DE19757689A1 - Induktiver Meßumformer für Wege - Google Patents

Induktiver Meßumformer für Wege

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position mittels eines induktiven Meßumformers, der einen Stator und einen gegenüber diesem verschiebbaren Schlitten mit einem induktiven Übertragerelement und eine zugehörige Auswerteelektronik aufweist, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Position des Schlittens relativ zum Stator darstellt. Der Stator weist eine Erregerspule auf, welche sich über den Meßweg erstreckt und mit Wechselstrom gespeist wird, und dessen Magnetfeld ein mit dem Schlitten verbundenes Übertragerelement in Form eines weichmagnetischen Kerns und/oder einer Spule durchflutet, welches wiederum eine mit dem Stator verbunden Sekundärwicklung durchflutet und dort eine von der Lage des Schlittens abhängige Spannung induziert. Diese Sekundärwicklung besteht aus einer Windung, von der über den Meßweg verteilt Teilspannungen durch entsprechende Abgriffe gewonnen werden. Durch Mittelung der Teilspannungen wird eine Spannung erzeugt, welche von der Position des Schlittens abhängig ist. Die Mittelung kann durch Widerstände oder auch andere elektrische Komponenten erfolgen. Anstelle von diskreten Bauteilen können auch Widerstandsschichten oder Kapazitätsbeläge verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Erregerwicklung aus einer einzigen Windung besteht, wobei Gehäuse und Führungen als Spule dienen. Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch die Ausbildung des Übertragerelements als Schwingkreis, wodurch die Ausbildung von Streufeldern stark verringert wird. Vorteilhaft ist dabei, wenn der Sensor mit der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises betrieben wird, indem der Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element eines Oszillators eingesetzt wird.
Der Vorteil induktiver Wegsensoren liegt in der geringen Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen und anderen Umwelteinflüssen. Allgemein bekannt sind Differentialdrosseln, bei denen ein weichmagnetischer Kern in zwei Spulen geführt wird, welcher die Induktivität der zwei Spulen durch seine Lage so beeinflußt, daß zwischen den beiden in Reihe geschalteten an Wechselspannung angeschlossenen Spulen eine von der Position abhängige Spannung abgegriffen werden kann. Dieser Aufbau hat den Nachteile daß die Baulänge der Spule mindestens den doppelten Meßweg ausmacht und zusätzlich der mechanische Anschluß des Kerns in der Endstellung noch um den Meßweg hinausragt, so daß eine Einbaulänge von mindestens dem dreifachen Meßweg erforderlich ist. Zusätzlich wird das Meßergebnis durch den Temperaturgang des Wicklungswiderstands und der Permeabilität des verwendeten Magnetmaterials beeinflußt.
Daneben werden Lösungen vorgeschlagen, bei denen in eine Spule entweder Kurzschlußzylinder oder Kerne hoher Permeabilität eingeschoben werden, wobei die Veränderung der Induktivität der Spule als Maß für die Position des Kerns verwendet wird. Diese Lösungen haben gegenüber den Differentialtransformatoren den Vorteil einer kürzeren Baulänge auf. Bei ausgefahrener Meßstange ist allerdings immer noch mindestens der doppelte Meßweg erforderlich. Daneben wirkt sich der Temperaturgang des Wicklungswiderstands und des Kerns stärker auf das Temperaturverhalten aus.
Aus DE 25 11 683 ist bekannt, durch Einkopplung einer Spannung von einer Erregerwicklung über einen Kern hoher Permeabilität in eine Meßwicklung mit zunehmender Windungsdichte ein geeignetes Meßsignal zu erzeugen. Dieses Verfahren hat den Vorteil einer kurzen Baulänge, hat aber den Nachteil, daß an die Verteilung des Magnetfelds über die Fläche der Meßspule und an die Gestaltung der Meßspule hohe Anforderungen gestellt werden.
Ferner ist mit WO 94/03778 eine Ausführung bekannt, bei der an einer Spule durch einen Kurzschlußring eine Verringerung des Spannungsabfalls innerhalb eines Teilbereichs der Spule erzeugt wird und durch Widerstände oder Kondensatoren von Abgriffen an der Spule ein von der Position des Kurzschlußrings abhängiges Signal gebildet wird. Damit erhält man einen Sensor mit kurzer Baulänge. Nachteilig ist der Einfluß des Wicklungswiderstands und der Streuinduktivitäten.
