DE2653943B2 - Inductive transducer for length or angle measurements - Google Patents
Inductive transducer for length or angle measurementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Meßwandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a transducer according to the preamble of claim 1.
Es ist bereits ein Meßwandler der erwähnten Art nach der DT-PS 8 88 663 bekannt, welcher zwei Meßinduktivitäten aufweist, von denen jeder ein demgegenüber auslenkbarer sichelartiger Magnetkern zugeordnet ist. Mittels eines Bewegungsübertragungsgestänges kann eine Linearbewegung eines Längenmeßwertes in eine Schwenkbewegung der sichelförmigen Magnetkerne umgewandelt werden. Der zwangsläufig dem gewünschten graukeilartigen Verlauf der Reaktanz anzupassende, sich als Funktion des Ortes ändernde Querschnitt der Magnetkerne begrenzt die Anwendbarkeit in der Praxis, weil bei Ausbildung der Meßinduktivitäten als Tauchspulen deren Kernaufnahmequerschnitt dem größten Querschnitt der sichelartigen Magnetkerne angepaßt sein muß, während bei Anordnung der Magnetkerne außerhalb der Meßinduktivitäten die Signalsteilheit verhältnismäßig gering ist. Darüber hinaus ergeben sich auch räumliche Unterbringungsprobleme, wenn ein geringer Raumbedarf des Meßwertwandlers erforderlich ist.A transducer of the type mentioned is already known from DT-PS 8 88 663, which has two measuring inductances has, each of which is associated with a deflectable sickle-like magnetic core. A linear movement of a length measurement value can be converted into a Swivel movement of the crescent-shaped magnetic cores can be converted. The inevitably the desired one gray-wedge-like course of the reactance to be adapted, changing as a function of the location Cross-section of the magnetic cores limits the applicability in practice, because when the measuring inductances are formed as moving coils, the core receiving cross-section of which has the largest cross-section of the sickle-like magnetic cores must be adapted, while the arrangement of the magnetic cores outside of the measuring inductances Signal steepness is relatively low. In addition, there are also spatial accommodation problems, when a small amount of space is required for the transducer.
Es ist auch ein Meßwertwandler ähnlicher Art nach der DT-PS 12 85188 bekannt, bei welchem aber lediglich ein einziger Magnetkern in Verbindung mit zwei Meßinduktivitäten vorgesehen ist, wobei die Permeabilität des Magnetkernes über dessen Länge bzw. Bodenbereich konstant ist und der Bewegungsbereich des Magnetkernes sich über die in Axialrichtung unmittelbar hintereinander angeordneten Meßinduktivitäten erstreckt, die in je einem Zweig einer Meßbrücke angeordnet sind. In einer MittelstellungThere is also a transducer of a similar type according to DT-PS 12 85188 known, but in which only a single magnetic core is provided in connection with two measuring inductances, the Permeability of the magnetic core is constant over its length or base area and the range of motion of the magnetic core via the measuring inductances arranged directly one behind the other in the axial direction extends, which are each arranged in a branch of a measuring bridge. In a middle position
is taucht hierbei der Magnetkern in beide Induktivitäten gleich weit ein; in einer ersten Extremstellung taucht der Magnetkern lediglich in eine der beiden Induktivitäten ein, die von einem Meßwertabgriff weiter entfernt ist, während das Verbindungselement durch die dem Meßwertabgriff nähere Induktivität zu dem Meßwertabgriff selbst verläuft, was bedeutet, daß das Verbindungselement mindestens ebenso lang sein muß wie jede der beiden Induktivitäten; in einer zweiten Extremstellung taucht der Magnetkern lediglich in dieThe magnetic core is immersed in both inductances equidistant one; In a first extreme position, the magnetic core only dips into one of the two inductances a, which is further away from a measured value tap, while the connecting element through the dem Measured value tap closer inductance to the measured value tap itself runs, which means that the connecting element must be at least as long as each of the two inductors; in a second The magnetic core only dips into the extreme position
-'5 dem Meßwertabgriff nähere Induktivität ein, wobei wegen der vorgegebenen Länge des Verbindungselements der Meßwertabgriff einen lichten Abstand von der diesem benachbarten Induktivität haben muß, welcher der J änge des Verbindungselements und damit-'5 inductance closer to the measured value tap, where Because of the given length of the connecting element, the measured value tap has a clearance of which must have this adjacent inductance, which of the length of the connecting element and thus
μ der Länge einer der beiden Induktivitäten entspricht. Insgesamt muß also die gesamte Länge des Meßwertwandlers vom Meßwertabgriff bis zu der von diesem entfernten Induktivität mindestens der dreifachen Länge des Magnetkernes entsprechen, wobei die Länge μ corresponds to the length of one of the two inductors. Overall, the entire length of the transducer from the measured value tap to the inductance removed from it must correspond to at least three times the length of the magnetic core, the length
-5 des Magnetkernes durch den Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes vorgegeben ist. Bei vielen praktischen Anweadungsfällen, beispielsweise bei einer Honmaschine zum Aushonen von Sackbohrungen, ist indessen der Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes-5 of the magnetic core is given by the range of motion of the measured value tap. With many practical ones Application cases, for example in a honing machine for honing blind bores, is meanwhile the range of motion of the measured value tap
4(> ohnehin verhältnismäßig groß, so daß ein weiterer Raumbedarf für den Meßwertwandler, welcher zumindest dem dreifachen Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes entspricht, erhebliche Schwierigkeiten bei der Unterbringung der Gesamtanordnung ergibt.4 ( > relatively large anyway, so that a further space requirement for the transducer, which corresponds to at least three times the range of motion of the measured value tap, results in considerable difficulties in accommodating the overall arrangement.
