DE2332759A1

DE2332759A1 - Schaltungsanordnung fuer die linearisierung des ansprechverhaltens eines messwertumwandlers

Info

Publication number: DE2332759A1
Application number: DE2332759A
Authority: DE
Inventors: Cesare Anichini
Original assignee: FINIKE ITALIANA MARPOSS Sas DI MARIO POSSATI and C BENTIVOGLIO BOLOGNA (ITALIEN); Finike Italiana Marposs SpA
Current assignee: Finike Italiana Marposs SpA
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2191724A5; SE387440B; JPS5732321B2; JPS4953461A; GB1434284A; IT960041B; CH565992A5; US3906470A

Description

Patentanwälte

Dr. !ng. H. Ncgsndank

Dipl. Iny. H. H*ud; - Di-! ?hy₅. '//.Schmitz

Dipl. Ing. E. Graais :. ;. --._s. _W. Wehnert

8 München 2. ivlezn.lsireße 23

Telefon 5 38 05 86

FINIKE ITALIANA MARPOSS S.A.S.

di Mario Possati & C.
Via Saliceto 1J> 24. Mai 1975

Bentivoglio (Bologna), Italien Anwaltsakte M-2689

Schaltungsanordnung für die Linearisierung des Ansprechverhaltens eines Meßwertumwandlers

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Linearisierung des Ansprechverhaltens eines mechanisch-elektrischen Meßwertumwandlers mit einer in einem elektrischen Detektorkreis angeordneten variablen Impedanz.

Bei mechanisch-elektrischen Meßwertumwandlern mit einer in einem elektrischen Detektorkreis angeordneten variablen Impedanz treten unerwünschte Ohmsche und reaktive Impedanzen auf, die zu Fehlern hinsichtlich der Linearität führen, wenn sie nicht kompensiert werden.

Es ist bekannt, daß Meßgeräte mit mechanisch-elektrischen Meßwertumwandlern mechanische Meßfühler aufweisen, deren Bewegungen z.B. zu Änderungen der Kernkonfiguration einer Spule oder zu Änderungen der Dicke des Dielektrikums eines Kondensators führen.

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Die Spule oder der Kondensator sind in einen Detektorkreis eingeschaltet, der mit einem Wechselstrom konstanter Amplitude oder einer Wechselspannung konstanter Amplitude erregt wird. Durch Erfassung der Änderungen der Spannung bzw. des Stromes ist es möglich, die Lage der Meßfühler und damit die Größe des zu messenden Werkstückes zu bestimmen. Eine der wichtigsten Charakteristiken des verwendeten Meßwertumwandlers ist sein lineares Ansprechverhalten.

iEs ist in der Tat wünschenswert, daß eine lineare Beziehung über leinen großen Meßbereich zwischen der Lage der Meßfühler und den

Änderungen der elektrischen Größen vorhanden ist, die zur Erfassung der Messungen herangezogen werden.

Bei den bekannten Meßeinrichtungen mit induktiven Meßwertwandlern erfolgt eine Kompensation mit Hilfe eines Kondensators, der in Reihe in den Detektorkreis geschaltet ist. Die folgende Beschrei- ' bung bezieht sich insbesondere auf induktive Meßwertumwandler, da diese im größeren Ausmaße benutzt werden; die Erfindung ist jedoch nicht auf induktive Meßwertumwandler beschränkt.

Die Grenzen und die Nachteile einer Kompensation durch einen Kondensator liegen klar auf der Hand: Mit dem Kondensator können nur in-

iduktive Reaktanzen kompensiert werden. Die unerwünschten Ohm'sehen !Widerstände werden überhaupt nicht kompensiert. Induktive Reaktanzen

ikönnen nur bei einer bestimmten Frequenz kompensiert werden.

baher ist der Meßbereich, in dem eine lineare Beziehung aufrecht-

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erhalten bleibt, sehr klein und in diesem Bereich muß der elektrische Detektorkreis von einem Generator gespeist werden, der eine
äußerst konstante Frequenz besitzt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Ansprechverhaltens zu schaffen, die eine Kompensation der unerwünschten Ohm'sehen Widerstände und Reaktanzen des Detektorkreises ermöglicht derart, daß ein
lineares Ausgangssignal über einen großen Meßbereich und bei Verwendung eines weiten Bereichs an Betriebsfrequenzen für den Detek-j torkreis erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Kompensation der unerwünschten Ohm'sehen und reaktiven Impedanzen des
Detektorkreises vorgesehen ist, zu der eine Rückkopplungsschleife mit Verstärker und eine aus Ohm'sehen und reaktiven Komponenten
aufgebaute Kompensierimpedanz gehören, wobei die Rückkopplungsschleife eine elektrische Ausgangsgröße erzeugt, die bezüglich der Amplitude gleich der von den unerwünschten Impedanzen absorbierten Größe, aber in der Phase gegenphasig zu der absorbierten Größe ist .

Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung soll nun in einer Ausführungsform an Hand der
beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:

ι Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der wesentli- !

chen Elemente eines induktiven Meßwertumwandlers j eines Meßgerätes,

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Fig. 2 das elektrische Ersatzschaltbild des in der Pig. I

gezeigten Meßwertumwandlers und

Fig. 5 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, das diese nur beispielhaft darstellt.

Der in der Fig. 1 dargestellte Meßwertumwandler weist eine auf einen C-förmigen ferromagnetischen Kern 2 gewickelte Wicklung 1 auf. Den beiden Schenkeln des Kerns 2 gegenüber ist ein ferromagnetischer Stab J5 angeordnet. Der Stab j5 ist mit einem nicht darge- !stellten Meßfühler verbunden. Daher entsprechen die Änderungen der Breite d des Luftspaltes den Größenänderungen der Werkstücke,die !mit Bezug auf ihre Nenngröße ausgemessen werden sollen. Die Ände-I
rungen der Spaltbreite d werden erfaßt, indem mit Hilfe eines Strom-

meßgerätes 4 der von einer Spannungsquelle 5 hervorgerufene und durch die Wicklung 1 fließende Strom gemessen wird.

Bei einer vorgegebenen Netzfrequenz würde der Detektorkreis ein lineares Ansprechverhalten zeigen, wenn das Strommeßgerät 4 und ^die Spannungsquelle 5 einen Innenwiderstand von Null besitzen würden ;und die Induktivität der Wicklung 1, die rein reaktiv sein soll, , umgekehrt proportional zu d wäre.

Tatsächlich aber weisen die Verbindungsleitungen, das Strommeßgerät 4 und die Wicklung 1 einen bestimmten elektrischen Widerstand auf. Da der der Wicklung 1 zugeordnete magnetische Fluß zum Teil geschlossen wird, ohne daß er durch den Stab j5 läuft, wird die Spuleninduktivität darüber hinaus aus zwei Anteilen aufgebaut, von denen der eine umgekehrt proportional zur Spaltbreite d und der andere

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von der Spaltbreite d unabhängig ist. Daher kann die elektrische Schaltung durch das in der Fig. 2 gezeigte Ersatzschaltbild dargestellt werden: Eine ideale Spannungsquelle 6 und ein ideales Strommeßgerät 4 (beide weisen ein Innenwiderstand von Null auf) sind mit einer Induktivität J, deren Wert L umgekehrt proportional zur Spaltbreite d ist, einem Widerstand 8 vom Werte r und einer Induktivität vom Werte L in Reihe geschaltet. PUr nicht zu breite Meßbereiche ist L unabhängig von der Spaltbreite d.

In der Fig. 3 ist nun ein Schaltkreis dargestellt, mit dessen Hilfe ein lineares Ansprechverhalten erzielt werden kann, indem bei ihm die durch den Widerstand 8 dargestellte unerwünschte 'Verlustkomponente und die durch die Induktivität 9 dargestellte reaktive Komponente kompensiert werden.

Zu dem Schaltkreis gehört eine Kompensierimpedanz 10, die aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes 11 und einer Wicklung 12 besteht. Die Wicklung 12 stellt die Primärwicklung eines Transformators dar, über dessen Sekundärwicklung Ij5 eine Spannung liegt, die gegenphasig zu der über der Primärwicklung liegenden Spannung ist. Die Wicklung 15 ist mit einem Verstärker verbunden, der vor- j

zugsweise aus einem npn-Transistor besteht, dessen Kollektor an j einer Betriebsspannung liegt und dessen Emitter über einen Widerstand 15 mit Masse verbunden ist. Es ist bekannt, daß in einer j solchen Schaltung der Verstärker 14 einen hohen Eingangswiderstandj und einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand aufweist. Die Span-ι

nungsverstärkung ist etwas kleiner als Eins; die Ausgangsspannung,; d.h. die über dem Widerstand 15 liegende Spannung, weist hinsicht-

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lieh des Absolutwertes und der Phase im wesentlichen den gleichen V/ert auf wie die über der Sekundärwicklung 15 liegende Eingangsspannung.

