DE2801203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertwandler zum Umsetzen einer mechanischen in eine elektrische Verschiebungsgröße, mit zumindest einem Paar von Primärspulen, mit zumindest einer Sekundärspule, wobei diese Spulen um eine gemeinsame Spulenachse gewickelt sind und die Primärspulen eine Wechselstromerregung mit einer von 0° und 180° abweichenden gegenseitigen Phasenverschiebung aufweisen, und mit einem zum Erzielen einer mechanischen Verschiebungsgröße relativ zu den Spulen in deren Längsrichtung bewegbaren sowie diesen Spulen magnetisch zugeordneten Magnetkern.

Die US-PS 29 88 697 offenbart eine Vorrichtung zum Anzeigen der Position eines bewegbaren Magnetkernes. Hierbei werden von dem Magnetkern in drei Detektorwicklungen Spannungen induziert, indem ein magnetischer Fluß von einer Primärspule erzeugt wird, welche mit einem einphasigen Wechselstrom erregt wird. Die induzierten Spannungen werden drei entsprechenden Statorwicklungen eines Selsyn-Empfängers zugeführt, so daß dessen Rotorspule eine der Lage des Kerns entsprechende Position annimmt. Bei einer anderen Ausführungsform werden die drei Wicklungen von einem dreiphasigen Wechselstrom erregt, so daß ein Drehfeld erzeugt wird, welches durch den bewegbaren Kern an eine einzige Spule angekoppelt wird. Ein Phasendetektor erfaßt die Phase der so in der Spule induzierten Spannung als Anzeige der relativen Position des Kerns. Die Wicklungen sind relativ zum Kern so angeordnet, daß der im Kern erzeugte Fluß in einer radialen Richtung verläuft. Es kann auch eine Ausrichtungsdrehung des Flußvektors im bewegbaren Kern erfolgen, wenn dieser seine Lage ändert. Auch ist es möglich, die Vorrichtung so auszubilden, daß der radiale Flußvektor stationär ist und die spiralförmig gewickelte Sekundärspule die relative Richtung des Flußvektors erfaßt. Die Kopplung zwischen den verschiedenen Primärwicklungen und dem bewegbaren Kern ist immer konstant und radial, und es ist die relative geometrische Ausrichtung der Flußvektoren und der Achse der Sekundärspule, durch die die Phase des Ausgangssignales bestimmt wird. Beim Bewegen des Kerns wird die relative geometrische Ausrichtung gedreht und liefert die Ausgangsinformation.

Auch die US-PS 32 81 655 offenbart einen Meßwertwandler, der eine mechanische Rotationsgröße in eine elektrische Phasenlage umsetzt. Zu diesem Zweck weist ein Stator acht umfangsmäßig verteilte Primärspulen auf, die entsprechend geschaltet sind und mit einer Phasenverschiebung von 90° so beaufschlagt werden, daß ein sich drehendes Magnetfeld entsteht. Den acht Primärspulen sind acht Sekundärspulen zugeordnet, die ebenfalls zum Stator gehören. Ein drehbarer Rotor hat unterschiedliche Radialabmessungen, so daß in der Sekundärwicklungsanordnung ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Phasenlage von der Rotationslage des Rotors abhängt. Eine Ausführungsform arbeitet auch linear. Jedoch benötigen alle Versionen einen Magnetkern, der eine besondere Querschnittskonfiguration hat, damit eine lageabhängige Permeabilität entsteht.

Die US-PS 29 11 632 beschreibt einen Positions-Meßwertwandler mit einer Vielzahl von Primärspulen unterschiedlicher entsprechender Breiten und mit einem magnetisch permeablen Kern, der sich längs der Primärwicklungen bewegt, um für eine Flußkopplung von den Primärwicklungen zu einem kleinen Bereich einer sekundären Meßspule zu sorgen. Bei diesem Wandler zeigt die Amplitude der in der Sekundärspule erzeugten Spannung die Position des beweglichen Kerns an. Bei diesem Meßwertwandler sind mehrere Paare gleichsinnig gewickelter Primärspulen hintereinander angeordnet. Der Wicklung sind zwei aufeinanderfolgender Paare von Primärspulen entgegengesetzt. Die Einzelspulen der Primärspulen-Paare werden mit Wechselströmen beaufschlagt, die eine von 0° und 180° abweichende gegenseitige Phasenverschiebung haben. Der Primärspulen-Anordnung ist eine in gleicher Richtung verlaufende Ausgangsspule zugeordnet, und ein sehr kurzer Magnetkern ist längs der Spulenanordnung bewegbar. Der sehr kurze Magnetkern, dessen Position zu bestimmen ist, erzeugt in der Sekundärspule eine Spannungsänderung als Funktion der Position in Längsrichtung. Hier sind unbedingt unterschiedliche Spulen erforderlich, und die Feldstärke ist direkt proportional zur Spulenlänge. So ändert sich die Feldstärke über die Länge der speziell ausgebildeten Gesamtanordnung, so daß sich hieraus eine Positionsaussage ableiten läßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertwandler der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß eine einfache Umwandlung der mechanischen Verschiebungsgröße in eine elektrische Phasenlage möglich ist, die eine eindeutige Positionszuordnung zuläßt.

Diese Aufgabe wird von einem Meßwertwandler mit den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Beim erfindungsgemäßen Meßwertwandler wird eine Positionsinformation in eine Phasengröße umgesetzt, die leicht demoduliert werden kann, um eine Systemausgangsgröße in einem digitalen Format zu bilden, beispielsweise als digitalen oder binären Wert. Der Flußvektor in einem Magnetkern induziert ein Ausgangssignal in einer Sekundärspule. Der Flußvektor wird durch entsprechende Wechselstrom-Erregungssignale in Primärspulen erzeugt, in denen der Kern verschiebbar ist. Die Phase des Ausgangssignales steht in direktem Zusammenhang mit der Phase des Flusses im Kern. Das relative Mischen der durch die verschiedenen Erregungssignale in den Primärspulen im Kern erzeugten Flusses bestimmt die Kernposition durch Phasenmodulation des Ausgangssignales. Nachfolgend wird die Bezeichnung "Position" in austauschbarer Weise verwendet, einmal, um die relative Position von Kern und Primärspule zu bezeichnen, zum anderen für die Verlagerung des Kerns aus einer Nullage.

Die Primärspulen sind vorzugsweise umfangsmäßig gewickelt, was zu einem axialen Kernfluß führt, d. h. zu einem Kernfluß parallel zur Richtung der Verschiebung des Kerns, wobei eine vektorielle Addition der magnetischen Flüsse und eine Phasenänderung erfolgen. Diese umfangsmäßge Wicklung der Primärspulen ermöglicht es, daß der Meßwertwandler einen relativ kleinen Durchmesser hat, während dennoch eine relativ große Flußdichte im Kern aufrechterhalten wird, so daß ein starkes Ausgangssignal erzeugt wird, und zwar mit im wesentlichen unbegrenzter Auflösung und minimalen Erfordernissen an die Eingangsleistung.

Der bewegbare Kern einerseits und die Wicklungen andererseits können voneinander beispielsweise mittels des Spulenkörpers oder einer Abdeckung oder einer Kombination aus beiden druckdicht voneinander getrennt sein. Dies, zusammen mit der Kompaktheit der Vorrichtung, erleichtert den Aufbau, wobei auch relativ große Druckdifferenzen zwischen den entsprechenden Bereichen zugelassen werden können, in denen der bewegbare Kern und der Spulenabschnitt angeordnet sind. Eine solche Trennung der Wicklungen vom Kern kann auch eine Beschädigung, beispielsweise durch schädliche Umwelteinflüsse verhindern. Wegen der Kleinheit des Wandlers kann er platzsparend untergebracht werden.

Da es sich bei den Primärspulen und der Sekundärspule um umfangsmäßig gewickelte Spulen mit mehreren Windungen handelt und da die Sekundärspule vorzugsweise so angeordnet ist, daß eine konstante Windungsanzahl vom Kern in jeder Betriebsposition geschnitten wird, wird ein starkes, gut aufgelöstes Ausgangssignal in jeder Position des Kerns erzeugt. Hierbei werden relativ kleine Erregungsstrompegel von gewöhnlich viel weniger als einem Ampère und Frequenzen in der Größenordnung von etwa 60 Hertz benutzt und vorzugsweise von etwa 100 Hertz bis einigen Tausend Hertz.

Bei der vorliegenden Erfindung zeigt die Phase eines vom Wandler erzeugten Ausgangssignals die Positionsbeziehung des Kerns gegenüber den Primär- und Sekundärwicklungen an. Vorzugsweise sind die verschiedenen Wicklungen stationär und der Kern in den Wicklungen in einer allgemein linearen Richtung mittels eines äußeren Gliedes bewegbar, dessen Position zu erfassen ist. Durch die Verschiebung wird die Phase des Ausgangssignals in bezug auf die Phase eines Referenzsignals moduliert. Mit dem hier benutzten Ausdruck Phase ist die tatsächliche Phasenbeziehung eines elektrischen Wechselstromsignals gegenüber der Phase eines elektrischen Wechselstrom-Referenzsignals im Unterschied zu der dazwischen vorliegenden Polaritäts-Beziehung gemeint. Somit ist das Ausgangssignal ein Zeitbasissignal, dessen Phase, wenn sie auf die Phase des Referenzsignals bezogen wird, eine quantitative Messung der Kernposition im Wandler liefert. Die Phasengröße entspricht der Phasendifferenz zwischen dem phasenmodulierten Ausgangssignal oder beispielsweise der hiermit gleichphasigen Rechteckwellen-Logiksignal-Wellenform und dem Referenzsignal. Die Phasengröße würde auch mit einer positiven oder negativen Polaritätsangabe unterschieden werden, die anzeigt, daß das Ausgangssignal dem Referenzsignal voreilt oder nacheilt.