Nach der DT-OS 17 63 190 ist ein analoger induktiver Meßwertwandler für Längenmeßwerte mit einer Meßinduktivität bekannt, deren Reaktanz mittels eines als Funktion des Meßwertes kompressiblen Magnetkernes veränderbar ist. Es ist ein VerbindungselementAccording to DT-OS 17 63 190 is an analog inductive transducer for length measurements with a Measuring inductance known, its reactance by means of a magnetic core compressible as a function of the measured value is changeable. It's a connector
so zwischen einem Meßwertabgriff sowie dem Magnetkern und eine auf den jeweiligen Fluß ansprechende Auswerteeinrichtung vorgesehen. Die Länge der Induktivität entspricht etwa der Länge des Magnetkernes. Mit einem solchen Meßwertwandler können indessen nur geringe Längenänderungen erfaßt werden, beispielsweise Längenänderungen von Festkörpern als Funktion der Temperatur. Für größere Bereiche von Längenoder Winkelmeßwerten ist dieser Meßwertwandler nicht einsetzbar.so between a measured value tap and the magnetic core and an evaluation device responsive to the respective flow is provided. The length of the inductance corresponds roughly to the length of the magnetic core. With such a transducer, however, can only small changes in length are detected, for example changes in length of solids as a function the temperature. This transducer is suitable for larger ranges of length or angle measurement values Not insertable.
Nach der DT-PS 12 95 204 ist ein digitaler induktiver Meßwertwandler für Längen- oder Winkelmeßwerte bekannt, welcher innerhalb einer Brückenschaltung mehrere Meßinduktivitäten aufweist, die konzentrisch zu der Achse eines Magnetkernes verschiebbar sind.According to DT-PS 12 95 204 is a digital inductive Measurement transducer for length or angle measurement values known, which is within a bridge circuit has a plurality of measuring inductances which can be displaced concentrically to the axis of a magnetic core.
οΓ) Der Magnetkern selbst besteht aus einer Anzahl von Teilkernabschnitten, die abwechselnd durch magnetische und nichtmagnetische Ringe von im wesentlichen gleicher Axiallänge geoildet sind. Der Magnetkern hatο Γ) The magnetic core itself consists of a number of partial core sections which are alternately geo formed by magnetic and non-magnetic rings of essentially the same axial length. The magnetic core has
hierbei keine graukeilartige sondern vielmehr eine sprunghaft rechteckwellenartige Charakteristik, wenn man die Permeabilität des Magnetkernes über seine Axiallänge betrachtet. Bei einer Relativbewegung der Meßinduktivität gegenüber dem Magnetkern ergeben sich Zählimpulse, die digital aufgezeichnet werden können. Es kann auch eine Anwendung als digitaler Maßstab erfolgen, wobei innerhalb einer Maßstabsteilung (d. h. zwischen zwei benachbarten magnetischen Ringen, die durch einen nichtmagnetischen Ring ι ο getrennt sind) eine stark nichtlineare analoge Anzeige möglich ist. jedoch ist eine analoge Anzeige über größere Längen- oder Winkelmeßwertbereiche nicht vorgesehen oder angestrebt. Die axiale Gesamtabmessung der Anordnung von Meßinduktivitäten würde im Falle einer Anwendung für analoge Anzeige dem Auslenkungsbereich innerhalb einer Maßstabsteilung entsprechen und nicht lediglich einem Bruchteil der Magnetkernlänge. Das Anwendungsgebiet dieses Meßwertwandlers erstreckt sich also lediglich auf digitale Anzeige, beispielsweise in Verbindung mit einem Folgeregler, um eine örtliche Lage eines Bauelementes genau beizubehalten (unter Ausnutzung des Analogsignals) oder auch zur Einstellung von Werkzeugen entsprechend einer Maßstabsteilung (in diesem Fall 2-5 unter Ausnützung der Digitalanzeige).here no gray wedge-like but rather one abruptly square wave-like characteristic, if you consider the permeability of the magnetic core over its Axial length considered. With a relative movement of the measuring inductance with respect to the magnetic core counting pulses that can be recorded digitally. It can also be an application as a digital one Scale within a scale division (i.e. between two adjacent magnetic Rings that are separated by a non-magnetic ring ι ο) a strongly non-linear analog display is possible. however, an analog display over larger length or angle measurement ranges is not possible intended or aimed at. The overall axial dimension of the arrangement of measuring inductances would be im In the case of an application for analog display, the deflection range within a scale division and not just a fraction of the magnetic core length. The field of application of this transducer thus only extends to digital display, for example in conjunction with a Follow-up controller to precisely maintain a local position of a component (using the analog signal) or for setting tools according to a scale division (in this case 2-5 using the digital display).
