DE2303044C2

DE2303044C2 - Vorrichtung zum Bestimmen der Stellung eines sich entlang eines vorbestimmten Weges bewegenden Gegenstandes mit einem berührungsfreien Abtaster

Info

Publication number: DE2303044C2
Application number: DE2303044A
Authority: DE
Inventors: Jean Grenoble Ambier; Roger Poisat Lavergne; Yves La Tronche Pelenc
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1984-10-31
Also published as: US3890607A; BE793944A; GB1416895A; DE2303044A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

d) die in regelmäßigen Abständen angeordneten jii Einzelspuien (66 bis 78) der Sekundärwicklung in je ein logisches Signa! m eine Verbindungsleitung liefernde Gruppen (A. B. C...) zusammengeführt sind und

e) jede Gruppe (A. B. C) eine von der jeweiligen r> Reihe der Gruppe abhängige Anzahl von in regelmäßigen Absländen angeordneten Einzelspulen (66,70; 74,78; 68,76; 72) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe (A) der Reihe 12'-' Einzelspulen (66, 70, 74, 78) die Gruppe (B) der Reihe 2 2'-· Einzelspulcn (68,76) und die Gruppe (C)der Reihe X 2^l~ ' Einzelspulcn (72) aufweist.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der An- v-, sprüche 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung aus einer die Spulenpaare (1,2... n) der Sekundärwicklung koaxial umschließenden röhrenförmigen Spule (14) besieht.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hilfssekundärwicklung (z. B. 60, 62) so angeordnet ist, daß die in dieser Wicklung durch die Primärwicklung (14) induzierte Spannung unabhängig von der Stellung des beweglichen Gegen- γ, Standes (10) ist, und daß durch einen von der in der Hilfssekundärwicklung (z. B. 60, 62) induzierten Spannung gesteuerten Regler für den Speisestrom der Primärwicklung die Spannung konstant gchallen ist. Mi

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Line Vorrichtung der gallungsbildcndcn Art ist aus der DL-OS Ib 7J%8 bekannt, welche die Kombination zweier periodischer Differentialtransformatoren beinhaltet, die koaxial miteinander angeordnet sind und von einem ihnen gemeinsamen Kern aus abwechselnd magnetisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Matcrial durchlaufen sind sowie axial zueinander versetzt sind, um eine 90" ige Phasenverschiebung zwischen von den beiden Differentialtransformatoren abgenommenen Signalverläufen zu erhallen. Hierbei hantfeit es sich um Analog-Signalc, insbesondere um drehende Magnetfcldsignalc. /.war wird die Addition von etwaigen Fehlern durch Messen der Phasenverschiebung der Ausgangssignale von zwei axial verschobenen Differenlialiransformatoren vermieden aber es bedarf diese Vorrichtung der Weiterentwicklung zum Messen eines \ erschiebeweges von mehreren Metern.

Der Erfindungsgegenstand ist speziell für die Überwachung der Lage der Kontrollstäbe von Kernkraftreaktoren, insbesondere der Anzeige der Stabstellung am räumlich entfernten Steuerpult der Anlage bestimmt. Bekanntlich steht bei Druckwasser-Reaktoren im Primärkreisiauf das Kühlwasser des Kernes unter einem Druck von etwa 150 bar. um auch bei Temperaturen von über JOO"C am Ausgang aus dem Druckbehälter ein Sieden zu vermeiden. Selbstverständlich darf weder die Verschiebe- noch die Meßvorrichtung zu den Regelstäben das Dichisein des Druckbehälter irgendwie negativ beeinflussen. Im Bereich der eigentlichen Mäntel erreicht die Temperatur nicht nur etwa 200°C, sondern sie ist auch nicht dauernd gleichbleibend. Temperaturuntcrschicdc zwischen den Enden des Gebers sowie /wischen dessen Außen- und Innenwänden bewirken in Abhängigkeil von Stellung bzw. Bewegung der Regelstäbe, der jeweiligen Leistung des Reaktors u.dgl. Einflüsse variable Gradienten. Die Elektroinagncte der eigentlichen Stelleinrichtung erzeugen in solchen Fällen elektromagnetische Störfclder, insbesondere impulsartiger Natur, beim Verschicben der Regclstäbe. Außerdem ist auch dieser Bereich einer nicht unbeträchtlichen Gamniasirahlung unterworfen. Trotz dieser ungünstigen Umgebungsbcdingungcn muß die Stellungsanzeige mit großer Genauigkeit und äußerst zuverlässig erfolgen (nur wenige Fehler-Prozente sind zulässig). Die Zuverlässigkeit bedingt, daß sich nur ein Minimum von Teilen im Druckbehälter des Reaktors bzw. in mit diesem in Verbindung stehenden Räumen befinden darf. Trotzdem muß die Außenan/.cigc genau die Verhältnisse im Druckbehälter widerspiegeln.

Zwar ist bereits ar.s dem »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen« von Christof Rohrbach, VDI-Verlag l%7. Seiten 186— 14i. ein herkömmlicher Diffceniial-Transformatorgcbcr bekannt, der aus einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung besteht, welche durch ein Paar gegensinnig in Reihe geschalteter Hlcmcntar-Spulen gebildet ist. Hierdurch wird ein für die Stellung des mobilen Kernes repräsentatives Signal erhallen. Im Gegensatz zum Bekannten soll jedoch die Stellung eines sehr langen Kernes unter den vorbeschriebenen Bedingungen bestimm- und anzeigbar sein.