Aufgabe der Erfindung ist, die Nachteile der oben genannten Vorrichtungen zu beseitigen und einen Wegsensor vorzuschlagen, der mit einfachen Mitteln aufzubauen ist und eine hohe Genauigkeit aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 und 1a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Sensors
Fig. 2 ein Diagramm des Magnetflusses und des dadurch bewirkten des Spannungsverlaufs an der Meßwicklung über die Länge der Wicklung
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer einzigen Windung als Erregerwicklung
Fig. 4a und 4b einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Auswirkung des unerwünschten Streufelds verringert wird
Fig. 5a und 5b eine Ausführung, bei der durch geeignete Anordnung der Erregerwicklung die Einkopplung des Streufelds unwirksam gemacht wird
Fig. 6 eine Ausführung mit einem Meßkern mit zusätzlicher Wicklung und einem Kondensator zur Bildung eines Schwingkreises
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Aufbaus, in dem der Resonanzkreis als frequenzbestimmendes Element in einer Oszillatorschaltung verwendet wird.
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführung, bei der die Meßspannung direkt an der Erregerwicklung abgegriffen wird
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors. Eine Erregerwicklung 1, welche sich in ihrer Spulenfläche über die Länge 1 des Sensors erstreckt, wird von einer Wechselspannungsquelle 4 gespeist. Ein aus einem Material hoher Permeabilität bestehender Spulenkern 2 mit einem Luftspalt d ist verschieblich so geführt, daß er die Spule 1 durchdringt und sich in seinem Luftspalt ein Teil des Spannungsteilerelements 3 befindet. Das Spannungsteilerelement besteht aus einem Leiter 5, der sich am unteren Rand entlang über das Spannungsteilerelement erstreckt, einem Leiter 8, der sich am oberen Rand über das Spannungsteilerelement erstreckt, einem weiteren Leiter 7, der parallel zu Leiter 5 verläuft und einem leitfähigen Belag 9, der zwischen Leiter 8 und dem Leiter 7 liegt, der einen über die Meßstrecke über die Fläche verteilten Widerstand zwischen Leiter 8 und 7 bildet und in seiner Summe hochohmig gegenüber der Impedanz der von den Leitern 5 und 8 gebildeten Induktionsschleife ist.
Der von der Wechselspannungsquelle 4 gelieferte Strom durch die Spule 1 erzeugt einen magnetischen Fluß, der im Bereich des Kerns 2 über das Spannungsteilerelement 3 geführt wird, während das Spannungsteilerelement im übrigen Bereich nur eine geringe Durchflutung aufweist.
Das Diagramm in Fig. 2 zeigt einen idealisierten Verlauf der Feldstärke über die Länge des Meßumformers. Bei dem Verlauf sind Randeffekte und das Streufeld nicht berücksichtigt. Im Bereich des Kerns tritt ein Magnetfluß Φ auf, der das Widerstandselement 9 durchflutet.
Durch die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes im Bereich des Luftspaltes von Kern 2 wird im Leiter 8 gegenüber Leiter 5 und 7 eine Wechselspannung U(x) induziert. Die Wechselspannung ist proportional dem Integral über den über die Fläche integrierten Magnetfluß. Dadurch bildet sich am Leiter 8 gegenüber dem Leiter 5 über die Position x ein Spannungsverlauf aus, der an der Position gegenüber den Anschlüssen bis zum Kern 2 zunächst 0 ist und mit der vom Kern 2 überdeckten Fläche linear ansteigt und hinter dem Kern bis zu den Anschlüssen konstant bleibt (Fig. 2). Die über die Strecke 1 über die Fläche verteilten Widerstände, die zunächst als Widerstandsbelag betrachtet werden, bilden einen Summenwert R0, der am Anschluß von Leiter 7 gegenüber Leiter 5, bzw. Leiter 8 festgestellt werden kann.