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Meßwertwandlers, bei welchem der Raumbedarf den Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes nicht wesent- m lieh übersteigt und gleichzeitig im Interesse eines geringen Raumbedarfs der graukeilartige Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes ohne wesentliche Kernquerschnittsänderungen erreicht werden kann. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des j> Patentanspruchs 1 gelöst.The object of the invention is to create an improvement over the prior art Measuring transducer, in which the space requirement does not significantly affect the range of motion of the measured value pick-up borrowed and at the same time in the interest of a small space requirement the gray wedge-like course of the Permeability of the magnetic core can be achieved without substantial changes in the core cross-section. This is reflected in the distinctive features of the j> Claim 1 solved.
Durch den Erfindungsgedanken wird erreicht, daß in Anpassung an weitgehend unterschiedliche praktische Erfordernisse die Charakteristik des graukeilartigen Verlaufes der Reaktanz des Magnetkernes praktisch -to beliebig festgelegt werden kann, und zwar bei sehr geringem Raumbedarf und bei einfacher Herstellung. Die Meßinduktivität kann als Tauchspule von verhältnismäßig geringem lichten Querschnitt für den Magnetkern ausgebildet sein, wobei sich gleichwohl hohe ·)? Signalsteilheiten erzielen lassen. Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 läßt sich eine besonders günstige Herstellung des Magnetkernes, sowohl vom Gesichtspunkt der Auslegung der Charakteristik als auch im Hinblick auf die Herstellungsko- w sten erzielen. Die Merkmale des Patentanspruchs 3 ergeben eine wahlweise Ausführungsform zur Erzielung der gleichen Vorteile.By the inventive concept it is achieved that in adaptation to largely different practical Requires the characteristic of the gray wedge-like course of the reactance of the magnetic core practically -to can be set arbitrarily, with very little space required and with simple manufacture. The measuring inductance can be used as a moving coil with a relatively small clear cross-section for the magnetic core be trained, with high ·)? Allow signal steepnesses to be achieved. The development according to claim 2 can be a Particularly favorable production of the magnetic core, both from the point of view of the interpretation of the characteristics as well as in terms of manufacturing costs. The features of claim 3 provide an alternate embodiment to achieve the same advantages.
Durch die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 4 und 5 ergibt sich ein stabiler Aufbau des « Magnetkerns in Verbindung mit einfacher Herstellung.The developments according to claims 4 and 5 result in a stable structure of the « Magnetic core in connection with simple manufacture.
Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 6 ergibt sich ein weiter verbesserter raumsparender Aufbau. Durch die Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 7 wird darüber hinaus eine einfache Justierung w> erreicht.The development according to claim 6 results in a further improved space-saving Construction. The configuration according to claim 7 also enables a simple adjustment w> achieved.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßwertwandlers in Schaltbild- bzw. Block- t>"> Schaltbilddarstellung,F i g. 1 shows an embodiment of a transducer according to the invention in circuit diagram or block t> "> Circuit diagram representation,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines einen Bestandteil des Meßwertwandlers nach F i g. 1 bildenden Magnetkernes im Axialschnitt sowie in abgebrochener Teildarstellung,F i g. 2 shows an embodiment of a component of the transducer according to FIG. 1 educational Magnetic core in axial section as well as in broken partial representation,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-J11 von F i g. 2.F i g. 3 shows a section along the line IH-J11 from FIG. 2.
