DE2326257A1 - Induktiver weggeber - Google Patents

Induktiver weggeber

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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Weggeber, bestehend aus einer mit einem Wechselstrom der Kreisfrequenz CO betriebenen Meßbrücke, die in einer Brückenhälfte zwei verstellbare Widerstände und in der anderen Brückenhälfte zwei in ihren Abmessungen und elektrischen Daten-übereinstimmende verlustbehaftete Spulen mit gemeinsamem beweglichem magnetischen Anker enthält, wobei jede Spule bei symmetrischer Lage des magnetischen Ankers eine Induktivität L und jeder eine Spule enthaltende Brückenzweig einen ohmschen Widerstandswert R_ hat.
Bei induktiven Weggebern dieser Art wird die Verschiebung des magnetischen Ankers relativ zu beiden Spulen in einen der Verschiebung analogen Wert einer Spannung umgesetzt. Die Messung dieses Wertes erfolgt in der Diagonale der Brückenschaltung. Die beiden verstellbaren Widerstände dienen dazu, die Brücke bei einer zu beiden Spulen symmetrischen Lage des magnetischen Ankers abzugleichen.
Induktive Weggeber dieser Art sind aus dem "Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen" von C. Rohrbach, VDI-Verlag,· Düsseldorf, 1967, bekannt. Der darin in Abschnitt 4.4. beschriebene Querankergeber besteht in einem Brückenzweig aus zwei identischen koaxialen Spulen, die jeweils auf einen Schenkel von einander gegenüberstehenden, Unförmigen magnetischen Kernen aufgesteckt sind. Im Luftspalt zwischen diesen magnetischen Kernen befindet sich der magnetische Anker.
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In Abschnitt 4.5. des genannten Buches sind verschiedene Ausführungsformen von Tauchankergebern dargestellt. Diese besitzen in der einen Brückenhälfte entweder zwei gerade oder zwei gekrümmte Spulen, die einen axial bzw. um einen Winkel verschiebbaren, als Eisenkern ausgebildeten magnetischen AnIier aufnehmen. : .-
In den bekannten Ausführungen des'induktiven "Weggebers ist den beiden verstellbaren Widerständen ein verstellbarer Kondensator parallel geschaltet, um die Bestimmung der Verschiebung des magnetischen Ankers auch gegenüber einer zu beiden Spulen nicht syrnmetrisehen Lage vornehmen zu können. Bs ist dann notwendig, zuerst mit Hilfe des Kondensators die Phasenverschiebung zwischen der angelegten und der in der Brückendiagonale abfallenden Wechselspannung auszugleichen und dann die Brücke mit Hilfe der beiden verstellbaren Widerstände abzugleichen.
Die Bestimmung der linearen Verschiebung des magnetischen Ankers ist bei den bekannten induktiven Weggebern recht kompliziert, da zuerst die Einstellung von drei elektrischen Teilen vorgenommen und daraufhin die in der Brückendiagonale abfallende, der Verschiebung des magnetischen Ankers analoge Wechselspannung gemessen werden muß. Darüber hinaus tritt bei den bekannten induktiven Weggebern eine von der Lage des magnetischen "Ankers abhängige Phasendifferenz zwischen angelegter und in der Brückendiagonale abfallender Wechselspannung auf. Für genaue Messungen ist somit durch zusätzliche Maßnahmen der Ausgleich der Phasendifferenz vorzunehmen.
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, einen induktiven Weggeber so auszubilden, daß die in der Brückendiagonale der Meßbrücke abfallende Spannung stets phasengleich mit der an der Meßbrücke angelegten Spannung ist, so daß auch bei
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größeren Abweichungen der Läge des magnetischen Ankers von der zu beiden Spulen symmetrischen Lage besondere Maßnahmen zum Phasenabgleich nicht erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den beiden Spulen je einen Parallelwiders'Cand zuzuschalten, dessen Wert R zumindest annähernd durch die Beziehung
gegeben ist« wobei co L wesentlich größer als R gewählt ist.
