the primary side U 1 to the induced measuring coil secondary alternating voltage of the secondary side U 2 behaves like the number of turns of the primary side N 1 to the number of turns of the secondary side N 2 .

Die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 ist also direkt proportional der nicht direkt meßbaren, induzierten Meßspulen-Primär-Wechselspannung U 1, wobei das Wicklungsverhältnis N1/N2 beliebig sein kann, aber bekannt sein muß. Der Wick­ lungswiderstand R2 der sekundären Hilfswicklung L2 geht dann nicht in eine Span­ nungsmessung ein, wenn diese Messung hochohmig erfolgt, d. h. der Meßstrom sehr klein ist, beziehungsweise die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 leistungslos gemessen wird; in diesem Fall ist die induzierte Meßspulen-Sekundär- Wechselspannung U 2 gleich der Spannung an den Spulenanschlüssen. Der Vorteil der leistungslosen Messung der induzierten Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung ist, daß der temperaturabhängige Wicklungswiderstand R2 die Messung nicht mehr beeinflußt. In einer bevorzugten Ausführung wird die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechsel­ spannung U 2 gleich groß wie die induziere Meßspulen-Primär-Wechselspannung U 1 gemacht, indem die Anzahl der Windungen auf der Primärseite N1 und auf der Sekun­ därseite N2 gleich groß gemacht werden. Dieser Fall läßt sich in einfacher Weise realisieren, indem beide Wicklungen gemeinsam bifilar gewickelt werden, so daß die Kopplungsverluste gering sind und die reine Induktivität der Spule L1 auf der Primär­ seite nahezu gleich der Induktivität der Spule L2 auf der Sekundärseite wird. Die Messung des Meßspulen-Wechselstromes I, der beispielsweise durch die Spule L1 auf der Primärseite fließt, erfolgt vorzugsweise mittels einer Spannungsmessung in der oben beschrieben Weise mit einem ohmschen Widerstand als Strom-Spannungs-Wandler.The induced measuring coil secondary alternating voltage U 2 is therefore directly proportional to the induced measuring coil primary alternating voltage U 1 , which cannot be measured directly, the winding ratio N 1 / N 2 being arbitrary, but must be known. The winding resistance R 2 of the secondary auxiliary winding L 2 does not go into a voltage measurement if this measurement is made with high resistance, ie the measuring current is very small, or the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 is measured without power; in this case the induced measuring coil secondary alternating voltage U 2 is equal to the voltage at the coil connections. The advantage of the powerless measurement of the induced measuring coil secondary AC voltage is that the temperature-dependent winding resistance R 2 no longer influences the measurement. In a preferred embodiment, the induced measuring coil secondary alternating voltage U 2 is made the same size as the induced measuring coil primary alternating voltage U 1 by making the number of turns on the primary side N 1 and on the secondary side N 2 the same size . This case can be realized in a simple manner by both windings being wound together bifilarly, so that the coupling losses are low and the pure inductance of the coil L 1 on the primary side becomes almost the same as the inductance of the coil L 2 on the secondary side. The measurement of the measuring coil alternating current I , which flows for example through the coil L 1 on the primary side, is preferably carried out by means of a voltage measurement in the manner described above with an ohmic resistor as a current-voltage converter.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet die Meßspule die Induktivität eines LC-Reihenschwingkreises oder LC-Parallelschwingkreises, der in einem an sich bekannten Oszillator auf seiner Resonanzfrequenz f0 zu Eigenschwingungen angeregt wird. Der Vorteil dieser Anregung der Meßspule eines induktiven Näherungssensors ist der minimale externe Energiebedarf eines Oszillators, der in seiner Resonanz betrieben wird, d. h. die Leistungsaufnahme eines Oszillators hat bei Erregung in Resonanz ihr Minimum.In a further embodiment of the invention, the measuring coil forms the inductance of an LC series resonant circuit or LC parallel resonant circuit, which is excited to oscillate at its resonance frequency f 0 in a known oscillator. The advantage of this excitation of the measuring coil of an inductive proximity sensor is the minimal external energy requirement of an oscillator which is operated in its resonance, ie the power consumption of an oscillator has its minimum when excited in resonance.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem induktiven Näherungs­ schalter oder Näherungsinitiator eine mathematisch-schaltungstechnische Verknüpfung mit digitalen elektronischen Mitteln vorgenommen, daß ein binäres Ausgangssignal des Schalters oder Initiators dergestalt erzeugt wird, daß sich der Zustand des binären Ausgangssignals nur dann ändert, wenn die Steuerfahne einen festgelegten Schalt­ abstand s0 unterschreitet oder überschreitet, je nach Ausführung des Schalters. Das binäre Ausgangssignal des induktiven Näherungsschalters soll also angeben, ob sich eine Steuerfahne gegenüber einem festgelegten Schaltabstand s0 weiter entfernt von oder näher an der aktiven Sensorfläche der Meßspule des Näherungsschalters befindet.In a further embodiment of the invention, in an inductive proximity switch or proximity initiator, a mathematical circuit-technical link is made with digital electronic means that a binary output signal of the switch or initiator is generated in such a way that the state of the binary output signal changes only when the Control flag falls below or exceeds a specified switching distance s 0 , depending on the design of the switch. The binary output signal of the inductive proximity switch is therefore intended to indicate whether a control flag is located further away from a closer switching distance s 0 from or closer to the active sensor surface of the measuring coil of the proximity switch.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sollen anhand von Zeichnungen näher erläutert werden:The devices according to the invention will be explained in more detail with reference to drawings will:

Fig. 1a zeigt eine verlustbehaftete Spule mit der Impedanz Z; Fig. 1a shows a lossy coil with the impedance Z ;

Fig. 1b zeigt das Ersatzschaltbild einer verlustbehafteten Spule mit der Induktivität L, mit dem Feldverlustwiderstand RF infolge der Dämpfung und Verluste des gerichteten elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes und mit dem Drahtwiderstand R1; FIG. 1b shows the equivalent circuit of a lossy coil with inductance L, with the field loss resistance R F due to the attenuation and losses of the directional electromagnetic high-frequency field and to the wire resistance R 1;

Fig. 2a zeigt eine verlustbehaftete Spule mit zwei magnetisch gekoppelten Wicklungen; Fig. 2a shows a lossy coil with two magnetically coupled windings;

Fig. 2b zeigt das Ersatzschaltbild einer verlustbehafteten Spule mit zwei magnetisch gekoppelten Wicklungen; FIG. 2b shows the equivalent circuit of a lossy coil with two magnetically coupled windings;

Fig. 3 zeigt das prinzipielle Verfahren zur Messung der Phase ϕUI unabhängig vom Drahtwiderstand R1; Fig. 3 shows the basic method for measuring the phase ϕ UI regardless of the wire resistance R 1 ;

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit von U L, I L und daraus abgeleiteten Größen vom Abstand s einer Steuerfahne; Fig. 4 shows the dependence of U L , I L and quantities derived therefrom on the distance s of a control vane;

Fig. 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Näherungssensors mit einer einfachen Meßspule und zwei Spannungskomparatoren; Fig. 5a shows an embodiment of an inductive proximity sensor with a simple measuring coil and two voltage;

Fig. 5b zeigt das Impulsdiagramm des induktiven Näherungssensors nach Fig. 5a; FIG. 5b shows the pulse diagram of the inductive proximity sensor according to FIG. 5a;

Fig. 6 zeigt ein erweitertes Ausführungsbeispiel eines induktiven Näherungssensors mit einer spannungsgekoppelten Hilfsspule nach Fig. 2 und angeregt mittels eines Oszil­ lators; Fig. 6 shows an extended embodiment of an inductive proximity sensor with a voltage-coupled auxiliary coil according to Figure 2 and excited by means of an oscillator.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Näherungsschalters zur Messung der Phase ϕUI nach Fig. 3 mit einem Phasenschieber und einem Phasenkomparator; FIG. 7 shows an embodiment of an inductive proximity switch for measuring the phase ϕ UI according to FIG. 3 with a phase shifter and a phase comparator;

Fig. 8 zeigt ein erweitertes Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 mit einem Schmitt-Trigger- Ausgang. FIG. 8 shows an extended exemplary embodiment according to FIG. 7 with a Schmitt trigger output.