Betrachtet man den Widerstandsbelag als aus parallel geschalteten gleich großen Einzelwiderständen zusammengesetzt, die jeweils an unterschiedliche Spannungsquellen angeschlossen sind, so ergibt sich für die Ausgangsspannung:
Wenn man n gegen ∞ gehen läßt, ergibt sich dann
Für den Spannungsverlauf nach Fig. 2 ergibt sich dann für eine Bereich 0 < s < (l-b) eine Ausgangsspannung von
Damit ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Position s des verschiebbaren Kerns 2 und der Ausgangsspannung Ua.
Der Leitwertbelag kann als durchgehende Fläche von Widerstandsmaterial oder in Form einer hinreichenden Anzahl von gleichmäßig verteilten diskreten Widerständen oder von Kondensatorflächen oder einzelnen Kondensatoren oder Kombinationen davon gebildet werden.
Da die Meßspule nur aus einer Windung besteht, ist die abgegebene Spannung verhältnismäßig niedrig. Zur Erlangung eines zur Auswertung brauchbaren Signals wird ein entsprechend hoher magnetischer Fluß durch das Spannungsteilerelement benötigt, wobei der Streufluß der Primärspule 1 möglichst wenig in das Spannungsteilerelement einkoppeln soll. Die induzierte Spannung ist eine Funktion der Frequenz, der in der Primärspule 1 erzeugten magnetischen Feldstärke, der Permeabiltät und dem Querschnitt des Kerns 2, des Luftspalts d des Kerns 2 und der Fläche des Kerns im Bereich des Luftspalts.
Zur Erlangung einer hohen Induktionsspannung bei niedrigem Stromfluß ist es zweckmäßig, die Frequenz möglichst hoch zu wählen. Gerade bei großen Weglängen wird die Frequenz durch die Wicklungskapazität begrenzt. Daneben ist die Herstellung einer geeigneten Spule relativ aufwendig und das Einführen des verschieblichen Kerns in die Spule schwierig. Diese Schwierigkeiten können durch einen Aufbau umgangen werden, in dem die Primärspule in Form einer einzigen Windung ausgeführt wird und durch einen Transformator eine Anpassung an die Schaltung zur Erzeugung der Speisespannung vorgesehen ist. Fig. 3 zeigt eine schematische teilweise aufbrochene Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
Die von der Spannungsquelle 10 gelieferte Spannung wird von Transformator 11 auf eine entsprechend niedrigere Spannung herabgesetzt. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit einem Anschluß mit dem Gehäuse 12 und mit dem anderen Anschluß mit einer Schiene 13 verbunden, welche innerhalb des Gehäuses 12 parallel zur Innenwand liegt und am gegenüberliegenden Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist. Dadurch fließt der Sekundärstrom des Transformators über die Schiene 13 und zurück über das Gehäuse 12. Zwischen Schiene 13 und Gehäuse 12 liegt der Kern 14, der einen durch den Strom über die Schiene 13 und Gehäuse 12 erzeugten magnetischen Fluß durch das Spannungsteilerelement 15 leitet. Die Rückleitung ist möglichst breit ausgeführt und in geringem Abstand zum Gehäuse angeordnet. Im Gegensatz zu einer normal gewickelten Spule bietet diese Anordnung die Möglichkeit, die Geometrie so zu gestalten, daß eine möglichst niedrige Induktivität im Bereich außerhalb des Kerns entsteht, so daß der Spannungsabfall überwiegend im Bereich des Kerns 14 in Folge seines geringen magnetischen Widerstands auftritt. Diese Anordnung weist eine Resonanzfrequenz auf, die weit oberhalb der für diese Anordnung erforderlichen Frequenz liegt.
Die im Bereich außerhalb des Kerns 14 auftretenden von der Erregerwicklung erzeugten magnetischen Felder induzieren im Spannungsteiler eine Spannung, die zu dem im Kern induzierten wegabhängigen Nutzsignal addiert wird. Dies würde zunächst nur eine Nullpunktverschiebung verursachen. Da jedoch die Permeabilität des weichmagnetischen Kernmaterials temperaturabhängig ist, kann dies zu einer Verschlechterung des Temperaturverhaltens führen. Die in den Spannungsteiler vom Streufeld induzierte Spannung soll daher so niedrig wie möglich sein.