Zu der Schaltung gehört weiterhin ein Transformator, dessen Primärwicklung einerseits mit dem einen Ende der Kompensierimpedanz 10 und andererseits mit dem Emitter des Verstärkertransistors 14 verbunden ist. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit einem Spannungsmesser 17 verbunden.

!Durch geeignete Wahl der Bauteile 11, 12, 13, 14 und 15 kann die jSpannung über dem Widerstand I5 hinsichtlieh des absoluten Wertes 'der Summenspannung über die Induktivität 9, den Widerstand 8, die

!Kompensierimpedanz 10 und der Primärwicklung des Transformators 'gleichgemacht werden und gleichzeitig gegenphasig zu dieser Summenjspannung eingestellt werden.

Die Verwendung der aus einer Induktivität und einem Widerstand aufgabauten Kompensierimpedanz 10 ermöglicht es, daß eine bezüglich !der Betriebsspannung der Spannungsquelle 6 in geeigneter Weise I phasenverschobene Eingangsspannung für den Verstärker 14 erreicht !wird. Die Beschaltung des Verstärkers 14 stellt eine Gegenkopplungsschleife dar.

Durch diese Phasenverschiebung und das Ansprech verhalt en des wie in der Pig. J5 beschalteten Verstärkers 14, der auch in vorteilhafiterweise eine große Bandbreite besitzt, ist daher in einem sehr breiten Frequenzbereich die Kompensation nicht nur der unerwünsch ι 30 9 88 2/1203 - 7 -

ten reaktiven Komponenten, sondern auch die Kompensation der Ohm¹-schen Komponenten des Detektorkreises möglich.

Auf diese V/eise kann das Voltmeter 17 derart geeicht werden, daß an ihm die Größen oder Größenänderungen der zu messenden Werkstücke abgelesen werden können, selbst wenn sich die Betriebsfrequenz der von der Spannungsquelle 6 abgegebenen Spannung ändern sollte. Die Spannungsquelle 6 muß nur eine Spannung konstanter Amplitude abgeben. Diese Spannung braucht daher weder stabilisiert zu werden, noch sinusförmig zu sein.

Es ist klar, daß der Meßkreis hinsichtlich seiner Funktion oder j

hinsichtlich seines Aufbaues abgeändert werden kann, ohne daß die ! Grundidee der Erfindung verlassen wird. Z.B. kann die Schaltanordnung auf Grund einfacher Überlegungen und basierend auf den Theorion der Elektrotechnik abgeändert werden, so können andere Meßein-·

z.B.
richtungen verwendet werden, wie kapazitive Meßwertumwandler.

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Claims

Patentansprüche

|1.)Schaltungsanordnung für die Linearisierung des Ansprechverhaltens eines mechanisch-elektrischen Meßwertumwandlers mit einer in einem elektrischen Detektorkreis angeordneten variablen Impedanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kompensation der unerwünschten Ohm'sehen und reaktiven Impedanzen des Detektrokreises (1,4,5) vorgesehen ist, zu der eine Rückkopplungsschleife mit Verstärker (14) und eine aus Ohm^fschen und reaktiven Komponenten (11;12) aufgebaute Kompensierimpedanz

(10) gehören, wobei die Rükkopplungsschleife eine elektrische Ausgangsgröße erzeugt, die in ihrer Amplitude gleich der von der unerwünschten Impedanz absorbierten Größe, aber in der Phase gegenphasig zu der absorbierten Größe ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

hinsichtlich der Wechselstromkomponenten der Verstärker ein Transistor mit/geerdetem Kollektor ist und die Kompensierimpedanz (10) mit dem Eingang der Rückkopplungsschleife verbunden ist.

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Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierimpedanz (10) aus einem Widerstand (11) und einer dazu parallel liegenden Induktivität (12) besteht.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (12) die Primärwicklung eines Transformators ist, dessen Sekundärwicklung (lj5) den Eingang der Rückkopplungsschleife darstellt.

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