Eine Analyse einer verlustbehafteten Spule mit einer Wicklung nach Fig. 1 ergibt, daß die Phasenverschiebung ϕUI bei den für einen induktiven Näherungsschalter in Frage kommenden Materialien und Frequenzen durch den Drahtwiderstand R1 der verlustbe­ hafteten Spule bestimmt wird.An analysis of a lossy coil with a winding according to FIG. 1 shows that the phase shift ϕ UI in the materials and frequencies in question for an inductive proximity switch is determined by the wire resistance R 1 of the lossy coil.

In der Praxis kann man davon ausgehen, daß der Wicklungs- bzw. Drahtwiderstand R1 wesentlich kleiner als der Feldverlustwiderstand RF ist, so daß sich die Beziehung für die Phasenverschiebung ϕUI vereinfacht.
In practice, it can be assumed that the winding or wire resistance R 1 is significantly smaller than the field loss resistance R F , so that the relationship for the phase shift ϕ UI is simplified.

Die Verwendung einer Spule mit zwei magnetisch gekoppelten Wicklungen nach Fig. 2 erlaubt den Zugriff auf die Phase ϕUI praktisch ohne - wie oben gezeigt wurde - Einfluß der beiden Meßspulen-Drahtwiderstände R1 und R2. Mit der Spule, die als erste Wicklung mit der Induktivität L1 zwischen den Klemmen A und B angeschlossen ist, wird eine zweite Wicklung mit der Induktivität L2 bifilar gewickelt, die zwischen den Klemmen A' und B' herausgeführt ist. Dadurch haben beide Wicklungen dieselbe Induktivität L1 = L2 = L, der kombinierte Effekt der Gegeninduktivität
The use of a coil with two magnetically coupled windings according to FIG. 2 allows access to the phase ϕ UI practically without - as was shown above - the influence of the two measuring coil wire resistors R 1 and R 2 . With the coil, which is connected as the first winding with the inductance L 1 between the terminals A and B, a second winding with the inductance L 2 is wound bifilarly, which is led out between the terminals A 'and B'. As a result, both windings have the same inductance L 1 = L 2 = L, the combined effect of the mutual inductance

ist aufgehoben und die Anschlüsse A' und B' erlauben eine von den beiden Drahtwi­ derständen R1 und R2 praktisch unbeeinflußte Messung. Als Wicklungsdraht kann für beide Wicklungen gemeinsam Litze oder für beide Wicklungen getrennt massiver Kupfer-Lackdraht verwendet werden. Die Anschlüsse A und A' beziehungsweise B und B' bezeichnen diejenigen Anschlüsse, die die gleiche Spannungspolarität bei Anlegen einer Wechselspannung besitzen beziehungsweise an denen die Wicklungen im gleichen Wickelsinn angeschlossen sind.is canceled and the connections A 'and B' allow one of the two wire resistors R 1 and R 2 practically uninfluenced measurement. A stranded wire can be used as a winding wire for both windings or solid copper enamelled wire can be used separately for both windings. The connections A and A 'or B and B' denote those connections which have the same voltage polarity when an AC voltage is applied or to which the windings are connected in the same winding direction.

Prinzipiell können auch unterschiedliche Wicklungen benutzt werden, dann sind die Parameter der Sekundärseite unter Beachtung des Windungsverhältnisses und des Kopplungsfaktors auf die Primärseite umzurechnen. Diese Rechnung hat aber keinerlei Einfluß auf die auszuwertende Phasenbeziehung.In principle, different windings can also be used, then they are Secondary side parameters considering the turns ratio and the To convert the coupling factor to the primary side. But this bill has none Influence on the phase relationship to be evaluated.

Zur Messung der Phase ϕUI wird nach Fig. 3 eine Wechselstromquelle mit dem Meß­ spulen-Wechselstrom I an die Klemmen A und B der Spule gelegt. In die zweite Wicklung wird die Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 eingekoppelt, die bei einer leistungslosen, hochohmigen Spannungsmessung mit I 2 = 0 direkt an den Klem­ men A' und B' gemessen werden kann. Ist der Meßspulen-Wechselstrom I unbekannt, so kann die zwischen den Klemmen A und A' anliegende und dem Meßspulen-Wech­ selstrom I proportionale Spannung U 1 = R1.I (bei I 2 = 0) ausgewertet werden. Werden beide Wechselpannungen U und U i leistungslos gemessen, bzw. wird der Meßspulen- Wechselstrom I direkt ausgewertet und die Meßspulen-Wechselspannung U leistungslos gemessen, dann ergibt sich für die Phase:
To measure the phase ϕ UI , an alternating current source with the measuring coil alternating current I is connected to the terminals A and B of the coil according to FIG . In the second winding, the measuring coil secondary AC voltage U 2 is coupled, which can be measured directly at the terminals A 'and B' in a powerless, high-resistance voltage measurement with I 2 = 0. If the search coils I-AC is unknown, the 'present between the terminals A and A and the measuring coils-Wech selstrom I proportional voltage U 1 = R 1 can. I (with I 2 = 0) can be evaluated. If both AC voltages U and U i are measured without power, or if the measuring coil alternating current I is evaluated directly and the measuring coil AC voltage U is measured without power, the following results for the phase:

Somit gehen vorteilhaft weder die Amplitude von Erregerstrom oder -spannung, noch die temperaturabhängigen Drahtwiderstände in die Messung ein.Thus advantageously neither the amplitude of the excitation current or voltage, nor the temperature-dependent wire resistances in the measurement.

