DE2844010A1

DE2844010A1 - Detektor fuer lineare verstellungen

Info

Publication number: DE2844010A1
Application number: DE19782844010
Authority: DE
Inventors: Walter Cora
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2406184B3; GB2005844A; FR2406184A1; IT1088352B; ES474131A1

Description

Fabbrica Italiana Magneti Marelli Sop.Ao, Via Guastalla 2, Milano (Italien)

Detektor für lineare Verstellungen«,

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Detektor für lineare Verstellungen.

Es sind bereits Detektoren zur Erfassung linearer Verstellungen bekannt, in welchen eine lineare Verstellung in eine elektrische Größe umgesetzt wird, welche zwecks Ermittlung der Größe dieser Verstellung gemessen wird. D^ese Detektoren werden beispielsweise zur Messung sämtlicher physikalischer Größen benutzt, welche eine lineare Verstellung eines beweglichen Organs auslösen,. Aufgrund der Abtastung der Größe der Verstellung kann nämlich auf das Ausmaß der physikalischen Größe zurückgeschlossen werden.

Ein derartiger Detektor ist beispielsweise der Differentialumformer, bei dem die Stellung des zentralen Eisenmagnetkerns am Ausgang des Transformators eine Spannung auslöst, deren Amplitude von der Stellung des K_erns und somit von der Verstellung eines mit dem Kern verbundenen beweglichen Organs abhängt.

Der Differentialtransformator weist jedoch beträchtliche Mängel auf, z.Bo:

a) die Notwendigkeit einer Versorgung mit Gleichstrom,

b) eine schwierige Anpassungsmöglichkeit an Digital-Geräte,

c) hohe Kosten aufgrund der Anbringung von drei Wicklungen (einer Primärwicklung und zweier Sekundärwicklungen) sowie der Verwendung von Transformatoreisen,

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d) ein sperriger und raumaufwendiger Aufbau.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Detektors für lineare Verstellungen, welcher die vorgenannten Mangel vermeidet_o

Diese und weitere Aufgaben, welche sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung ergeben, werden erfindungsgemäß mittels eines Detektors für lineare Verstellungen gelöst, der durch die Anordnung folgender Teile gekennzeichnet ist:

a) eine erste und eine zweite, nebeneinander auf einer Isolierspule angeordnete Wicklung, wobei diese Spule mit einer axial geführten Ausnehmung zur Aufnahme eines verstellbaren Kerns aus ferromagnetischem Material versehen ist, der seinerseits mit einem verstellbaren Teil gekoppelt ist, dessen lineare Verstellungen gemessen werden sollen, wobei die Erhöhung der Induktanz einer Wicklung sowie eine entsprechende Verringerung der Induktanz der anderen Spulenwicklung bewirkt werden;

b) ein die beiden Eingangsenden der fraglichen ersten und zweiten Wicklung mit einer Gleichstromquelle verbindender Schalter;

c) ein erster und ein zweiter Widerstand, welche die Ausgänge der ersten und der zweiten Spulenwicklung an masse legen, wobei diese Widerstände einen solchen Wert besitzen, daß die Ladekonstanten der beiden Wicklungen gleich werden, wenn der bewegliche Widerstand in der Zwischenstellung zwischen diesen Wicklungen liegt;

d) ein erster und ein zweiter Vergleicher, welche die Spannungen an den Enden jeweils des ersten und des zweiten Widerstands mit einem Bezugswert vergleichen, um am Ausgang ein Stufensignal zu liefern, wenn die Spannung an den Enden der Widerstände derjenigen der Vergleichsspannung entspricht·

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Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal weist der Detektor außerdem einen logischen Kombinationsschaltkreis auf, welcher mit seinen Enden an die Ausgänge der fraglichen Vergleicher so angeschlossen ist, daß am Ausgang ein rechteckiges Signal abgegeben wird, dessen Vorderflanke im Schaltmoment des ersten Vergleichers und dessen hintere Flanke im Umschaltmoment des zweiten Vergleichers fällt, wobei dieses rechteckige Signal eine der Verstellung des Kerns entsprechende Dauer hat und der Detektor außerdem einen binären Zähler aufweist, dessen ZuIassungseingang zur Zählung mit dem Ausgang der fraglichen logischen Schaltung verbunden ist und dessen Zähleingang an ein Uhrwerk angeschlossen ist, wobei der Zähler die vom Uhrwerk abgegebenen Impulse zählen kann, wenn an seinen Zulassungseingang das vorerwähnte rechteckige Signal anliegt, so daß am Ausgang binäre Signale erscheinen, deren Kombinationen die Verstellung des beweglichen Kerns anzeigen·

Aus den vorangehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Detektor für lineare Verstellungen u_oa. die folgenden Vorteile besitzt:

1. Die Versorgung mit Gleichstrom ist möglich und daher kann er auch an Bord von Fahrzeugen angeschlossen werden;

2· ausgangsseitig entstehen binäre Signale, so daß er auch an Digital—Geräte angeschlossen werden kann;

3· er besitzt nur zwei Wicklungen und ist daher wirtschaftlicher;

4·. er ist leicht integrierbar und ergibt daher kleinere gesamtabmessungen·

Der erfindungsgemäße Detektor ist in den nachstehenden Figuren beispielsweise veranschaulicht·

Fig. 1 ist ein Blockschaltschema eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Detektors;

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltschema des Detektors gemäß Figo 1 für die Anwendung an einer Brennkraftmaschine, um die

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Membranenverstellung eines Unterdruckumsetzers zu messen;

Pig. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Unterdruck-Mehrstellungsumsetzer, der mit einer Umsetzer^Verstellung-Induktanz gekoppelt ist.