Im Wandler können die Primärwicklungen und die Sekundärwicklung um einen hohlen Spulenkörper oder dergleichen gewickelt werden. Der Kern ist in dem Spulenkörper längs dessen allgemein linearen Achse bewegbar. Seine Verschiebung erfolgt beispielsweise über eine mechanische Kopplung mit einem externen Glied, dessen Position zu erfassen ist. Die Primärspulen werden durch entsprechende Wechselstrom-Erregungssignale angesteuert, die in dem Kern entsprechende Flüsse erzeugen, welche eine von 0° oder 180° abweichende gegenseitige Phasenverschiebung haben. Vorzugsweise haben die Wechselstrom-Erregungssignale dieselbe Frequenz und aber eine gegenseitige Phasenverschiebung, die von 0° oder 180° abweicht. Die durch derart erregte Primärspulen erzeugten Flüsse werden in dem Kern summiert. Der resultierende Flußvektor induziert ein Wechselstrom- Ausgangssignal als eine Spannung in der Sekundärspule, wobei die Frequenz derjenigen der Erregungssignale entspricht und die Phase von dem resultierenden Flußvektor im Kern bestimmt wird. In dem Fall linear gewickelter Primärspulen entsprechen, wie es noch näher erläutert wird, die Phase des Ausgangsflusses in dem Kern und somit die Phase des in der Sekundärspule induzierten Ausgangssignals einer Arcustangens-Funktion der Kernposition im Wandler.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wurde ein Ausdruck der Arcustangens-Funktion gelöst, und die Primärspulen wurden entsprechend der Lösung gewickelt, um eine allgemein lineare Veränderung der Phase des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Kernposition zu erhalten.

Das phasenmodulierte Ausgangssignal, nachfolgend einfach als Ausgangssignal bezeichnet, des Wandlers wird einer elektronischen Demodulatorschaltung zugeleitet, die die Phaseninformation direkt zu einem Systemausgangssignal umwandelt, welches vorzugsweise in digitaler Form vorliegt. Die Digitalform kann eine Binärzahl vom Paralleltyp, eine diesbezügliche binärkodierte Dezimaldarstellung oder dergleichen sein; oder die Digitalform kann eine Binärdarstellung vom seriellen Typ sein, wie beispielsweise eine Serie von Impulsen oder Zählungen, die während einer bestimmten Zeitperiode erzeugt werden, usw. Alternativ kann die angezeigte Digitalform des Systemausgangssignales eine wahre dekadische Digitaldarstellung der Phaseninformation und somit der erfaßten Verschiebung sein. Deshalb kann die hier benutzte Bezugnahme auf eine digitale Form oder ein digitales Format des Systemausgangssignals im Sinne der vorstehenden Ausführungen oder im Sinne anderer allgemein bezogener oder äquivalenter Digitalformen verstanden werden, wie es dem Fachmann geläufig ist.

Die Demodulatorschaltung ist ein Nulldurchgangsdetektor, der die relativen Nulldurchgangspunkte eines Referenzsignals sowie des Ausgangssignals erfaßt und das Systemausgangssignal bildet, wobei die Größe der Phasendifferenz und ferner angezeigt wird, ob die Phase des Ausgangssignals dem Referenzsignal vor- oder nacheilt. Hierdurch wird eine Systemausgangsinformation gebildet, die für die Position des Kerns beispielsweise in bezug auf eine bekannte Nullposition bezeichnend ist. Die Systemausgangsinformation kann einer Anzeige oder einer anderen Schaltungsanordnung für verschiedene Zwecke zugeleitet werden.

Der Wandler ist besonders zweckmäßig, wenn eine Positionsinformation unter Störungseinflüssen bestimmt werden muß, da das Ausgangssignal in Form einer Phasenbeziehung anstatt in Form einer Amplitudenbeziehung wie bei einem herkömmlichen Wandler gebildet wird. Verschiedene andere Vorteile des Wandlers und der diesem zugeordneten Demodulatorschaltung sind die geringen Leistungserfordernisse, das relativ geringe Gewicht, die bequeme Möglichkeit einer Abdichtung der Wicklungen von dem Kern, was die Verwendung bei schädlichen Umgebungseinflüssen erleichtert, und der große Temperaturbereich, in dem Wandler und Schaltung benutzt werden können, je nach den verwendeten Materialien und den magnetischen Eigenschaften des Kerns, wobei keinerlei nachteiliger Einfluß auf die Betriebsweise auftritt. Außerdem hat der erfindungsgemäße Wandler mit digitalem Ausgangsformat den zusätzlichen Vorteil, daß er direkt an ein digitales System angeschlossen werden kann, ohne daß eine weitere Analog/Digital- Umsetzungsschaltung erforderlich ist.

Der Wandler sorgt für eine direkte Umwandlung einer Verschiebung in eine Phaseninformation. Bei einer Ausführungsform ist die Beziehung zwischen der Verschiebung und der Phaseninformation im wesentlichen linear oder direkt proportional. Ferner ist eine Schaltung zum direkten Umwandeln der Phaseninformation in eine digitale Information vorhanden, die vorzugsweise in einem binären Format vorliegt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zeichnerisch dargestellter Ausführungsformen, die nur einige Beispiele für eine Verwirklichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhalten. Es zeigt

Fig. 1 in einem schematischen Teilschnitt eine Ausführungsform eines Wandlers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 in einem schematischen Teilschnitt eine andere Ausführungsform eines Wandlers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3A in einem Blockschaltbild eine allgemeine schematische elektrische Schaltung,

Fig. 3B ein schematisches spezifiziertes elektrisches Schaltungsbeispiel von Ansteuerungs- und Demodulatorschaltungen nach der vorliegenden Erfindung, die dem Wandler zum Erregen desselben zugeordnet sind und die eine Ausgangsinformation bilden, welche für die Positionsbeziehung zwischen dem beweglichen Kern und den Spulen bezeichnend ist,

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine Hälfte einer Wandler- Ausführung und

Fig. 5A bis 5G graphische Darstellungen von Signalen und Zählvorgängen, die in dem Wandler sowie der elektrischen Schaltung während des Betriebes auftreten.

In den einzelnen Figuren der Zeichnungen sind ähnliche Teile mit einander entsprechenden Hinweiszahlen bezeichnet. In Fig. 1 ist ein Meßwertwandler (1) dargestellt, und zwar nur eine Querschnittshälfte, wobei die bezüglich der Zeichnung untere Hälfte im wesentlichen ein Spiegelbild der dargestellten oberen Hälfte ist. In den Fig. 3A und 3B ist eine elektrische Schaltung (2) dargestellt, die einen Ansteuerungsschaltungsteil (3) für den Wandler (1) und einen Demodulator (4) enthält, welcher das phasenmodulierte Ausgangssignal vom Wandler direkt in ein Systemausgangssignal umsetzt. Dieses Systemausgangssignal hat vorzugsweise paralleles oder serielles binäres Format, obwohl es auch in anderen digitalen Formaten, in analogem Format oder in anderen Formaten vorgesehen sein kann. Im vorliegenden Fall erleichtert das Binärformat des Systemausgangssignals ein Anschließen an ein Rechnersystem für eine Ausgangsanzeige oder für Steuerungszwecke.

Der Wandler (1) enthält ein Paar von Primärspulen (5, 6) und eine Sekundärspule (7), die in einer noch zu beschreibenden Weise um einen herkömmlichen hohlen Spulenkörper (10) gewickelt sind, der beispielsweise aus elektrisch isolierendem und nichtmagnetischem Material hergestellt sein kann. Einige der Umfangswindungen (5 a, 6 a, 7 a) der entsprechenden Spulen sind dargestellt. Die Sekundärspule (7) ist axial längs des Spulenkörpers (10), zwischen den zwei Primärspulen (5, 6) angeordnet. Die Spulen (5, 6 und 7) können abgedichtet, eingekapselt oder in anderer Weise von der äußeren Umgebung, in der der Wandler (1) angeordnet wird, abgetrennt sein, um ihn vor schädlichen Umgebungseinflüssen zu schützen. In dem von den Spulen umgebenen Volumen (11) und im Inneren des Spulenkörpers (10) falls ein solcher benutzt wird, befindet sich ein beweglicher Kern (12). Dieser ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, das höchst magnetisch permeabel ist. Der Kern ist gemäß Fig. 3 mittels eines Verbindungselementes (13) mit einem äußeren Glied (14) verbunden, dessen Position vom den Wandler (1) und die elektrische Schaltung (2) umfassenden Wandlersystem (15) zu erfassen ist. Ein solches äußeres Glied ist vorzugsweise gegenüber einem Abstützungsglied (16) relativ bewegbar, und eine sich um die Spulen (5, 6 und 7) erstreckende Abdeckung (17) ist in geeigneter Weise an einem Flansch (18) mit dem Körperglied (16) verbunden, um hierdurch den Wandler (1) abzustützen. Die Abdeckung (17) und der Spulenkörper (10) können so zusammen für eine feste körperliche Trennung der Spulen von dem Kern sorgen.

