DE3133033C2

DE3133033C2 - Stellungsmeßfühler

Info

Publication number: DE3133033C2
Application number: DE3133033A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1986-07-31
Also published as: US4336657A; JPH0140925B2; JPS57118109A; DE3133033A1

Abstract

Es wird ein Stellungsfühler angegeben, der ein funktionell mit einer Arbeitsvorrichtung verbundenes bewegbares Glied, das sich entsprechend einer Lageversetzung der Arbeitsvorrichtung bewegt, und eine Versetzungs/Impulsphasen-Umsetzeinheit mit einem magnetisch weichen, amorphen Metallteil, der durch die Versetzung des bewegbaren Glieds einer Spannungsbelastungsänderung ausgesetzt ist, und einer elektrischen Spule aufweist, die auf den magnetisch weichen, amorphen Metallteil aufgewickelt ist. Eine Impulsspannung wird an ein Wicklungsende der elektrischen Spule angelegt, deren anderes Wicklungsende in Reihe zu einem Widerstand geschaltet ist. An dem Widerstand wird eine Spannung ermittelt, deren ein Maß für die Versetzung darstellende Verzögerungszeit in bezug auf die Impulsspannung in Form einer Analogspannung oder eines digitalen Codes abgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungsmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 24 95 157 ist ein derartiger Stellungsmeßfühler bekannt, bei dem ein hinsichtlich seiner Stellung zu überwachendes ferromagnetisches Teil entlang eines Magnetkerns bewegbar ist, der zumindest eine mit sinusförmiger Spannung gespeiste Spule trägt. Zur Erzeugung eines der jeweiligen Verlagerung des ferromagnetischen Teils entsprechenden Ausgangssignals ist die zumindest eine Spule entweder mittelangezapft und mit weiteren Spulen in Form einer Brückenschaltung verbunden oder aber sie wirkt auf ein symmetrisch angeordnetes, durch das ferromagnetische Teil in seiner Induktivität veränderbares Sekundärspulenpaar ein.

Allerdings erfordern derartige, zur Erzielung ausreichender Meßgenauigkeit eingesetzte symmetrische bzw. Brückenschaltungen relativ großen konstruktiven Aufwand, was dem Erfordernis kompakten Aufbaus bei ausreichender Meßgenauigkeit zuwiderläuft.

Darüber hinaus offenbart die DE-AS 10 17 805 einen Stellungsmeßfühler, der nach dem TauchsDulenDrinziD

arbeitet Der bewegbare Tauchkern ist relativ zu einer mit sinusförmiger Wechselspannung gespeisten Spule bewegbar und von einem weichmagnetischen, C-förmigen Rückschluß umgeben. Zur Vergrößerung des linearen Meßbereichsabschnitts sind die zwischen dem C-förmigen Rückschluß und dem Tauchkern vorhandenen Luftspalte exakt auf bestimmte Längen eingestellt Damit sind auch bei diesem bekannte Stellungsmeßfühler erheblicher konstruktiver Aufwand und exakte Justierungsmaßnahmen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellungsmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß mit geringem konstruktiven Aufwand eine zuverlässige Stellungsermittlung gewähleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst

Beim erfindungsgemäßen Stellungsmeßiühler werden somit die Verlagerungen des bewegbaren Glieds in entsprechende, in der weichmagnetisches amorphes Metall enthaltenden Kernvorrichtung wirkende mechanische Spannungsbelastungen umgesetzt die ihrerseits entsprechende, über die elektrische Spulenanordnung in zuverlässiger und exakter Weise erfaßte Veränderungen der Permeabilität des amorphen Metalls der Kernvorrichtung bewirken. Bei einfachem Aufbau und geringem konstruktiven Aufwand ist somit eine zuverlässige exakte Stellungsermittlung gewährleistet Der erfindungsgemäße Stellungsmeßfühler eignet sich aufgrund dieses Umsetzungsprinzips zur Erfassung auch sehr kleiner Elementverlagerungen und besitzt hohe Stoßbelastbarkeit und große Lebensdauer.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Stellungsmeßfühlers,

F i g. 2a ein Schaltbild, das eine an eine elektrische Spule des Stellungsmeßfühlers angeschlossene elektrische Verarbeitungsschaltung zur Aufgabe einer Analogspannung mit einem Pegel zeigt, der der ermittelten Stellung entspricht, ^:

Fig. 2b eine graphische Darstellung, die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignalen der in Fig. 2a dargestellten elektrischen Verarbeitungsschaltung zeigt,

F i g. 3a ein Schaltbild, das eine weitere, an die elektrische Spule des Stellungsmeßfühlers angeschlossene elektrische Verarbeitungsschaltung für die Abnahme von Impulsen zeigt, die eine der ermittelten Stellung entsprechende Verzögerungszeit darstellen,

Fig.3b eine graphische Darstellung, die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignalen der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung zeigt,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung, die eine Verzögerungszeit zwischen einem Eingangsimpuls und einem Ausgangsimpuls der in Fig.3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung in einen digitalen Code umsetzt,

F i g. 5 ein Blockschaltbild, das eine an die elektrische Spule des Stellungsmeßfühlers angeschlossene elektronische Verarbeitungseinheit zur Bestimmung einer Verzögerungszeit der Anstiegsflanke eines über die elektrisehe Spule des Stellungsmeßfühlers fließenden Stromimpulses gegenüber einer an die Spule von einem Einzelbaustein-Mikrocomputer angelegten Impulsspannung zeigt,

F i g. 6a eine perspektivische Ansicht eines Kerns für die experimentelle Bestimmung einer Anzeigespannung Vx und einer Impuls-Verzögerungszeit frfentsprechend der Verstellung eines Endes des Kerns,

F i g. 6b eine Draufsicht auf den in F i g. 6a gezeigten Kern, wobei zur klaren Darstellung die elektrische Spule nicht dargestellt ist,

F i g. 6c eine Seitenansicht des in F i g. 6b gezeigten Kerns,

F i g. 6d eine schematische Vorderansicht eines Versuchsaufbaus, bei dem das rechte Ende des in den F i g. 6a bis 6c gezeigten Kerns so versetzt wird, daß in dem magnetisch weichen, amorphen Teil eine Zugspannung hervorgerufen wird,

F i g. 6e eine magnetische Darstellung der Spannung Vx, die sich entsprechend einer Versetzung bzw. Auslenkung χ ändert, bei Verwendung der in den F i g. 6a bis 6d gezeigten Abmessungen und Anordnungen und dem Anschluß der elektrischen Spule an die in Fi g. 2a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung,

F i g. 6f eine graphische Darstellung der Verzögerungszeit td, die sich entsprechend der Auslenkung χ ändert, bei der Verwendung der Dimensionen und der Anordnung, die in den F i g. 6a bis 6d gezeigt sind, und bei Anschluß der elektrischen Spule an die in F i g. 3a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung,