Schließlich ist uns der DE-AS 12 72 568 eine WcgiiieUvoiTii'hiimg mit /wei ko;i\i;il angeordneten Spulen bckaiini. die lungs des Verscliiebewcges eines Eisenkernes abschnittsweise angeordnet sind. Die verschiedenen Abschnitte einer Spule sind in Serie geschaltet und bilden somit nicht ein oder mehrere Spulenpaarc. die in der Lage sind. Differemialsignale abzugeben. Ls sind besondere Maßnahmen erforderlich, damit magnetische Siörfcldcr die Meßgenauigkeit nicht beeinflussen. Die Anwendung der bekannten Vorrichtung bei Kernreak-

toren erschein» problematisch. In jedem Falle ist cine Vorrichtung erforderlich, die Binärsignale zu liefern in der Lage ist

Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, eine weitcrentwickelte Vorrichtung zum Messen und An/eigen der Stellung der Regelstäbe z. B. eines Druckwasser-Reaktors anzugeben, wobei eine verbesserte Meßgenauigkeit trotz störender Magnetfelder und Gamma-Strahlungen sowie Temperaturen von über 200° C über einen großen Verschiebeweg gewährleistet sein soll und logische'Signale erhalten werden. Die Lösung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet

Diese Lösung bedient sich der Tatsache, daß die Verschiebebewegungen der Regclstäbe über ein magnetisches bzw. elektromagnetisches System von außerhalb des dichten Mantels bewirkt werden, der oberhalb des Druckbehälter-Deckels den Tragstab eines jeden Regelstabes umgibt.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß bei den vorhandenen Teilen keinerlei nennenswerte Änderungen, also weder bei der Stelleinrichtung der Regelstäbe, noch bei dem dichten Schulzmantel des Regelstabes oder bei dessen Tragstab erforderlich sind. Diese Teile sind für die Mitnahme durch Magnet-Koppelung ausgelegt. Die Verarbeitung der gewünschten Informationen erfolgt ausschließlich durch numerische Systeme. Es ist eine Datenverarbeitung im logisiischen Überwachungssystem unter Anzeige und eventueller Aufzeichnung der Stellungen der Regelsläbc in der Zentraleinheit möglich, wobei am zentralen Schaltpult diese Stellungen in jedem Fall ersichtlich sind.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Geber (am Mantel des Regelstabes) direkt ein numerisches Signal liefert, das für die jeweilige Stellung des Stabes repräsentativ ist. Dieser Vorteil wird auf sehr einfache Weise durch die Art der Anordnung der Geber-Wicklungen sowie deren Schaltung erhalten. Auch läßt sich konstruktiv leicht der gewünschte Grad der Auflösung u'd damit die gewünschte Genauigkeit erzielen.

Wesentlich ist ferner, daß schädliche Verzerrungen der Anzeigewerte an den jeweiligen Hubenden vernachlässigbar klein sind. Die Anzeigewerk sind somit weitgehend linear. Der Einfluß von Stör-Feldern ist stark reduziert, weshalb gewöhnlki e Kabel zur Verdrahtung genügen. Desgleichen können auch andere Stör-Parameter, wie /.. B. Temperatureinflüsse, erheb lieh weniger nachteilig sich auswirken. Aus alledcm geht hervor, daß die Erfindung in hervorragendem Maße zur Sicherheit der damit ausgerüsteten Reaktoren beitrügt.

Somit w':rd durch den im Anspruch 1 definierten Erfindungsgegenstand die Stellung eines Eisenkernes, hier des Tragstabes zu einem Kernreaktor, trotz einfachem Aufbau und einer beschränkten Anzahl von Verbindungsleitungen mit großer Genauigkeit angezeigt.

In weiterer Folge ergibl sich hieraus der Vorteil, daß durch von Einzelspulcngruppen gelieferte logische Signale ein Binärcode mit einer hinreichenden Anzahl von BITS bildbar ist und daß der Binärcode durch Änderung eines einzigen Bits schrittweise änderbar ist. Präziser ausgedrückt wird durch logische Signale, welche von Einzelspulengruppen A, B, C ... geliefert werden, ein Binärcode mit X Bits gebildet. Dieser Binärcode isi durch Änderung eines einzigen Bits schrittweise veränderbar.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 2 ist es möglich, die Lage eines Kernes in Analogform oder durch numerische Anzeige genau zu messen, wo/.u der Kern auf eine Vielzahl von Paaren von Differential-Sekundärspulcn einwirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen J und 4 angegeben,
ι Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung zum Bestimmen der Stellung eines länglichen Gegenstandes mit einer Primärwicklung, die einer Vielzahl von Sekandärspulen gemeinsam ist,

F i g. 2 eine Vorrichtung ähnlich F i g. 1, wobei die Sekundärspulen zwischen den einzelnen Primärspulen angeordnet sind,

Fig.3 eine Vorrichtung ähnlich den Fig. 1 oder 2, wobei die Primärspulen, die zwischen den Sekundärspulen angeordnet sind, gegengeschaltet sind,

F i g. 4 ein Diagramm von durch die Sekundärspulenpaarc abgegebenen Signalen, wobei die Windungszahl der Spulen proportional zum Abstan,- von einem Ausgangspunkt zunimmt,

F i g. 5 ein F i g. 4 ähnliches Diagramm, wobei die Anzahl der Windungen der aufeinanderfolgenden Sekundärspulen konstant ist.