Abhilfe schaffen hier folgende Maßnahmen:
  • - Anordnung des Spannungsteilerelements in ausreichender Entfernung. Diese Methode führt zu einer einfachen Konstruktion, jedoch erfordert sie relativ viel Platz.
  • - Das Spannungsteilerelement wird in den Bereich einer Vertiefung einer der Wicklungshälften verlagert (Fig. 4a und 4b). Hier eignet sich besonders ein Aufbau, bei dem nur eine Windung als Erregerspule vorgesehen ist. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ein Schnittbild durch eine entsprechende Anordnung. Das Gehäuse 15 dient als Hinleiter und das Profil 16 als Rückleiter des Erregerstroms. Das Profil 16 ist so gestaltet, daß in einem Graben versenkt das Spannungsteilerelement 17 untergebracht werden kann. Der Kern 18 aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität umschließt das Profil 16, wobei es einen Luftspalt aufweist, der im Graben des Profils liegt, in dem wiederum das Spannungsteilerelement 17 liegt.
In Fig. 4a und 4b ist der Verlauf der magnetischen Feldlinien dargestellt, die durch den Strom erzeugt werden, der durch die Profile 15 (Gehäuse) und 16 (Rückleitung) fließt. Der Erregerstrom fließt bei diesem Aufbau vorzugsweise im Oberflächenbereich gegenüberliegender Flächen. Dadurch ist der Bereich des Grabens weitgehend feldfrei, sofern der Magnetfluß nicht vom Kern beeinflußt wird.
Fig. 4a zeigt den Feldlinienverlauf ohne Kern. Hier treten praktisch keine Feldlinien durch das Spannungsteilerelement 17.
In Fig. 4b - im Bereich des Kerns - folgen die Feldlinien wegen der hohen Permeabilität des Kerns vorzugsweise dem Kern und treten überwiegend im Bereich Luftspalts durch das Spannungsteilerelement 17, um dort die gewünschte Spannung zu induzieren. Der magnetische Fluß ist wegen des geringeren magnetischen Widerstands höher als im Bereich ohne Kern. Es treten zwar hier auch Streufelder auf, die zu einer Verringerung des Ausgangssignals führen. Diese sind jedoch immer im gleichen Verhältnis zum Nutzfeld.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Induktivität der Primärwicklung im Bereich außerhalb des Kerns sehr niedrig ist, während sie im Bereich des Magnetkern relativ hoch ist. Dadurch tritt im Bereich außerhalb des Meßkerns nur eine geringer Spannungsabfall an der Erregerwicklung auf. Daneben ist der Aufbau wegen der Form des Profil sehr steif, was eine gute mechanische Stabilität verschafft. Nachteilig ist allerdings die aufwendige Gestaltung des Kerns.
  • - Das Spannungsteilerelement wird so angeordnet, daß sich die unerwünschen Streufelder aufheben (Fig. 5a und Fig. 5b). Im Gehäuse 19, das als Hinleiter dient, sind die Rückleiter 20 gegenüber dem Spannungsteilerelement so angeordnet, daß ohne Kern die magnetischen Feldlinien das Spannungsteilerelement so durchfluten, daß das Integral des magnetischen Flusses über die Fläche des Spannungsteilerelements zu 0 wird (Fig. 5a), soweit es nicht im Bereich des Kerns gebildet wird. Fig. 5b zeigt den Bereich des Kerns 22, wo der Fluß so umgelenkt wird, daß der Magnetfluß nur in einer Richtung durch das Spannungsteilerelement 21 hindurchtritt und dadurch eine entsprechende Spannung in die Meßwicklung induziert.
Da das Spannungsteilerelement nur aus einer Windung besteht, in welche die auszuwertende Spannung induziert wird, ist die Ausgangsspannung relativ niedrig. Bei den verwendeten Baugrößen lassen sich Querschnitte für den Kern von etwa 0,5 cm2 bei einem Luftspalt von 2 mm erzielen. Wünschenswert ist eine Arbeitsfrequenz im Bereich von etwa 100 kHz und eine Ausgangsspannung von wenigstens 0,1 Volt. (Niedrigere Spannungen ergeben zwar noch brauchbare Ergebnisse. Die Auswertung der Ausgangsspannung wird allerdings dann aufwendiger und der Einfluß des Rauschens wird bei hohen Genauigkeitsanforderungen bemerkbar.) Damit kann der für die Durchflutung erforderliche Erregerstrom abgeschätzt werden. Es ergibt sich der Wert von ca. 5 A. Dies erfordert eine entsprechende Auslegung des Transformators und der Hin- und Rückleitung. Eine Verringerung des Stroms kann durch Erhöhung der Frequenz, Verringerung des Luftspalts und Vergrößerung der Luftspaltfläche erfolgen.
