DE3102439A1

DE3102439A1 - Induktiver weggeber mit einer luftspule und einem in die luftspule eintauchenden kern, dessen jeweils momentane eintauchtiefe abgetastet werden soll

Info

Publication number: DE3102439A1
Application number: DE19813102439
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: CONTIS ELECTRONISCHE CONTROLIN
Current assignee: CONTIS ELECTRONISCHE CONTROLIN
Priority date: 1981-01-26
Filing date: 1981-01-26
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPS5832114A

Description

Induktiver Weggeber mit einer Luftspule und einem in die
Luftspule eintauchenden Kern, dessen jeweils momentane Eintauchtiefe induktiv abgetastet werden soll.
Vorliegender Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die momentane Eintauchtiefe eines in eine Luftspule eintauchenden Kerns präzise abzutasten, wobei die Anordnung des magnetischen Kreises einen sehr geringen Temperaturgang aufweisen soll.
Die in der Erfindung gestellte Aufgal,e wllrde durch Anspruch 1 gelöst.
In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung figürlich dargestellt. Zwei magnetisch voneinander entkoppelte Luftspulen (Spule 1 mit L1 bezeichn., Spule 2 mit L2 bezeichn.), die identisch gefertigt sind, werden z.B. in einem gemeinsamen Block vergoßen, wodurch sie gleichen Temperaturgang aufweisen.
L1 wird durch die Eintauchtiefe (#x x) ihres Kerns gesteuert, wobei dessen Eintauchtiefe jeweils abgetastet werden soll. L2 ist durch einen Kern, der mit dem der Spule 1 exemplarisch übereinstimmt, festgelegt, wobei der lirbeitspunkt von L2 (Arbeitspunkt betreff. Änderung cler Induktivität durch ternperaturhedingte Verforraung der Spule) gleich dem Arbeitspunkt von L1 fiirU x = o festgelegt ist.
Für nichtlineare Funktionen kann der Kern von L2 auf den jeweils symetrischen Tangentialpunkt der N<iherungsgeraden des entsprechenden Mittelwertes von L1 nachgesteuert werden.
Als Kern für L1 und L2 genügt im Prinzip ein einfaches Mu-Metallplättchen, dessen Querschnittsverlauf längs seiner Eintauchlänge jeden beliehigen Funktionsverlauf herstellen kann.
Für die Auswertung der Eintauchtiefe des Kerns von L1 ist eine Differenzmessung von L1 oder L2 erforderlich.
L2 Einen einfachen Schaltungsvorschlag hierfür zeigt Fig. 2.
L1 und L2 sind als Resonanzspulen in jeweils einen Oszillator OSZ 1 und OSZ 2 geschaltet, deren Frequenzverhältnis als Anzeigewert genommen wird.
Zu beachten ist, daß eine Kompensation des Temperaturganges der Spulenanordnung hei Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Schaltungsvorschlages nur möglich ist, wenn beide Oszillatoren OSZ 1 und OSZ 2 auch tatsächlich auf der Resonanzfrequenz schwingen, da sonst der Kupferfehler eine Nichtlinearität der Anordnung verursacht. Das gleiche gilt für die Temperaturabhängigkeit des Phasenganges der gesamten Schwingschaltung.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Vorschläge für eine elektronische Nullpunkteinstellung bei Verwendung einer Schaltung nach Fig. 2.
In der in Fig. 3 gezeigten Schaltung wird die durch die Induktivität der gesteuerten Spule L1 erzeugte Impuls zahl für eine Periode lrzw. ein Vielfaches der Periode der von L2 erzeugten Impulszahl gemessen. Das Anzeigeergebnis ist daher proportional dem lFert 1, da die Frequenzänderung L1 mit 1/L1, und die Induktivitatsänderung mit L1² in die Anordnung eingeht. Als Anzeigewert wird also f1 innerhalb tz von f2 gemessen, wobei tzN Mit dem Teiler zf 1 wird diejenige Zahl von Impulsen von f1 unterdrückt, die im gewünschten Nullpunkt mit einer Anordnung nach Fig. 2 (ohne Impulsunterdrückung) ) gemessen wird. Die Riicl;stellung von zf 1 erfolgt jeweils zu Beginn der tIeßzeit tz (durch In der in Fig. 4 gezeigten Schaltung wird die durch die Induktivität der gesteuerten Spule L1 erzeugte Impulsdauer durch die von L2 erzeugte Impuls zahl gemessen. Das Anzeigeergebnis ist daher proportional dem inert L1, da die Zeitänderung mit und die Induktivitätsänderung mit L1t in die Anordnung eingeht. Als Anzeigewert wird also tz durch die Impulszahl von f1 gemessen, wobei tz ~1/f2. Mit dem Teiler zf1 wird dasjenige Zeitintervall der Meßzeit tz unterdrückt, in dem die Impulszahlvon fl, mit der im gewünschten Nullpunkt mit einer iOnordnung nach Fig. 2 gemessenen Impulszahl übereinstimmt.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der das erfindungsgemäße Prinzip für eine Spule angewendet wir, deren Lange wesentlich die Länge des verwendeten Kerns iil)erschreitet.
Zu diesem Zweck sind mehrere Spulen hintereinandergeschaltet (L1 Ln), wobei die Länge einer Spule jeweils kürzer als die Kernlänge ist und die Spulen sequentiell abgefragt werden. Für die Auswertung stehen dann Eintauchlänge des Kerns mit zugehöriger Spulen adresse zur Verfügung. Für das erfindungsgemäße Prinzip ist die in Fig. 5 gezeigte Anordnung zweimal vorhanden.
Leerseite