F i g. 7 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stellungsmeßfühlers,

F i g. 8a eine perspektivische Ansicht eines Kerns, der zur experimentellen Bestimmung einer Anzeige-Spannung Vx und einer Zeitdifferenz verwendet wird, die der Auslenkung eines Endes des Kerns entsprechen,

F i g. 8b eine Draufsicht auf den in F i g. 8a gezeigten Kern, F i g. 8c eine Seitenansicht des in F i g. 8b gezeigten Kerns,

F i g. 8d eine schematische Vorderansicht einer Anordnung, die experimentell zum Hervorrufen einer Druckbelastung in dem magnetisch weichen, amorphen Teil durch Auslenkung des rechten Endes des in den F i g. 8a bis 8c gezeigten Kerns verwendet wird, wobei zur Verdeutlichung die elektrische Spule nicht dargestellt ist,

F i g. 8e eine graphische Darstellung, die Daten für die in bezug auf die Auslenkung χ gemessene Spannung Vx eo bei Anschluß der elektrischen Spule an die in Fig. 2a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung und bei den Dimensionen und der Anordnung zeigt, die in den F i g. 8a bis 8d dargestellt sind,

F i g. 8f eine graphische Darstellung, die Daten für die in bezug auf eine Auslenkung χ gemessene Zeitdifferenz bzw. Verzögerungszeit td bei Anschluß der elektrischen Spule ?n die in Fig. 3a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung und bei den Dimensionen sowie der Anordnung zeigt, daß in den F i g. 8a bis 8d gezeigt sind, F i g. 9 eine Längsschnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Stellungsmeßfühlers,

Fig. 10a ein Schaltbild einer an die elektrischen Spulen des in Fig.9 gezeigten Stellungsmeßfühlers angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der

der ermittelten Stellung entspricht,

Fig. 10b ein Blockschaltbild einer an die elektrischen Spulen des in Fig.9 gezeigten Stellungsmeßfühlers angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung eines digitalen Codes, der der ermittelten Stellung entspricht,

Fig. 10c ein Blockschaltbild einer an die elektrischen Spulen des in Fig. 9 gezeigten Stellungsmeßfühlers angeschlossenen elektronischen logischen Verarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Digitalcodes, der der ermittelten Stellung entspricht, und

Fig. 11 bis 21 sind jeweils Längsschnittansichten von weiteren Ausführungsbeispielen des Stellungsmeßfühlers.

In der Zeichnung sind durchgehend einander gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Erstes Ausführungsbeispiel, F i g. 1 bis 6f

Ein in Fig. 1 gezeigter Stellungsmeßfühler 1 hat ein Gehäuse 4 aus einem Gehäusekörper 2 und einem mit diesem zu einer Einheit zusammengeklebten Gehäusekörper 3; an dem Gehäusekörper 2 ist ein Kern 5 mit einem Ende fest angebracht. Der Kern 5 weist ein flaches, plattenartiges elastisches Teil in Form eines Federteils 6 aus Epoxyharz, Vinylchloridharz oder Beryllkupfer und ein an der rechten Seite desselben einstückig angeklebtes flaches, plattenartiges Teil 7 aus magnetisch weichem amorphem Metall auf. Auf das (nachstehend als mangnetisch weicher Teil bezeichnete Teil 7 aus magnetisch weichem amorphem Metall ist eine elektrische Spule 8 gewickelt

9 und 10 bezeichnen Anschlüsse der elektrischen Spule 8.11 ist ein bewegbares Glied, das mit seinem rechten Ende über einen Verbindungsmechanismus 13 an ein zu überwachendes Element in Form einer Arbeitsvorrichtung 12 angeschlossen ist und das entsprechend einer Verstellung der Arbeitsvorrichtung 12 axial durch eine Führung des Gehäusekörpers 3 hindurch bewegbar ist. An das linke Ende des bewegbaren Glieds 11 ist ein Koppelglied 14 für eine Verbindung mit dem Kern 5 angesetzt, das mit der rechten Seite des Endes des Federteils 6 in Eingriff steht.

In Fig. 1 ist die Lage des bewegbaren Glieds 11 bei einer nicht verstellten Lage der Arbeitsvorrichtung 12 gezeigt. Bei diesem Zustand ist das Koppelglied 14 so angeordnet, daß es nur gegen den Federteil 6 stößt, jedoch keine Biegung bzw. Auslenkung des Kerns 5 ergibt. Demzufolge wird in dem magnetisch weichen Teil 7 keine Spannungsbelastung hervorgerufen. Daher wird bei einer Linksbewegung der Arbeitsvorrichtung 12 zu einer Verstellungslage hin das bewegbare Glied 11 entsprechend der Arbeitsvorrichtung 12 nach links versetzt, wodurch das Ende des Kerns 5 über das Koppelglied 14 entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 versetzt wird, d. h., eine Auslenkung hervorgerufen wird. Als Folge davon wird entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 in dem einstückig an das Federteil 6 angeklebten magnetisch weichen Teil 7 eine Zugspannung hervorgerufen, die in Abhängigkeit von der Linksversetzung des bewegbaren Glieds zunimmt. Die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung wird mittels einer Auswerteschaltung in Form einer elektrischen Verarbeitungsschaltung oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit erfaßt.

Fig.2a zeigt eine Ausführungsform der Auswerteschaltung in Form einer elektrischen Verarbeitungsschaltung 100. An einen Konstantspannungs-Versorgungsanschluß 101 der Schaltung 100 wird eine Gleichspannung Vccmit einem konstanten Pegel von beispielsweise +5V angelegt. Die Schaltung 100 hat ferner einen Eingangsanschluß 102, an den Spannungsimpuls mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein NPN-Transistor 103 wird während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung positiv ist, und gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimm. Dementsprechend wird ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet bzw. gesperrt, wenn der Transistor 103 durchgeschaltet bzw. gesperrt wird. Daher wird während der Zeit, während der die an den Eingangsanschluß 102 angelegte Impulsspannung positiv ist, die Gleichspannung Vcc an die elektrische Spule 8 angelegt, während diese spannungsfrei ist, solange die Impulsspannung Massepegel besitzt. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem durch die Spule 8 fließenden Strom proportionale Spannung, die mittels eines Integrators aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird, wobei die integrierte Spannung an einem Ausgangsanschluß 108 auftritt. F i g. 2b zeigt die Kurvenformen der Eigangs- und Ausgangsspannung der in F i g. 2a gezeigten Schaltung. Die Zeit td vom Anstieg der Eingangsspannung IN bis zum Obersteigen eines vorgegebenen Pegels durch die Spannung an dem Widerstand 105 sowie die integrierte Spannung Vx. die ein Integral der Spannung a an dem Widerstand 105 darstellt hängen von der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen mechanischen Spannungsbelastung ab.