Während der Benutzung des Wandlers (1) zum Erfassen der Position des äußeren Gliedes (14) wird jede der ersten und zweiten Primärspulen (5, 6) durch entsprechende Erregungssignale angesteuert, und in dem Kern (12) entsprechende Flüsse zu erzeugen, die eine von 0° oder 180° abweichende Phasenverschiebung haben. Vorzugsweise werden die Ansteuerungssignale von gesteuerten Konstantstromquellen (20, 21) zugeführt, so daß die Ansteuerungs- bzw. Erregungssignale im wesentlichen übereinstimmende Wechselstrom-Wellenformen haben, wobei die Grundfrequenz dieser Wellenformen ebenfalls eine von 0° oder 180° abweichende Phasenverschiebung hat. Es könnte sich um eine sinusförmige, rechteckige, dreiecksförmige oder um irgendeine andere periodische Wellenform handeln, die die erwünschte Grunderregung aufweist. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Erregungssignale eine außerphasige Trennung von 120°. Die Größe eines jeden derartig induzierten Flußvektors hängt von der Anzahl der Windungen der entsprechenden Primärspule ab, die von dem Kern (12) geschnitten werden bzw. mit denen der Kern (12) magnetisch gekoppelt ist. Vorzugsweise entspricht die Phase eines solchen Flusses der Phase des diesen Fluß erzeugenden entsprechenden Wechselstrom-Erregungssignals. Die zwei unabhängig induzierten magnetischen Flußvektoren, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, werden in dem Kern (12) kombiniert, so daß sich darin eine Flußvektorsumme oder ein Ausgangsfluß ergibt. Solange der Kern (12) mit zumindest einem Teil einer jeden der Primärwicklungen ausgerichtet ist, unterschieden sich jeweils die Phase und Amplitude des Ausgangsflusses von den entsprechenden Phasen und Amplituden der unabhängig induzierten magnetischen Flußvektoren.

Der Ausgangsfluß im Kern (12) induziert in der Sekundärspule (7) ein Wechselstrom-Ausgangssignal, dessen Phase in einer direkten Beziehung zur Phase des Ausgangsflusses steht. Wenn im Wandler (1) zwischen dem Kern (12) und den entsprechenden Spulen (5, 6 und 7) eine relative Verschiebung auftritt, wird somit die Grundfrequenz des Ausgangssignals phasenmoduliert, so daß ein die Kernposition anzeigendes Zeitbasissignal gebildet wird. Vorzugsweise sind die Spulen relativ zum Körperglied (16) fixiert, und der Kern ist der bewegliche Teil des Wandlers; es kann jedoch auch der Kern fixiert und die Spulen beweglich sein.

In der Demodulatorschaltung (4) wird die tatsächliche Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals mit derjenigen eines Wechselstrom- Referenzsignales verglichen. Die Phasendifferenz und die Tatsache, daß das Ausgangssignal dem Referenzsignal vor- oder nacheilt, sind für die Position des Kerns (12) relativ zu den Spulen (5, 6 und 7) bezeichnend. Bei der bevorzugten Ausführungsform sorgt die Demodulatorschaltung (4) für ein direktes Umsetzen der Phasendifferenz in ein paralleles oder serielles digitales Signal, welches das Systemausgangssignal des Wandlersystems (15) darstellt.

Wie es oben erwähnt wurde, entspricht der in dem Kern (12) induzierte Ausgangsfluß der Vektorsumme der durch die Primärspule (5) einerseits und durch die Primärspule (6) andererseits induzierten Flüsse. Jeder dieser unabhängigen Flüsse ist direkt proportional zu dem durch die entsprechende Primärspule fließenden Strom und zu der Anzahl der Primärspulen-Windungen, die von dem Kern (12) geschnitten werden. Wenn beide Primärspulen (5, 6) mit entsprechenden Wechselstrom-Erregungssignalen beaufschlagt werden, die gleiche Maximumamplituden I und eine Phasenverschiebung R haben, ergeben sich die durch die entsprechenden Primärwicklungen als Funktion der Zeit fließenden Ströme I₁ und I₂ in bekannter Weise aus folgenden Gleichungen:

I₁ = I sin (wt+R/2) (1)

I₂ = I sin (wt-R/2) (2)

Da der Fluß in dem Kern (12) der Summe der unabhängig von jeder der Primärspulen induzierten Flußvektoren entspricht und da jeder dieser unabhängigen Flüsse direkt proportional zu der Anzahl der sich mit dem Kern in magnetischem Eingriff befindlichen Windungen N₁ sowie N₂ einer jeden der Primärspulen (5, 6) und der diese durchfließenden Ströme I₁ sowie I₂ ist, kann der Phasenwinkel Φ _c des Flusses in dem Kern wie folgt dargestellt werden:

Die Größe des Flusses in dem Kern kann ebenfalls bestimmt werden; sie ist aber unwesentlich, solange sie nur ein ausreichend großes Ausgangssignal in der Sekundärspule (7) mit einer ausreichenden Größe induziert, damit die Demodulatorschaltung (4) oder eine andere dem Wandler (1) zugeordnete Ausgangsschaltung das Ausgangssignal erfassen und dessen Phase bestimmen kann.

Im Falle von linear gewickelten Primärspulen (5 und 6), bei denen die Anzahl der sich mit dem Kern (12) in magnetischem Eingriff befindlichen Windungen direkt proportional zur Position des Kerns im Wandler (1) ist, ist die theoretische Phase des von der Sekundärspule (7) erfaßten Ausgangssignals eine Arcustangens-Funktion der Kernposition. Obwohl die Arcustangens-Funktion nichtlinear ist und demnach sich der Phasenwinkel des Flusses in dem Kern nichtlinear mit der Verschiebung des Kerns verändert, können geeignete Eich- oder Demodulationstechniken angewendet werden, um ein Systemausgangssignal zu bilden, das als Funktion der Phase des Ausgangssignals der Sekundärspule (7) für die Kernposition charakteristisch ist.

Um eine solche Eichung zu erleichtern, kann der Kern (12) so im Wandler (1) angeordnet sein, daß er stets dieselbe Anzahl von Windungen der Sekundärspule (7) schneidet. Bei der Ausführungsform des Wandlers (1) aus Fig. 1 entspricht diese konstante Anzahl der Gesamtzahl der Windungen der Sekundärspule; demgegenüber ist beim Wandler (1′) aus Fig. 2 die Sekundärspule (7′) gleichförmig über die gesamte axiale Länge des Spulenkörpers (10′) gewickelt, der auf die Primärspulen (5′, 6′) aufgeteilt ist. Die von dem Kern geschnittene konstante Anzahl von Sekundärwindungen ist kleiner als die Gesamtzahl der Sekundärwindungen. Wenn sich gemäß Fig. 1 der Kern (12) in dem Wandler (1) bewegt, bewegt sich somit kein Kernende in den von der Sekundärspule (7) radial geschnittenen Bereich, und vorzugsweise bewegt sich kein Kernende über die axialen Enden der Primärspulen (5, 6) an entgegengesetzten Enden des Spulenkörpers (10); in ähnlicher Weise bewegen sich die Enden des Kerns (12′) im Wandler (1′) nicht über die axialen Enden der Primärspulen (5′, 6′) an entgegengesetzten Enden des Spulenkörpers (10′). Die Betriebsweise des Wandlers (1′) ist im wesentlichen die gleiche wie die Betriebsweise des Wandlers (1).

Durch Ändern des Windungsschemas der Primärspulen (5, 6) in der Weise, daß sich die Anzahl der von dem Kern (12) erfaßten Windungen an jeder Seite einer Nullposition nichtlinear verändert, können die Veränderung der Phase des Ausgangsflusses in dem Kern in bezug auf die Position des Kerns und somit die obige Gleichung (3) in stärkerem Maße linearisiert werden. Eine solche Linearisierung des Wandlers (1) reduziert die Eicherfordernisse der Demodulatorschaltung (4).

Es wird nunmehr beschrieben, wie die Arcustangens-Funktion aus Gleichung (3) linearisiert wird, so daß beispielsweise die Phase des Ausgangssignals gleichen Änderungen bei gleichen der Verschiebung des Kerns (12′′) unterliegt, wie bei einer Verlagerung aus einer Kern-Nullposition, wie sie in dem schematisch dargestellten Wandler (1′′) aus Fig. 4 mit durchgezogenen Linien aufgezeigt ist. Es wird angenommen, daß beide Primärspulen übereinstimmen, daß jede Primärspule eine axiale Länge von 50,8 mm hat und längs der und um die Achse des Wandlers symmetrisch ist, daß sich der Kern in einer Nullposition zwischen einer Mittenlage der ersten Primärspule (5′′) bis zu einer Mittenlage der zweiten Primärspule (6′′) erstreckt und daß die gesamte Hublänge beispielsweise 50,8 mm beträgt; das heißt, der Kern kann sich von der Nullposition in jeder Richtung um 25,4 mm bewegen. Es wird auch angenommen, daß beide Primärwicklungen von übereinstimmenden Erregungssignalen mit einer Phasenverschiebung von 120° angesteuert werden und daß in der Nullposition des Kerns die Phase des in der Sekundärspule (7′′) induzierten Ausgangssignals 0° beträgt, das heißt, es ergibt sich eine Phasendifferenz von 0° zwischen dem Ausgangssignal und der Phase eines Referenzsignals. Darüber hinaus wird angenommen, daß die Sekundärspule (7′′) zwischen den zwei Primärspulen (5′′ und 6′′) so angeordnet ist, daß die Anzahl der mit dem Kern erfaßten Sekundärwindungen konstant bleibt; die nachstehende Erörterung betrifft in ähnlicher Weise auch einen Spulenaufbau, bei dem die Sekundärspule wie beim Wandler (1′) unter den zwei Primärspulen angeordnet sein kann, vorausgesetzt, die Sekundärspule ist genau gewickelt, so daß die Anzahl ihrer mit dem Kern in Eingriff befindlichen Windungen unabhängig von der Kernposition im wesentlichen konstant bleibt.