F i g. b -:\n Blockschema einer elektronischen Vorrichtung zur Regelung des Speisestromes für die Primärspu-Ic.

Fig.7 ein Schema einer elektronischen Anlage zur Verarbeitung von Signalen, die von den Sekundärspujo icnpaaren abgegeben werden,

Fig. 8 ein Fig. 7 ähnliches Schema einer elektronischen Anlage zur Verarbeitung von Signalen,

F i g. 9 de;. Status der verschiedenen Auslöser zur Anlage gemäß F i g. 8 in Abhängigkeit von der Stellung des » beweglichen Gegenstandes,

Fig. 10 eine Kurv«* der Änderung des Spannungssignals, das von der elektronischen Verarbeitungsanlage gemäß I" i g. 8 abgegeben wird, in Abhängigkeit von der Verschiebung des beweglichen Gegenstandes,
Fig. Il ein Schema einer Anlage zur Regelung von .Schwellwerten für die Einschaltung und Ausschaltung der Auslöser gemäß F-" i g. 8,

Fig. 12 eine Fig.8 ähnliche Ansicht einer weiteren elektronischen Anlage zur Verarbeitung -'on Sekundär-■I5 Signalen.

Fig. 13 eine schematisehe Ansicht einer Vorrichtung zur Stellungsanzeige gemäß Fig. 1, wobei eine Hilfssekundärwicklung vorgesehen ist,

Fig. 14 ein Schema der Schaltung der Sekundärspu^r)0 len. die eine verschlüsselte Zahleninformation liefern,

Fig. 15 verschiedene Kurven der Änderung der Si gnalc,die von den Spuleugruppen gemäß Fig. 14 geliefert werden,

Fig. Ib die logischen Signale, die von den Signalen v> gemäß Fig. 15 abgeleitet werden und

Fig. 17 eine Tabelle mit dem verwendeten Code.
Gemäß den F i g. 1 —3, in denen schematisch verschiedene Vorrichtungen zum Bestimmen der Stellung eines länglichen Gegenstandes dargestellt sind, ist ein beweg- M) lichcr Gegenstand 10 aus magnetischem Material so angeordnet, daß er längs einer Achse \2 verschoben werden kann. Gemäß F i g. 1 wird eine Primärwicklung, die aus einer der Achse 12 achsgleichen Spule 14 besiehi, von einer WLrhselstromquelle 16 so mit Strom λ versorgt, daß im Innern der Spule 14 ein konstanter Magnetfluß erzeugt wird. Koaxial dazu sind im Innern der Spule 14 Sekundärspulen 18, 20; 22, 24; 26, 28 längs der Achse 12 angeordnet. Die Sekundärspulen 18, 20;

22, 24; 26, 28 sind paarweise (Paare 1,2 ... η) angeordnet, wobei die Paare vorzugsweise in regelmäßigen Abständen längs der Achse 12 liegen. Die Sekundärspulen eines jeden Paares sind elektrisch gegeneinander geschaltet, so daß ein Diffcrentialsignal abgegeben wird. Der bewegliche Gegenstand 10. der im Innern der Spulen 18—28 in Form etwa eines Plungcr-Kolbens angeordnet ist. ändert im Laufe seiner Bcwcgunp entlang der Achse 12 die Kopplung zwischen der langgestreckten Primärspule 14 und den Sekundärspulen. so daß an ihren Anschlüssen Signale auftreten, die die Stellung des beweglichen Gegenstandes 10 kennzeichnen. Die .Sekundärspulen desselben Paares sind vollkommen identisch und weisen insbesondere die gleiche Anzahl von Windungen auf, so daß das vom Spulenpaar, z. B. vom Spulenpaar 1, abgegebene Signal gleich Null ist, wenn die induktive Kopplung /wischen der langgestreckten Primärspule 14 und den Sekundärspulen 18, 20 die gleiche ist. d. h. wenn sich der bewegliche Gegenstand iö vollkommen außerhalb oder innerhalb des Spulenpaares t befindet. Die an den Anschlüssen eines jeden Sekundärspulenpaares in Abhängigkeit von der Verschiebung des beweglichen Gegenstandes 10 erhaltenen Signale sind glockenförmig, und ihre Maxima sind um den Abstand d', der die Zentren der Spulenpaare voneinander trennt, gegeneinander versetzt. Dieser Abstand d' wird im folgenden als Schritt ρ der Sekundärwicklung bezeichnet.

Die Gesamtheit der Sekundärspulen 18—28 kann die gleiche Anzahl voi, Windungen besitzen, und die von jedem Paar gelieferten Signale haben die gleiche maximale Amplitude, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist, in der die Signale vom fünf aufeinanderfolgenden Sekuiidärspulenpaaren gezeigt werden. Die Zahl der Spulcnpaarc kann selbstverständlich größer sein, und die Randcfiekte sind in der Darstellung gemäß F i g. 5 vernachlässigt.