F i g. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. In diesem Fall werden ein NPN-Transistor 103 und ein PNP-Transistor 104 während der Zeit durchgeschaltet, während der die Eingangsspannung IN positiv ist, so daß daher während des Durchschaltens des Zeitgeber-Transistors 103 die Gleichspannung Vcc an die Spule 8 angelegt wird. Während der Dauer des Massepegels der Eingangsspannung //Vsind die Transistoren 103 und 104 gesperrt Wenn der Transistor 104 durchgeschaltet ist, bildet ein Paar von N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FETi und FETl eine Konstantstromquelle, die einen konstanten Stromfluß über die Spule aufrecht erhält Die Stärke des über den Feldeffekttransistors FETl fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FET\ und FETl verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird mittels eines Paars von invertierenden Verstärkern INi und IN2 verstärkt und geformt

F i g. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsspannung der Schaltung nach F i g. 3a. Die Schaltung 120 gibt ein Ausgangssignal OUTm Form von Spannungsimpulsen ab, die in bezug auf Eingangs-

impulse IN jeweils um eine Verzögerungszeit fc/verzögert sind, welche von der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen Spannungsbelastung abhängt. Die Länge der Verzögerungszeit tdwird mittels einer in F i g. 4 gezeigten Zählerschaltung 140 in der Form eines digitalen Codesignals wiedergegeben. Bei der Schaltung 140 setzt die Anstiegsflanke einer Eingangsspannung IN ein Flipflop Fl, wodurch dessen Q-Ausgangssignal auf hohen Pegel »1« wechselt. Hierdurch wird ein UND-Glied AX zum Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen zu einem Taktimpulseingangsanschluß CK eines Zählers 142 durchgeschaltet. Ein Ausgangsimpuls OLTTund das <?-Ausgangssignal des Flipflops Fl werden an ein UND-Glied A2 angelegt, das bei dem Anstieg des Ausgangsimpulses OUT auf hohen Pegel ein Signal mit dem hohen Pegel »1« abgibt. Dadurch wird das Flipflop Fl zurückgesetzt, wodurch das (J-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel »0« zurückkehrt. Hierdurch wird das UND-Glied Ai gesperrt und damit die Zufuhr von Taktimpulsen zu dem Zähler 142 unterbrochen. Während der Abgabe eines Ausgangssignals »1« durch das UND-Glied Al wird ein den Zählstand des Zählers 142 darstellender Code in einem Zwischenspeicher 143 gespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops Fl und dem Beschicken des Zwischenspeichers 143 mit dem Zählstandscode läßt ein UND-Glied A3 einen Taktimpuls zum Löschen des Zählers 142 durch. Ein Codeausgangssignal bzw. Datenausgangssignal des Zwischenspeichers 143 gibt die Anzahl der während des Zeitintervalls der Zeit id durchgelassenen Taktimpulse an und stellt somit die Länge der Verzögerungszeit td dar.

Eine in F i g. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 weist einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FETi, der als Konstantstrom-Steuervorrichtung wirkt, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktimpulsoszillator 166 auf. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand 163 und dem Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwingungen abfängt, deren Frequenzen höher sind als die Frequenz der Eingangs- und Ausgangsimpulse. Der Mikrocomputer 161 bildet im Ansprechen auf die eingegebenen Taktimpulse Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt sie dem Verstärker 162 zu. Andererseits überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FETi und einem Wicklungsende der Spule 8 entsprechende Spannung bzw. die Ausgangsspannung des Verstärkers 165 und zählt die Taktimpulse, die während der Verzögerungszeit ic? vom Anstieg des vom Mikrocomputer selbst abgegebenen Impulse bis zum Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt werden; dadurch bildet der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal, das die Länge der Verzögerungszeit td angibt.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen kann der in F i g. 1 gezeigte Stellungsmeßfühler mit verschiedenen elektrischen Verarbeitungsschaltungen oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit verbunden sein, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Stellungsmeßfühlers 1 hervorgerufene Spannungsbelastung darstellt. Die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 zur Abnahme eines der ermittelten Stellung entsprechenden elektrischen Signals wird nachstehend beschrieben.

Zunächst setzt das bewegbare Glied 11 des Stellungsmeßfühlers 1 die im Betrieb verstellte Lage der Arbeitsvorrichtung 12 in eine in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Spannungsbelastung um. Die Umsetzung der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen Zugspannung in ein elektrisches Signal wird nun anhand von in den Fig.6e bis 6f dargestellten Versuchsdaten beschrieben. Gemäß der Darstellung in den F i g. 6a bis 6d werden zwei magnetisch weiche Teile 7 mitteis eines Epoxy-Klebmittels zu einer Einheit zusammengeklebt. Ferner werden zwei Sätze dieser magnetisch weichen Teile parallel zueinander zu einer Einheit auf ein Substrat bzw. einen Federteil 6 aus Epoxyharz aufgeklebt, um damit einen Kern 5 zu bilden. Der Kern 5 wird an seinem linken Ende an einer Zwinge 81 festgelegt, wobei der magnetisch weiche Teil 7 an der Oberseite des Kerns gehalten wird. An eine Stelle, die von dem rechten Ende des Kerns 5 einen Abstand von 5 mm hat, wird eine (nicht gezeigte) Meßuhr angesetzt. Danach werden die Werte von Vx und td'm bezug auf eine Auslenkung χ des Kerns 5 in der X-Richtung bestimmt. Die einzelnen Werte der Dimensionen a bis e in den Darstellungen und das Material des magnetisch weichen, amorphen Teils 7 sowie die Bezeichnungen der Figuren, die die erzielten Daten darstellen, sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 1 und 2 aufgelistet.

Tabelle 1

Fall Teil aus amorphem, magnetisch weichem Material Federteil Spule 8 Meßvorrichtung Daten

Nr. Material Dicke a b Blatt- ede Windungs- und Eingangs-

Atom-Gew.-°/o mm mm mm anzahl mm mm mm anzahl Impulsfrequenz

1 Fe₄₀Ni₄₀PHB₆ 0,058 80 1,8 4

0,6 2000

Schaltung 100 5 kHz

F i g. 6e

2 Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆ 0,058 80 1,8 4 95 6 0,6 2000

3 Fe₄uNi₄₀P_HB₆ 0,058 80 1,8 4 95 6 0,6 2000

4 Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆ 0,058 80 1,8 4 95 6 0,6 2000

Schaltung 120 & Fig.öf Synchroskop 60

100Hz

Schaltung 100 5 kHz

Fig. 8c

Schaltung 120 & Fig.8f Synchroskop 100Hz

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Aus den in F i g. 6e gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 1 eine Spannung Vx hoher Genauigkeit für eine Auslenkung χ von 0 bis 1,8 mm erzielbar ist. Aus den in der F i g. 6f gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 2 eine Verzögerungszeit it/mit guter Linearität und hoher Änderung für Auslenkungen χ von 0 bis 0,9 mm sowie von 1,0 bis 1,8 mm erzielt wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel, F i g. 7 bis 8f