Ferner sei angenommen, daß die Phase des Ausgangssignals bei einem von der Nullposition in jeder Richtung erfolgenden 25,4-mm-Hub des Kerns 60° beträgt, wobei das Ausgangssignal dem Referenzsignal entweder voreilt oder nacheilt. Die gesamte Bewegung von 25,4 mm kann beispielsweise in Inkremente von 2,54 mm unterteilt werden, wodurch sich die Phase des Ausgangssignals um 6° pro 2,54 mm Bewegungsinkrement verändert. Somit kann angenommen werden, daß jede axiale Hälfte einer jeden Primärwicklung aus radialen Teilsegmenten A bis J hergestellt ist, wobei jedes Segment eine Breite von 2,54 mm hat und entsprechenden 2,54-mm-Verlagerungsteilen entspricht. Wenn jedes 2,54-mm-Segment von dem Kern (12′′) durchlaufen wird, wird die Anzahl der über den Kern an die Sekundärspule angekoppelten Windungen der Primärspule um die Anzahl der Windungen der Primärspule in dem Segment vergrößert oder vermindert. Obwohl nur die der Sekundärspule (7′′) benachbarte Hälfte der ersten Primärspule (5′′) so bezeichnet ist, ist darauf hinzuweisen, daß die andere spiegelbildliche Hälfte der ersten Primärspule mit der bezeichneten Hälfte übereinstimmt, so daß die Spulenhälften symmetrisch sind, und daß die zweite Primärspule (6′′) ebenfalls übereinstimmt.

N entspreche der Summe der Windungen N _A, N_B usw. eines jeden radialen Segments der zeichneten unterteilten Hälfte der ersten Primärspule (5′′). Somit gibt die Zahl N die Anzahl der Windungen einer jeden der ersten und zweiten Primärspulen (5′′, 6′′) wieder, die mit dem Kern (12′′) in magnetischem Eingriff stehen, wenn sich der Kern in seiner Nullposition befindet. Gemäß der obigen Annahme beträgt die Phase des Ausgangssignals in der Nullposition 0°, deshalb kann die Gleichung (3) für die Nullposition des Kerns wie folgt geschrieben werden:

Wenn der Kern beispielsweise um ein 2,54-mm-Inkrement nach rechts in bezug auf die Darstellung aus Fig. 4 verlagert wird, ergibt sich eine Verminderung der Anzahl der mit dem Kern (12) in magnetischem Eingriff befindlichen Windungen N₁ der ersten Primärspule (5′′) um die Anzahl von Windungen N _J in dem J-ten radialen Segment. Die Anzahl der mit dem Kern in Eingriff kommenden Windungen N₂ der zweiten Primärspule (6′′) wird um die Anzahl von Windungen N _J in dem J-ten radialen Segment der zweiten Primärspule vergrößert. Für diesen Zustand einer 2,54-mm-Verlagerung des Kerns (12′′) kann Gleichung (3) wie folgt geschrieben werden:

Ähnliche Ausdrücke können für die entsprechenden Zustände des Kerns (12′′) abgeleitet werden, wenn dieser um 2,54-mm-Inkremente im Wandler (1′′) axial nach rechts verlagert wird, wobei er aus einem Eingriff mit Windungen der ersten Primärspule (5′′) und in einen Eingriff mit zusätzlichen Windungen der zweiten Primärspule (6′′) kommt. Schließlich können dann neun Gleichungen mit zehn Unbekannten auf diese Weise abgeleitet werden. Eine zehnte Gleichung lautet wie folgt:

N _A + N _B + . . . N _I + N _J = N (6)

Die Gesamtzahl der Windungen N in jeder Hälfte einer jeden Primärspule (5′′, 6′′) kann jedoch empirisch ausgewählt werden, beispielsweise solange die Anzahl der Windungen bei den angewendeten Strompegeln schließlich ein erfaßbares Ausgangssignal in der Sekundärspule (7′′) erzeugt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde der Wert von N = 1.220 gewählt. Mit der gleichen Anzahl von Unbekannten und diesbezüglichen Gleichungen können die Werte der Unbekannten somit in herkömmlicher Weise bestimmt werden. Die nachstehende Aufstellung zeigt die erhaltenen Werte für die Anzahl von Windungen in jedem Segment einer jeden Hälfte einer jeden der Primärspulen (5′′, 6′′):

N _J = 74; N _I = 86; N _H = 79; N _G = 85; N _F = 93; N _E = 105; N _D = 122; N _C = 148; N _B = 187; N _A = 251.

Wenn sich der Kern (12′′) in seiner Nullposition befindet, kommen somit 1220 Windungen einer jeden der Primärspulen (5′′, 6′′) hiermit in Eingriff. Mit anderen Worten werden 1220 Windungen vom Kern (12′′) geschnitten, so daß der durch diese entsprechenden Windungen fließende Strom einen magnetischen Fluß in dem Kern induziert. Wenn der Kern gemäß Fig. 4 beispielsweise um 20,32 mm nach rechts verlagert wird, befinden sich nur 438 Windungen der ersten Primärspule mit dem Kern in Eingriff, das heißt die Summe von N _A und N _B, während 2002 Windungen der zweiten Primärwicklung mit dem Kern in Eingriff kommen, das heißt (2N-438).

Um den oben beschriebenen unterteilten Aufbau der Primärspulen (5′′, 6′′) zu erhalten, wird ein abgestuftes Spulenmuster entwickelt, wie es allgemein in Fig. 4 dargestellt ist. Bei diesem Schema sind eine oder mehrere Schichten von nebeneinanderliegenden Umfangswindungen in einem ersten umfangsmäßigen streifenähnlichen Bereich oder eine Stufe (22) gemäß Fig. 4 um den hohlen Spulenkörper (10′′) gewickelt, wobei sich dieser Bereich bzw. diese Stufe von einer an die Sekundärspule (7′′) angrenzenden Stelle zum Zentrum der Primärspule (5′′) erstreckt. Ein zweiter streifenartiger Bereich (23), der unter radialer Verlagerung von dem Spulenkörper (10′′) an den ersten Bereich angrenzt, hat auch eine oder mehrere Schichten von nebeneinanderliegenden gewickelten Umfangswindungen, die gemäß der Darstellung bei dem I-ten radialen Segment beginnen. Auf diese Weise werden alle abgestuften Bereiche (22 bis 31) gewickelt, so daß jede axiale Hälfte einer jeden Primärspule ein abgestuftes Profil und die gesamte Primärspule gemäß der Darstellung ein allgemein U-förmiges Querschnittsprofil hat. Die Anzahl und der Abstand der Windungen in jedem Stufenbereich werden so gewählt, daß schließlich die Anzahl der Windungen in jedem radialen Segment der obigen Aufstellung entspricht. Die Art, in der jede Windung in einer gegebenen Primärspule einer anderen Windung folgt, oder mit anderen Worten, wie die Windungen gewickelt sind, ist unkritisch, solange die Wicklung für einen in einer Richtung erfolgenden Stromfluß durch die Windungen der Primärspule um die Achse des Meßwertwandlers sorgt.

Bei einer Bewegung des Kerns (12′′) im Wandler (1′′) aus Fig. 4 um 2,54-mm-Inkremente ändert sich die Phase des Ausgangssignals um 6°- Inkremente. Darüber hinaus ändert sich die Phase des Ausgangssignals in entsprechender Weise auch an den verschiedenen Positionen des Kerns im Wandler, wobei diese Positionen von den spezifischen Grenzen der Inkrementstellen abweichen. Eine solche Veränderung ist jedoch bei der in Fig. 4 dargestellten zehnstufigen Konfiguration von streifenähnlichen Bereichen der Primärspulen (5′′, 6′′) nicht genau linear.

Um eine verbesserte lineare Phasenveränderung in bezug auf die Kernverlagerung zu erhalten, können die oben beschriebenen Techniken für kleinere Verlagungsinkremente wiederholt werden. Alternativ kann eine herkömmliche Kurvenanpassungstechnik angewendet werden, um eine graphische Lösung für die obige Gleichung (3) unter Verwendung der Daten der obigen Aufstellung zu bilden. Eine solche Kurvenanpassungstechnik wurde zum Erzielen der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Wandlers (1) angewendet. Somit enthält die Primärspule (5) sechs kontinuierliche streifenähnliche Schichten, die allgemein mit (32) bezeichnet sind, wobei die Kombination dieser Schichten analog zu dem Bereich (22) und seinem Spiegelbild im Wandler (1′′) aus Fig. 4 ist und wobei jede Schicht vorzugsweise 250 Windungen enthält, die in dem dargestellten ausgerichteten Schema angeordnet sind. Die rechte Hälfte der Primärspule (5) enthält auch zwanzig diskontinuierliche streifenähnliche Bereiche (33), die jeweils die folgende Anzahl von in dem dargestellten Schema angeordneten Windungen haben: 93, 75, 63, 52, 43, 35, 33, 32, 23, 18, 13, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 und 3.