Claims

PATENTANSPRtJCHE: Induktiver Weggeber mit einer Luftspule und einem in die Luftspule eintauchenden Kern, dessen jeweils momentane Eintauchtiefe induktiv abgetastet werden soll, dadurch gekennzeichnet, a. daß die Induktivität der Luftspule aus zwei elektromagnetisch voneinander entkoppelten Induktivitäten durch zwei Luftspulen, die jeweils so angeordnet sind, daß sie möglichst gleiche Umgebungstemperatur aufweisen, gebildet wird, und daß der Temperaturkoeffizient der ersten Spule rnögliciist dem Temperaturkoeffizienten der zweiten Spule angenähert ist (bzw. umgekehrt), b. daß der in die Luftspule eintauchende rn, dessen jeweils momentane Eintauchtiefe induktiv abgetastet werden soll, den Induktivitätswert der ersten Luftspule durch seine jeweils momentane Eintauchtiefe steuert, daß der Induktivitätswert der zweiten Luftspule durch einen zweiten Kern, dessen induktivitätsändernder Temperaturkoeffizient ctem Temperaturkoeffizienten des Kerns der ersten Luftspule angenähert ist (bzw. umgekehrt), bestimmt wird, und daß der Kern der zweiten Luftspule in einer Eintauchtiefe, die für die zweite Luftspule den mittleren Induktivitätswert der gesteuerten ersten Luftspule ergibt, fest angeordnet ist oder daß der Kern der zweiten Luftspule in einer Eintauchtiefe, die für die zweite Luftspule den mittleren Induktivit.itswert der gesteuerten ersten Luftspule als Arbeitspunkt ergibt, sync!ron zum Vern der ersten Luftspule gesteuert ist, c. daß die Abtastung der jeweils momentanen Eintauchtiefe des in die Luftspule (erste Luftspule) eintauchenden Kerns durch pressung des Induktivitlitsverhliltnisses von der ersten und zweiten Luftspule erfolgt.
2. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Spule jeweils in einen Oszillator geschaltet sind, wobei die Frequenz des ersten Oszillators vorn jeweils Jnoraentanen Induktivitätswert der in den Oszillator geschalteten ersten Spule und die Frequenz des zweiten Oszillators vom jeweils momentanen Induktivitätswert der in den Oszillator geschalteten zweiten Spule bestimmt sind, und beide Oszillatorfrequenzen weitgehend voneinander entkoppelt sind, und daß das Frequenzverhältnis der beiden Oszillatoren als Anzeigewert fiir die jeeils momentane Eintauchtiefe des in die Luftspule (erste Luftspule) eintauchenden Kerns (erster Kern) ausgekoppelt ist.
3. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewilnschter Funktionsverlauf des Abtastwertes in Abhängigkeit von der JSintauchtiefe des in die Luftspule (erste J.uftsl7ule) eintauchenden Kerns (erster Kern) durch den Querschnittsverlauf des Kerns (über seine Eintauchlange) hergestellt ist.
4. Induktiver Weggeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der ersten Luftspule und der Kern der zweiten Luftspule gleichen Querschnittsverlauf über ihre jeweils wirksame Eintauchlänge haben und daß beide Kerne gleiche elektromagnetische Eigenschaften aufweisen.
5. Induktiver We<lgeber nach einem der AnspriIche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern ein Blechstreifen (z.B. Mu-Metall) verwendet wird.
6. Induktiver Weggeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewünschte Nullpunkteinstellung des Anzeigewertes für eine vorgegebene Eintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns durch folgende Verfahrensschritte vorgenommen wird: a. Feststellen des Anzeigewertes für die rintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns, die den Anzeigewert lXull aufweisen soll, b. Austasten der höheren Frequenz um eine Impulszahl, die dem Anzeigewert der Eintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns, die den Anzeigewert Null aufweisen soll, entsprich+, während der Dauer einer oder des Vielfachen einer Periode der niedrigeren Frequenz und c. Rücksetzen des Zählvorganges filr die Zählung der auszutastenden Impulszahl zu Beginn der Dauer einer oder des Vielfachen einer Periode der niedrigeren Frequenz.