Ein in der F i g. 7 gezeigter Stellungsmeßfühler unterscheidet sich von dem in F i g. 1 gezeigten Stellungsmeßfühler dadurch, daß das magnetisch weiche, amorphe Teil 7 auf der linken Seite des Federteils 6 aufgeklebt ist, um damit den Kern 5 zu bilden. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird das mit dem Koppelglied 14 in Eingriff stehende untere Ende des Kerns 5 entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 nach links zu versetzt, d. h., eine Auslenkung hervorgerufen. Demgemäß wird entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 in dem magnetisch weichen Teil 7 eine Druckspannung hervorgerufen, die bei zunehmender Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 ansteigt. Die Verwendung des in Fig. 7 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100,120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 zur Abnahme eines der ermittelten Stellung entsprechenden elektrischen Signals wird im folgenden beschrieben: zunächst setzt das bewegbare Glied 11 des Stellungsmeßfühlers 1 die ermittelte Stellung in eine Druckspannung in dem magnetisch weichen Teil 7 um. Die Umsetzung der Druckspannung in dem magnetisch weichen Teil 7 in ein elektrisches Signal wird anhand von in den Fig.8e bis 8f gezeigten Versuchsdaten erläutert. Gemäß der Darstellung in den Fig. 8a bis 8d werden zwei magnetisch weiche Teile 7 mittels eines Epoxy-Klebstoffs zu einer Einheit zusammengeklebt.

Ferner werden zwei deratige Sätze von magnetisch weichen Teilen parallel zueinander zu einer Einheit auf ein Substrat bzw. ein Federteil 6 aus Epoxyharz aufgeklebt, um einen Kern 5 zu bilden. Der Kern 5 wird an seinem linken Ende an einer Zwinge 81 festgelegt, wobei die magnetisch weichen Teile 7 an der Oberseite des Kerns bleiben. An einer Stelle, die von dem rechten Ende des Kerns 5 einen Abstand von 5 mm hat, wird eine (nicht gezeigte) Meßuhr angesetzt. Danach werden die Werte von Vx und td in bezug auf eine Auslenkung χ des Kerns 5 in der ^f-Richtung bestimmt. Die einzelnen Werte der verschiedenen Dimensionen a bis e in den Figuren und das Material des magnetisch weichen Teils sowie die Bezeichnungen der Figuren, in denen die erzielten Daten dargestellt sind, sind in der vorangehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 3 und 4 aufgelistet.

Aus den in F i g. 8e gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 3 eine Spannung Vx hoher Genauigkeit für eine Auslenkung von 0 bis 3 mm erzielbar ist. Aus den in Fig.8f gezeigten Daten ist ersichtlich, daß eine Verzögerungszeit td mit guter Linearität und hoher Änderung für Auslenkungen von 0 bis 0,8 mm und von 0,9 bis 2 mm erzielt wird (Fall Nr. 4).

Drittes Ausführungsbeispiel, F i g. 9 bis 1 Oc

Bei dem in Fig.9 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 ist zusätzlich zu dem Kern 5, der dem des in Fig. 1 gezeigten Stellungsmeßfühlers entspricht, ein weiterer Kern 15 vorgesehen. Zur Bildung des Kerns 15 ist ein Teil 17 aus magnetisch weichem, amorphem Metall zu einer Einheit auf die linke Seite eines Federteils 16 aufgeklebt, das aus einem Epoxyharz, Vinylchloridharz, Beryllkupfer oder dergleichen geformt ist und in unbelastetem Zustand ebene Form hat. Auf das magnetisch weiche Teil 17 des Kerns 15 ist eine elektrische Spule 18 gewickelt. 19 und 20 bezeichnen Anschlüsse der elektrischen Spule 18. Gleichartig wie der Kern 5 ist der Kern 15 mit seinem Federteil 16 an einem Ende an dem Gehäusekörper 3 festgelegt. An den anderen Enden der Kerne 5 und 15 ist ein einstückig mit einem bewegbaren Glied 11 ausgebildetes Koppelglied 14 so angeordnet, daß es eine Biegung an den anderen Enden der Kerne 5 und 15 herbeiführt. Gemäß der Darstellung in F i g. 9 wird bei der mittigen Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 in jedem der magnetisch weichen Teile 7 und 17, die mit den Federteilen 6 bzw. 16 jeweils zu einer Einheit zusammengeklebt sind, eine Anfangszugspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in F i g. 9 gezeigten Stellung nach links versetzt wird, wird die Biegung in dem Kern 5 verstärkt, während der Kern 15 zu seinem ebenen Zustand hin zurückgeführt wird. Demgemäß wird

so die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 hervorgerufene Zugspannung über die Anfangszugspannung hinaus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während andererseits die in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Zugspannung entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fig.9 gezeigten Stellung nach rechts versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung vermindert, während die andere, in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Zugspannung verstärkt wird. Die Anwendung des in F i g. 9 gezeigten Stellungsmeßfühlers in Verbindung mit einer elektrischen Verarbeitungsschaltung 81 und 200 oder einer logischen Verarbeitungseinheit 220, die in den F i g. 1 Oa, 1 Ob und 10c gezeigt sind, ergibt ein elektrisches Signal, das der ermittelten Stellung entspricht.
Die in Fig. 10a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung 180 ergibt eine Analogspannung Vx, die der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 des in Fig.9 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 entspricht. In der Schaltung 180 ist der NPN-Transistor 103 während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung positiv bleibt, und wird gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimmt. Die Kollektorspannung des Transistors 103 wird durch ein Paar von invertierenden Verstärkern /Λ/3 und /Λ/4 verstärkt und geformt, wonach sie an die Basis eines NPN-Transistors 121 angelegt wird. Demzufolge wird während der Zeit, während der die Eingangsimpulsspannung IN positiv bleibt, der Transistor 103 durchgeschaltet und der Transistor 121 gesperrt, während der PNP-Transistor 104 gesperrt wird. Demgemäß wird durch eine der Funktion der Schaltung 120 gemäß F i g. 3a gleichartige Funktion eine Impulsspannung an die Spule 8 angelegt, wodurch an dem Widerstand ti 105 ein Spannungsimpuls entsteht der mit einer der in dem magnetisch weichen Teil hervorgerufenen Span-

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nungsbelastung entsprechenden Verzögerungszeit td von der abfallenden Flanke der Eingangsimpulsspannung /Λ/an ansteigt.