In Fig. 5 ist ein induktiver Näherungssensor mit einer einfachen Meßspule der kom­ plexen Meßspulen-Impedanz Z nach Fig. 1 dargestellt. Die Messung des Nulldurchgangs der Meßspulen-Wechselspannung U an der Sensorspule bzw. die Messung des Zeit­ punktes des Überschreitens und Unterschreitens der ersten Vergleichsgleichspannung UV,U durch die Meßspulen-Wechselspannung U erfolgt mit dem Spannungskomparator K1. Am Ausgang des ersten Komparators K1 entsteht eine Impulsfolge mit der Impuls­ folgefrequenz f der Meßspulen-Wechselspannung U, die für die positive Halbwelle der Meßspulen-Wechselspannung U bzw. bei Überschreiten der Vergleichsgleichspannung UV,U "Logisch-Eins" hat und die für die negative Halbwelle der Meßspulen-Wechsel­ spannung U bzw. bei Unterschreiten der Vergleichsgleichspannung UV,U "Logisch-Null" hat oder umgekehrt.In Fig. 5, an inductive proximity sensor with a simple measuring coil of the com plex measuring coils impedance Z of FIG. 1 is shown. The measurement of the zero crossing of the measuring coil alternating voltage U at the sensor coil or the measurement of the point in time when the first comparison direct voltage U V, U is exceeded and undershot by the measuring coil alternating voltage U is carried out with the voltage comparator K 1 . At the output of the first comparator K 1 there is a pulse train with the pulse repetition frequency f of the measuring coil alternating voltage U , which has "logical one" for the positive half-wave of the measuring coil alternating voltage U or when the comparison direct voltage U V, U is exceeded the negative half-wave of the measuring coil alternating voltage U or when falling below the comparison direct voltage U V, U has "logic zero" or vice versa.

Die Messung des Nulldurchgangs des Meßspulen-Wechselstromes I als Referenz- Wechselspannung U I am Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref bzw. die Messung des Zeitpunktes des Überschreitens und Unterschreitens der zweiten Vergleichsgleich­ spannung UV,I durch die Referenz-Wechselspannung U I mittels des zweiten Spannungs­ komparators K2 ergibt ebenfalls eine Impulsfolge mit der Impulsfolgefrequenz f, die jedoch um die Phasenverschiebung ϕUI∞ phasenverschoben ist. Mit Hilfe eines logischen UND-Gatters UG, welches das Ausgangssignals des ersten Komparators K1 und das invertierte Ausgangssignal des zweiten Komparators K2 logisch verknüpft, erhält man eine Impulsfolge F mit der Impulsfolgefrequenz f bzw. der Periodendauer T = 1/f und der Impulsbreite TUI, die nach Gleichung 6 direkt proportional zur Phasenverschiebung ϕUI∞, ist. Mit hier nicht dargestellten weiteren digitalen Baugruppen, wie ein Taktgene­ rator, Zähler, Gatter und Flipflops, kann mittels bekannten Meßanordnungen der Phasenwinkel ϕUI∞, oder die Impulsbreite TUI, digital gemessen werden.The measurement of the zero crossing of the measuring coil alternating current I as the reference alternating voltage U I at the reference alternating current resistor Z ref or the measurement of the point in time at which the second comparative direct voltage U V, I is exceeded and undershot by the reference alternating voltage U I using the second voltage Comparator K 2 also results in a pulse train with the pulse repetition frequency f, which is however phase-shifted by the phase shift ϕ UI∞ . With the help of a logical AND gate UG, which logically combines the output signal of the first comparator K 1 and the inverted output signal of the second comparator K 2 , a pulse train F with the pulse repetition frequency f or the period T = 1 / f and the pulse width is obtained T UI , which according to Equation 6 is directly proportional to the phase shift ϕ UI∞ . With further digital modules, not shown here, such as a clock generator, counter, gate and flip-flops, the phase angle ϕ UI∞ or the pulse width T UI can be measured digitally by means of known measuring arrangements.

Nach Fig. 4 beträgt die Phase ϕUI∞ bei Abwesenheit der Steuerfahne bzw. sehr großem Abstand s → ∞ nahezu exakt 90 Grad. Mit geringer werdendem Abstand s verringert sich auch die Phase ϕUI Bei der erfindungsgemäßen Anwendung eines Näherungsschalters wird die Phase ϕUI mit einem Referenzwert ϕ1, verglichen, bei dessen Unterschreitung ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Soll trotz einer eventuell driftenden Frequenz f der Erregung ein stabiler Schaltpunkt erreicht werden, so muß die Referenzphase ϕ1 frequenzunabhängig erzeugt werden, z. B. mit einem ersten Allpaß. Kann jedoch von einer stabilen Frequenz ausgegangen werden, so kann die Referenzphase ϕ1 mit einer einfacheren Anordnung, z. B. einem Tiefpaß oder einem Laufzeitglied, erzeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Wirkung des Phasenwinkels ϕ1 auch mittels der Referenzimpedanz Z ref durch eine Phasenverschiebung ϕ1, zwischen dem Meßspulen- Wechselstrom I und der Referenz-Wechselspannung U I zu erzeugen. Der Feldverlustwiderstand RF und die Induktivität L der Meßspule sind beide unter­ schiedlich sowohl vom Abstand s und Material der Steuerfahne, als auch von der Frequenz f der Erregung abhängig. Bei richtiger Wahl der Frequenz f kann eine stark verringerte Materialabhängigkeit erzielt werden.According to FIG. 4, the phase φ in the absence of the control flag UI∞ or very large distance is s → ∞ almost exactly 90 degrees. The phase ϕ UI also decreases as the distance s decreases. When using a proximity switch according to the invention, the phase ϕ UI is compared with a reference value ϕ 1 , below which a switching process is triggered. If a stable switching point is to be achieved despite a possible drifting frequency f of the excitation, the reference phase ϕ 1 must be generated independently of the frequency, e.g. B. with a first all-pass. However, if a stable frequency can be assumed, then the reference phase ϕ 1 can be done with a simpler arrangement, e.g. B. a low-pass filter or a delay element. For example, it is possible to generate the effect of the phase angle ϕ 1 by means of the reference impedance Z ref through a phase shift ϕ 1 between the measuring coil alternating current I and the reference alternating voltage U I. The field loss resistance R F and the inductance L of the measuring coil are both different depending on the distance s and material of the control vane, as well as the frequency f of the excitation. If the frequency f is selected correctly, a greatly reduced material dependency can be achieved.

Ebenso besteht die Möglichkeit, die Meßspule als ein frequenzbestimmendes Teil der Erregung zu benutzen, z. B. zusammen mit einem Kondensator C im Parallelschwing­ kreis eines Oszillators, um so den Energiebedarf zu verringern. Unter Benutzung der Schwingbedingung eines solchen Parallelschwingkreises folgt dann für die Phase:
There is also the possibility of using the measuring coil as a frequency-determining part of the excitation, e.g. B. together with a capacitor C in the parallel resonant circuit of an oscillator so as to reduce the energy requirement. Using the oscillation condition of such a parallel resonant circuit, the following then follows for the phase:

mit
With

Der bedeutenste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die damit erzielbare hohe Schaltgeschwindigkeit. Bei jedem Nulldurchgang kann die Phasendifferenz be­ stimmt werden, also z. B. bei einer Frequenz f = 50 kHz kann etwa alle 10 µs ein Schaltvorgang ausgelöst werden. Demgegenüber muß bei herkömmlichen induktiven Näherungssensoren, welche die Amplitude eines Parallelschwingkreises auswerten, erst die im Schwingkreis gespeicherte Energie abgebaut werden. Dabei entsteht die Zeit­ konstante:
The most significant advantage of the method according to the invention is the high switching speed that can be achieved thereby. At each zero crossing, the phase difference can be determined, e.g. B. at a frequency f = 50 kHz, a switching process can be triggered approximately every 10 microseconds. In contrast, with conventional inductive proximity sensors which evaluate the amplitude of a parallel resonant circuit, the energy stored in the resonant circuit must first be reduced. The time is constant:

Nimmt man z. B. die Zahlenwerte von L = 160 µH und R = 0,3 Ω einer typischerweise in induktiven Näherungssensoren verwendeten Meßspule an, so beträgt die Zeitkon­ stante τLC etwa 270 µs. Die allein durch die Energie im Schwingkreis vorhandene Zeit­ konstante ist also um ein Vielfaches größer als die erzielbare Schaltzeit des erfin­ dungsgemäßen Näherungsschalters.If you take z. B. the numerical values of L = 160 µH and R = 0.3 Ω of a measuring coil typically used in inductive proximity sensors, the time constant τ LC is about 270 µs. The time constant solely by the energy in the resonant circuit is thus many times greater than the achievable switching time of the proximity switch according to the invention.