Gemäß einem weiteren Ausfünfutigsbeispiel der Erfindung nimmt die Zahl der Windungen der Sckundärspulenpaare proportional zur Reihenfolge dieser Spulenpaare zu, wobei das Paar 1 s Windungen, das Paar 2 2 5 Windungen und das Paar η ns Windungen aufweist. Die von den Spulenpaaren mit zunehmender Windungszahl abgegebenen Signale sind glockenförmig, und ihre maximale Amplitude vergrößert sich in der in Fig.4 dargestellten Weise.

Bevor die Arten der Auswertung der von den Sekundärspulen abgegebenen Signale beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung in verschiedener Weise ausgebildet werden kann, z, B. in der in F i g. 2 dargestellten Weise. Die Primärwicklung besteht aus einer Reihe von Teilspulen 14', 14", 14'" usw., wobei eine Sekundärspule 18—28 jedesmal /wischen zwei Teilspulen 14', 14"; 14", 14'" usw. eingefügt ist. Die Sekundärspulen sind elektrisch so differcntialgeschaltct, wie es in bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist. Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig.2 ist selbstverständlich dieselbe wie die der Vorrichtung gemäß der F i g. I. In F i g. 2 ist ein Schirm bzw. Mantel 30 dargestellt, der z. B. den warmen Teil eines beweglichen Gegenstandes 10. hier eines Kontrollstabes. eines Nuklearreaktors der Meßzone isoliert, welche die Primär- und Sekundäfspulcn der Vorrichtung aufweist.

Die F i g. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, bei der die primären Teilspulen 14', 14", 14'" usw. paarweise gegeneinander geschaltet und die Sekundärspulen. die zwischen den Primärspiilcn liegen, zu zweit in Reihe geschaltet sind, wobei jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Primärspulen ein spulcnfrcier Zwischenraum liegt, um den Magnetfluß zu schließen. Die in den Sekundärspulen, z. B. 18,20, desselben Paares erzeugten Spannungen sind von entgegengesetzter Polarität, und die Verbindung in Reihe läßt bei ^r. gleicher induktiver Kopplung mit den Primärspulen eine Nullspannimg auftreten.

Flinc Regelvorrichtung halt den Wechselstrom zur Versorgung der langgestreckten Primärspule 14 konstant, so daß Tempcralurändcruiigen nicht mehr auftre-H) ten und ein konstantes Magnetfeld zur Verfügung steht, das von der Temperatur unabhängig ist. Die F i g. 6 zeigt ein Übersichtsschema einer bekannten Regelvorrichtung, die es gestaltet, den Speisestrom zu regeln. F.in Verstärker 32 mit veränderlicher Verstärkung der r. Wechselspannung der Wcehsclslromquelle 16 wird durch ein von einem Verstärker 34 abgegebenes Fehlersignal gesteuert, der das abgegebene Signal ständig mittels eines Komparator bzw. Stromrichters 36 mit einem vorbestimmten wert 38 vergleicht, um eventuciie Si-2i) gnalverfornuingen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, denjenigen Parameter konstant zu halten, der dem Parameter gleich ist. der von dem System zur Verarbeitung von .Sekundärsignalen bestimmt wird. Wenn dieses System den wirksamen Wert, den mittleren Wert nach der 2') Gleichrichtung, den Scheiteiwerl usw. der Spannung der Signale, die von den Sckundärspulcnpaaren geliefert werden, mißt, wird der wirksame Wert, der mittlere Wert nach der Gleichrichtung, der Spitzenwert usw. des Primärstromes konstant gehalten, indem dieser Wert jn von dem Stromrichter 36 gemessen wird.

Die Auswertung und Verarbeitung der von der beschriebenen Vorrichtung gelieferten Signale können auf verschiedene Weise erfolgen.

Bei einem ersten einfachen Beispiel, wobei die Vorr> richtung Sekundärspulen mit zunehmender Windungszahl aufweist, die Signale der in Fig.4 dargestellten τ*ϋΓΓΠ liCiern, Siilu uic güSiiFTnCii ^iCiCünuarSpüiCripnUrC ι, 2 ... η elektrisch in Reihe geschaltet, so daß sich die wechselnden Spannungen, die von jedem der Paare aus-

4i) gehen, summieren. Die Gesamtspannung ist proportional zur Verschiebung des beweglichen Gegenstandes, und sie kann von einem Verstärker mit der Verstärkung 1 abgetastet werden, der zur Verringerung der Impedanz dient und dann eine Wechselspannung liefert, die proportional zur Verschiebung des beweglichen länglichen Gegenstandes ist.

Die F i g. 7 zeigt ein zweites Beispiel des Systems zur Verarbeitung von Signalen, die von der» Sekundärspulenpaaren 1, 2 ... η herstammen, bei dem diese Signale

W von Dioden Du Ch ■ ■ ■ D_n gleichgerichtet werden, H-svor sie mit Hilfe von Widerständen R₁. R₂ ... R_n dem Eingang eines Summen-Verstärkers 40 zugeführt werden. Die von dem Verstärker 40 gelieferte Spannung V, wird von einem Kondensator Cgefiltert, so daß ein Dauersi-

ji gnal entsteht, dessen Amplitude proportional der Summe der mittleren Ströme ist, welche die Dioden D\ bis D_n durchfließen. Für den Fall, daß die Sekundärspulen eine zunehmende Anzahl von Windungen aufweisen, die ein Signal der in F i g. 4 dargestellten Form liefern, kön-

bo nen alle Widerstände R\. R₂... R_n identisch sein, wobei das Signal V, proportional zur Verschiebung des beweglichen Gegenstandes 10 ist. Für den Fall, daß die Sekundärspulen eine konstante Anzahl von Windungen aufweisen, die ein Signal der in F i g. 5 dargestellten Form

bi liefern, erhält man die Proportionalität dadurch, daß mr ricv Widerständen R₁. R₂ ... R_n die Werte Ri,