An die andere elektrische Spule 18 wird eine konstante Spannung über einen PNP-Transistor 181 angelegt. Während der Zeit, während der die Eingangsimpulsspannung IN positiv bleibt und der Transistor 103 durchgeschaltet ist, hat das Ausgangssignal eines invertierenden Verstärkers IN5 positiven Pegel, so daß ein NPN-Transistor 182 durchgeschaltet wird und daher der Transistor 181 durchgeschaltet wird. Andererseits ist der Transistor 181 während der Zeit gesperrt, während der die Eingangsimpulsspannung IN Massepegel hat. Somit wird die Konstantspannung Vcc an die zweite elektrische Spule 18 angelegt, wenn an die erste elektrische Spule 8 keine Spannung angelegt wird, während an die zweite elektrische Spule 18 keine Spannung angelegt wird, wenn an die erste elektrische Spule die Konstantspannung Vcc angelegt wird. Das heißt, die Konstantspannung wird entsprechend der Eingangsimpulsspannung /N abwechselnd an die erste Spule 8 und die zweite Spule 18 ingelegt. An die zweite elektrische Spule 18 ist ein Widerstand 183 angeschlossen. An dem Widerstand 183 entsteht jeweils ein Spannungsimpuls, der mit einer der in dem magnetisch weichen Teil hervorgerufenen Spannungsbelastung entsprechenden Verzögerungszeit fc/2 von der ansteigenden Flanke der Eingangsimpulsspannung IN an ansteigt. Die Spannung Vx\ an dem Widerstand 105 wird an eine der Elektroden eines Kondensators 184 angelegt, an dessen andere Elektrode die Spannung Vx₂ an dem Widerstand 183 angelegt wird. Die an den magnetisch weichen Teilen 7 und 17 hervorgerufenen Spannungsbeiastungen werden jeweils mit Xi bzw. X2 bezeichnet, wobei αϊ + X₂ = K (Konstante) gilt; die Spannungen Vx\ und Vx₂ sind zu x\ bzw. X2 proportional, so daß daher die Potentialdifferenz an dem Kondensator 184 der Größe (x\ — X2) entspricht. Der Kondensator 184 bildet zusammen mit einem Widerstand 185 einen Integrator, so daß sich an dem Kondensator eine Spannung ergibt, die der Größe (x\— x₂) entspricht. Da X₂ = K-X₁ gilt, gilt x\—x₂ = 2 X\ — K. Daher entspricht die Spannung an dem Kondensator 184 der Größe 2 x\. Das heißt, bezüglich des magnetisch weichen Teils 7 des Kerns 5 wird eine Analogspannung erzielt, die dem doppelten der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen Spannungsbelastung x\ entspricht. Die gegenpoligen Anschlüsse des Kondensators 184 sind mit den Eingängen eines Rechenverstärkers 186 verbunden, der als Differenzverstärker geschaltet ist. Der Verstärker 186 gibt eine Analog-Ausgangsspannung Vx ab, die 2 x\ entspricht.

Fig. 10b zeigt die weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 200, bei der in einem Paar von Schaltungen 120 ein Paar von Impulsen gebildet wird, die jeweils der Anstiegsflanke des Eingangsimpulses um Zeitintervalle td\ und td2 nachfolgen. Diese Impulse werden jeweils an ein Paar von Zählerschaltungen 140 angelegt, wo sie in ein Paar von Codesignalen S 7 und 517 umgesetzt werden, die die Werte der Verzögerungszeiten td\ bzw. td₂ darstellen. Diese Codesignale werden an einen Substrahierer 201 angelegt, der unter Verwendung der Codesignale S 7—SM = Sxbzw.(td\ — td₂)errechnet, was2X\ entspricht.

F i g. 10c zeigt eine elektronische logische Verarbeitungseinheit 220, die einen Einzelbaustein-Microcomputer 221 aufweist, welcher einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 8 verbundene Schaltung 120 anlegt, während er von der Anstiegsflanke dieses Impulses an einen Zeitzählvorgang beginnt, um einen Datenwert S7 für die Zählung der Verzögerungszeit td\ zu erhalten, der gespeichert wird. Darauffolgend legt der Microcomputer einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 18 verbundene Schaltung 120 an, während er von der Anstiegsflanke des Impulses an einen Zeitzählvorgang beginnt, um einen Datenwert S 17 für die Zählung der Verzögerungszeit Id₂ zu erhalten. Danach rechnet der Mikrocomputer die Differenz (td\ — rc/2) aus, und gibt ein entsprechendes Ausgangscodesignal Sx=Sl-S17 ab. Solange ein Meßbefehlssignal vorliegt, setzt der Mikro-Computer diesen Funktionsvorgang fort..

Viertes Ausführungsbeispiel, F i g. 11

Der in Fig. 11 gezeigte Stellungsmeßfühler unterscheidet sich von dem in F i g. 9 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 darin, daß bei ersterem zur Bildung der Kerne 5 und 15 die magnetisch weichen, amorphen Teile 7 bzw. 17 jeweils zu einer Einheit an die linke Seite des Federteils 6 bzw. an die rechte Seite des Federteils 16 angeklebt werden. Bei dieser Anordnung gemäß der Darstellung in F i g. 11 wird bei der mittigen Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 in jedem der jeweils zu einer Einheit mit dem Federteil 6 bzw. 16 zusammengeklebten magnetisch weichen Teile 7 bzw. 17 dieselbe Anfangsdruckspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in F i g. 11 gezeigten Stellung heraus nach links versetzt wird, wird die Biegung des Kerns 5 verstärkt, während der Kern 15 zu seinem ebenen Zustand hin zurückgeführt wird. Demgemäß wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 über die Anfangsdruckspannung hinaus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die zweite, in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied U aus der in Fig. 11 gezeigten Stellung nach rechts versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Druckspannung vermindert und die zweite, in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Druckspannung verstärkt. Die Verwendung des in F i g. 11 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 180 bzw. 200 oder der logischen Verarbeitungseinheit 220, die in den Fig. 10a, 10b bzw. 10c gezeigt sind, ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 enspricht

Fünftes Ausführungsbeispiel, F i g. 12

Bei dem in F i g. 12 gezeigten Stellungsmeßfühler werden die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5 an ihren linken Seiten durch Messerschneiden-Halteteile 21 und 22 abgestützt, die in dem Gehäusekörper 2 ausgebildet sind. An dem mittleren Bereich des Kerns 5 greift ein Koppelglied 14 an. Auf den magnetisch weichen, amorphen Teil 7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. Wenn das bewegbare Glied 11 in der in F i g. 12

gezeigten Lage steht, erzeugt das Koppelelement 14 an dem Kern 5 keinerlei Durchbiegung, so daß daher der Kern 5 eben ist, wobei in dem magnetisch weichen Teil 7 keinerlei Spannungsbelastung hervorgerufen wird.