Bedingt durch die hohe Geschwindigkeit und das rein digitale Ausgangssignal kann in sehr einfacher Weise eine erhöhte Störunterdrückung durch Auswertung mehrerer Nulldurchgänge erfolgen.Due to the high speed and the purely digital output signal, in increased interference suppression by evaluating several in a very simple manner Zero crossings take place.

In Fig. 6 ist ein induktiver Näherungssensor mit einer Meßspule L1 dargestellt, die eine Hilfsspule L2 zur Auskopplung der zu messenden induzierten Meßspulen-Wechsel­ spannung U 1 = U 2 besitzt. Ein Kondensator C ist zusammen mit der Meßspule L1 und einem Referenz-Widerstand Z ref zu dem frequenzbestimmenden Parallelschwingkreis des Oszillators OSZ verschaltet. Der Referenz-Widerstand Z ref dient zur Strom-Span­ nungsumwandlung, da der ebenso verwendbare Drahtwiderstand R1 der Primärseite (hier zeichnerisch nicht dargestellt) häufig einen zu geringen Wert für eine sichere Auswertung aufweist.In FIG. 6, an inductive proximity sensor with a measuring coil L 1 is shown, the 2 voltage an auxiliary coil L for coupling out the measured induced measurement coils exchange has U 1 = U 2. A capacitor C is connected together with the measuring coil L 1 and a reference resistor Z ref to the frequency-determining parallel resonant circuit of the oscillator OSZ. The reference resistor Z ref is used for the current-voltage conversion, since the wire resistor R 1 which can also be used on the primary side (not shown here in the drawing) often has a value which is too low for reliable evaluation.

Eine Referenzphase ϕ1 kann mit einem analogen Allpaß Ph1 als ersten Phasenschieber erzeugt werden. Die Vorzeichen der so entstehenden Spannungssignale werden mit den zwei Analogkomparatoren K1 und K2 in Digitalsignale umgesetzt. Die beiden Ausgangs­ signale der beiden Komparatoren K1 und K2 werden - wie oben bei der Ausführung nach Fig. 5 beschrieben - mittels eines logischen UND-Gatters UG ausgewertet und so eine Impulsfolge mit der Frequenz f = 1/T erzeugt.A reference phase ϕ 1 can be generated with an analog all-pass Ph 1 as the first phase shifter. The signs of the voltage signals thus generated are converted into digital signals with the two analog comparators K 1 and K 2 . The two output signals of the two comparators K 1 and K 2 are - as described above in the embodiment according to FIG. 5 - evaluated by means of a logical AND gate UG and thus a pulse train with the frequency f = 1 / T is generated.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters zeigt Fig. 7. Ein Kondensator C ist zusammen mit der Meßspule L1 und einem Referenz-Wechselstrom- Widerstand Z ref zu dem frequenzbestimmenden Parallelschwingkreis des Oszillators OSZ verschaltet. Der Referenz-Wechselstrorn-Widerstand Z ref dient zur Strom-Span­ nungsumwandlung, da der ebenso verwendbare Drahtwiderstand R1 der Primärseite (hier zeichnerisch nicht dargestellt) häufig einen zu geringen Wert für eine sichere Auswertung aufweist.An exemplary embodiment of a proximity switch according to the invention is shown in FIG. 7. A capacitor C is connected together with the measuring coil L 1 and a reference AC resistance Z ref to the frequency-determining parallel resonant circuit of the oscillator OSZ. The reference alternating current resistor Z ref is used for the current-voltage conversion, since the wire resistor R 1 which can also be used on the primary side (not shown here in the drawing) often has a value which is too low for reliable evaluation.

Die Referenzphase ϕ1 wird mit einem analogen Allpaß Ph1 als ersten Phasenschieber erzeugt. Die Vorzeichen der so entstehenden Spannungssignale werden mit den beiden Analogkomparatoren K1 und K2 in Digitalsignale umgesetzt. Der erste Komparator K1 steuert den Takteingang des flankengesteuerten ersten D-Speicherglieds beziehungs­ weise D-Flipflops D1. Dieses wird als digitaler Phasenkomparator eingesetzt; es spei­ chert den zum Zeitpunkt der Taktflanke existierenden Zustand, also das Vorzeichen des Stroms, bis zur nächsten Taktflanke. Dieser Zustand wird auf den Ausgang des Schaltsignals S geführt. Die Funktion eines D-Flipflops ist beispielsweise in E. Schrüfer, Elektrische Meßtechnik, 5. Auflage, München, Wien, Hanser-Verlag, 1992, Seite 330 dargestellt.The reference phase ϕ 1 is generated with an analog all-pass Ph 1 as the first phase shifter. The signs of the voltage signals thus generated are converted into digital signals with the two analog comparators K 1 and K 2 . The first comparator K 1 controls the clock input of the edge-controlled first D memory element or D flip-flop D 1 . This is used as a digital phase comparator; it stores the state at the time of the clock edge, i.e. the sign of the current, until the next clock edge. This state is led to the output of the switching signal S. The function of a D flip-flop is shown, for example, in E. Schrüfer, Electrical Measurement Technology, 5th edition, Munich, Vienna, Hanser-Verlag, 1992, page 330.

Für eine einfache Anwendbarkeit ist es wünschenswert, daß der Näherungsschalter nicht fortlaufend hin und her schaltet, wenn sich die Steuerfahne genau beim Schaltabstand befindet. Eine einfache Verbesserung zeigt das Ausführungsbeispiel eines induktiven Näherungsschalters mit Schalthysterese nach Fig. 8. Die zusätzlichen Vorrichtungen eines zweiten Phasenschiebers Ph2, eines zweiten D-Flipflops D2 und eines RS-Flipflops RS bewirken das Verhalten eines Schmitt-Triggers. Der zweite Phasenschieber Ph2 verzögert das Vorzeichensignal des Stroms um eine kleine Hysteresephase ϕ2. Das entstehende Signal wird auf die zweite Kippstufe D2 geführt, deren Funktion identisch zur ersten Kippstufe D1 ist. Das zustandsgesteuerte Kippglied RS bewirkt, daß nur Zustände, welche sich außerhalb des durch einen zweiten Phasenschieber Ph2 festgeleg­ ten Hysteresebereichs befinden, eine Änderung des Schaltsignals S hervorrufen.For ease of use, it is desirable that the proximity switch not switch back and forth continuously when the control lug is at the sensing range. The embodiment of an inductive proximity switch with switching hysteresis according to FIG. 8 shows a simple improvement . The additional devices of a second phase shifter Ph 2 , a second D flip-flop D 2 and an RS flip-flop RS cause the behavior of a Schmitt trigger. The second phase shifter Ph 2 delays the sign signal of the current by a small hysteresis phase ϕ 2 . The resulting signal is fed to the second flip-flop D 2 , whose function is identical to the first flip-flop D 1 . The state-controlled flip-flop RS has the effect that only states which are outside the hysteresis range defined by a second phase shifter Ph 2 cause a change in the switching signal S.