——... —— gibt. Das Signal V, ist dann proportional zur

Summe der die Dioden Di, D_> ... D₁₁ durchfließenden Ströme und folglich auch zur hntfernung c/des beweglichen Gegenstandes ^O in bc/ug auf den Ausgangspunkt oder die Verschiebung dieses beweglichen Gegenstandes. Die Dioden Di, Dj... D_n weisen eine Lcit-Schwelle auf, durch die vermieden wird, daß die Sekundärspulcn zum Wc 'des Signals V, beitragen, wenn das Signal, das von einem Sekundärspulcnpaar geliefert wird, unterhalb dieser Schwelle liegt. Diese Eigenschaft gestattet es, die Meßgenauigkeil zu erhöhen.

Die Dioden Di bis D_n können selbstverständlich durch jeden entsprechend ausgebildeten Stromkreis ersetzt werden, der hinsichtlich der Temperatur konstante und evtl. regelbare Lcit-Schwcllen aufweist.

Die Fig.8 zeigt ein System zur logischen Verarbeitung von Signalen, die von der Vorrichtung gemäß der Erfindung abgegeben werden. Die Signale, die von jc-

Gattern bzw. Auslösern Dei, Dc?... Dc_n zugeführt, die dieses Eingangssignal mit einer Schwcllspannung vergleichen und ein logisches Dauersignal 0 oder 1 liefern, je nachdem ob die Amplitude des Signals der Sckundärspuien kleiner oder größer als die Schwellspannung ist. Jeder Auslöser Dei bis De₁, steuert ein analoges Tor Pi bis P_n, das in geöffneter Stellung des Tores einen Punkt A mit einem bestimmten Punkt einer Vertcilcrbrücke 42 verbindet. Die Verbindungspunkte auf der Verteilerbrücke 42 sind so ausgewählt, daß der Punkt A auf das Potential V₅ gebracht wird, wenn das Tor Pi offen ist, auf das Po.ontial 2 V„ wenn das Tor P₂ offen ist... und auf das Potential η V,, wenn das Tor P_n geöffnet ist. Widerstände 44 sind vorteilhafterweisc mit jedem der Tore P\, P₂... P_n in Reihe geschaltet, so daß der Punkt A auf ein Zwischenpotential gebracht wird, wenn zwei benachbarte Tore gleichzeitig betätigt werden, wobei der Wert dieses Potentials gleich dem Durchschnitt der Potentiale ist, die jedem der beiden geöffneten Tore entsprechen. Die gleichzeitige Öffnung beider Tore entspricht einer Überlagerung der logischen Signale zweier Auslöser, wobei diese Überlagerung vorteilhafterweise wiederum einer Verschiebung des beweglichen Gegenstandes 10 um einen halben Schritt (gemäß der in Fig.9 dargestellten Weise) entspricht, welche die logischen Signale der verschiedenen Auslöser in Abhängigkeit von der Verschiebung oder vom Abstand des Endes des beweglichen Gegenstandes 10 in bezug auf den Ausgangspunkt zeigt. Aus der Kurve gemäß F i g. 10, die die entsprechende Veränderung des Potentials V₁ des Punktes A in Abhängigkeit vom Abstand d zeigt, ergibt sich, daß die Überlagerung der Signale eines Halbschritlcs eine Zwischenstufe in die Änderungsskala des Signals einführt, wobei die Meßgenauigkeit in bezug auf die theoretische Gerade auf ±0,25 ρ gebracht wird. Ein Verstärker 46 mit der Verstärkung 1 gestattet es, das Potential des Punktes A mit einem niedrigen Scheinwiderstand zu übertragen.

Die geeignete Überlappung der logischen Signale der verschiedenen Auslöser wird durch die Wahl der Schwellwerte für die Einschaltung und die Ausschaltung der Auslöser verwirklicht.

Die F i g. 11, in der eine Einzelheit der F i g. 8 dargestellt ist zeigt ein Schema zur Regelung der Schwellwerte für die Einschaltung .und die Ausschaltung eines Auslösers De_n der Stufe bzw. Reihe n. Die an den Auslöser De_n angelegte Spannung kann dadurch korrigiert werden, daß der Eingang des Auslösers, der die Schwellenspannung erhält mit dem Ausgang des Auslösers De_n _ ι einer niedrigeren Reihe und mit dem Ausgang des Auslösers Di^-,, , < einer höheren Reihe elektrisch mit Hilfe von Potentiometern /'„., und Ρ,φ verbunden wird. Die liinschalischwclle des Auslösers Dc_n wird durch das Potentiometer P_n,, geregell, das eine Korrektur der

^r> .Schwellenspannung durchführt, wenn der Auslöser der niedrigeren Reihe De,, . ι betätigt wird, während die Aiislöseschwelle durch das Potentiometer Ρ,φ geregelt wird, das eine Korrektur der Schwcllenspannung durchführt, wenn der Auslöser Di¹,, , ι einer höheren Reihe

in betätigt wird. Die Potentiometer P,,., und Ρ,φ erlauben eine genaue Regelung der Überlagerung logischer öffnungssignale der Tore Pi bis P„.

