DE2626866C2

DE2626866C2 - Inductive sensor

Info

Publication number: DE2626866C2
Application number: DE19762626866
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1987-01-08
Also published as: DE2626866A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Geber zur Umformung einer mechanischen Kraft in eine elektrische Ausgangsgröße gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an inductive sensor for converting a mechanical force into an electrical output variable according to the preamble of claim 1.

Bei einem solchen induktiven Geber ist auf einem Kern aus ferromagnetischem Material eine Spule aufgebracht, deren magnetisch wirksames Wechselfeld durch ein Kurzschlußelement verändert wird. Mit einem derartigen Geber können aber kleine Wegänderungen nur mit einer relativ großen Meßunsicherheit erfaßt werden. Kleine Wegänderungen rufen bei diesem Geber nur eine relativ kleine Änderung des elektrischen Ausgangssignals hervor, so daß für eine erforderliche Auswerteschaltung ein relativ großer Aufwand getrieben werden muß.In such an inductive sensor, a coil is mounted on a core made of ferromagnetic material, the magnetically effective alternating field of which is changed by a short-circuit element. However, with such a sensor, small changes in path can only be detected with a relatively large measurement uncertainty. With this sensor, small changes in path only cause a relatively small change in the electrical output signal, so that a relatively large amount of effort must be made for the necessary evaluation circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Geber zu schaffen, der sich das Prinzip der bekannten Geber zunutze macht, jedoch mit weitaus geringerem Aufwand herzustellen. Kleine Wegänderungen sollen bereits eine relativ große Änderung einer elektrischen Größe bewirken, die dann leicht auswertbar ist.The invention is based on the object of creating an inductive sensor that uses the principle of the known sensors, but can be manufactured with far less effort. Small changes in path should already cause a relatively large change in an electrical quantity, which can then be easily evaluated.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Geber außerordentlich einfach und kostengünstig in seiner Herstellung ist. Auch bei kleinen Wegänderungen wird eine relativ große Änderung einer elektrischen Größe erreicht, die dann leicht und mit relativ geringem Aufwand, insbesondere in einer frequenzanalogen Auswertung, auszuwerten ist. Außerdem ist es besonders vorteilhaft, daß infolge der Verformung des Kurzschlußelementes und damit der entfallenden Verschiebbarkeit gegenüber dem Kern eine leichte Lagerung des Kurzschlußelementes möglich ist.The advantages achieved with the invention are in particular that the sensor is extremely simple and inexpensive to manufacture. Even with small changes in path, a relatively large change in an electrical quantity is achieved, which can then be evaluated easily and with relatively little effort, especially in a frequency-analog evaluation. In addition, it is particularly advantageous that the short-circuit element can be easily mounted as a result of the deformation of the short-circuit element and thus the lack of displacement relative to the core.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen.Further advantageous embodiments and expedient further developments of the invention will become apparent from the following description of the embodiments and from the drawings in conjunction with the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. It shows

Fig. 1 einen Geber mit einer Kurzschlußplatte, bei der die Kurzschlußebene durch eine Wiegebewegung verändert werden kann, Fig. 1 shows a sensor with a short-circuit plate in which the short-circuit level can be changed by a rocking movement,

Fig. 2 einen Geber mit einem geschlitzten Metallrohr, Fig. 2 a sensor with a slotted metal tube,

Fig. 3 einen Geber mit einem spiralförmig geschlitzten Metallrohr und Fig. 3 a sensor with a spirally slotted metal tube and

Fig. 4 einen Geber mit einer Schraubenfeder als Kurzschlußelement. Fig. 4 shows a sensor with a coil spring as a short-circuit element.