Wenn das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird der mittlere Bereich des Kerns 5 mittels des Koppelglieds 14 nach links zu ausgebogen, wodurch in dem magnetisch weichen Teil 7, der einstückig mit dem Federteil 6 zusammengeklebt ist, entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 eine Zugspannung hervorgerufen wird. Die Verwendung des Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektronischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht

ίο Sechstes Ausführungsbeispiel, F i g. 13

Der in F i g. 13 gezeigte Stellungsmeßfühler 1 unterscheidet sich von dem in F i g. 12 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 dadurch, daß zur Bildung des Kerns 5 der magnetisch weiche, amorphe Teil 7 an der rechten Seite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem gestaltet ist. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied nach links versetzt wird, wird mittels des Koppelglieds 14 der mittlere Bereich des Kerns 5 nach links durchgebogen, wodurch in dem zu einer Einheit mit dem Federteil 6 zusammengeklebten magnetisch weichen Teil 7 eine der Linksversetzung des bewegbaren Glieds entsprechende Druckspannung hervorgerufen wird. Die Verwendung des in F i g. 13 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100, 120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht

Siebtes Ausführungsbeispiel, F i g. 14

Bei dem in Fig. 14 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 stützen Halteteile 21 und 22, die einstückig mit dem Gehäuse 4 ausgebildet sind, die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5. Das magnetisch weiche, amorphe Teil 7 ist an der Unterseite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem gestaltet. Auf das magnetisch weiche Teil 7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. An der Unterseite des bewegbaren Glieds 11 ist eine Nockenfläche 23 ausgebildet. Ein Koppelglied 14 greift an dem mittleren Bereich des Kerns 5 an. Das Koppelglied 14 ist mittels einer in dem Gehäuse 4 ausgebildeten Führung 24 auf- und abwärts bewegbar geführt Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in F i g. 14 gezeigten Lage heraus nach links versetzt wird, wird entsprechend der Versetzung das Koppelglied 14 durch die Nockenfläche 23 nach unten versetzt, wodurch der mittlere Bereich des Kerns 5 nach unten durchgebogen wird. Dementsprechend wird eine in dem mit dem Federteil 6 zu einer Einheit gestalteten magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt Die Verwendung dieses Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Achtes Ausführungsbeispiel, F i g. 15

Der in F i g. 15 gezeigte Stellungsmeßfühler 1 unterscheidet sich von dem in F i g. 14 gezeigten Stellungsmeßfühler darin, daß zur Bildung des Kerns 5 das magnetisch weiche, amorphe Teil 7 an die Oberseite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem angeklebt ist. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 15 gezeigten Stellung heraus nach links versetzt wird, wird entsprechend der Versetzung das Koppelglied 14 durch die Nockenfläche 23 nach unten versetzt, wodurch der mittlere Bereich des Kerns 5 nach unten durchgebogen wird. Dementsprechend wird die Druckspannung, die in dem zu einer Einheit mit dem elastischen Teil 6 zusammengeklebten magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufen wird, entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt. Die Verwendung dieses Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Neuntes Ausführungsbeispiel, F i g. 16

Bei dem in Fig. 16 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 ist zur Bildung eines Kerns 5 ein magnetisch weiches, amorphes Metallteil 7 desselben zu einer Einheit auf die konkave linke Seite eines Federteils 6 geklebt, das in seinem freien Zustand eine stärker gekrümmte Form als die in F i g. 16 gezeigte hat. Auf das magnetisch weiche Teil 7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. Wenn das bewegbare Glied 11 in der in F i g. 16 gezeigten Stellung steht, ist der mittlere Bereich des Kerns 5 aus seinem freien bzw. unbelasteten Zustand heraus mittels des Koppelglieds 14 nach links versetzt und zu der flachen Form hin durchgebogen, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Demzufolge wird in dem magnetisch weichen Teil eine Anfangszugspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 nach links versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin durchgebogen, wodurch die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in 16 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Zehntes AusfOhrungsbeispiel, F i g. 17

Der in F i g. 17 gezeigte Stellungsmeßfühler 1 unterscheidet sich von dem in F i g. 16 gezeigten Stellungsmeßfühler darin, daß zur Bildung des Kerns 5 bei dem ersteren das magnetisch weiche, amorphe Metallteil 7 an die konvexe rechte Steie des Federteils 6 geklebt ist, um mit diesem eine Einheit zu bilden. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 in der in F i g. 17 gezeigten Stellung steht, ist der mittlere Bereich des Kerns 5 aus seinem freien, bzw. unbelasteten Zustand heraus nach links versetzt und zu seinem flachen Zustand hin gebogen, wie es in der Fig. 17 gezeigt ist Demgemäß wird in dem magnetisch weichen Teil 7 eine Anfangsdruckspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, wodurch die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in F i g. 17 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht

Die in den Fig. 16 und 17 gezeigten Stellungsmeßfühler sind dafür geeignet, in dem magnetisch weichen, amorphen Teil eine Vorspannungsbelastung hervorzurufen und damit für das der ermittelten Stellung entsprechende elektrische Signal einen Bereich hoher Linearität zu verwenden, um dadurch ein elektrisches Signal hoher Genauigkeit zu erhalten.

Elftes Ausführungsbeispiel, F i g. 18

Bei dem in Fig. 18 gezeigten Stellungsmeßfühler 1 werden zwei Kerne 5 und 15 verwendet Diese Kerne 5 und 15 haben Federteile 6 und 16 aus Epoxyharz, Vinylchloridharz, Beryllkupfer oder dergleichen, die in ihrem freien bzw. unbelasteten Zustand eine Form haben, die stärker als die in F i g. 18 gekrümmt ist. Mit den konkaven Seiten der Federteile 6 bzw. 16 sind zu einer Einheit magnetisch weiche, amorphe Teile 7 bzw. 17 zusammengeklebt. Die Kerne 5 und 15 sind gemäß der Darstellung in F i g. 18 an dem linken Ende des bewegbaren Glieds 11 festgelegt, wobei die mittleren Bereiche der Federteile 6 und 16 miteinander in Berührung stehen. Die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5 werden mit Messerschneiden-Halteteilen 21 und 22 abgestützt, die in dem Gehäusekörper 2 ausgebildet sind, während die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 15 mit Messerschneiden-Halteteilen 25 und 26 abgestützt werden, die in dem Gehäusekörper 3 ausgebildet sind. Da die beiden Kerne 5 und 15 bei der in Fig. 18 gezeigten mittleren Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 auf gleichartige Weise in der Abflachungsrichtung gebogen sind, wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7 und 17 die gleiche Änfangszugspannung hervorgerufen. Auf den Kern 5 ist eine Spule 8 gewickelt, die aus einer Spule 8a und einer Spule Sb besteht, welche über einen Anschluß 27 zueinander in Reihe geschaltet sind. Die beiden Spulen 8a und Sb sind in der gleichen Richtung gewickelt. Auf den Kern 15 ist eine Spule 18 gewickelt, die eine Spule 18a und eine Spule 180 enthält welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Die beiden Spulen 18a und 186 sind in der gleichen Richtung gewickelt Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 18 gezeigten Stellung heraus nach links versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, während der Kern 15 zu seinem freien Zustand hin zurückgeführt wird. Dementsprechend wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fi g. 18 gezeigten mittleren Stellung heraus nach rechts zu versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangsspannung ausgehend verringert, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Zugspannung von der Ausgangsspannung weg verstärkt wird.