Die Fig. 12 zeigt ein Übersichtsschema eines Verarbeilungssystems, das einen Verstärker 48 verwendet.

i", der als Stromsummierer geschaltet ist. In einer analog zur Fig.8 beschriebenen Weise werden analoge Tore Pi, Pi.. P_n durch Auslöser Di¹I. Dc₂... De_n gesteuert, die die Si""«!c, die durch die Seküridärsⁿü!cnⁿ33re t_; 2... /) abgegeben werden, mit einer Schwellenspannung V vergleichen. Mit jedem Tor Pi bis P_n ist ein Widerstand R\ bis R_n von geeigneter Größe derart in Reihe geschaltet, daß der sie durchfließende Strom dann, wenn das entsprechende Tor geöffnet ist, gleich i\,2 i\ ... η i\ ist. Der Verstärker 48 summiert die Ströme, die durch

2^r> die geöffneten Tore fließen und liefert ein Signal K, das proportional zur Verschiebung des beweglichen Gegenstandes 10 ist. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, kann in ähnlicher Weise wie in bezug auf F i g. 8 beschrieben, eine Überlappung der logischen Signale zur Steuerung

lu der öffnung der Tore P_t bis P_n vorgesehen werden. Ein Koin?.idcnzstromkreis 50, der von den logischen Signalen der Auslöser Dei bis De,, gesteuert wird, stellt die gleichzeitige öffnung zweier benachbarter Tore fest und steuert in diesem Fall die öffnung eines Gatters 52,

v, das einen Widerstand rzur Halbierung der Verstärkung des Verstärkers 48 verbindet. Das Signal V₅ nimmt einen Wert an. der dem Mittelwert der Ströme entspricht, die durch die beiden geöffneten benachbarten Tore fließen. Der Stromkreis gemäß Fig. 12 gestattet es, ein Resultat

4» zu erhalten, das dem des in Fig. 10 dargestellten Stromkreises äquivalent ist.

Die vorerwähnten Verarbeitungsanlagen verarbeiten Signale, die durch Geber mit Sekundärspulen mit zunehmender Windungszahl oder durch Geber mit konstanter Windungszahl abgegeben werden. Im letzteren Falle beeinflußt eine geeignete Modulation die Größe des Signals, in Abhängigkeit von der Stellung des Sekundärspulenpaares. Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auch auf Hybridgeber, bei denen mehrere benachbarte Sckundärspulenpaare mit zunehmender Windungszahl eine Untergruppe bilden, deren Ausgangsspannung durch Summenbildung ein der Verschiebung proportionales Signal liefert. Eine Vielzahl von Untergruppen mit identischer summierter Ausgangsspannung ist in regelmäßigen Abständen längs der Bahn des beweglichen Gegenstandes angeordnet. Hierbei werden die Signale· jeder Untergruppe in der oben z. B. in bezug auf die F i g. 8 oder 12 beschriebenen Weise so verarbeitet, daß ihre Größe proportional zur Entfernung der entsprechenden Untergruppe vom Ausgangspunkt zunimmt und schließlich ein Ausgangssignal entsteht, das zum Abstand des beweglichen Gegenstandes von diesem Ausgangspunkt proportional ist Es könnten auch noch andere Kombinationen oder Aufteilungen der Sekundärspulen verwendet werden.

Es ist nicht erforderlich, die einzelnen Bauelemente der vorerwähnten elektronischen Stromkreise, die in einer bekannten Weise ausgebildet sein können, im ein-

ίο

zelnen näher zu beschreiber.. Die Auslöser können /.. B. mit Verstärkern versehen sein, die mil integrierten Schaltkreisen und je nach Sättigung nach dem |A/ NEIN-Prinzip arbeiten und denen eine Diode und ein Filter derart nachgeschaltet ist, daß eine von Null verschiedene Gleichspannung geliefert wird, sobald der Verstärker im Rhythmus des wechselnden Eingangssignals zu arbeiten beginnt. Die Analog-Tore können mit elektromagnetischen Relais, aber auch mit Transistoren, die mit Umschaltung arbeiten, oder besser mit Transistoren mit Magnetfeldeffekt versehen seil. Der Koinzidenzkreis 50 kann insbesondere mit einem Summenverstärker mit nachgeschalteiem Auslöser verschen sein, so daß der letztere nur dann betätigt wird, wenn zwei oder mehrere Auslöser De\ bis De,, erregt werden.

Die Amplitude des vom Geber abgegebenen Signals kann auf Wunsch durch einfache Veränderung der Amperewindungen der langgestreckten Primiirspule 14 oder dci Windungszahl der Sekunüärspulcri erhötii werden. Die Meßgenauigkeil kann dadurch verbessert werden, daß die Zahl der Sekundärspulcnpaare vergrößert und diese Spulen evtl. übereinander angeordnet werden. Gegebenenfalls können die Sekundärspulen auch äußerst flach und z. B. als gedruckte Schaltung ausgebildet sein.