In der Figo Λ sind mit A* und A^ zwei nebeneinanderliegende Wicklungen bezeichnet, in deren Innerem ein Kern M" aus ferromagneti— schem Werkstoff verstellt wird, welcher von einem beweglichen (nicht veranschaulichten) Organ mitgenommen wird, dessen Verstellweg gemessen werden soll. Die Eingänge E^ und E₂ dieser Wicklungen sind beide über einen Schalter I mit einer Gleichstromquelle + VB verbunden, während die Ausgänge U^ und U~ Jeweils über die Widerstände B^ und Rp an Masse gelegt sind_o Die Ausgänge U^ und Up sind außerdem jeweils an einen der Eingänge der beiden Vergleicher CM,. und OMp angeschlossen. Der andere Eingang der Vergleicher ist an dieselbe konstante Bezugspannungsquelle V angeschlossen. Die Aus-

gänge von CM,. und GMg sind an ein logisches Kombinationsnetz EM angeschlossen, dessen Ausgang an den Zulassungseingang eines binären Zählers C angeschlossen ist.

Dieser Zähler hat einen Zähleingang, der an ein Uhrwerk GK angeschlossen ist.

Der Detektor hat die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise. Wenn sich der Mittelkern in der Zwischenstellung zwischen den beiden Wicklungen A* und Ap befindet, ist die Induktanz L^ und Lp beider gleich und daher sind auch ihre Ladekonstanten TC^ und TG₂ ^a /

Wenn der Schalter I geschlossen wird, so sind, nachdem die Ladekonstanten TC^ und TGg gleich sind, die Spannungen VR_-J und VRg an den Enden der Widerstände R^ und R₂ und am Eingang der Vergleicher und GM₂ in jedem Zeitpunkt gleich.

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Die Vergleicher liefern am Ausgang ein Stufensignal, wenn die an ihre Eingänge angelegte Spannung den Bezugswert V erreicht· Da die Spannungen V_R^ und Vp den gleichen Verlauf haben, werden sie den Bezugswert V im gleichen Zeitpunkt erreichen» Dadurch er-

scheinen an den Ausgängen der Vergleicher Stufensignale V₁- im gleichen Augenblick· Das logische Netz, welches am Ausgang ein rechteckiges Signal erzeugt, dessen Dauer dem Unterschied zwischen den Momenten entspricht, in welchen an den Ausgängen der Verglei— eher die Sbfensignale erscheinen, liefert keinerlei Signal am Ausgang und daher wird der Zähler 0 nicht zur Zählung der vom Uhrwerk gelieferten Impulse zugelassen·

Palis der Kern verstellt ist, beispielsweise nach rechts, wie dies in der Figur gestrichelt angedeutet, nimmt die Induktanz L^ von A,* ah, während die Induktanz Lp von Ap zunimmt, wodurch die Zeitkon— stante TC,. * -^/R,. kleiner als die Zeitkonstante TOp » Lo/Ro

Beim Schlieseen des Schalters I haben die Spannungen VR* und daher einen anderen Verlauf und erreichen daher den Bezugswert V

zu unterschiedlichen Zeitpunkten und bewirken am Ausgang der Ver— gleicher zwei Stufensignale zu verschiedenen Zeitpunkten. Wie aus den graphischen Darstellungen der Pig· 1 hervorgeht, wird die Spannung VE^ den Wert V im Zeitpunkt t* erreichen und am Ausgang von OM_-J ein Stufensignal in diesem Zeitpunkt auslösen, während die Spannung VRp den Wert V im Moment tg erreicht und am Ausgang von OM₂ ein Stufensignal im Zeitpunkt tp auslösen.

Die logische Schaltung RL wird damit ein rechteckiges Signal einer Dauer tv*- tp liefern, welches dem Zähler C erlaubt, die von der Uhr OK gelieferten Impulse zu zählen·

Daher wird an den Ausgängen 1, 2.._on des Zählers eine Kombination binärer Signale empfangen, welche von der vom Zähler während der Zeitspanne t^ - tp gezählten Impulse abhängt, welche der Verstellung des Kerns N innerhalb der Wicklungen entspricht·

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In der Figo 2 ist der Verstellungsdetektor für die Verwendung an einem Brennkraftmotor zur Messung des "bei jedem Arbeitszyklus im Ansaugkollektor vorhandenen Unterdrücke vorgesehene

Zu diesem Zweck ist der ferromagnetische Kern E" an die Membrane M eines Umsetzers T des Unterdrucks derart angeschlossen, daß jedem Unterdruckwert eine Stellung des Kerns und daher zweier Induktanzwerte der Wicklungen entspricht«.