Besonders bei großen Meßlängen wird die Speisung wegen der dabei entstehenden Spannungsabfälle aufwendig. Daneben erzeugt der hohe Speisestrom ein relativ starkes unerwünschtes Streufeld. Es ist daher wünschenswert, den Erregerstrom auf den Bereich des Meßkerns zu konzentrieren. Dies ist wie in Fig. 6 dargestellt möglich, wenn der Meßkern 23 mit einer Wicklung 24 versehen wird, die mit einem Kondensator 25 verbunden wird. Die Induktivität der Spule und der Kapazität ergeben einen Schwingkreis, der durch den Erregerstrom IE angeregt wird. Im Schwingkreis fließt der Strom ILC, der multipliziert mit der Windungszahl der Spule eine entsprechende magnetische Feldstärke im Luftspalt des Kerns 23 erzeugt. Wenn der Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, ist zur Aufrechterhaltung der Spannung an der Spule nur noch ein Erregerstrom IE notwendig, der zur Deckung der Schwingkreisverluste notwendig ist. Je nach Güte des Schwingkreises ist eine Verringerung des Erregerstroms um den Faktor 10. .50 möglich.
Der Erregerstrom fließt über den Leiter 27 durch den Kern. Die in die Meßwicklung 26 induzierte Spannung wird hauptsächlich durch den durch die Wicklung 24 und Kondensator 25 fließenden Strom ILC bestimmt. Bei der Auswertung der Meßspannung ist noch zu berücksichtigen, daß der Erregerstrom IE gegenüber dem Schwingkreisstrom ILC um 90° phasenverschoben ist, wenn der Schwingkreis in Resonanz ist. Damit wird der Einfluß des Streufelds weiter verringert.
Voraussetzung für eine zufriedenstellende Funktion des Schwingkreises ist, daß er mit Resonanzfrequenz betrieben wird. Dies kann durch Abgleich der Oszillatorfrequenz auf die Schwingkreisfrequenz oder umgekehrt erfolgen. Diese Methode schließt nicht aus, daß sich Oszillator und Schwingkreis gegeneinander verstimmen. Es ist daher zweckmäßig, den Meß- Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element eines Oszillators zu verwenden. Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung, die den aus dem Kern 30, Spule 31 und Kondensator 32 gebildeten Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element verwendet. Der Kern 30 erzeugt durch eine Änderung des Magnetflusses in der Meßschleife 34 eine Induktionsspannung U0, welche von dem Verstärker 36 verstärkt wird und einen Strom durch die Primärwicklung des Übertragers 35 bewirkt. Dessen Sekundärwicklung erzeugt einen Strom durch die Erregerwicklung 33, welcher wiederum den Kern 30 des Resonanzkreises durchflutet. Bei Resonanzfrequenz sind Strom und Spannung in Phase, die Spannung nimmt ein Maximum an. Bei ausreichender Verstärkung schwingt die Schaltung mit der Frequenz des von der Spule 31 und Kondensator 32 gebildeten Schwingkreises.