In Fig. 1a ist ein U-Kern 10 dargestellt, der eine Spule 11 trägt. Zwischen den Schenkeln 12 und 13 des Kernes 10 ist ein Kurzschlußelement14 angeordnet, das in Fig. 1b deutlich zu erkennen ist. Dieses Kurzschlußelement 14 weist eine Grundplatte 15 und einen Profilkörper 16 auf. Die Grundplatte 15 und der Profilkörper 16 sind aus elektrisch leitfähigem, dagegen magnetisch nichtleitfähigem Material. Der Profilkörper 16 kann beispielsweise entsprechend Fig. 1d U-Form aufweisen, wobei er an seiner unteren Kante, die die Auflage auf der Grundplatte 15 bildet, abgerundet ist. Am einen Ende des Profilkörpers greift eine Kraft F an, während der Profilkörper 16 am anderen Ende gegen die Kraft einer Druckfeder 17 abgestützt ist. Wird die Kraft F größer als die Kraft der Druckfeder 17, ergibt sich eine Wegänderung s, die in Fig. 1c eingetragen ist. Dieser sehr kleine Weg s ergibt eine große Veränderung des Auflagepunktes 18 auf der Grundplatte 15. Diese große Änderung des Auflagepunktes 18 wird zur Gewinnung einer elektrischen Größe ausgenützt. Dabei ist die Wirkungsweise der Anordnung folgende: Die Spule 11 auf dem Kern 10 erzeugt zwischen den beiden Schenkeln 12 und 13 ein homogenes magnetisches Wechselfeld. Das Kurzschlußelement 14 stellt dabei eine Kurzschlußwindung dar, die verhindert, daß ein magnetisches Wechselfeld über den jeweiligen Auflagepunkt 18 hinaus durch das Kurzschlußelement hindurchtreten kann. Der magnetische Gesamtfluß wird somit in guter Näherung proportional zu der Wegänderung des Auflagepunktes 18 begrenzt. Gleichzeitig ergibt sich eine Änderung des Auflagepunktes 18 eine Änderung der Induktivität der Spule 11, die in einer entsprechenden elektronischen Schalteinrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Oszillators ausgewertet werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, daß durch eine relativ kleine Wegänderung s eine große Änderung des Auflagepunktes 18 erreicht wird, der eine relativ große Verschiebung der wirksamen Kurzschlußebene zur Folge hat und damit eine relativ große Induktivitätsänderung der Spule 11 auslöst.In Fig. 1a, a U-shaped core 10 is shown, which carries a coil 11. Between the legs 12 and 13 of the core 10 , a short-circuit element 14 is arranged, which can be clearly seen in Fig. 1b. This short-circuit element 14 has a base plate 15 and a profile body 16. The base plate 15 and the profile body 16 are made of electrically conductive, but magnetically non-conductive material. The profile body 16 can, for example, have a U-shape as shown in Fig. 1d, with its lower edge, which forms the support on the base plate 15 , being rounded. A force F acts on one end of the profile body, while the profile body 16 is supported at the other end against the force of a compression spring 17. If the force F is greater than the force of the compression spring 17 , a change in path s occurs, which is shown in Fig. 1c. This very small path s results in a large change in the support point 18 on the base plate 15. This large change in the support point 18 is used to obtain an electrical variable. The arrangement works as follows: the coil 11 on the core 10 generates a homogeneous alternating magnetic field between the two legs 12 and 13. The short-circuit element 14 represents a short-circuit winding which prevents an alternating magnetic field from passing through the short-circuit element beyond the respective support point 18. The total magnetic flux is thus limited to a good approximation proportional to the change in path of the support point 18 . At the same time, a change in the support point 18 results in a change in the inductance of the coil 11 , which can be evaluated in a corresponding electronic switching device, for example with the aid of an oscillator. It is particularly advantageous that a relatively small change in path s results in a large change in the support point 18 , which results in a relatively large shift in the effective short-circuit plane and thus triggers a relatively large change in the inductance of the coil 11 .

In Fig. 2a ist ein induktiver Geber dargestellt, der einen E-Kern 19 aufweist. Auf den Kern 19 ist eine Spule 20 gewickelt und auf den mittleren Schenkel 22 des Kernes ist ein Rohr geschoben, das von einer Stirnscheibe her längsgeschlitzt ist. Zweckmäßigerweise nimmt dabei die Schlitzbreite von der Stirnseite des Rohres her ab. Am Ende des geschlitzten Rohres greift eine Kraft F an, die durch elastische Verbiegung den Schlitz 24 des Rohres 23 mehr oder weniger schließt. Wie aus Fig. 2b zu erkennen ist, bedeutet eine kleine Wegänderung s eine große Veränderung desjenigen Ortes, an dem der wirksame Kurzschluß entsteht. In Fig. 2c ist dargestellt, daß das Rohr rechteckigen Querschnitt haben kann und in Fig. 2d ist ein Rohr mit rundem Querschnitt gezeigt. Fig. 2a shows an inductive sensor having an E-core 19. A coil 20 is wound onto the core 19 and a tube is pushed onto the middle leg 22 of the core, which is slotted lengthwise from a front disk. The slot width advantageously decreases from the front of the tube. A force F acts on the end of the slotted tube, which more or less closes the slot 24 of the tube 23 by elastic bending. As can be seen from Fig. 2b, a small change in path s means a large change in the location at which the effective short circuit occurs. Fig. 2c shows that the tube can have a rectangular cross-section and Fig. 2d shows a tube with a round cross-section.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3a ist dabei ein E-Kern 25 gezeigt, auf dessen mittleren Schenkel ein einseitig fest eingespanntes Rohr 26 geschoben ist, das spiralförmig geschlitzt ist. Durch eine Drehung mit einem Moment M wird der Schlitz von der Einspannstelle her proportional zu dem angreifenden Moment geschlossen und bildet im Endzustand letztlich ein vollständig geschlossenes Rohr. Fig. 3b zeigt, wie ein Moment M an dem Rohr 26 auf dem mittleren Schenkel des Kerns 25 angreift. Auch hier wird ein sehr kleiner Weg bzw. Winkel in einen relativ großen Weg bzw. Winkel übersetzt.Another embodiment is shown in Fig. 3. Fig. 3a shows an E-core 25 , onto the middle leg of which a tube 26 is pushed, which is clamped firmly on one side and has a spiral slot. By rotating with a moment M , the slot is closed from the clamping point in proportion to the acting moment and in the final state ultimately forms a completely closed tube. Fig. 3b shows how a moment M acts on the tube 26 on the middle leg of the core 25. Here too, a very small path or angle is translated into a relatively large path or angle.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist auf einen mittleren Schenkel eines Kernes 27 eine Schraubenfeder 28 aufgeschoben, die einseitig fest eingespannt ist. Mit einer axialen Druckkraft F kann die Schraubenfeder 28 zu einem feldundurchlässigen Kurzschlußrohr geschlossen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist es dabei auch möglich, daß die Feder 28 beidseitig eingespannt ist, wobei eventuell die temperaturbedingte Ausdehnung der Feder oder des Einspannelementes ausreicht, um eine Anpreßkraft zu erzeugen. Bei einer derartigen Anordnung wäre beispielsweise die Verwendung als Temperaturgeber möglich.Another embodiment is shown in Fig. 4. Here, a helical spring 28 is pushed onto a middle leg of a core 27 and is firmly clamped on one side. With an axial pressure force F , the helical spring 28 can be closed to form a field-impermeable short-circuit tube. In the embodiment according to Fig. 4, it is also possible for the spring 28 to be clamped on both sides, whereby the temperature-related expansion of the spring or the clamping element may be sufficient to generate a contact force. With such an arrangement, it would be possible to use it as a temperature sensor, for example.