In der Figo 2, in welcher die Vorrichtungen aus der Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern aufgeführt sind, sind die Eingänge Έ* und Ep der Wicklungen A,. und Ap an die Gleichspannungsquelle + Vg über einen elektronischen, durch eine Kippschaltung BS gesteuerten Schalter TS angeschlossen. Der Eingang S der Kippschaltung BS ist an einen nichtveranschaulichten Detektor der oberen Totpunkte des Motors derart angeschlossen, daß bei Eintreffen eines oberen Totpunktimpulses die Kippschaltung BS ein solches Signal liefert, daß der Transistor leitend wird und damit die Messung wie zuvor beschrieben einleitet. Der obere Totpunktimpuls wird gleichfalls an den Nullrückstellungs—Eingang des Zählers C so weitergegeben, daß vor der Vornahme der Zählung dieser Zähler auf Null gestellt wird.

Der Wiedereinsatzeingang R von BS ist über eine Formerschaltung F an den Ausgang des logischen Netzes EL angeschlossen. Die Formerschaltung F liefert am Ausgang einen Impuls, wenn an deren Eingang die hintere Flanke des rechteckigen Signals vorliegt, so daß BS rückverstellt und der Transistor TS gesperrt wird.

Dir Fig. 3 zeigt den Unterdruckumsetzer T der Fig. 2, der mit dem Verstellungsumsetzer gekoppelt ist.

Die Membrane M des Umsetzers ist über eine Stange 1 aus Isoliermaterial mit dem Ferromagnetkern N gekoppelt, welcher innerhalb einer

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Isolierspule 2 verstellt werden kann, auf welche die beiden Wicklungen A_x. und A~ aufgespult sind. Die Spule und die Wicklungen sind von einem ferromagnetisehen Mantel umgeben.

Patentansprüche

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1·) V_erstellungs—Detektor für lineare Verstellungen, gekennzeich- -—-'' net durch.

a) eine erste und eine zweite Wicklung nebeneinander auf einer Isolierspule, welche eine axiale Ausnehmung zur Aufnahme eines beweglichen, ferromagnetischen Kerns vorsieht, dessen lineare Verstellungen gemessen werden sollen, wobei die Verstellung des Kerns ab seiner Mittellage die Erhöhung der Induktanz der einen der beiden Wicklungen und eine entsprechende Minderung der Induktanz der anderen Wicklung bewirkt ;

b) einen die beiden Eingangsenden der fraglichen ersten und zweiten Wicklung mit einer Gleichstromquelle verbindenden Schalter;

c) einen ersten und einen zweiten Widerstand, welche die Ausgänge jeweils der ersten und der zweiten dieser Wicklungen an Masse legen, wobei diese Widerstände einen derartigen Wert besitzen, daß die Zeitkonstanten der beiden Wicklungen gleich werden, wenn sich der bewegliche Kern in der Mittelstellung zwischen diesen beiden Wicklungen befindet;

d) einen ersten und einen zweiten Vergleicher, welcher die Spannungen an den Enden des jeweiligen ersten und zweiten Widerstands mit einer Bezugsspannung vergleicht, um am Ausgang ein Stufensignal zu liefern, wenn die Spannung an den Enden der beiden Widerstände gleich dieser Bezugsspannung ist.
2. Detektor für lineare Verstellungen gemäß Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe eine logische Kombinationsschaltung aufweist, welche mit ihren Eingängen an die Ausgänge der fraglichen Vergleicher derart angeschlossen ist, daß am Ausgang ein rechteckiges Signal mit Vorderflanke im Zeitpunkt der Umschaltung des ersten Vergleichers und die Hinterflanke im

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Augenblick der Umschaltung des zweiten Vergleichers erscheint, wobei dieses rechteckige Signal eine Dauer entsprechend der Verstellung des fraglichen Kerns besitzt·
3· Detektor für lineare Verstellungen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe einen binären Zähler aufweist, dessen Zulassungseingang zur Zählung mit einer Uhr gekoppelt ist, wobei der Zähler die von der Uhr gelieferten Impulse abgeben kann, wenn an seinen ZuIassungseingang das fragliche rechteckige Signal angelegt wird, so daß er am Ausgang binäre Signale liefern kann, deren Kombinationen die Verstellung des beweglichen Kerns darstellen.
4. Detektor für lineare Verstellungen gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche für die Messung des Unterdrucks im Ansaug— kollektor einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern (F) an eine Membrane (M) eines D_ruckumsetzers angeschlossen ist, welche in Verbindung mit dem Ansaugkollektor steht, und daß der Steuerschalter für die Versorgung ein elektronischer Schalter (TS) ist, welcher über eine Kippschaltung (BS) betätigt wird, an deren Einstelleingang (S) obere Totpunktimpulse (PMS) des Motors angelegt werden und an dessen Wiederherstellungseingang (R) über eine For— merschaltung Qf) der Abstiegfront der rechteckigen Signale entsprechende Impulse an den Ausgang des logischen Netzes (EL) angelegt werden, wobei die oberen Totpunktimpulse auch die Mull— rückstellung des Zählers (C) bewirken.

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