(siehe auch Fig. 3)
7. Induktiver Weggeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewünschte Nullpunkteinstellung des Anzeigewertes für eine vorgegehene Eintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns durch folgende Verfahrensschritte vorgenommen ist: a. Feststellen des Anzeigcwertes für die Eintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns, die den Anzeigewert Null aufweisen soll, b. Austasten der Dauer einer oder des Vielfachen einer Periode der niedrigeren Frequenz um die Dauer der Irnpulszahl der höheren Frequenz, die dem Anzeigewert der Eintauchtiefe des in die Luftspule eintauchenden Kerns, die den Anzeigewert Null aufweisen soll, entspricht und c. Rücksetzen des Zihlvorqanges ffir die Zählung der Dauer der dem AnzeifJewfXrt tQull entsprechenden Impulszahl zu Beginn der Dauer einer oder des Vielfachen einer Periode der niedrigeren Frequenz. (siehe auch Fig. 4)
8. Induktiver Weggeher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftspule jeweils aus mehreren Luftspulen, die geometrisch zu einer einzigen Spule zusammengefaßt sind (Fig. 5), besteht, und daß die Eintauchtiefe eines in die Luftspulen eintauchenden Kerns festgestellt wird durch aufeinanderfolgendes oder paralleles Abtasten der einzelnen induktiven Kreise.
9. Induktiver Weggeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine geometrische Einheit bildenden Luftspulen aus einer einzigen mit Anzapfungen versehenen Luftspule hergestellt sind, und daß die Spulenenden einer Multiplexeinrichtung (Fig. 5 A) zugeleitet sind, mit der jede Spule (d.h. jeweils zwei aufeinanderfolgende Anzapfungen der Gesamtspule L1 Ln in Fig. 5) auf einen jeweils zwei adressierten Spulenenden gemeinsamen Leitungsbus (bestehend aus zwei Schienen) geschaltet werden kann.