Bei einer Anordnung, die in der einen Brückenhälfte aus zwei Spulen mit einem gemeinsamen innerhalb dieser Spulen verschiebbaren magnetischen Anker besteht, läßt sich ein besonders einfacher Aufbau dadurch erzielen, daß ein elektrisch leitfähiges Röhrchen innerhalb der Spulen vorgesehen ist, das den magnetischen Anker führt und dessen Wirbelstromverluste den ohiiischen Verl\;.sten in den ParallelwiderstäncLen entsprechen»
Mit Vorteil bestehen die Parallelwiderstände bzw. das Röhrchen aus einem Material mit kleinem Temperaturkoeffizienten, damit Fehler, die aufgrund einer Erwärmung der Parallelwiderstände bzw. des Röhrchens entstehen können, vermieden werden.
Jeder mit einer Spule versehene Brückenzweig weist vorzugsweise in Reihe mit der Spule einen Kompensationswiderstand mit einem derartigen Ternperaturkoeffizienten auf, daß die Änderung des ohffischen Widerstandes der Spule bei Teinperaturänderung kompensiert wird.
Die Bestimmung der Verschiebung des magnetischen Ankers bei einem erfindungsgemäßen induktiven Weggeber kann dadurch er—
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folgen, daß mit Hilfe der beiden verstellbaren Widerstände die Meßbrücke abgeglichen und die Verschiebung anhand der Einstellung der beiden verstellbaren Widerstände"bestimmt wird. Es ist aber auch möglich, die Verschiebung des magnetischen Ankers mittels der in der Brückendiagonale abfallenden Spannung zu bestimmen.
Ein induktiver Weggeber gemäß der Erfindung ist für verschiedene Zwecke zu verwenden. So ist es durch spezielle Ausbildung der beiden Spulen und des magnetischen Ankers möglich, den induktiven Weggeber zur Bestimmung einer axialen oder einer Winkel-Verschiebung zu verwenden.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer derartigen Anordnung dargestellt. In einer Wechselstrommeßbrücke befinden sich in der einen Brückenhälfte zwei verstellbare Widerstände 1 und 2. In der anderen Brückenbälfte befinden sich zwei in Serie geschaltete Spulen 3 und 4 mit gemeinsamem verschiebbarem magnetischen Anker, deren Induktivitäten bei symmetrischer Lage des Ankers jeweils vom Wert L sind. Der· ohmsche Widerstand 7 bzw. 8 jedes eine Spule enthaltenden Brückenzweiges hat einen Wert R . Jedem der zuletzt genannten
Brückenzweige ist ein Parallelwiderstand 5 bzw. 6 vom Wert R zugeschaltet.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Messung kleiner Verschiebungen. Dabei sind in der einen Brückenhälfte die beiden Spulen 3 und 4 auf jeweils einen Schenkel von einander gegenüberstehenden U-förmigen magnetischen Kernen 11 und 12 aufgesteckt. Der magnetische Anker 10, der relativ zu beiden Spulen beweglich ist, befindet sich zwischen diesen magnetischen Kernen. Jeder der beiden Spulen ist ein Parallelviderstand b bzw. 6 vom Wert R zugeschaltet.
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Die Anordnung nach Fig. 3 dient zur Messung von Winkelverscliiebungen. Dabei nehmen zwei gekrümmte Spulen 3 und 4 einen gekrümmten, drehbeweglicher* magnetischen Anker 10 auf.
Fig. 4 stellt eine Anordnung zur Messung einer axialen Verschiebung dar. Ein axial verschiebbarer magnetischer Anker befindet sich innerhalb von zwei koaxialen Spulen 3 und 4. Anstelle von den Spulen zugeschalteten Parallelwiderständen ist ein elektrisch leitfähiges Röhrchen 9 innerhalb der Spu-' len vorgesehen, das den Eisenkern führt und dessen Wirbelstromverluste den ohmschen Verlusten in den Parallelwiderstanden entsprechen. Daneben dient das Röhrchen dazu, den Meßraum von der Umgebung zu trennen. Dies ist insbesondere bei Druckraeßumformern von Bedeutung»
Ein der Form des magnetischen Ankers angepaßtes Röhrchen kann bei einer Anordnung aus zwei geraden oder aus zwei gekrümmten Spulen, die einen um einen Winkel verschiebbaren gekrümmten magnetischen Anker aufnehmen, vorgesehen werden.