Die linke Hälfte der Primärspule (5) enthält einen übereinstimmenden Aufbau von diskontinuierlichen streifenähnlichen Bereichen, und die Primärspule (6) ist in übereinstimmender Weise gewickelt. Ferner enthält die Sekundärspule (7) des Wandlers (1) vorzugsweise etwa dieselbe Anzahl von Windungen, wie sie in einer der zwei Primärspulen vorhanden sind. Deshalb liegt die Amplitude des Ausgangssignals etwa in derselben Größenordnung wie eines der beiden Erregungs- bzw. Ansteuerungssignale. Es wurde festgestellt, daß ein in der gemäß Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Weise aufgebauter Wandler im Zusammenhang mit dem Phasenwinkel des Ausgangssignals zu einem hohen Grad an Linearität bezüglich der Position des Kerns (12) führt.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wandlers, der zu einer relativ großen Linearität und Auflösung führt, wobei die vorstehenden Annahmen gemacht wurden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine oder mehrere dieser Annahmen mit dem Ergebnis verneint werden können, daß die Phase des Ausgangssignals nicht in linearer Weise der Position des Kerns (12) entspricht; nichtsdestoweniger kann das Ausgangssignal in anderer Weise demoduliert und/oder geeicht werden, um eine verwendbare Ausgangsinformation zu bilden, die die Kernposition entweder direkt als eine nichtlineare Veränderung oder indirekt als ein modifiziertes, sich linear veränderndes Signal angibt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3A ist darauf hinzuweisen, daß die dort schematisch dargestellte bevorzugte elektrische Schaltung (2) nur eine Form einer Ansteuerungsschaltung (3) zum Erregen bzw. Ansteuern der zwei Primärspulen (5, 6) des Wandlers (1) und einer Demodulatorschaltung (4) zum Analysieren der Phase des Ausgangssignals ist, wobei diese Analyse in Form eines Vergleiches mit der Phase eines Referenzsignals durchgeführt wird. Es können auch andere Arten von elektrischen Schaltungen in äquivalenter Weise mit dem Wandler (1) benutzt werden, um diesen zu erregen und dessen Ausgangssignal zu analysieren.

Grundsätzlich enthält der in Fig. 3A dargestellte Ansteuerungsschaltungsteil (3) der Schaltung (2) einen Wechselstromsignal- oder Frequenzgenerator (40), der ein Wechselstrom-Eingangssignal mit einer Grundfrequenz erzeugt und der mit einem herkömmlichen Taktoszillator (41) angetrieben oder synchronisiert werden kann, welcher beispielsweise eine kontinuierliche Folge von Taktimpulsen erzeugt; ferner enthält der Schaltungsteil (3) einen Phasenteiler (42), mit dem das Eingangssignal in ein Referenzsignal und zwei Erregungs- bzw. Ansteuerungssignale unterteilt wird, die dieselbe Grundfrequenz und aber verschiedene Phasenlagen haben; und schließlich enthält der Schaltungsteil (3) eine Signalaufbereitungsschaltung (43), wie Filter und/oder Verstärker, zum Formen und/oder Verstärken der entsprechenden Erregungs- bzw. Ansteuerungssignale zu der erwünschten Form zum Erregen bzw. Ansteuern der entsprechenden Primärspulen des Wandlers (1). Der Ausgangsschaltungsteil (4) enthält eine Signalaufbereitungsschaltung (44), der das phasenmodulierte Ausgangssignal von der Sekundärspule des Wandlers (1) zu einer passenden Form, wie einer Rechteckwelle, formt und/oder verstärkt; ferner enthält der Schaltungsteil (4) einen digitalen Phasendetektor (45), der in einer noch näher zu beschreibenden Weise das aufbereitete phasenmodulierte Eingangssignal mit dem Referenzeingangssignal vergleicht und ein für diesen Vergleichsvorgang und somit für die Kernverlagerung im Wandler (1) charakteristisches digitales Ausgangssignal erzeugt. Vorzugsweise empfängt der digitale Phasendetektor (45) die Impulsfolge von dem Taktoszillator (41), um periodisch entsprechende Gruppen dieser Impulse zu einer Leitung (46) zu leiten, wobei die Anzahl der Impulse in jeder Gruppe für die Phasendifferenz zwischen dem konditionierten phasenmodulierten Signal und dem Referenzsignal bezeichnend ist. Dementsprechend befinden sich diese Impulsstöße in Form serieller Digitaldaten, die in proportionaler Weise die Kernverlagerung des Wandlers darstellen. Darüber hinaus kann der Ausgangsschaltungsteil (4) auch einen Seriell/Parallel-Umsetzer (47) enthalten, der die seriellen Digitaldaten in parallele Digitaldaten umsetzt, wie in diskrete binäre Zahlen, binärkodierte Dezimalzahlen usw., welche für die Kernverschiebung bezeichnend sind.

Die in Fig. 3B detaillierter dargestellte elektrische Schaltung (2) enthält einen Taktoszillator (41), beispielsweise einen Kristalloszillator, der ein 1,2-Megahertz-Rechteckwellen-Taktsignal am Taktausgang (51) erzeugt. Der Oszillator (41) und die anderen Teile der elektrischen Schaltung (2) werden von einer nicht dargestellten herkömmlichen Gleichspannungsquelle gespeist, die an passende Versorgungsanschlüsse angekoppelt ist. Die Ansteuerungsschaltung (3) enthält eine durch 500 teilende gewöhnliche Frequenzteilerkomponente (52) des Wechselstrom-Frequenzgenerators (40), die das Taktsingal auf ein 2,4- Kilohertz-Signal reduziert, welches über eine Leitung (53) zum Takteingang einer ersten Stufe (54 a) einer dreistufigen JK-Flipflopschaltung (55) geleitet wird, die den Phasenspalter (42) bildet. Jede der Stufen (54 a, 54 b, 54 c) des JK-Flipflops (55) ist so angekoppelt, daß in Abhängigkeit von dem 2,4-Kilohertz-Eingangssignal an der Leitung (53) das JK-Flipflop dieses Eingangssignal digital spaltet, um ein elektrisches 400-Hertz- Rechteckwellen-Referenzsignal an einer Referenzleitung (56) und die ersten sowie zweiten 400-Hertz-Rechteckenwellen-Erregungssignale an Ansteuerungsleitungen (57, 58) zu erzeugen. Darüber hinaus erzeugt das JK- Flipflop (55) die Signale in der Weise, daß diese einen Phasenunterschied von 120° haben, wobei das erste Signal dem elektrischen Referenzsignal um 60° voreilt, während das zweite Ansteuerungssignal dem elektrischen Referenzsignal um 60° nacheilt.

Die Ansteuerungsschaltung (3) kann als Signalaufbereitungsschaltung (43) auch ein Paar herkömmlicher Filter (60, 61) enthalten, die die entsprechenden Rechteckwellen-Ansteuerungssignale in entsprechende Sinuswellen umwandeln, welche bei (62, 63) dargestellt sind und bei denen noch die relativen Phasenbeziehungen beibehalten sind. Ferner kann die Ansteuerungsschaltung (3) ein Paar von herkömmlichen Verstärkern (64, 65) enthalten, welche die entsprechenden Ansteuerungssignale über Steuerungsleitungen (66, 67) zu den entsprechenden Primärspulen (5, 6) des Wandlers (1) leiten. Jeder der Verstärker (64, 65) ist vorzugsweise vom Konstantstromtyp, so daß die Amplitude und natürlich die Phase eines jeden hiervon abgegebenen Ansteuerungssignals im wesentlichen konstant bleibt, und zwar unabhängig von einer Änderung der effektiven Impedanz der Primärspulen (5, 6).

Das von der Sekundärspule (7) des Wandlers (1) erzeugte phasenmodulierte Ausgangssignal gelangt über Ausgangsleitungen (70, 71) zur Demodulatorschaltung (4). Wenn die Erregung nicht sinusförmig ist, kann ein herkömmliches Filter in der Leitung (70) erforderlich sein. Die Demodulatorschaltung ist eine Phasendetektorschaltung (45), welche die Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals erfaßt, und zwar vorzugsweise durch Vergleichen der Phase des Ausgangssignals mit der Phase des elektrischen Referenzsignals an der Referenzleitung (56). Dementsprechend hat der Demodulatorteil an seinem Eingang eine Signalaufbereitung- Begrenzerschaltung bzw. Rechteckschaltung (72), die einen Eingangswiderstand (73), ein Paar voneinander entgegengesetzt gepolten Dioden (74, 75) und einen Verstärker (76) mit einer relativ großen Eingangsimpedanz aufweist. Hierdurch wird das phasenmodulierte sinusförmige Ausgangssignal von der Sekundärspule (7) in ein phasenmoduliertes Rechteckwellensignal an einer Leitung (77) umgewandelt. Das Rechteckwellensignal wird einer Logikschaltung (80) zugeleitet, die teilweise als ein Nulldurchgang- oder Relativphasendetektor arbeitet.

Die Demodulatorschaltung enthält auch einen herkömmlichen elektronischen Zähler (81), der so arbeitet, daß er serielle Digitaldaten in parallele Digitaldaten umsetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um einen 12-Bit-Aufwärts/Abwärts-Binärzähler, der eine Vielzahl von Vorspannung-Eingabekreisen (82) zum Einführen einer Verlagerungsinformation in den Zähler enthält. Jeder Eingabekreis (82) hat einen Schalter (83), der wahlweise geschlossen werden kann, um eine Schaltungsverbindung zu einem Masseanschluß (84) oder einer anderen Quelle bekannten Potentials herzustellen. Jeder der Schaltkreise in den Vorspannung-Eingabekreisen (82) stellt ein entsprechendes Bit einer beispielsweise 10 Bit aufweisenden Binärzahl dar. Durch Schließen des Schalters (83) in einem der Schaltkreise erhält das jeweilige Bit aufgrund des Masseanschlusses (84) einen einer logischen 0 entsprechenden Signalpegel. Durch Öffnen des Schalters wird das Bit zu einem logischen 1- Signal, beispielsweise mit einem positiven Spannungspegel.