Als Maß für die Position des Kerns gegenüber dem Stator dient das Verhältnis der Spannungen zwischen dem Ausgang des Spannungssummierers 41 und der gesamten Sekundärwicklung 34. Es ist zweckmäßig, die Spannung an der Sekundärwicklung 34 auf eine konstanten Wert zu regeln, indem man sie nach einer Gleichrichtung mit Gleichrichterschaltung 38 mit einer Referenzspannung UR von der Spannungsquelle 40 vergleicht und die Differenz durch Regler 41 auf Null regelt, indem die Oszillatoramplitude durch Beeinflussung der Kreisverstärkung der Oszillatorschaltung so einstellt, daß sie mit der notwendigen Amplitude schwingt. Diese Methode hat den Vorteil, daß die Oszillatorschaltung bei geeigneter Dimensionierung nicht in Begrenzung geht und daher einen sehr geringen Oberwellenanteil aufweist.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Meßumformer möglichst wenige Anschlüsse aufweist, z. B. wenn sie durch Behälterwände isoliert hindurchgeführt werden sollen. Die notwendige Anzahl der Anschlüsse kann verringert werden, wenn die an der Versorgungsleitung anliegende Spannung ausgewertet wird. Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer derartigen Ausführung. Die Wechselspannungsquelle 48 speist über Transformator 42 eine Leiterschleife, die aus den Leitern 43 und 44 besteht. Der Leiter führt durch den verschiebbaren Kern 45. Am Leiter 43 ist die Widerstandsschicht 46 angeschlossen, welche auf der gegenüberliegenden Seite am Leiter 47 angeschlossen ist. Die Dimensionierung ist so ausgelegt, daß der Spannungsabfall entlang dem Leiter 43 im Bereich ohne Kern 45 klein ist im Vergleich zum Spannungsabfall im Bereich des Kerns. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführung des Kerns als Schwingkreis, welcher mit Resonanzfrequenz betrieben wird. Durch das Widerstandselement 46 wird der Spannungsverlauf am Leiter 43 summiert und Leiter 47 ausgegeben. Der Nachteil dieses Aufbaus liegt darin, daß die durch den Speisestrom des Meßumformers verursachten Spannungsabfälle an Leiter 43 und 44 in die Ausgangsspannung mit eingehen. Dies äußert sich in einer Nullpunktverschiebung und einer Verringerung des Ausgangssignals. Bei Bedarf kann hier eine Kompensation durch eine stromabhängige Korrekturspannung vorgesehen werden.

Claims (12)

1. Induktiver Meßumformer zur Bestimmung der Position eines gegenüber einem feststehendem Gehäuse verschieblichen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebliche Körper eine Übertragungselement aufweist, welche ein über einen begrenzten Bereich sich erstreckendes magnetisches Wechselfeld erzeugt und dieses Wechselfeld wenigstens eine mit dem Gehäuse verbundene sich über die Meßlänge erstreckende Leiterschleife durchflutet, dessen Spannungsdifferenz zwischen hinführender und rückführender Leitung durch eine geeignete elektrische Schaltung gemittelt wird und an einen Ausgang geführt wird.
2. Induktiver Meßumformer zur Bestimmung der Position eines gegenüber einem feststehendem Gehäuse verschieblichen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Gehäuse verbundene von einem Wechselstrom durchflossen Leiterschleife durch ein mit dem verschieblichen Körper verbundenen induktiv wirkendes Element hindurchgeführt wird, welches einen erhöhten Spannungsabfall im Bereich diese Elements verursacht, und daß die Spannungsdifferenz zwischen hinführender und rückführender Leitung der Leiterschleife durch eine geeignete elektrische Schaltung gemittelt wird und an einen Ausgang geführt wird.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen durch einzelne über die Meßlänge verteilte Abgriffe an der Leiterschleife gewonnen werden und die Mittelung durch einzelne Widerstände erfolgt, welche auf einen gemeinsamen Anschluß geführt werden, der den Bereich umschließt, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflossen werden kann.
4. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen durch einzelnen Abgriffe an der Leiterschleife gewonnen werden und die Mittelung durch einzelne Kondensatoren erfolgt, welche auf einen gemeinsamen Anschluß geführt werden, der den Bereich umschließt, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflossen werden kann.
5. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelung durch eine Widerstandsschicht erfolgt, die zwischen dem hinführenden Teil der Leiterschleife und einem sich über die Länge der Leiterschleife sich erstreckendem parallel verlaufenden Meßanschluß liegt, wobei der Bereich zwischen dem hinführenden Teil der Leiterschleife und dem Meßanschluß, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflossen werden kann, von der Widerstandsschicht bedeckt ist.
6. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Wechselfelds des beweglichen Elements dadurch erfolgt, daß in einer feststehenden sich über die Länge des Meßwegs erstreckenden Erregerspule ein Kern hoher Permeabilität beweglich angeordnet ist, welcher den Magnetfluß vorzugsweise in den Bereich der Meßschleife umleitet
7. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung aus einer Windung besteht und die Anpassung an die Impedanz der Versorgung durch einen Transformator mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis erfolgt.
8. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Kern hoher Permeabilität mit einer Spule versehen ist, welche mit einem Kondensator verbunden ist, so daß diese einen Schwingkreis bilden, und daß die Erregung mit der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises erfolgt.
9. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Spule und den Kondensator gebildete Schwingkreis als frequenzbestimmendes Elements einer Oszillatorschaltung verwendet wird.
10. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom des verschiebbaren Elements so geregelt wird, daß die Spannung an der vollständigen Leiterschleife konstant bleibt.
11. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verhältnis aus der am Summierausgang anstehenden Spannung zu der an der vollständigen Wicklung anstehenden Spannung ein Meßwert gebildet wird.
12. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Streufeld außerhalb des verschiebbaren induktiven Übertragungselements induzierten Spannungen durch zusätzliche Schaltungsmittel kompensiert werden.
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DE19757689A DE19757689C2 (de) 1997-12-23 1997-12-23 Induktiver Meßumformer für Wege
US09/582,275 US6504361B1 (en) 1997-12-23 1998-12-21 Inductive measurement transducer for determining a position of a moving body
EP98966224A EP1042649A1 (de) 1997-12-23 1998-12-21 Induktiver messumformer für wege und anordnung zur messung von winkeln
JP2000526778A JP2002500344A (ja) 1997-12-23 1998-12-21 距離の誘導形測定用の変換器および角度測定用の装置
PCT/DE1998/003753 WO1999034170A1 (de) 1997-12-23 1998-12-21 Induktiver messumformer für wege und anordnung zur messung von winkeln
CN98813584.1A CN1285036A (zh) 1997-12-23 1998-12-21 测量距离的电感测量传感器和测量角度的装置

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19905847A1 (de) * 1999-02-05 2000-08-24 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Weg- und/oder Winkelaufnehmer mit mäanderförmiger Meßwicklung
DE10022082C1 (de) * 2000-05-08 2001-10-18 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Induktiver Messumformer
DE10026033C2 (de) * 2000-05-25 2003-05-28 Abb Patent Gmbh Messumformer mit einem druckfest gekapselten Messumformergehäuse
WO2006125543A2 (de) * 2005-05-25 2006-11-30 Stopinc Aktiengesellschaft Schiebeverschluss für metallurgische gefässe
WO2017215786A1 (de) * 2016-06-14 2017-12-21 Peter Haas Induktionsanordnung

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8089324B2 (en) * 2006-08-05 2012-01-03 Min Ming Tarng Varactor-free amplitude controlled oscillator(ACO) for system on chip and system on card Xtaless clock SOC
DE10219678C1 (de) * 2002-05-02 2003-06-26 Balluff Gmbh Induktiver Wegmessaufnehmer mit einen passiven Resonanzkreis aufweisendem Messkopf
DE10332761A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-25 Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Bewegungsparametern einer leitenden, vorzugsweise profilierten Oberfläche
US6995573B2 (en) * 2003-05-07 2006-02-07 I F M Electronic Gmbh Process for determining the position of an influencing element with an inductive position sensor
EP2145158B1 (de) 2007-05-10 2018-03-07 Cambridge Integrated Circuits Limited Wandler
DE102007027419A1 (de) 2007-06-14 2008-12-18 Franz Gleixner Induktiver Messumformer für Weg oder Winkel
DE102007035310A1 (de) * 2007-07-27 2009-01-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Daten-und/oder Energieübertragung
US8542017B2 (en) * 2009-12-21 2013-09-24 Nxp B.V. System and method for measuring the shape of an organ of a patient using a magnetic induction radio sensor integrated in a stretchable strap
GB2488389C (en) 2010-12-24 2018-08-22 Cambridge Integrated Circuits Ltd Position sensing transducer
DE102011100440A1 (de) * 2011-05-04 2012-11-08 Polycontact Ag Positionssensor