Gemäß F i g. 1 sind in einer Wechselstrom-Meßbrükke im einen Zweig in Reihe eine Meßinduktivität 1 nebst einem Widerstand 2 und im anderen Zweig eine justierbare Bezugsinduktivität 3 sowie ein Widerstand 4 in Reihe geschaltet. Über einen Brückenverstärker 5 wird ein Ausgangssignal zu einem Anzeigeinstrument 6 abgegeben.According to FIG. 1, a measuring inductance 1 in addition to one branch in series in an alternating current measuring bridge a resistor 2 and in the other branch an adjustable reference inductance 3 and a resistor 4 connected in series. An output signal is sent to a display instrument 6 via a bridge amplifier 5 submitted.
Der Meßinduktivität 1 ist ein örtlich beweglicher, im vorliegenden Fall geradlinig verschiebbarer, Magnetkern 7 zugeordnet, welcher über ein strichpunktiert dargestelltes Verbindungselement 8 mit einem Meßwertabgriff verbunden ist, beispielsweise einer Hub/ Dreh-Spindel einer Honmaschine. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß der besseren Übersicht halber die Größenverhältnisse zwischen den Bauelementen 1, 7 und 8 in Fig. 1 stark verzerrt dargestellt sind. Tatsächlich entspricht die Länge des Magnetkernes 7 zumindest dem Meßweg bzw. Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes, während die Länge der Meßinduktivität 1 demgegenüber einen kleineren Bruchteil der Länge des Magnetkernes 7 ausmacht. Die Länge des Verbindungselementes 8 kann beliebig klein sein, wenn man nur das eine Ende des Magnetkernes 7 genügend nahe an dem Meßwertabgriff anbringen kann.The measuring inductance 1 is a locally movable, in the present case linearly displaceable, magnetic core 7 assigned, which via a connecting element 8, shown in phantom, with a measured value tap is connected, for example a lifting / turning spindle of a honing machine. It is in this It should be noted that, for the sake of clarity, the proportions between the Components 1, 7 and 8 in Fig. 1 are shown greatly distorted. In fact, the length of the Magnetic core 7 at least the measuring path or range of motion of the measured value tap, while the length the measuring inductance 1, on the other hand, makes up a smaller fraction of the length of the magnetic core 7. the The length of the connecting element 8 can be as small as desired if only one end of the magnetic core 7 can be attached sufficiently close to the measured value tap.
Die Brückenanordnung ist von einem Gehäuse 9 aus feTomagnetischem Material umgeben, um Störfelder abzuschirmen.The bridge arrangement is surrounded by a housing 9 made of FeTomagnetic material to avoid interference fields shield.
Desgleichen sind die Meßinduktivität 1 und die Bezugsinduktivität 3 voneinander durch eine Magnetabschirmung 10 voneinander abgeschirmt.Likewise, the measuring inductance 1 and the reference inductance 3 are shielded from each other by a magnetic shield 10 shielded from each other.
Der Magnetkern 7 weist hinsichtlich seiner Permeabilität einen graukeilartigen Verlauf auf und besteht aus einer Vielzahl von Kernstücken 11 gleicher Permeabilität, deren Abstände al, a2, a3... gemäß dem gewünschten Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes 7 unterschiedlich sind und deren Länge gering gegenüber der Gesamtlänge des Magnetkernes 7 ist. Die Kernstücke 11 sind innerhalb einer halbzylindrischen Schiene 12 aus nicht ferrromagnetischem Material befestigt, vorzugsweise durch einen Klebstoff. Die Schiene 12 ist von einer zylindrischen Schutzhülse 13 umgeben, die mit einem nicht veranschaulichten Vergußmittel ausgegossen ist. Auf diese Weise wird auch bei schnellen ruckartigen Bewegungen des Magnetkernes 7 eine nachträgliche Lösung der Kernstücke 11 von der Schiene 12 und eine Verschiebung innerhalb der Schutzhülse 13 vermieden.In terms of its permeability, the magnetic core 7 has a gray-wedge-like course and consists of a plurality of core pieces 11 of the same permeability, the spacing of which a1, a2, a3 ... according to the desired course of the permeability of the magnetic core 7 are different and their length is small compared to the total length of the magnetic core 7. The core pieces 11 are inside a semi-cylindrical Rail 12 of non-ferromagnetic material attached, preferably by an adhesive. The rail 12 is surrounded by a cylindrical protective sleeve 13, which is not illustrated with a Grout is poured out. In this way, the Magnetic core 7 a subsequent release of the core pieces 11 from the rail 12 and a shift avoided within the protective sleeve 13.
In Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2,3 kann der Magnetkern 7 auch aus einer Vielzahl von Kernstücken ähnlich den Kernstücken 11 von unterschiedlich abgestufter Permeabilität zusammengesetzt sein, deren Längen gering gegenüber der Gesamtlänge des Magnetkernes sind. In diesem Fall können die Abstände der einzelnen Kernstücke voneinander im Gegensatz zu den Abständen al, a2, a 3 ... von F i g. 2 konstant sein, sofern nicht ein besonderer Verlauf der Permeabilitätsfunktion gewünscht wird.In a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 2, 3, the magnetic core 7 can also be selected from a large number composed of core pieces similar to the core pieces 11 of differently graded permeability be whose lengths are small compared to the total length of the magnetic core. In this case the distances between the individual core pieces can be compared to the distances al, a2, a 3 ... from F i g. 2 be constant, unless a special course of the permeability function is desired will.
Vorangehend wurde in Verbindung mit F i g. 2,3 bzw. Fig.4 ein monotoner Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes 7 über dessen Länge vorausgesetzt, entsprechend den sich monoton ändernden Abständen al, a2, a3... Es ist jedoch, sofern entsprechende Anforderungen an einen Meßwertwandler gestellt werden, auch möglich, den Magnetkern aus mehrerenIn connection with FIG. 2,3 and 4 a monotonic course of the permeability of the Magnet core 7 provided over its length, corresponding to the monotonically changing distances al, a2, a3 ... It is, however, provided appropriate Requirements for a transducer are made, also possible, the magnetic core from several
Teilkemabschnitten mit jeweils graukeilartigem, nicht notwendig monotonem, Verlauf zusammenzusetzen. Bei Übertragung auf das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 würde dies beispielsweise bedeuten, wenn ein wellenförmiger Verlauf der Permeabilität über die Länge des Magnetkernes 7 gewünscht wird, daß die Abstände a I, a 2, a 3... größer werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, daß aber nach einer gewissen Anzahl von Kernstücken 11 die Abstände monoton wieder geringer werden.Partial core sections each with a gray-wedge-like, not necessarily monotonous, course. at Transfer to the embodiment of Figure 2 this would mean, for example, if the permeability is wavy over the length of the Magnetic core 7 it is desired that the distances a 1, a 2, a 3 ... become larger, as shown in FIG. 2 shown is that, however, after a certain number of core pieces 11, the distances are monotonically smaller again will.
Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Meßwertwandler ist die Bezugsinduktivität 3 jedem Einfluß durch den Magnetkern 7 entzogen. Die Bezugsinduktivität 3 weist einen eigenen Magnetkern auf, dessen Permeabilität zweckmäßig einem Mittelwert desjenigen des Magnetkernes 7 entspricht, wobei eine Justierung der Bezugsinduktivität 3 beispielsweise durch Hinein- oder Herausdrehen des mit einem Gewinde ausgebildeten Magnetkernes erfolgen kann.In the transducer illustrated in Fig. 1, the reference inductance 3 is any influence by the Magnet core 7 withdrawn. The reference inductance 3 has its own magnetic core, its permeability expediently corresponds to a mean value of that of the magnetic core 7, an adjustment of the Reference inductance 3, for example, by screwing in or out the thread formed with a thread Magnetic core can be done.
In der vorangehenden Beschreibung der Figuren war vorausgesetzt worden, daß der Magnetkern 7 entsprechend einer geradlinigen Bewegung des Meßwertabgriffes gemäß einem Doppelpfeil Pf i geradlinig ausgebildet ist. Für Winkelmessungen kann indessen der Magnetkern 7 auch in Form eines Kreissegmentes ausgebildet und auf einer Kreisplatte angeordnet werden, wie dies in der bereits eingangs abgehandelten DT-PS 12 85 188 veranschaulicht ist.In the preceding description of the figures, it was assumed that the magnetic core 7 is designed in a straight line corresponding to a straight movement of the measured value pick-up according to a double arrow Pf i . For angle measurements, however, the magnetic core 7 can also be designed in the form of a segment of a circle and arranged on a circular plate, as is illustrated in DT-PS 12 85 188 discussed at the beginning.
Hierzu 1 Blatt ZeichnuncenFor this 1 sheet of drawings
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE19762653943 DE2653943C3 (en) | 1976-11-27 | 1976-11-27 | Inductive transducer for length or angle measurements |
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Family Applications (1)
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1976
- 1976-11-27 DE DE19762653943 patent/DE2653943C3/en not_active Expired
Also Published As
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