In der hier benutzten Bedeutung stellt ein logisches 0-Signal eine Verbindung zu einer Quelle relativen Massepotentials dar, während ein logisches 1-Signal eine Verbindung zu einem positiven Potential darstellt. Wenn es jedoch erwünscht ist, können auch andere logische Verhältnisse benutzt werden.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Vorspannung- Eingabekreise (82) kann eine vorbestimmte binäre Off-set-Zahl immer dann in den Zähler (81) eingegeben werden, wenn die Vorderflanke eines positiven Ladesignals an einer Ladeleitung (85) zum Ladeeingang (86) des Zählers gelangt, wodurch dieser sofort einen für die genannte Zahl bezeichnenden Zählwert annimmt. Am Ausgang (87) des Zählers (81) wird an dessen Ausgangsleitungen (88) somit ein 12-Bit-Binärsystem-Ausgangssignal erzeugt, das eine binäre Zahlausgangsgröße wiedergibt, welche für die Off- set-Zahl bezeichnend ist. Der Zähler (81) kann beispielsweise drei in Kaskade geschaltete 4-Bit-Binärzähler-Mikroschaltungen oder ähnliche Bauteile aufweisen, die vorzugsweise in einem Paralleltaktaufbau angeschlossen sind.

Der Zähler (81) enthält einen Takteingang (90) zum Empfangen von Taktimpulsgruppen von dem Oszillator (41) über die Logikschaltung (80) und einen Aufwärts/Abwärts-Steuerungseingang (91), der bestimmt, ob der Zähler (81) von dem Off-set-Zählwert ausgehend aufwärts oder abwärts zählt. Eine solche Aufwärts/Abwärts-Steuerung hängt von der relativen Polarität des elektrischen Referenzsignals ab, wenn die Taktimpulsgruppen zum Takteingang (90) geleitet werden.

Gemäß der Darstellung ist an den Zählerausgang (87) eine Nutzschaltung (92) angekoppelt. Diese Schaltung kann Verriegelungs- bzw. Speicher- und Anzeigeschaltungen enthalten, um das Binärzahl-Systemausgangssignal vom Zähler (81) in binärem Format anzuzeigen. Die Schaltung (92) kann ferner eine Steuerschaltung enthalten, um in Abhängigkeit von dem Systemausgangssignal und somit von der Position des Kerns (12) im Wandler (1) usw. eine Steuerungsfunktion zu bilden. Die Schaltung (92) ist vorzugsweise so gesteuert, daß sie nur das Systemausgangssignal vom Zählerausgang (87) empfängt, wenn sie auch an einem Steuereingang (93) von der Logikschaltung (80) ein logisches 1-Datenendsignal empfängt.

Die Logikschaltung (80) enthält ein Und-Gatter (100), dessen zwei Eingänge entsprechend an die Referenzleitung (56) und die Leitung (77) angeschlossen sind, um das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal zu empfangen. Der Ausgang des Und- Gatters (100) ist an den Ladeeingang (86) des Zählers (81) angekoppelt. Wenn beide Eingangssignale zum Und-Gatter (100) logische 1-Signale sind, wird ein logisches 1-Ausgangssignal erzeugt, dessen Vorderflanke den Zähler (81) zum Eingeben bzw. Aufnehmen der Verlagerungs- bzw. Versetzungszahl von den Vorspannung-Eingabekreisen (82) veranlaßt.

Die Logikschaltung 80 enthält auch den Exklusiv-oder-Gatter (101), dessen Eingänge ebenfalls an die Referenzleitung (56) und die Leitung (77) angekoppelt sind, um das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal zu empfangen. Das Exklusiv-Oder- Gatter (101) erzeugt an einer Leitung (102) ein logisches 1-Signal, wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal entgegengesetzte Polaritäten haben. Ein solches logisches 1-Signal wird nachfolgend als ein Phasen-Gattersignal bezeichnet. Dieses befähigt in wirksamer Weise ein nachfolgend als ein Phasen-Gatter bezeichnetes Und-Gatter (103) zum Hindurchleiten einer Gruppe von Taktimpulsen vom Oszillator (41) zum Takteingang (90) des Zählers (81), wodurch der Zähler zählwertmäßig vergrößert oder verkleinert wird, und zwar um eine von dem Phasen-Zählwert bestimmte Größe, das heißt entsprechend der Anzahl der in dem Stoß bzw. in der Gruppe von dem Phasen- Gatter (103) hindurchgelassenen Taktimpulse. Der von dem Zähler (81) in einem binären Format erreichte Zählpegel erscheint am Zählerausgang (87) an den Leitungen (88) als das Systemausgangssignal, welches direkt für die Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals und somit für die Position des Kerns (12) im Wandler (1) bezeichnend ist.

Ein NOR-Gatter (104) erzeugt immer dann ein logisches 1-Signal an dem Steuereingang (93) der Nutzschaltung (92), wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal beide relative Null- oder negative Potentiale annehmen. Dies erfolgt nur dann, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich erstens, wenn eine vorbestimmte Binärzahl von den Vorspannung-Eingabekreisen in den Zähler (81) eingegeben worden ist, und zweitens, wenn eine Gültigkeitszählung einer Phasenzählung aufgetreten ist. Wenn die Referenz- und Ausgangssignale außerphasig sind, ist die Anzahl von Zählungen oder Impulsen in jeder Gruppe von Null verschieden. Wenn jedoch diese Signale gleichphasig sind, ist die Bedingung des exklusiven Oder-Gatters (101) nicht erfüllt, und die Anzahl von Zählungen in dem Phasenzählungsstoß ist Null, das heißt der Phasenzählwert beträgt Null, und es wird ein Datengültigkeitssignal unmittelbar am Ende des logischen 1-Ladesignals vom Und-Gatter (100) erzeugt. Unmittelbar nach der Gültigkeitszählung einer von Null verschiedenen Phasenzählung oder einer Null-Phasenzählung durch den Zähler, beispielsweise unmittelbar nach der Beendigung eines passenden Phasentorsignales, wie es noch näher erläutert wird, wird ein solches logisches 1-Datenendsignal von dem NOR-Gatter (104) erzeugt. Ein solches Datenendsignal öffnet die Nutzschaltung (92) zwecks Aufnahme des binären Systemausgangssignales an den Ausgangsleitungen (88) des Zählers (81).

Es wird nunmehr der Betrieb des Wandlers (1) und der elektrischen Schaltung (2) aus Fig. 3 beschrieben, wobei angenommen wird, daß sich der Kern (12) in seiner Nullposition und gleichmäßig zwischen den zwei Primärspulen (5, 6) zentriert befindet. Die Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals an den Ausgangsleitungen (70, 71) von der Sekundärspule (7) und insbesondere die Phase des phasenmodulierten Rechteckwellensignals an der Leitung (77) entsprechend exakt der Phase des elektrischen Referenzsignals an der Referenzleitung (56). Der Wert der mit den Schaltern (83) in den Vorspannung-Eingabekreisen (82) eingestellten Off- set-Zahl kann auf einen digitalen Wert beispielsweise von 250 eingestellt werden. Wie es aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, handelt es sich hierbei um den digitalen Wert des Systemausgangssignals an den Ausgangsleitungen (88), der vorliegt, wenn sich der Kern (12) in der Nullposition befindet. Die binäre Zahl 0011111010 stellt den digitalen Wert von 250 dar; für jede Null oder Eins in der binären Zahl wird ein entsprechender Schalter (83) geschlossen oder geöffnet.

Wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal positiv sind, ist die Bedingung des Und-Gatters (100) erfüllt, und die Off-set-Zahl wird von den Schaltern (83) in den Zähler (81) eingegeben. Jedoch ist die Bedingung des Exklusiv-Oder-Gatters (101) niemals erfüllt, da das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal exakt gleichphasig sind; deshalb wird kein Phasen-Gattersignal erzeugt, und der Zähler (81) wird von dem eingegebenen Off-set-Wert ausgehend zählwertmäßig nicht vergrößert oder verkleinert. Wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal logische Nullpegel annehmen, ist die Bedingung des NOR-Gatters (104) erfüllt, wobei ein Datenendsignal gebildet wird, welches die Nutzschaltung (92) öffnet, um das Systemausgangssignal an den Ausgangsleitungen (88) zu empfangen. Da der Zähler (81) zählwertmäßig nicht vergrößert oder vermindert wurde, entspricht das Systemausgangssignal derselben Binärzahl, die ursprünglich in den Zähler (81) eingegeben wurde; somit zeigt der als das Systemausgangssignal erzeugte Off-set-Wert eine Nullposition des Kerns an, und durch Umstellen der Schalter kann dieser Wert geändert werden. Dieser Betrieb wird so lange zyklisch wiederholt, wie der Kern (12) in der Nullposition im Wandler (1) verbleibt. Ein ähnlicher Betrieb tritt auf, wenn sich der Kern (12′) des Wandlers (1′) ebenfalls in seiner entsprechenden Nullposition relativ zu den Primärspulen (5′, 6′) aus Fig. 2 befindet.

Es wird nunmehr ein anderes Betriebsbeispiel des Wandlers (1) und der elektrischen Schaltung (2) beschrieben, wobei angenommen wird, daß der Kern (12) relativ zu den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Nullpositionen nach links verlagert ist, und zwar um beispielsweise 7,62 mm, so daß die Phase des Ausgangssignals und somit des phasenmodulierten Rechteckwellensignals dem Referenzsignal um 18° voreilt. Ferner werden die vorstehenden Kriterien angenommen. Das elektrische Referenzsignal ist bei (110) in Fig. 5A dargestellt und hat positive (logische 1) und negative (logische 0) Teile. Das phasenmodulierte Rechteckwellensignal, welches an der Leitung (77) der elektrischen Schaltung (2) auftritt, ist in der graphischen Darstellung aus Fig. 5B bei (111) dargestellt. Dieses Signal hat ebenfalls positive (logische 1) und negative (logische 0) Teile. Die Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Referenzsignal und dem phasenmodulierten Rechteckwellensignal ist bei (112) dargestellt. Demnach eilt das phasenmodulierte Rechteckwellensignal dem elektrischen Referenzsignal um 18° voraus.