Die Verwendung des in Fig. 18 gezeigten Stellungsmeßfühlers in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 180 und 200 oder der elektronischen Verarbeitungseinheit 220 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Zwölftes Ausführungsbeispiel, Fig. 19

Der in Fi g. 19 gezeigte Stellungsmeßfühler 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 18 gezeigten Stellungsmeßfühler 18 darin, daß zur ßildung der Kerne 5 und 15 die magnetisch weichen, amorphen Teile 7 und 17 jeweils zu einer Einheit an die konvexen Seiten der Federteile 6 und 16 geklebt sind. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 in der in F i g. 19 gezeigten Mittelstellung steht, wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7 und 17 die gleiche Anfangsdruckspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 19 gezeigten Stellung heraus nach links versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, während der Kern 15 zu seinem unbelasteten Zustand hin zurückgeführt wird. Dementsprechend wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg entsprechend der Linksversetzung verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in F i g. 19 gezeigten mittleren Stellung nach rechts versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg herabgesetzt, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg verstärkt wird.

Die Verwendung des in F i g. 19 gezeigten Stellungsmeßfühlers in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschallungen 180 und 200 oder der logischen Verarbeitungseinheit 220, die in den Fig. 10a, 10b bzw. 10c

gezeigt sind, ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht

Bei dem in den Fig.9, 11, 18 und 19 gezeigten Stellungsmeßfühlern werden jeweils zwei Kerne mit jeweils einem Teil aus magnetisch weichem amorphem Metall verwendet, wobei in einem der Teile entsprechend der zu ermittelnden Versetzungslage eine verstärkte Spannungsbelastung hervorgerufen wird während in dem ande-5 ren Teil entsprechend der zu ermittelnden Versetzungslage eine verminderte Spannungsbelastung erzeugt wird, um damit die Differenz der durch die Änderungen der Spannungsbelastungen in den beiden magnetisch weichen, amorphen Metallteilen hervorgerufenen Änderungen der Permeabilität zu erfassen, wodurch entsprechend den Änderungen der Permeabilität ein Signal verstärkt wird Selbst wenn ferner während des Meßvorgangs ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, heben sich die durch das äußere Magnetfeld hervorgerufenen Änderungen 10 hinsichtlich der Permeabilität der magnetisch weichen Teile gegenseitig auf, so daß daher durch das äußere Magnetfeld keine Beeinflussung verursacht wird.

Dreizehntes Ausführungsbeispiel, F i g. 20

15 Bei einem Stellungsmeßfühler nach F i g. 20 sind Federteile 6a und 6b symmetrisch angeordnet und jeweils mit einem Ende an den Gehäusekörper 2 festgelegt Der magnetisch weiche, amorphe Teil 7 besteht aus zwei Teilen 7a, Tb aus magnetisch weichem amorphem Metall, die jeweils zu einer Einheit an die Unterseite des Federteils 6a bzvJ. die Oberseite des Federteils 6b geklebt sind, um dadurch einen Kern 5 zu bilden. Die Spule 8 ist in zwei Spulen 8a und 8b unterteilt Die Spule 8a ist auf den magnetisch weichen Teil 7a gewickelt, während die Spule 86

20 auf den magnetisch weichen Teil Tb gewickelt ist Die Spule 9b ist über den Anschluß 27 mit der Spule 8a in Reihe geschaltet und gegensinnig zu der Spule 8a gewickelt. An den zweiten Enden der Federteile 6a und 6b ist ein an dem bewegbaren Glied 11 befestigtes Koppelglied 14 so angebracht, daß die beiden zweiten Enden der Federteile 6a und 6b voneinander weg jeweils in eine Richtung gebogen sind, bei der sie auseinandergehen. Demgemäß wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7a und Tb eine Zugspannung hervorgerufen. Die

25 Zugspannung wird entsprechend einer Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt Auf diese Weise sind die Spulen 8a und 8b, die auf die hinsichtlich der Spannungsbelastung veränderten magnetisch weichen amorphen Metallteile gewickelt sind, in der Weise angeordnet, daß eine der Spulen mit der zu ihr gegensinnig gewickelten anderen Spule in Reihe geschaltet ist, so daß selbst bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes dieses aufgehoben wird, wodurch entsprechend der ermittelten Stellung ein elektrisches Signal hoher Genauigkeit

30 erzielt wird. Die Verwendund des in F i g. 20 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der ermittelten Stellung entspricht.

Vierzehntes Ausführungsbeispiel, F i g. 21

Der in F i g. 21 gezeigte Stellungsmeßfühler 1 unterscheidet sich von dem in F i g. 20 gezeigten Stellungsmeßfühler darin, daß bei ersterem zur Bildung des Kerns 5 die magnetisch weichen, amorphen Teile 7a und Tb jeweils zu einer Einheit an die Oberseite des Federteils 6a bzw. an die Unterseite des Federteils 6b geklebt sind. Bei dieser Anordnung wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7a und Tb eine Druckspannung hervorgerufen, PP 40 die entsprechend einer Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in

i|f F i g. 21 gezeigten Stellungsmeßfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120

|| und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der ermittelten Stellung

p entspricht. Die mit dem bewegbaren Glied bei jedem der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele

5| verbundene Arbeitsvorrichtung kann ein im Betrieb versetztes Glied wie eine Ausgabestange eines Betätigungs-

fej 45 organs aufweisen.

»Ι Die elektrische Spule 8 hat hierbei stets ausreichend große Windungszahl, so daß der Teil 7 aus magnetisch

|i weichem amorphen Metall schon mit einer verhältnismäßig niedrigen angelegten Spannung bzw. bei einer

f| verhältnismäßig geringen Stromstärke magnetisch gesättigt werden kann.