An Stelle des Gatters UG kann ohne eine Änderung der Funktion und der Anordnung der Schaltung nach den Fig. 5 und 6 entweder ein NAND-Gatter oder ein ODER- Gatter oder ein NOR-Gatter eingesetzt werden.Instead of the gate UG, either a NAND gate or an OR gate or a NOR gate can be used without changing the function and the arrangement of the circuit according to FIGS. 5 and 6.

Bei Verwendung entweder eines Exklusiv-ODER-Gatters beziehungsweise Antivalenz- Gatters oder eines Äquivalenz-Gatters an Stelle des Gatters UG in den Fig. 5 und 6 entsteht eine Impulsfolge F mit der doppelten Frequenz 2f beziehungsweise mit der halben Periodendauer T/2 = 1/2f des Meßspulen-Wechselstromes I wobei in diesem Fall die Ausgänge der beiden Komparatoren K1 und K2 direkt mit den beiden Eingän­ gen dieser Gatter verbunden sind.If either an exclusive-OR gate or antivalence gate or an equivalence gate is used instead of the gate UG in FIGS. 5 and 6, a pulse sequence F with twice the frequency 2 f or with half the period T / 2 = 1 is produced / 2f of the measuring coil alternating current I, in which case the outputs of the two comparators K 1 and K 2 are connected directly to the two inputs of these gates.

Ohne eine Änderung der Funktionen können in den Schaltungen nach den Fig. 5 bis 8 die beiden Ausgänge der beiden Komparatoren K1 und K2 vertauscht werden. Without changing the functions, the two outputs of the two comparators K 1 and K 2 can be interchanged in the circuits according to FIGS. 5 to 8.

Ebenso kann der erste Phasenschieber Ph1 auch zwischen dem Referenz-Wechsel­ stromwiderstand Z ref und dem Eingang des zweiten Komparators K2 eingefügt werden, ohne daß sich das grundsätzliche Verhalten der Schaltungen nach den Fig. 5 bis 8 ändert.Likewise, the first phase shifter Ph 1 can also be inserted between the reference alternating current resistance Z ref and the input of the second comparator K 2 without the basic behavior of the circuits according to FIGS. 5 to 8 changing.

Weiterhin können in Fig. 8 der Ausgang des zweiten Komparators K2 direkt mit den D-Ein-gängen der beiden Flipflops D1 und D2 und gleichzeitig der Ausgang des ersten Komparators K1 mit dem Takteingang des zweiten D-Flipflops D2 und der Ausgang des zweiten Phasenschiebers Ph2 mit dem Takteingang des ersten D-Flipflops D1 verbunden werden, ohne daß sich an dem grundsätzlichen Verhalten der Schaltung etwas ändert.The output of the second comparator K 2 may continue in FIG. 8, directly with the D-A-transitions of the two flip-flops D 1 and D 2 and also the output of the first comparator K 1 to the clock input of the second D flip-flop D 2 and the The output of the second phase shifter Ph 2 can be connected to the clock input of the first D flip-flop D 1 without changing the basic behavior of the circuit.

Die in den Schaltungen nach den Fig. 7 und 8 angegebenen Speicherglieder bezie­ hungsweise Flipflops stellen nur ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dar. Das D-Flipflop ist beispielsweise ein getaktetes RS-Flipflop, bei dem das Eingangssignal direkt auf den Setz-Eingang und das invertierte Eingangssignal auf den Rücksetz- Eingang geführt wird. Alternativ ist der Einsatz von transparenten oder zustandsgesteu­ erten D-Flipflops möglich. Es können auch andere Ausführungen digitaler Flipflops, Kippstufen beziehungsweise Speicherglieder verwendet werden, wenn die oben darge­ stellten Funktionen der erfindungsgemäßen Schaltungen erreicht werden.The rela in the circuits of Figs. 7 and 8 specified memory members hung as flip-flops represent only one embodiment of this invention. The D flip-flop, for example, a clocked RS flip-flop in which the input signal on the set input and the inverted input signal the reset input is routed. Alternatively, the use of transparent or state-controlled D flip-flops is possible. Other versions of digital flip-flops, flip-flops or memory elements can also be used if the functions of the circuits according to the invention presented above are achieved.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ist die Drehzahlmessung von hochtourigen Wellen und Scheiben als Drehzahlaufnehmer. Hierzu wird die Bewegung einer auf einer umlaufenden Welle angebrachten Nocke oder dort angebrachten Schlitz von dem feststehenden Drehzahlaufnehmer abgetastet.Another embodiment of the proximity switch according to the invention is Speed measurement of high-speed shafts and disks as speed sensors. For this purpose, the movement of a cam attached to a rotating shaft or the slot provided there is scanned by the fixed speed sensor.

Claims (29)

