DE2939147A1 - Verschiebungs-umwandler - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf induktive Verschiebungs-Umwandler.

Bekannte Ausführungsformen solcher Umwandler bestehen aus einer Drahtspule/ in welcher die Richtung des Stromflusses stets die gleiche in jeder Windung der Spule ist, und aus einem Kern aus magnetisierbarem Material, welcher innerhalb der Spule axial bewegt werden kann, so daß sich der induktive Widerstand der Spule verändert.

Die Messung des induktiven Widerstandes liefert eine Anzeige für die Stellung des Kerns innerhalb der Spule und damit eine Anzeige für dessen Verschiebung. Ein Nachteil solcher bekannter Anordnungen rührt von der Hysteresis des Materials her, aus dem der Kern hergestellt ist. Diese verringert die Genauigkeit der Messung des Induktanzwertes und begrenzt zugleich die Frequenz der Wechselstromquelle, an die die Spule zum Zwecke der Messung angeschlossen ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verschiebungs-Umwandler, der einfacher und zugleich zuverlässiger als bekannte Umwandler ist. Dieses Ziel wird mit einem Umwandler gemäß den Patentansprüchen erreicht.

Der erfindungsgemäße Verschiebungs-Umwandler besteht aus einem Spulenkörper aus nichtmagnetischem und nichtleitendem Material, Wicklungen auf diesem Spulenkörper sowie einem in diesem Spulenkörper gleitbar angeordneten Kern, welcher im Gebrauch mit einem Bauteil verbunden oder selbst ein Teil eines Bauteils ist, dessen Verschiebung gemessen werden soll, wobei dieser Kern aus elektrisch leitendem, nicht-magnetisierbarem Material besteht, und wobei diese Wicklungen aus einem ersten und einem zweiten, ineinander gewickelten Wicklungs-

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paar bestehen, die beide die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen und derart untereinander verbunden sind, daß der Stromfluß in der einen Wicklung dem in der anderen Wicklung entgegengesetzt ist; im Gebrauch werden diese Wicklungen mit Wechselstrom gespeist, so daß Foucaultströme in demjenigen Teil des Kerns induziert werden, der innerhalb des Spulenkörpers liegt, wobei der induktive Widerstand der Wicklungen infolge der Foucaultströme von der Lage des Kerns innerhalb des Spulenkörpers abhängt.

Nachfolgend wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verschiebungs-Umwandlers unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, in welcher

Figur 1 einen seitlichen Aufriß des Umwandlers und Figur 2 ein Blockdiagramm eines Oszillators und Verstärkers zur Verwendung mit diesem Umwandler darstellen.

Der Umwandler besteht aus einem Spulenkörper 10, der aus Kunststoff oder einem ähnlichen nichtleitenden und nichtmagnetisierbarem Material hergestellt ist, und auf welchem ein Paar von spiralig angeordneten Rippen 11,12 angeformt oder anmontiert ist, die als einem Zweigang-Schraubengewinde äquivalent angesehen werden können.

Der Spulenkörper 10 ist mit einer Bohrung versehen, in welcher ein Körper 13 mit einer zylindrischen Außenoberfläche gleitbar angeordnet ist. Der Körper 13 kann massiv oder hohl -ein, und er besteht aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischem Material wie z.B. Kupfer oder Aluminium. Der Körper 13 ist mit einem Kopf 14 versehen, mit dessen Hilfe er im Gebrauch mit einem anderen Körper verbunden werden kann, dessen Verlagerung gemessen werden soll.

Zwischen den Rippen 11 und 12 liegt ein Paar von Wicklungen 15,16, die in dem hier gezeigten Beispiel jeweils drei Windungen aufweisen. Die Wicklungen sind zweckmäßigerweise aus einem endlosen Draht gebildet, der entlang einer der Rillen ge wunden ist, die zwischen benachbarten Rippen 11 und 12 ein geschlossen sind, und der zu dem gleichen Ende des Spulen-

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körpers entlang der anderen Rille zurückkehrt.