Die Wirkungsweise aller beschriebenen Ausführungsbeispiele beruht im Prinzip darauf, daß nicht mehr wie bei bekannten induktiven Gebern das Kurzschlußelement in Meßrichtung verschoben wird, sondern durch eine Anpreßkraft F auf sehr kurzem Weg lediglich ein Kurzschlußelement verformt wird und damit ein offener elastischer Kurzschlußring geschlossen wird bzw. der Ort des Wirksamwerdens verändert wird. Die beschriebenen Kurzschlußelemente erfordern dabei geeignete Materialien, welche sowohl gute Federeigenschaften als auch Leitfähigkeitseigenschaften aufweisen.The way in which all the embodiments described work is based in principle on the fact that the short-circuit element is no longer moved in the measuring direction as in known inductive sensors, but rather a contact force F deforms only a short-circuit element over a very short distance, thus closing an open elastic short-circuit ring or changing the location of the effect. The short-circuit elements described require suitable materials that have both good spring properties and conductivity properties.

Claims

1. Inductive sensor for converting a mechanical force into an electrical output variable, with at least one coil mounted on a core made of ferromagnetic material and a short-circuit element that changes its magnetically effective alternating field, characterized by the combination of the following features:

a) the short-circuit element ( 14, 16, 23, 26, 28 ) is arranged at least at one point in a fixed position relative to the core ( 10 );

b) the mechanical force acts on the short-circuit element in such a way that its spatial shape changes;

c) depending on the magnitude of the mechanical force, the magnitude of the magnetically effective alternating field of the coil ( 11, 20 ) is changed by the spatial shape of the short-circuit element.

2. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that

a) the short-circuit element ( 14 ) comprises an electrically conductive base plate ( 15 ) arranged in a stationary manner between the two legs ( 12, 13 ) of a C-shaped core ( 10 ) and

b) has an electrically conductive profile body ( 16 ) on the base plate ( 15 ) which carries out a rocking movement under the action of the mechanical force and

c) the point of contact ( 18 ) between the base plate ( 15 ) and the profile body ( 16 ) changes depending on the magnitude of the mechanical force.

3. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that

a) the core ( 19 ) is E-shaped and

b) a tube ( 23 ) is arranged on the middle leg of the core ( 19 ) as a short-circuit element, which is slotted from one end face, and

c) the mechanical force acts on the tube ( 23 ) in the region of the slotted end face.

4. Inductive sensor according to claim 3, characterized in that the slot width decreases from the end face of the tube ( 23 ) facing the coil ( 20 ).

5. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the core ( 25 ) is E-shaped and a tube ( 26 ) is arranged on the middle leg of the core ( 25 ) as a short-circuit element, which tube is spirally slotted and firmly clamped on an end face facing away from the coil.

6. Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the core ( 27 ) is E-shaped and that a helical spring ( 28 ) surrounding the middle leg of the core ( 27 ) is provided as a short-circuit element and is firmly clamped on the end face facing away from the coil.

7. Inductive sensor according to claim 6, characterized in that the helical spring ( 28 ) has a different winding pitch.