Die Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Art, wobei der bewegliche Gegenstand 10 sich über eine Länge L verschiebt, die zu beiden Seiten durch die Punkte 0 und η begrenzt ist. Außerhalb der Meßzone und zu beiden Seiten der Grenzen 0 und η sind Hilfssekundärspulen 60,62 angeordnet, die durch einen Leiter 64 in Reihe geschaltet sind. Die langgestreckte Primärspule 14 erstreckt sich bis zu den Hilfsspulcn 60, 62, so daß letztere den gleichen Bedingungen unterworwcglichen Gegenstandes 10 kennzeichnet, von allen Störungen unabhängig ist, die die gesamten Sekundärspulen 18—24 und 60,62 in gleicher Weise beeinflussen. Die Sekundärspulen sind vorzugsweise mit Vorrichtun-

^r, gen verbunden, die eine hohe Impedanz aufweisen, so daß die von ihnen abgegebenen Signale nicht durch die Veränderung des Widerstandes dieser Sekundärspulen beeinfluß! werden.

Die Anordnung der beiden Hilfssekundärspulen 60,

id 62 an den beiden Enden der Vorrichtung erlaubt es, im gewissen Maße die Störungen zu berücksichtigen, die in der gesamten Vorrichtung auftreten können. Diese Störungen können an bestimmten Punkten verschieden stark sein, wenn insbesondere die Länge der Vorrich-

Ii hing beträchtlich ist. Die Meßgenauigkeit der Vorrichtung wird dadurch beträchtlich erhöht.

Gemäß Fig. 14 sind sieben Sekundärspulen 66, 68, 70,72,74,76,78 längs des Verschiebeweges des beweglichen üegviisiiiMUL'S JO iils AuS/iSSCTi ui, 1/2, uj, ut, uv ut>, ώ angeordnet, wobei die Verschiebungsgrenzen des beweglichen Gegenstandes 10 durch die Punkte do und d» markiert sind. Die Primärspulc und auch die eventuellen Hilfsspulcn sind in F i g. 14 nicht dargestellt. Die Sekundiirspulcn 66—78 sind alle identisch und elektrisch miteinander verbunden, um Gruppen A. B, C zu bilden, wobei die Gruppe A aus den Spulen 66, 70, 74, 78 besteht, die Gruppe B aus den Spulen 68,76 und die Gruppe Caus der einzigen Spule 72 gebildet wird. Die Spulen 66, 70 sind gegeneinander geschaltet und bilden ein

ι» Paar, das ein Diffcrentialsignal erzeugt, wie oben beschrieben worden ist. Die Spulen 74 und 78 bilden ein ähnliches Paar, das mit dem Paar 66, 70 elektrisch in Reihe geschaltet ist, um die Gruppe A zu bilden. Die Spulen 68 und 76 der Gruppe Bsind ebenfalls gegenein-

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fen sind wie die anderen Sekundärspulen 18—24. Die J5 ander geschaltet, um in ähnlicher Weise ein Differential-Grenzen 0, η sind genügend weit von den Hilfsspulen 60, signal zu erzeugen.

62 entfernt, damit die in den Hüfsspulcrs 60,52 induzier- Die Fig. !5 zeigt drei Kurven über die Änderung der

ten Spannungen nicht durch die Verschiebung des bc- wechselnden Signale, die von den Gruppen A, B, C in weglichen Gegenstandes 10 beeinflußt werden. Die Abhängigkeit von der Verschiebung d des Endes des Hilfsspule 60 ist ständig von dem beweglichen Gegen- 4» beweglichen Gegenstandes 10 geliefert werden. Das Sistand 10 durchsetzt, der jedoch niemals die Hilfsspulc 62 gnal der Gruppe A zwischen den Abszisse*, do und dt durchläuft. Die an den Anschlüssen des Hilfsspulenpaares 60, 62 verfügbare induzierte Spannung wird einer
nicht dargestellten Regelvorrichtung zugeführt, die den
Speisestrom für die langgestreckte Primärspulc 14 rcgelt, so daß diese Spannung konstant bleibt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig. ist mit der oben beschriebenen identisch und es genügt, darauf hinzuweisen, daß jede durch die langgestreckte

Primärspule 14 hervorgerufene Änderung des Magnet- so zeichnet ist. Die sich daraus ergebenden logischen Sifeldes, durch die die induzierten Spannungen in den Se- gnalc sind in F i g. 16 dargestellt, wobei der Schwcllwert kundärspulen 18-24 beeinflußt werden könnten, eine "' """ """ ' "' ' ""

entsprechende Änderung der in den Hilfsspulcn 60, induzierten Spannung hervorruft. Der durch diese induzierte Spannung gesteuerte Regler verändert folglich den Speisestrom für die langgestreckte Primärspule und erleichtert die Veränderung des Magnetfeldes. Verluste können sich aus den Strömen ergeben, die in den wird selbstverständlich von dem Paar der Spulen 66, 70 erzeugt, wobei die Spulen 74, 80 das Signal erzeugen, das den Abszissen dt bis dg entspricht. Die Signale der Gruppen A. B. C werden in einen nicht dargestellten elektronischen Schaltkreis in eine logische Form gebracht. Dieser Schaltkreis besteht z. B. aus einem Auslöser, dessen Schwellwert mit einem Niveau S festgelegt ist, was in Fig. 15 durch gestrichelte Linien gekenn-

Metallteilen induziert werden.die in der Meßzone ange-Sso gewählt ist, daß der Übergang der Bits A. B. Caus einem logischen Zustand in den anderen bei den Abszissen du d>, di bis ü*k erfolgt.