Solange der Körper 13 aus dem Spulenkörper entfernt ist, ist die Induktivität der Wicklungen sehr klein, da sie in Bifilarmuster gewickelt sind. Wenn jedoch der Körper 13 in den Spulenkörper eingeführt und ein hochfrequenter Wechselstrom durch die Wicklungen geleitet wird, fließen Foucaultströme an der Oberfläche des Körpers 13, und diese Foucaultströme sind den Stromänderungen in den Wicklungen 15 und 16 entgegen gerichtet, so daß die letzteren Induktanz zeigen. Der Induktanzwert hängt davon ab, wie weit der Körper 13 sich in den Spulenkörper erstreckt, und mit zunehmender Eindringtiefe nimmt auch der Induktanzwert zu.

Der hier beschriebene Umwandler kann bei Frequenzen in der Größenordnung von 2 MHz betrieben werden, und er spricht außerordentlich schnell an. Außerdem ist der Hysteresieffekt vernachlässigbar klein und die Linearität außerordentlich gut; sie beträgt weniger als ein Prozent über die gesamte Weglänge.

In einem praktischen Beispiel betrug die Wandstärke des Spulenkörpers 0,5 mm, sein Durchmesser 4,0 mm und die Länge der Wicklung 25,0 mm. In diesem Beispiel hatte jede Wicklung fünf Windungen.

Der Umwandler kann jede gewünschte Länge haben, die erforderlich ist im Hinblick auf die Verlagerung eines Körpers, an den der Körper 13 angeschlossen ist.

In Figur 2 bildet die gemeinsame Wicklung 17 des Umwandlers die Frequenzsteuerkomponente eines LC-Oszillators 18, und die Arbeitsfrequenz des Oszillators verändert sich in dem Maße, in dem der Körper innerhalb des Spulenkörpers bewegt wird. Der Ausgang des Oszillators ist mit einem Verstärker 19 verbunden, und der Ausgang des Verstärkers dient zur Speisung eines Frequenzzählers 20, der so geeicht sein kann, daß er eine direkte Anzeige der Verschiebung liefert.

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Wenn Temperaturschwankungen zu solchen Induktanzänderungen führen, daß die Eichung ungültig wird, kann eine Standard-Induktionsspule 21, die den gleichen Temperaturänderungen unterworfen ist, mit Hilfe eines elektronischen Schalters zum Zwecke der Rekalibrierung in den Oszillator-Kreis geschaltet werden.

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Claims (4)

Dr. Joachim Rasper LUC Pa te π ta μ ■■■ jir WiasbacJen Mh· 22 Fit. 54 » β LUCAS INDUSTRIES LIMITED Birmingham, Großbritannien. Verschiebungs-Umwandler. Patentansprüche /1.)Verschiebungs-Umwandler bestehend aus

1.1- einem Spulenkörper (10) aus nichtmagnetischem und nichtleitendem Material,

1.2 - Wicklungen (15,16) auf diesem Spulenkörper, die aus

einem ersten und einem zweiten, ineinander gewickelten Wick..ungspaar bestehen, von denen jedes die gleiche Anzahl von Umdrehungen aufweist, und die 30 untereinander verbunden sind, daß der Stromfluß in der einen Wicklung dem in der anderen Wicklung entgegengesetzt ist,

1.3 - einem in diesem Spulenkörper gleitbar angeordneten

Kern (13), der aus elektrisch leitendem, nicht-magnetisierbarem Material besteht und während des Gebrauchs des Umwandlers mit einem Bauteil verbunden ist oder einen Teil eines Bauteils bildet, dessen Verschiebung gemessen werden soll, wobei diese Wicklungen während des Gebrauchs des Umwandlers mit Wechselstrom gespeist werden, so daß Foucault-Ströme in demjenigen Teil dieses Kerns induziert werden, der innerhalb dieses Spulenkörpers liegt, wobei der induktive Widerstand der Wicklungen wegen dieser Foucault-Ströme von der Lage dieses Kerns innerhalb dieses Spulenkörpers abhängt.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wicklungen die Frequenzsteuerkomponente eines Oszillators (18) bilden, wobei die Oszillationsfrequenz des Oszillators eine Anzeige für die Stellung dieses Bauteils ist.

3. Umwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Standard-Induktionsspule (21) und einen Schalter (22) aufweist, der diese Standard-Induktionsspule mit diesem Oszillator zum Zwecke der Eichung verbinden kann.

4. Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kern aus Kupfer oder Aluminium besteht.

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