Bei einer Verschiebung des magnetischen Ankers aus der zu beiden Spulen symmetrischen Lage vergrößert sich die Induktivität der einen Spule näUerungsweise um denselben Betrag, um den die Induktivität der anderen Spule abnimmt. Die Forderung der Phasengleichheit zwischen angelegter und in der Brückendiagonale abfallender Wechselspannung ist gleichbedeutend damit, daß die Blindkomponente des Quotienten der Wechsolstromwiderstände der die Spulen enthaltenden Brückenzweige verschwandet. Unter der Annahme, das Betragsquadrat der Änderung der Induktivität einer Spule sei gegenüber dem Quadrat des Wertes L der Induktivität einer Spule bei symmetrischer Lage des magnetischen Ankers zu vernachlässigen? ergibt sich der Wert R jedes der beiden Parallelwiderstände bzw. des diesen in der elektrischen Wirkung äquivalenten
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elektrisch leitfähigen Röhrchens zu
Rp -
2 τ2
Rs
Wählt man co L wesentlich größer als R_, so kann dieser ¥ert
,.2 T2
angenähert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat R einen Wert von 200 Sl, während die Induktivität L 100 mH beträgt. Die zuletzt genannte Bedingung kann dann ohne weiteres dadurch erfüllt werden, daß die Kreisfrequenz co genügend hoch gewählt wird. Wählt man sie z. B. zu 20 kHz, so ergibt sich R zu 20 k£.
4 Figuren
5 Ansprüche
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Claims (5)

  1. VPA 73/3747
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    Patentansprüche
    Induktiver Weggeber, bestehend aus einer mit einem Wechselstrom der Kreisfrequenz Cu betriebenen Meßbrücke, die In einer Brückenhälfte zwei verstellbare Widerstände und in der anderen Brückenhälfte zwei in ihren Abmessungen und elektrischen Daten übereinstimmende verlustbehaftete Spulen mit gemeinsamem beweglichem magnetischen Anker enthält, wobei jede Spule bei symmetrischer Lage des magnetischen Ankers eine Induktivität L und jeder eine Spule enthaltende Brückenzweig einen ohmschen Widerstandswert R_ hat, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Spulen (3, 4) je ein Parallelwiderstand (5, 6) zugeschaltet ist, dessen Wert R zumindest annähernd durch die Beziehung
    gegeben ist, wobei CD L wesentlich größer als R_ gewählt ist.
  2. 2. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1, bei dem zwei Spulen mit gemeinsamem, innerhalb der Spulen verschiebbarem magnetischen Anker vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Parallelwiderstände ein elektrisch leitfähiges Röhrchen (9) innerhalb der Spulen (3, 4) vorgesehen ist, das den magnetischen Anker (10) führt und dessen Wirbelstromverluste den ohmschen Verlusten in den Parallelwiderständen entsprechen.
  3. 3. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelwiderstände (5» 6) bzw. das Röhrchen (9) aus einem Material mit kleinem Temperaturkoeffizienten bestehen.
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  4. 4. Induktiver Weggeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem mit einer Spule versehenen Brückenzweig in Reihe mit der Spule ein Kompensationswiderstand mit einem derartigen Temperaturkoeffizienten angeordnet ist, daß die Änderung des ohmschen Widerstandswertes der Spule bei Temperaturänderung kompensiert wird.
  5. 5. Verfahren zum Betrieb eines induktiven Weggebers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich der Brücke durch Einstellung der beiden verstellbaren Widerstände (1, 2) vorgenommen und die Verschiebung des magnetischen Ankers (10) an der Einstellung dieser Widerstände abgelesen wird.
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