Es ist offensichtlich, daß die in Fig. 16 dargestellten Signale oder Bits A. B. C einem Code mit acht Werten π entsprechen, wie Fig. 17 zeigt. Dieser Code ist unter der Bezeichnung »GRAY«-Code bekannt, und er ergibt sich selbstverständlich aus der Anordnung der Sekun-

ordnet sind, besonders in dem beweglichen Gegenstand bo därspulen und ihrer geeigneten Verbindungen, aber es 10 lb d i Cd d d

10 selbst und im Mantel 30, wobei die Veränderungen dieser Verluste z. B. auf eine Temperaturveränderung zurückzuführen sind. Die Korrekturvorrichtung mit den Hilfsspulen 60,62 ermöglicht es selbstverständlich auch andere Störeffekte zu vermeiden, insbesondere eine Veränderung des Ohmschen Widerstandes dti Spule Es ist leicht ersichtlich, daß die in den Sekundärspulen 18—24 induzierte Spannung, die die Stellung des bekönnte natürlich jeder andere Code verwendet werden. Dennoch ist es vorteilhaft, einen eindeutigen Code zu verwenden, bei dem der Übergang von einer Stufe zur anderen nur die logische Zustandsänderung eines einzigen informalionseiemenies bzw. Bits zur Folge hat. so daß die Fehlerrisiken maximal ausgeschaltet werden. Die äußerste Stellung des vollständig zurückgezogenen bewegten Gegenstandes 10 der Sekundärspulen 66 bis

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78 entspricht der Stellung du und wird in Korm der Bits 000 des Codes der Fig. 17 übertragen. Im Laufe der Verschiebung des beweglichen Gegenstandes 10 uns der Stellung du in die Stellung du nimmt der Code η nacheinander die Werte 0 bis 7 an, die durch die aufein- ·"> anderfolgenden logischen Zustände der in F i g. 17 angegebenen Bits übertragen werden.

Die drei Bits A, B. deichen aus, um acht Weile // zu verschlüsseln, und es erfordert die Übertragung der verschlüsselten Information des Abtasters auf den ciektionischen Verarbeitungsteil nur vier Leiter, d. h. einen Leiter für je ein Bit sowie einen gemeinsamen Leiter.

Die Erfindung wurde insbesondere in bezug auf einen Geber mit sieben Sekundärspulen beschrieben, die acht aufeinanderfolgende Werte übertragen und acht Stel- ι ο !ungen des beweglichen Gegenstandes 10 zugeordnet sind. Es ist aber klar, daß die Meßgenauigkeit oder die MePlänge M mit Hilfe einer höheren Sckundürspulcn-/iiiii vergrößert werden kann, deren !nfuniuiiionen dann mit einem Code übertragen werden, der eine hö- >n here Zahl vo.r Bits aufweist.

Wenn ein Bit, z. B. das Bit A auf der Basis einer hohen Anzahl von Spulenpaaren 66,70; 74,78 gebildet wird, ist es vorteilhaft, diese Paare untereinander zu verbinden und gleichzeitig bei jedem Übergang von ,einem Paar _>·> auf das andere die Phase umzukehren wenn vermieden werden soll, daß die restlichen von Null verschiedenen Signale eines jeden Paares addiert werden. Die restlichen Signale heben sich gegenseitig auf. Fig. 14 zeigt eine solche Gegeneinanderschaltur.g von zwei aufeinan- jo derfolgenden Paaren 66,70 und 74,78.

Die vom Geber gelieferte Information ist also eine quantitative, d. h. sie wird in Form einer Zahl η abgegeben, deren direkte Auswertung besonders einfach ist. Die Zahl der Leitungen, die zur Übertragung dieses r> verschlüsselten Signals notwendig ist, ist gering, und die informationen der verschiedenen Geber einer Anlage können leicht in einer Kontroll- oder Steuerstelle zentral zusammengefaßt werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Stellung eines sich entlang eines vorbestimmten Weges bewegen- ■> den Gegenstandes mit einem berührungsfreien Abtaster,

a) der eine Primärwicklung, die von einer Wcchselstromqucllc gespeist wird, und eine aus einer in Vielzahl von Spulenpaaren mit je zwei elektrisch in Reihe geschalteten Einzelspulcn bestehende, induktiv mit der Primärwicklung gekoppelte Sekundärwicklung aufweist.

b) die Primär- und Sekundärwicklung längs des Weges des beweglichen Gegenstandes zu diesem koaxial angeordnet sind, und

c) der bewegliche Gegenstand einen magnetischen Kern aufweist, durch den die induktive Kopplung zwischen den Wicklungen im Verlauf 21) der Bewegung des beweglichen Gegenstandes verändert werden kann, so daß jedes Spulenpaar ein Nullwert-Signal für alle Siellungen des beweglichen Gegenstandes abgibt, der dieselbe induktive Kopplung jeder Einzelspule eines Spulenpaares mit der Primärwicklung bewirkt.