In der graphischen Darstellung aus Fig. 5C ist das Ladesignal von dem Und-Gatter (100) bei (113) dargestellt, und dieses Signal hat positive (logische 1) und negative (logische 0) Teile. Die logischen 1-Teile treten natürlich immer dann auf, wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal beide positiv sind. Immer wenn das Ladesignal (113) einen logischen 1-Pegel annimmt, wird die Off-set-Zahl von den Vorspannung-Eingabekreisen (82) in den Zähler (81) eingegeben. Zum Zeitpunkt t₁ fällt das phasenmodulierte Rechteckwellensignal (111) auf einen logischen 0-Pegel, während das elektrische Referenzsignal (110) bei einem logischen 1-Pegel verbleibt; deshalb ist die Bedingung des Exklusiv- Oder-Gatters (101) erfüllt, um hierdurch gemäß Fig. 5E ein logisches 1- Phasen-Gattersignal (114) zu erzeugen. Das Phasen-Gattersignal (114) verschwindet zum Zeitpunkt t₂, wenn das elektrische Referenzsignal (110) auf einen logischen 0-Pegel fällt, wonach die Bedingung des Exklusiv-Oder- Gatters (101) nicht mehr erfüllt ist. Zwischen den Zeiten t₁ und t₂, wenn das Phasen-Gattersignal (114) erzeugt wird, wird die Phasenzählung, das heißt eine Gruppe der bei (115) in Fig. 5F allgemein dargestellten Taktimpulssignale, vom Oszillator (41) zum Takteingang (90) des Zählers (81) geleitet.

Soweit die Phasenverschiebung zwischen dem phasenmodulierten Rechteckwellensignal (111) und dem elektrischen Referenzsignal (110) 18° beträgt, entspricht die Anzahl von Impulsen pro Gruppe der Phasenzählung einem Wert von 18° geteilt durch 360° mal 3000 Zählungen oder Taktimpulsen, was der Anzahl von Taktimpulsen in einer 400-Hertz-Periode und 150 Impulsen pro Gruppe entspricht. Da ferner während des Erzeugens des Phasen-Gattersignales (114) das elektrische Referenzsignal (110) positiv ist, erfolgt ein Weiterzählen im Zähler durch den Phasen-Zählwert von 150, das heißt, der Zähler zählt von dem Vorspannung-Off-set-Wert von beispielsweise 250 bis zu einem Wert von 400 aufwärts. Dieser Zählwert von 400 wird an den Ausgangsleitungen (88) in einem binären Format gebildet. Der tatsächliche Inhalt des Zählers (81) in seinem nicht zählenden Zustand ist in den Blöcken aus Fig. 5G dargestellt. Somit befindet sich der Zähler (81) zwischen den Zeiten t₀ und t₁ auf dem Vorgabezählpegel von 250, und nach dem Zählen der Phasenzählung von 150 Impulsen hat der Zähler zwischen den Zeiten t₂ und t₃ einen Wert von 400. Zum Zeitpunkt t₂, wenn das elektrische Referenzsignal (110) unter Beendigung der Phasenzählung einen logischen Nullzustand annimmt, ist die Bedingung des NOR-Gatters (104) erfüllt, so daß ein in Fig. 5D dargestelltes Datenendsignal (116) erzeugt und das Systemausgangssignal an den Ausgangsleitungen (88) des Zählers (81) in die Nutzschaltung (92) eingegeben oder in anderer Weise abgeleitet wird.

Zum Zeitpunkt t₃ aus den Fig. 5A bis 5G wird das phasenmodulierte Rechteckwellensignal (111) an der Leitung (77) wiederum zu einem logischen 1-Signal, während das elektrische Referenzsignal negativ bleibt, wodurch die Bedingung des Exklusiv-Oder-Gatters (101) erfüllt wird, welches dann ein Hindurchleiten einer anderen Gruppe von Taktimpulsen zum Takteingang (90) des Zählers (81) ermöglicht. In diesem Fall würde dann der Zähler (81) von dem zuvor erreichten Inhalt von 400 in einer Abwärtsrichtung zählen, da sich das elektrische Referenzsignal dann auf einem negativen Pegel befindet. Eine solche Abwärtszählung ist jedoch unwesentlich, da danach kein Datenendsignal auftritt; zum Zeitpunkt t₄ wird das elektrische Referenzsignal wiederum positiv, so daß die Bedingung des Und-Gatters (100) erfüllt und hierdurch die Off-set-Zahl in den Vorspannung- Eingabeschaltungen (82) wiederum in den Zähler (81) eingegeben werden. Eine solche Betriebsweise erfolgt laufend, wenn der Kern (12) in der angegebenen Position verbleibt, bei der er aus seiner Nullposition um 7,62 mm nach links verlagert ist.

Eine ähnliche Betriebsweise des Wandlers (1) und der elektrischen Schaltung (2) tritt auf, wenn sich der Kern (12) aus der Nullposition nach rechts bewegt, so daß die Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals an den Ausgangsleitungen (70, 71) und des phasenmodulierten Rechteckwellensignals an der Leitung (77) dem elektrischen Referenzsignal nacheilt. In diesem Fall wird die Off-set-Zahl in den Zähler (81) eingegeben, wenn das elektrische Referenzsignal und das phasenmodulierte Rechteckwellensignal beide positiv sind. Das positive Phasen-Gattersignal wird jedoch erzeugt, wenn das elektrische Referenzsignal negativ wird, während das phasenmodulierte Rechteckwellensignal positiv bleibt. Da ferner das elektrische Referenzsignal negativ ist, wenn das Phasen- Gattersignal erzeugt wird und die Phasenzählung zum Zähler (81) geleitet wird, wird dieser durch die Phasenzählung dekrementiert. Am Ende des Phasen-Gattersignals, wenn das phasenmodulierte Rechteckwellensignal negativ wird, wird das Datenendsignal erzeugt, so daß die Nutzschaltung (92) das Systemausgangssignal als den mit dem Zähler (81) erzielten abwärts gezählten Inhalt empfängt. Ein ähnlicher zyklischer Betrieb des Wandlers (1) und der elektrischen Schaltung (2) tritt auf, solange das phasenmodulierte Ausgangssignal dem elektrischen Referenzsignal nacheilt.

Gemäß den obigen Ausführungen erzeugt der erfindungsgemäße Wandler (1) ein phasenmoduliertes Ausgangssignal, das für die Position des Kerns (12) direkt bezeichnend ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Kern (12) in bezug auf die Primärspulen und die Sekundärspule des Wandlers (1) verschiebbar; es ist jedoch auch möglich, den Kern selbst fest anzuordnen und die Spulen des Wandlers (1) in bezug auf den Kern verschiebbar zu machen. Die elektrische Schaltung (2) enthält einen Ansteuerungsschaltungsteil (3), der den Wandler (1) mit entsprechenden Erregungs- bzw. Ansteuerungssignalen versorgt, die eine von 0° oder 180° abweichende Phasenverschiebung haben, und der auch ein elektrisches Referenzsignal erzeugt. Die elektrische Schaltung (2) enthält ferner einen Demodulatorschaltungsteil (4), welcher die Phase des phasenmodulierten Ausgangssignals in bezug auf die Phase des elektrischen Referenzsignals analysiert. Das endgültige Systemausgangssignal des Systems wird in einem digitalen Format, vorzugsweise in Binärdarstellung, gebildet und kann direkt einem Rechner, einer anderen Steuerungsschaltung, Anzeigemitteln usw. eingegeben bzw. von diesen Gliedern verarbeitet werden. Der gemessene Parameter des von der Sekundärspule des Wandlers (1) erzeugten phasenmodulierten Ausgangssignales dessen Phase ist in Form eines Zeitbasissignales ist, ohne daß eine kritische Abhängigkeit von der Amplitude des Ausgangssignales besteht, solange die Amplitude für Erfassungszwecke ausreichend ist.

Claims (32)

1. Meßwertwandler zum Umsetzen einer mechanischen in eine elektrische Verschiebungsgröße, mit zumindest einem Paar von Primärspulen, mit zumindest einer Sekundärspule, wobei diese Spulen um eine gemeinsame Spulenachse gewickelt sind und die Primärspulen eine Wechselstromerregung mit einer von 0° und 180° abweichenden gegenseitigen Phasenverschiebung aufweisen, und mit einem zum Erzielen einer mechanischen Verschiebungsgröße relativ zu den Spulen in deren Längsrichtung bewegbaren sowie diesen Spulen magnetisch zugeordneten Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (12) als ein Mittel zum lageabhängig veränderlichen Zusammenfassen der magnetischen Flüsse des Paares der in Längsrichtung hintereinander angeordneten Primärspulen (5, 6) zu einem resultierenden Ausgangsfluß für die Sekundärspule (7) ausgebildet ist und daß die Primärspulen (5, 6) mit einer über ihre Länge veränderlichen Verteilung ihrer Windungen in einer Weise ausgebildet sind, daß sich die Phasenlage des Ausgangsflusses linear mit der axialen Relativbewegung zwischen dem Magnetkern (12) und den Spulen (5, 6, 7) verändert.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulen (5, 6) bzw. die Sekundärspule (7) umfangsmäßig gewickelt sind und daß der Magnetkern (12) in einem von den Spulen (5, 6, 7) umgebenen Volumen (11) linear bewegbar ist.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (12) und die Sekundärspule (7) so angeordnet sind, daß die Anzahl der von dem Magnetkern (12) geschnittenen Windungen der Sekundärspule (7) während des Betriebs des Wandlers (1) konstant ist.

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (7) axial zwischen den Primärspulen (5, 6) angeordnet ist.

5. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (7) radial zwischen den Primärspulen (5, 6) und dem Volumen (11) angeordnet ist.

6. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Separationselemente (10, 17) aufweist, die den Magnetkern (12) von den Spulen (5, 6, 7) trennen.

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationselemente (10, 17) den Magnetkern (12) und die Spulen (5, 6, 7) druckdicht trennen.

8. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (7) eine Windungsanzahl hat, die der Windungsanzahl in jeder der Primärspulen (5, 6) entspricht.

9. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Generatoren (3, 40, 42, 43) zum Zuführen entsprechender Wechselstrom-Erregungssignale gleicher Größe und Wellenform, jedoch mit unterschiedlicher Phase, zu jeder der Primärspulen (5, 6) aufweist.

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (3, 40, 42, 43) die Erregungssignale mit einer Phasenverschiebung relativ zueinander von etwa 120° zuführen.

11. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Phasendetektor (45) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen der Phase eines Wechselstrom- Ausgangssignals, welches eine Funktion der Phase des Ausgangsflusses ist, und der Phase eines Wechselstrom- Referenzsignals aufweist.

12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (45) die Phasendifferenz in eine digitale Information umsetzt.

13. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Generatoren (3, 40, 42, 43) zum Erzeugen einer Vielzahl von Wechselstrom-Erregungssignalen mit von 0° oder 180° abweichenden gegenseitigen Phasenverschiebungen und Zuleitungen (66, 67) zum Ankoppeln entsprechender Erregungssignale an die entsprechenden Primärspulen (5, 6) aufweist.

14. Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (3, 40, 42, 43) Konstantstrom-Verstärker (20, 64, 65) zum Erzeugen solcher Erregungssignale mit einander entsprechenden und konstanten Amplituden aufweisen.

15. Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (3, 40, 42, 43) auch ein Wechselstrom- Referenzsignal erzeugen, dessen Phase von den entsprechenden Phasen der Erregungssignale abweicht.

16. Wandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (3, 40, 42, 43) Flipflops (55) zum Erzeugen von Erregungssignalen mit einer Phasenverschiebung von etwa 120° relativ zueinander sowie eines Referenzsignals mit einer Phasenverschiebung von etwa 60° relativ zu jeder der Phasen der Erregungssignale, ferner einen Taktsignalgenerator (41) zum Erzeugen von Taktimpulssignalen, außerdem Verbindungsstücke zum Ankoppeln des Taktsignalgenerators (41) an die Flipflops (55) zum Ansteuern der letzteren und Phasengatter aufweisen, die an den Taktsignalgenerator (41) angekoppelt sind, um ihm eine Ausgangsgruppe von Taktimpulssignalen zuzuleiten, die für die Phasentrennung des Wechselstrom-Ausgangssignals und des Referenzsignals charakteristisch sind.

17. Wandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Taktsignalgenerator (41) zum Erzeugen von Taktimpulssignalen, einen Zähler (81) zum Zählen von zugeführten Eingangssignalen und Logikbausteine (101, 103) aufweist, die an den Zähler (81) als Eingangssignale eine Anzahl Taktimpulssignale liefern, und zwar in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen dem Wechselstrom-Ausgangssignal und dem Referenzsignal, wobei die Logikbausteine (101, 103) Logikschaltungen aufweisen, die eine Gruppe von Taktimpulssignalen zum Zähler (81) leiten, wenn die Polarität des Wechselstrom-Ausgangssignals und die Polarität des Referenzsignals unterschiedlich sind.

18. Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Initialisator (82, 83, 86, 100) zum Einstellen des Zählers (81) auf einen vorbestimmten Zählwertstand vor dem Zuführen der Gruppe von Taktimpulssignalen und Gatter (104) aufweist, die auf das Einstellen des Zählers (81) und die Endflanke einer Taktimpulsgruppe zum Zähler (81) ansprechen, um ein Datenendsignal zu erzeugen, das für ein gültiges Zählerstand- Ausgangssignal vom Zähler (81) charakteristisch ist.

19. Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß er Gatter (104) aufweist, die auf die Endflanke einer Taktimpulssignalgruppe zum Zähler (81) ansprechen, um ein Datenendsignal zu erzeugen, das für ein gültiges Zählerstand-Ausgangssignal vom Zähler (81) charakteristisch ist.

20. Wandler nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (104) ein NOR-Gatter ist, welches das Datenendsignal erzeugt, wenn die Polarität des Wechselstrom-Ausgangssignals und die Polarität des Referenzsignals beide einen relativ logischen Nullpegel annehmen.

21. Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungen UND-Gatter (103), die im durchgeschalteten Zustand Taktimpulssignale durchlassen, und EXKLUSIV-ODER-Gatter (101) enthalten, die die UND-Gatter (103) durchschalten, wenn die Polarität des Wechselstrom-Ausgangssignals und die Polarität des Referenzsignals verschieden sind.

22. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Demodulatorschaltung (4) zum Auswerten der Phasenlage als Funktion der Verschiebungsgröße und daß die Demodulatorschaltung (4) Generatoren zum Erzeugen einer digitalen Ausgangsgröße enthält, welche für die relativen Positionen der Primärspulen (5, 6) und des Magnetkerns (12) charakteristisch ist.

23. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Paar von Primärspulen (5, 6), einen Magnetkern (12) und eine Sekundärspule (7) aufweist, wobei ferner Zuleitungen (66, 67) zum Versorgen der Primärspulen (5, 6) mit entsprechenden Wechselstrom-Erregungssignalen bei konstanten Strömen und denselben Wellenformen vorhanden sind, wodurch die Frequenz des Wechselstrom- Ausgangssignals derjenigen der Erregungssignale entspricht.

24. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulen (5, 6) umfangsmäßig um eine gemeinsame Achse gewickelt sind, wobei die axiale Verteilung der Windungen einer jeden Primärspule (5, 6) nichtlinear ist, und daß er einen Magnetkern (12) aufweist, der in einem von den Primärspulen (5, 6) umschriebenen Volumen (11) angeordnet und in bezug auf die Primärspulen (5, 6) linear bewegbar ist.

25. Wandler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare axiale Verteilung der Windungen proportional zu einer linearen Lösung der Arcustangensfunktion ist.

26. Wandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Primärspulen (5, 6) aufweist und die Arcustangensfunktion lautet, wobei Φ _C die Phase des magnetischen Flusses im Kern (12), N₁ sowie N₂ jeweils die Anzahl der Windungen einer Primärspule (5, 6), welche bei einer gegebenen Relativposition des Kerns (12) in bezug auf die Primärspulen (5, 6) mit dem Kern (12) ausgerichtet sind, und R die Phasenverschiebung der jeweiligen Wechselstrom-Erregungen der Primärspulen (5, 6) sind.

27. Wandler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Primärspulen (5, 6) symmetrisch ist und zumindest eine vollständige Schicht (22; 32) von über die axiale Länge verteilten Wicklungswindungen sowie zumindest eine Teilschicht (23-31; 33) von Wicklungswindungen enthält.

28. Wandler nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht (23-31; 33) von Teilwicklungswindungen zwei unter gegenseitigem Abstand angeordnete Teile aufweist, zwischen denen ein offener Bereich an einer Stelle etwa in der Mitte der axialen Länge der Primärspule (5, 6) verbleibt.

29. Wandler nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Primärspulen (5, 6) eine Vielzahl vollständiger Schichten (22; 32) von Wicklungswindungen und eine Vielzahl Teilschichten (23-31; 33) von Wicklungswindungen aufweist, wobei die Gesamtzahl von Windungen und somit die gesamte axiale Länge von zumindest zwei Teilschichten (23-31; 33) unterschiedlich ist.

30. Wandler nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Primärspulen (5, 6) aufweist und die nichtlineare Windungsverteilung proportional zu einer ungefähr linearen Lösung der Arcustangensfunktion ist, wobei Φ _C die Phase des magnetischen Flusses im Kern (12), N₁ sowie N₂ jeweils die Anzahl der Windungen einer Primärspule (5, 6), welche bei einer gegebenen Relativposition des Kerns (12) in bezug auf die Primärspulen (5, 6) mit dem Kern (12) ausgerichtet sind, und R die Phasenverschiebung der jeweiligen Wechselstrom-Erregungen der Primärspulen (5, 6) sind.

31. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine an die Sekundärspule (7) angeschlossene Demodulatorschaltung (4) zum Auswerten einer elektrischen Verschiebungsgröße aufweist.

32. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von Primärspulen (5, 6) aufweist, die in Abhängigkeit von einer Wechselstromerregung bei unterschiedlichen entsprechenden Phasen magnetische Wechselflüsse erzeugen, welche eine von 0° oder 180° abweichende gegenseitige Phasenverschiebung haben, ferner Magnetkerne (12) zum Zusammenfassen der verschiedenen Flüsse, um einen Ausgangsfluß zu erzeugen, dessen Phase von den Phasen der verschiedenen Flüsse und den Relativpositionen der Magnetkerne (12) sowie der Primärspulen (5, 6) abhängt, wobei die Primärspulen (5, 6) und die Magnetkerne (12) relativ zueinander beweglich sind, sowie eine Demodulatorschaltung (4) zum Erzeugen eines Wechselstrom-Ausgangssignals mit einer Phase, die der Phase des Ausgangsflusses entspricht, wobei zumindest ein Paar von Primärspulen (5, 6) vorhanden ist, und wenigstens eine Sekundärspule (7) wobei die Spulen (5, 6, 7) um eine gemeinsame Achse gewickelt sind und wobei zumindest eine Sekundärspule (7) axial zwischen zumindest einem Paar von Primärspulen (5, 6) angeordnet ist.