ψ. Beim Anlegen einer Spannung an die auf das magnetisch weiche, amorphe Teil 7 gewickelte Spule kann die

% 50 Zeitdauer T, die von dem Moment des Anlegens der Spannung bis zu dem Zeitpunkt notwendig ist, an dem der

[i Strom in der elektrischen Spule einen vorbestimmten Wert erreicht, folgendermaßen ausgedrückt werden:

I T-f<ß (i)

μ wobei /Tdie angelegte Spannung, Ndie Windungszahl der elektrischen Spule 8 und 0die Größe der Änderung

]ß von einer remanenten Magnetflußdichte zu einer Sättigungs-Magnetflußdichte bezeichnen, die sich aus dem

K durch die vorbestimmte Stärke des Spulenstroms hervorgerufenen Magnetfeld ergibt. Die Größe Φ ist direkt

!] proportional zu der Permeabilität des magnetisch weichen, amorphen Teils 7. Wenn in dem magnetisch weichen,

, 60 amorphen Teil 7 eine Spannungsbelastung wie beispielsweise eine Zugspannung hervorgerufen wird, wird die

j'■ Permeabilität des Teils 7 in Abhängigkeit von der Größe der Zugspannung vergrößert und daher die Größe Φ

'.' dementsprechend gesteigert. Wenn andererseits eine Druckspannung hervorgerufen wird, wird die Permeabili-

)■: tat des magnetisch weichen, amorphen Teils 7 in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Druckspannung verkleinert und daher die Größe Φ dementsprechend vermindert. Auf diese Weise wird die Zeitdauer 7" von dem Anlegen

j 65 einer Spannung an die Spule 8 bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spulenstromstärke entsprechend der in

! dem magnetisch weichen, amorphen Teil hervorgerufenen Zugspannung verlängert oder entsprechend der

ί Druckspannung verkürzt. Demgemäß ist bei dem Stellungsmeßfühler eine elektrische Schaltung oder eine

% elektronische Halbleitereinrichtung vorgesehen, um den Wert von Tzu bestimmen und zur Angabe dieses Werts

'': 10

;ches Signal in der Form eines Spannungspegels, eines digitalen Codes oder dergleichen abzugeben, riagnetisch weiche, amorphe Teil durch Abschrecken flüssigen Metalls hergestellt wird, hat das Teil die s dünnen Blatts. Magnetisch zeigt das Teil Ferromagnetismus mit einem hohen Wert der magnettigung, hoher Permeabilität (p_m«> 10³) und einer geringen Koerzitivkraft (< 1,0 Oe), während es Ii sehr hohe Bruchfestigkeit, hervorragende Elastizität und hervorragende Beständigkeit zeigt und bei 5 iränderungen geringere Änderungen der Eigenschaften als ein Halbleiter ergibt genschaften des metallischen, amorphen Teils erleichtern vorteilhafterweise die Signalverarbeitung rn die Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung des Werts von T. Ferner wird in mechanischer e Herstellung vereinfacht, während sich eine höhere Haltbarkeit und eine verringerte Empfindlichkeit Einflüssen durch Temperaturschwankungen ergeben. 10

Hierzu 17 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stellungsmeßfühler zum Messen der Verlagerungen eines Elements, mit dem ein bewegbares Glied gekoppelt ist, mit einer magnetisches Material aufweisende Kernvorrichtung, auf die eine elektrische Spulenanordnung gewickelt ist, der eine Auswerteschaltung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (5; 5,15) weichmagnetisches amorphes Metall enthält daß durch die Verlagerungen des bewegbaren Glieds (11) in der Kernvorrichtung (5; 5 15) eine entsprechende mechanische Spannungsbelastung hervorgerufen wird und daß die Auswertschaltung mittels der elektrischen Spulenanordnung (S; 8, 18) die Elementverlagerungen über die durch die Spannungsbelastungsveränderungen hervorgerufenen Änderungen der Permeabilität des amorphen Metalls der Kernvorrichtung (5; 5 15) ermittelt

2. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Kernvorrichtung (5; 5 15) ein elastisches Teil (6; 6, 16) und ein einstückig an dieses angeklebtes Teil (7; 7, 17) aus weichmagnetischem amorphen Metall aufweist

3. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das bewegbare Glied (11) eine Nockenfläche (23) aufweist die mit dem Teil (7; 7, 17) aus weichmagnetischem amorphen Metall der Kernvorrichtung (5; 515) in kraftschlüssiger Verbindung steht.

4. Stellungsmeßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein an dem bewegbaren Glied (11) befestigtes Koppelglied (14), das mit der Kernvorrichtung (5; 5 15) in Verbindung steht

5. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Koppelglied (14) derart angeordnet ist, daß es in dem Teil (7; 7,17) aus weichmagnetischen: amorphem Metall eine mechanische Vorspannungsbelastung hervorruft

6. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (5, 15) ein weiteres elastisches Teil (16) aufweist auf dem ein weiteres Teil (17) aus weichmagnetischem amorphem Metall angebracht ist, und daß das Koppelglied (14) derart zwischen den beiden elastischen Teilen (6,16) angeordnet ist, daß sich bei einer Versetzung des bewegbaren Glieds (11) die mechanische Spannungsbelastung des einen Teils aus weichmagnetischem amorphem Metall vergrößert, während sich die des anderen Teils aus weichmagnetischem amorpLem Metall verringert.

7. Stellungsmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung aus einer Spule (8) besteht, die um den das weichmagnetische amorphe Metall enthaltenden Bereich der Kernvorrichtung (5) gewickelt ist und über ihren einen Anschluß mit einer Impulsspannung gespeist wird.

8. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung einen Widerstand (105), der mit dem anderen Anschluß der Spule verbunden ist und die an diesem Anschluß auftretenden, in ihrer Breite von der jeweiligen mechanischen Spannungsbelastung der Kernvorrichtung (5) abhängenden Stromimpulse in entsprechende Spannungsimpulse umsetzt, sowie eine ebenfalls mit dem anderen Anschluß der Spule (8) verbundene Integrierschaltung (106, 107) aufweist, die die am Widerstand (105) auftretenden Impulse in eine der jeweiligen Stellung des Elements entsprechende Gleichspannung umwandelt.

9. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Zählerschaltung (140) oder eine elektronische Verarbeitungseinheit (160) aufweist, die die Verzögerungszeit zwisehen der Anstiegsflanke der an der Spule (8) angelegten Impulse und den spannungsbelastungsabhängig verzögerten Anstiegsflanken der am anderen Anschluß der Spule (8) auftretenden Imulse erfaßt.

10. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Spulenanordnung aus zwei Spulen (8, 18) besteht, die jeweils auf die beiden Teile (7, 17) aus weichmagnetischem amorphem Metall gewickelt sind und denen über jeweils einen Anschluß eine Impulsspannung zuführbar ist, die bezüglich der der jeweils anderen Spule zugeführten Impulsspannung um 180° phasenversetzt ist, und daß die Auswerteschaltung das an den beiden anderen Anschlüssen der Spule (8, 18) auftretende Signal zur Amplitudenverdoppelung zusammenfaßt.

11. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Integrierschaltung (184,185) mit einem Kondensator (184) und einen eingangsseitig mit den beiden Anschlüssen des Kondensators (184) verbundenen Differenzverstärker (186) aufweist.

12. Stellungsmeßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung aus zwei Spulen (8a, Sb) besteht, von denen jede auf jeweils eines der beiden Teile aus weichmagnetischem amorphem Metall gewickelt ist und die miteinander in Reihe geschaltet sind.