1. Induktiver Näherungssensor zum Messen des Abstandes eines elektrisch leiten­ den beziehungsweise permeablen Meßobjektes als Steuerfahne, wobei eine Meßspule des Näherungssensors ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt, indem die Meßspule mit einem Meßspulen-Wechselstrom I oder mit einer Meßspulen-Wechselspannung U der Frequenz f gespeist wird, und wobei dieses Feld durch das Meßobjekt beeinflußt wird, so daß die Impedanz Z der Meßspule verändert wird und so daß diese Änderung der Meßspulen-Impedanz Z als Maß für den Abstand der Steuerfahne dient und mit elektronischen Mitteln gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. - daß elektronische Mittel vorhanden sind, um eine Pulsfolge zu erzeugen, deren Frequenz f gleich der Frequenz oder der doppelten Frequenz des Meßspulen- Wechselstromes I oder der Meßspulen-Wechselspannung U ist und deren Puls­ breite TUI proportional der Phasenverschiebung ϕUI ist, die zwischen der Meß­ spulen-Wechselspannung U und dem Meßspulen-Wechselstrom I unmittelbar während jeder Halbperiode oder einem Vielfachen jeder Halbperiode des Stromes und der Spannung gemessen wird,
  • 2. - daß ein Strom/Spannungs-Wandler den Meßspulen-Wechselstrom I in eine zu dem Meßspulen-Wechselstrom I proportionale Referenz-Wechselspannung U I umformt und
  • 3. - daß die Pulsbreite TUI durch Vergleich der Meßspulen-Wechselspannung U und der Referenz-Wechselspanung U I mit Vergleichsgleichspannungen UV,U und UV,I erzeugt wird, indem der zeitliche Beginn der Pulsbreite TUI bei Über­ schreiten beziehungsweise Unterschreiten der Wechselspannung U oder U I gegenüber der Vergleichsgleichspannung UV,U oder UV,I und das zeitliche Ende bei Unterschreiten beziehungsweise Überschreiten der Wechselspannung U I oder U gegenüber der Vergleichsgleichspannung UV,I oder UV,U festgelegt werden.
1. Inductive proximity sensor for measuring the distance of an electrically conductive or permeable measuring object as a control flag, a measuring coil of the proximity sensor generating an electromagnetic high-frequency field by feeding the measuring coil with a measuring coil alternating current I or with a measuring coil alternating voltage U of frequency f, and wherein this field is influenced by the measurement object, so that the impedance Z of the measuring coil is changed and so that this change in the measuring coil impedance Z serves as a measure of the distance of the control lug and is measured by electronic means, characterized in that
  • 1. - that electronic means are available to generate a pulse train whose frequency f is equal to the frequency or twice the frequency of the measuring coil alternating current I or the measuring coil alternating voltage U and whose pulse width T UI is proportional to the phase shift ϕ UI , which is measured between the measuring coil alternating voltage U and the measuring coil alternating current I directly during each half cycle or a multiple of each half cycle of the current and the voltage,
  • 2. - That a current / voltage converter converts the measuring coil alternating current I into a reference alternating voltage U I proportional to the measuring coil alternating current I and
  • 3. - That the pulse width T UI is generated by comparing the measuring coil alternating voltage U and the reference alternating voltage U I with comparative direct voltages U V, U and U V, I by the time start of the pulse width T UI when exceeding or falling below the AC voltage U or U I compared to the comparison DC voltage U V, U or U V, I and the end of time when falling below or exceeding the AC voltage U I or U compared to the comparison DC voltage U V, I or U V, U are set.
2. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. - daß die Meßspulen-Wechselspannung U an der Sensorspule des Näherungs­ sensors an der Meßspulen-Impedanz Z vom Meßspulen-Wechselstrom I als Spannungsabfall erzeugt wird,
  • 2. - daß die Referenz-Wechselspannung U I an einem Referenz-Wechselstromwider­ stand mit der Impedanz Z ref vom Meßspulen-Wechselstrom I als Spannungs­ abfall erzeugt wird,
  • 3. - daß ein erster analoger Komparator (K1) bei Überschreiten oder Unterschrei­ ten der Meßspulen-Wechselspannung U gegenüber der Vergleichsgleichspannung UV,U einer ersten Gleichspannungsquelle einen Signalwechsel seines Ausgangs­ signals von "Logisch-Null" nach "Logisch-Eins" oder umgekehrt erzeugt,
  • 4. - daß ein zweiter analoger Komparator (K2) bei Überschreiten oder Unterschrei­ ten der Referenz-Wechselspannung U I, gegenüber der Vergleichsgleichspannung UV,I einer zweiten Gleichspannungsquelle einen Signalwechsel seines Ausgangs­ signals von "Logisch-Null" nach "Logisch-Eins" oder umgekehrt erzeugt und
  • 5. - daß das Ausgangssignal des ersten Komparators (K1) und das invertierte Aus­ gangssignal des zweiten Komparators (K2) oder das invertierte Ausgangssignal des ersten Komparators (K1) und das nichtinvertierte Ausgangssignal des zweiten Komparators (K1) mit einem Gatter (UG) eine Pulsfolge F mit der Pulsbreite TUI ist, wobei die Pulsbreite direkt proportional der Phasenverschiebung ϕUI zwischen dem Meßspulen-Wechselstrom I und der Meßspulen-Wechselspannung U ist.
2. Inductive proximity sensor according to claim 1, characterized in
  • 1. - that the measuring coil alternating voltage U at the sensor coil of the proximity sensor at the measuring coil impedance Z is generated by the measuring coil alternating current I as a voltage drop,
  • 2. - that the reference alternating voltage U I at a reference alternating current resistor was generated with the impedance Z ref by the measuring coil alternating current I as a voltage drop,
  • 3. - that a first analog comparator (K 1 ) when the measuring coil AC voltage U is exceeded or undercut compared to the comparison DC voltage U V, U a first DC voltage source, a signal change of its output signal from "logic zero" to "logic one" or generated in reverse,
  • 4. - that a second analog comparator (K 2 ) when exceeding or falling below the reference AC voltage U I , compared to the comparison DC voltage U V, I a second DC voltage source, a signal change of its output signal from "logic zero" to "logic one""or vice versa and
  • 5. - that the output signal of the first comparator (K 1 ) and the inverted output signal from the second comparator (K 2 ) or the inverted output signal of the first comparator (K 1 ) and the non-inverted output signal of the second comparator (K 1 ) with a gate (UG) is a pulse train F with the pulse width T UI , the pulse width being directly proportional to the phase shift ϕ UI between the measuring coil alternating current I and the measuring coil alternating voltage U.
3. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein UND-Gatter ist, so daß eine Pulsfolge F mit der einfachen Frequenz f = 1/T des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.3. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is an AND gate, so that a pulse train F with the simple frequency f = 1 / T of the measuring coil alternating current I arises. 4. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein NAND-Gatter ist, so daß eine Pulsfolge F mit der einfachen Frequenz f = 1/T des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.4. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is a NAND gate, so that a pulse train F with the simple frequency f = 1 / T of the measuring coil alternating current I arises. 5. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein ODER-Gatter ist, so daß eine Pulsfolge F mit der einfachen Frequenz f = 1/T des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.5. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is an OR gate, so that a pulse train F with the simple frequency f = 1 / T of the measuring coil alternating current I arises. 6. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein NOR-Gatter ist, so daß eine Pulsfolge F mit der einfachen Frequenz f = 1/T des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.6. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is a NOR gate, so that a pulse train F with the simple frequency f = 1 / T of the measuring coil alternating current I arises. 7. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein Exklusiv-ODER-Gatter beziehungsweise Antivalenz-Gatter ist, indem die Ausgänge der beiden Komparatoren (K1) und (K2) direkt mit den beiden Eingängen des Gatters (UG) verbunden werden, so daß eine Pulsfolge F mit der doppelten Frequenz 2f des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.7. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is an exclusive OR gate or antivalence gate by the outputs of the two comparators (K 1 ) and (K 2 ) directly with the two inputs of Gates (UG) are connected so that a pulse train F with twice the frequency 2f of the measuring coil alternating current I is produced. 8. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (UG) ein Äquivalenz-Gatter ist, indem die Ausgänge der beiden Kom­ paratoren (K1) und (K2) direkt mit den beiden Eingängen des Gatters (UG) ver­ bunden werden, so daß eine Pulsfolge F mit der doppelten Frequenz 2f des Meßspulen-Wechselstromes I entsteht.8. Inductive proximity sensor according to claim 2, characterized in that the gate (UG) is an equivalence gate by the outputs of the two com parators (K 1 ) and (K 2 ) ver directly with the two inputs of the gate (UG) be bound so that a pulse train F with twice the frequency 2f of the measuring coil alternating current I is produced. 9. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref ein ohmscher Wider­ stand ist.9. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the reference AC resistance Z ref is an ohmic resistance. 10. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref ein verlustarmer Kondensator mit der Kapazität C ref ist, so daß die Phasenverschiebung ϕUI um die zusätzliche Phasenverschiebung ϕ1 von ungefähr 90° (Grad) reduziert wird. 10. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the reference AC resistance Z ref is a low-loss capacitor with the capacitance C ref , so that the phase shift ϕ UI by the additional phase shift ϕ 1 of approximately 90 ° ( Degrees) is reduced. 11. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref eine verlustarme Spule mit der Induktivität Lref ist, so daß die Phasenverschiebung ϕUI um die zusätz­ liche Phasenverschiebung ϕI von ungefähr 90 Grad vergrößert wird.11. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the reference AC resistance Z ref is a low-loss coil with the inductance L ref , so that the phase shift ϕ UI by the additional phase shift ϕ I of approximately 90 degrees is enlarged. 12. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref aus einer Kombination eines ohmschen Widerstandes, eines verlustarmen Kondensators beziehungsweise einer verlustarmen Spule besteht, so daß die Phasenverschiebung ϕUI um die zusätzliche Phasenverschiebung ϕI zwischen dem Meßspulen-Wechselstrom I und der Meßspulen-Wechselspannung U verändert wird.12. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the reference AC resistance Z ref consists of a combination of an ohmic resistor, a low-loss capacitor or a low-loss coil, so that the phase shift ϕ UI by the additional phase shift ϕ I between the measuring coil alternating current I and the measuring coil alternating voltage U is changed. 13. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vergleichsgleichspannung UV,U Null ist, so daß der erste Kom­ parator (K1) bei einem Nulldurchgang der Meßspulen-Wechselspannung UI sein Ausgangssignal wechselt.13. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the comparison DC voltage U V, U is zero, so that the first comparator (K 1 ) changes its output signal at a zero crossing of the measuring coil AC voltage U I. 14. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vergleichsgleichspannung UV,I Null ist, so daß der zweite Komparator (K2) bei einem Nulldurchgang der Referenz-Wechselspannung U I sein Ausgangssignal wechselt.14. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the comparison DC voltage U V, I is zero, so that the second comparator (K 2 ) changes its output signal at a zero crossing of the reference AC voltage U I. 15. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus der Meßspule mit der Meßspulen-Impedanz Z und aus dem Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref ein schwingungsfähiger Resonanz- Schwingkreis gebildet wird, indem die Reihenschaltung aus der Meßspulen- Impedanz Z und dem Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref durch einen parallelgeschalteten Wechselstromwiderstand Z p ergänzt wird.15. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that an oscillatory resonant circuit is formed from the measuring coil with the measuring coil impedance Z and from the reference AC resistance Z ref by the series circuit from the measuring coil impedance Z and the reference AC resistance Z ref is supplemented by an AC resistance Z p connected in parallel. 16. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der parallelgeschaltete Wechselstromwiderstand Z p ein Kondensator mit der Kapazität C ist.16. Inductive proximity sensor according to claim 15 and one of claims 9 to 11, characterized in that the AC resistor Z p connected in parallel is a capacitor with the capacitance C. 17. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus der Meßspule mit der Meßspulen-Impedanz Z und aus dem Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref ein schwingungsfähiger Resonanz- Schwingkreis gebildet wird, indem die Reihenschaltung aus der Meßspulen- Impedanz Z und dem Referenz-Wechselstromwiderstand Z ref durch einen in Reihe geschalteten Wechselstromwiderstand Z r ergänzt wird.17. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that an oscillatory resonant circuit is formed from the measuring coil with the measuring coil impedance Z and from the reference AC resistance Z ref by the series circuit from the measuring coil impedance Z and the reference AC resistance Z ref is supplemented by an AC resistance Z r connected in series. 18. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 17 und einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe geschaltete Wechselstromwider­ stand Z r ein Kondensator mit der Kapazität C ist. 18. Inductive proximity sensor according to claim 17 and one of claims 9 to 11, characterized in that the series-connected AC resistance Z r is a capacitor with the capacitance C. 19. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzschwingkreis und ein elektronischer Verstärker die Bauelemente eines schwingungsfähigen Oszillator bilden, indem der Reso­ nanzschwingkreis die Rückkopplung des Oszillators ist und damit die Resonanz­ frequenz f des Oszillators festlegt.19. Inductive proximity sensor according to one of claims 15 to 18, characterized characterized in that the resonant circuit and an electronic amplifier form the components of an oscillatory oscillator by the Reso resonance circuit is the feedback of the oscillator and thus the resonance frequency f of the oscillator. 20. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein sinusförmiges Ausgangssignal hat.20. Inductive proximity sensor according to claim 19, characterized in that the Oscillator has a sinusoidal output signal. 21. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • 1. - daß die Meßspule aus zwei magnetisch gekoppelten Wicklungen besteht, wobei die erste Wicklung mit den Anschlüssen A und B, mit der Windungszahl N1 und mit der Induktivität L1 mittels des Meßspulen-Wechselstromes I ein elektromag­ netisches Hochfrequenzfeld erzeugt, und
  • 2. - daß die in der ersten Wicklung induzierte Meßspulen-Primär-Wechselspannung U 1, die der Spannungsabfall an der inneren Parallelschaltung von Induktivität L1 und Feldverlustwiderstand RF infolge des Meßspulen-Wechselstromes I ist, mittels der zweiten Wicklung mit den Anschlüssen A' und B', mit der Win­ dungszahl N2 und mit der Induktivität L2 als induzierte Meßspulen-Sekundär- Wechselspannung U 2 gemessen wird, so daß der Wicklungswiderstand R1 der ersten Wicklung nicht in die Messung der Meßspulen-Sekundär-Wechselspan­ nung U 2 eingeht.
21. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that
  • 1. - That the measuring coil consists of two magnetically coupled windings, the first winding with the connections A and B, with the number of turns N 1 and with the inductance L 1 by means of the measuring coil alternating current I generates an electromagnetic high frequency field, and
  • 2. - that the measuring coil primary alternating voltage U 1 induced in the first winding, which is the voltage drop across the inner parallel connection of inductor L 1 and field loss resistance R F due to the measuring coil alternating current I , by means of the second winding with the connections A ' and B ', with the number of windings N 2 and with the inductance L 2 as the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 , so that the winding resistance R 1 of the first winding is not included in the measurement of the measuring coil secondary AC voltage U 2 comes in.
22. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 an der zweiten Wicklung hochohmig gemessen wird, d. h. der Meßstrom I 2 sehr klein und damit nahezu Null ist, so daß die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 nahezu unabhängig ist vom Wicklungswiderstand R2 der zweiten Wicklung.22. Inductive proximity sensor according to claim 21, characterized in that the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 is measured at the second winding with high resistance, ie the measuring current I 2 is very small and thus almost zero, so that the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 is almost independent of the winding resistance R 2 of the second winding. 23. Induktiver Näherungssensor nach Ansprach 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen der Meßspule bifilar gewickelt sind, so daß die Windungszahl N1 gleich der Windungszahl N2 ist, die beiden Wicklungen die­ selbe Induktivität L1 gleich L2 besitzen und damit die induzierte Meßspulen- Sekundär-Wechselspannung U 2 an der zweiten Wicklung nahezu gleich groß wie die induzierte induzierte Meßspulen-Primär-Wechselspannung U 1 der ersten Wicklung ist.23. Inductive proximity sensor according spoke 21 or 22, characterized in that the two windings of the measuring coil are wound bifilarly, so that the number of turns N 1 is equal to the number of turns N 2 , the two windings have the same inductance L 1 equal to L 2 and thus the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 on the second winding is almost the same size as the induced induced measuring coil primary AC voltage U 1 of the first winding. 24. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßspulen-Wechselstrom I als Spannungsabfall U i am Wicklungswiderstand R1 der ersten Wicklung gemessen wird, indem die Span­ nung U i zwischen den Anschlüssen der beiden Wicklungen mit gleicher Span­ nungspolarität gemessen wird und die beiden anderen Anschlüsse der beiden Wicklungen auf gleichem Spannungspotential liegen. 24. Inductive proximity sensor according to claim 22 or 23, characterized in that the measuring coil alternating current I is measured as a voltage drop U i at the winding resistance R 1 of the first winding, by measuring the voltage voltage U i between the connections of the two windings with the same voltage polarity and the two other connections of the two windings are at the same voltage potential. 25. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßspulen-Wechselspannung U, die von der Meßspule zum Eingang des ersten Komparators (K1) geführt wird, mittels eines ersten Phasen­ schiebers (Ph1) um eine Referenzphase ϕ1 verschoben wird.25. Inductive proximity sensor according to one of claims 3 to 8, characterized in that the measuring coil AC voltage U , which is guided by the measuring coil to the input of the first comparator (K 1 ), by means of a first phase shifter (Ph 1 ) by one Reference phase ϕ 1 is shifted. 26. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Meßspulen-Sekundär-Wechselspannung U 2 beziehungsweise U 2', die von der zweiten Wicklung mit den Anschlüssen A' und B' zum Eingang des ersten Komparators (K1) geführt wird, mittels eines Pha­ senschiebers (Ph1) um eine Referenzphase ϕ1 verschoben wird.26. Inductive proximity sensor according to one of claims 21 to 24, characterized in that the induced measuring coil secondary AC voltage U 2 or U 2 ', from the second winding with the connections A' and B 'to the input of the first comparator (K 1 ) is carried out by means of a phase shifter (Ph 1 ) by a reference phase ϕ 1 . 27. Induktiver Näherungsschalter beziehungsweise Näherungsinitiator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. - daß der Ausgang des ersten Komparators (K1) auf den Takteingang eines flankengesteuerten D-Speichergliedes beziehungsweise ersten D-Flipflops (D1) geführt wird,
  • 2. - daß der Ausgang des zweiten Komparator (K2) auf den Zustandseingang beziehungsweise D-Eingang des ersten D-Speichergliedes (D1) geführt wird, so daß das D-Speicherglied die Funktion eines digitalen Phasenkomparators hat und der Ausgang des D-Speichergliedes das Schaltsignal S führt, und
  • 3. - daß der Schaltpunkt beziehungsweise die Änderung des Zustandes des Schalt­ signales S mittels der Referenzphase ϕ1 des ersten Phasenschiebers (Ph1) oder mittels der Phase des Referenz-Wechselstromwiderstandes Z ref einstellbar ist.
27. Inductive proximity switch or proximity initiator according to claim 1, characterized in that
  • 1. - that the output of the first comparator (K 1 ) is fed to the clock input of an edge-controlled D memory element or first D flip-flop (D 1 ),
  • 2. - that the output of the second comparator (K 2 ) is led to the state input or D input of the first D memory element (D 1 ), so that the D memory element has the function of a digital phase comparator and the output of the D- Memory element leads the switching signal S, and
  • 3. - that the switching point or the change in the state of the switching signal S is adjustable by means of the reference phase ϕ 1 of the first phase shifter (Ph 1 ) or by means of the phase of the reference AC resistance Z ref .
28. Induktiver Näherungsschalter beziehungsweise Näherungsinitiator mit Schalt­ hysterese nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. - daß entweder der Rücksetz-Eingang oder der Setz-Eingang eines zustandsge­ steuerten RS-Kippgliedes beziehungsweise RS-Flipflops (RS) mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops (D1) verbunden ist,
  • 2. - daß entweder der Setz-Eingang oder der Rücksetz-Eingang des zustandsge­ steuerten RS-Flipflops (RS) mit dem Ausgang eines zweiten flankengesteuerten D-Speichergliedes beziehungsweise D-Flipflops (D2) verbunden ist,
  • 3. - daß die beiden Takteingänge der beiden D-Flipflops (D1) und (D2) mit dem­ selben Ausgang des ersten Komparators (K1) verbunden sind,
  • 4. - daß der Zustandseingang beziehungsweise D-Eingang des ersten D-Flipflops (D1) direkt mit dem Ausgang des zweiten Komparators (K2) verbunden ist und
  • 5. - daß der Zustandseingang beziehungsweise D-Eingang des zweiten D-Flipflops (D2) über einen zweiten Phasenschieber (Ph2) mit dem Ausgang des zweiten Komparators (K2) verbunden ist, wobei das Eingangssignal des D-Eingangs des zweiten D-Flipflops (D2) um die Hysteresephase ϕ2 verschoben wird, so daß sich für das Ausgangssignal beziehungsweise das Schaltsignals S des RS-Flipflops (RS) das Verhalten eines Schmitt-Triggers ergibt d. h. das Ausgangssignal S ändert sich nur dann, wenn die Änderung der Phasenverschiebung ϕUI zwischen den beiden Ausgangssignalen der Komparatoren (K1 und K2) größer als die Hysteresephase ϕ2 wird.
28. Inductive proximity switch or proximity initiator with switching hysteresis according to claim 27, characterized in that
  • 1. that either the reset input or the set input of a state-controlled RS flip-flop or RS flip-flop (RS) is connected to the output of the first D flip-flop (D 1 ),
  • 2. that either the set input or the reset input of the state-controlled RS flip-flop (RS) is connected to the output of a second edge-controlled D memory element or D flip-flop (D 2 ),
  • 3. that the two clock inputs of the two D flip-flops (D 1 ) and (D 2 ) are connected to the same output of the first comparator (K 1 ),
  • 4. - that the state input or D input of the first D flip-flop (D 1 ) is connected directly to the output of the second comparator (K 2 ) and
  • 5. - That the state input or D input of the second D flip-flop (D 2 ) is connected via a second phase shifter (Ph 2 ) to the output of the second comparator (K 2 ), the input signal of the D input of the second D -Flipflops (D 2 ) is shifted by the hysteresis phase ϕ 2 , so that the behavior of a Schmitt trigger results for the output signal or the switching signal S of the RS flip-flop (RS), ie the output signal S only changes when the change the phase shift ϕ UI between the two output signals of the comparators (K 1 and K 2 ) is greater than the hysteresis phase ϕ 2 .
29. Induktiver Näherungsshalter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Näherungssensor beziehungsweise Näherungs­ schalter als Drehzahlmeßgerät eingesetzt wird.29. Inductive proximity holder according to one of claims 1 to 28, characterized characterized in that the inductive proximity sensor or proximity switch is used as a tachometer.
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