DE102011121028B4 (de) * 2011-12-14 2014-10-16 Paragon Ag "Messanordnung zur Bestimmung des Abstands zu einer magnetischen Wechselfeldquelle und Verfahren zur Messung des Abstands zwischen einer Magnetsensoranordnung und einer magnetischen Wechselfeldquelle"
GB2503006B (en) 2012-06-13 2017-08-09 Cambridge Integrated Circuits Ltd Position sensing transducer
JP5974231B2 (ja) * 2012-09-03 2016-08-23 多摩川精機株式会社 リニアレゾルバ
US20140169987A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Caterpillar Inc. Dielectric Sensor Arrangement and Method for Swashplate Angular Position Detection
DE102014220446A1 (de) * 2014-10-09 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung von Drehwinkeln an einem rotierenden Bauteil
DE102015215330A1 (de) 2015-08-11 2017-02-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Induktive Sensoren mit Betriebsfrequenz nahe der Resonanz
FI20165494A (fi) * 2016-06-14 2017-12-15 Lappeenrannan Teknillinen Yliopisto Asentotunnistin
US10948315B2 (en) * 2018-12-21 2021-03-16 Industrial Technology Research Institute Magnetic position detecting device and method
DE102019218399A1 (de) 2019-11-27 2021-05-27 Infineon Technologies Ag Induktiver winkelsensor mit abstandswertermittlung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2511683C3 (de) * 1975-03-18 1985-06-20 Metrawatt GmbH, 8500 Nürnberg Induktiver Stellungsgeber
US5055814A (en) * 1988-05-19 1991-10-08 Ohkura Electric Co., Ltd. Displacement detector
DE68928987T2 (de) * 1989-10-02 1999-11-11 Koninkl Philips Electronics Nv Datenverarbeitungssystem mit einer Berührungsanzeige und einem Digitalisiertablett, beide integriert in einer Eingabevorrichtung
FR2682760A1 (fr) * 1991-10-22 1993-04-23 Prototype Mecanique Ind Capteurs de deplacements lineaires ou angulaires sans contact.
DE4201721C2 (de) * 1992-01-23 1994-06-30 Bosch Gmbh Robert Berührungsloser Geber
DE4225968A1 (de) * 1992-08-06 1994-02-10 Micro Epsilon Messtechnik Berührungslos arbeitendes Wegmeßsystem und Verfahren zur berührungslosen Wegmessung
JP3804971B2 (ja) 1994-05-14 2006-08-02 シナプティックス （ユーケー）リミテッド 位置エンコーダ
DE9421122U1 (de) * 1994-11-10 1995-04-27 Siedle Horst Kg Vorrichtung zur Bestimmung einer jeweiligen örtlichen Position eines Körpers
US5973494A (en) * 1996-05-13 1999-10-26 Mitutoyo Corporation Electronic caliper using a self-contained, low power inductive position transducer

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19905847A1 (de) * 1999-02-05 2000-08-24 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Weg- und/oder Winkelaufnehmer mit mäanderförmiger Meßwicklung
DE19905847C2 (de) * 1999-02-05 2001-02-22 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Weg- und/oder Winkelaufnehmer mit mäanderförmiger Meßwicklung
DE10022082C1 (de) * 2000-05-08 2001-10-18 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Induktiver Messumformer
WO2001086233A1 (de) * 2000-05-08 2001-11-15 Horst Siedle Gmbh & Co. Kg Induktiver messumformer
US6756779B2 (en) 2000-05-08 2004-06-29 Horst Siedle Gmbh & Co. Kg Inductive measuring transducer for determining the relative position of a body
DE10026033C2 (de) * 2000-05-25 2003-05-28 Abb Patent Gmbh Messumformer mit einem druckfest gekapselten Messumformergehäuse
WO2006125543A2 (de) * 2005-05-25 2006-11-30 Stopinc Aktiengesellschaft Schiebeverschluss für metallurgische gefässe
WO2006125543A3 (de) * 2005-05-25 2007-01-18 Stopinc Ag Schiebeverschluss für metallurgische gefässe
WO2017215786A1 (de) * 2016-06-14 2017-12-21 Peter Haas Induktionsanordnung

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Publication number Publication date
US6504361B1 (en) 2003-01-07
WO1999034170A1 (de) 1999-07-08
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DE19757689C2 (de) 2001-02-15
EP1042649A1 (de) 2000-10-11
JP2002500344A (ja) 2002-01-08

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