DE3205032C2

DE3205032C2 - Induktiver Meßumformer zur Erkennung von Linearpositionen

Info

Publication number: DE3205032C2
Application number: DE3205032A
Authority: DE
Inventors: Wataru Fuchu Tokio/Tokyo Shimizu; Akira Komae Tokio/Tokyo Yamashita
Original assignee: SG KOKUBUNJI TOKIO/TOKYO JP KK
Current assignee: SG KOKUBUNJI TOKIO/TOKYO JP KK
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1990-05-10
Also published as: US4556886A; JPS57135917U; DE3205032A1

Abstract

Um einen Spulenkörper (2) sind Primärspulen (4A, 4B), axial gegeneinander versetzte Primärwicklungen (4A, 4B) und eine Sekundärwicklung (5) gewickelt. In dem Spulenkörper (2) ist ein linear verschiebbarer Kern (3) angeordnet. Die Primärspulen (4A, 4B) werden einzeln durch Wechselstromsignale erregt, die gegeneinander phasenverschoben sind, z.B. durch ein Sinussignal und durch ein Kosinussignal. Die Sekundärspule (5) erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal, das phasenverschoben ist. Das Maß der Phasenverschiebung gegenüber dem Sinussignal oder dem Kosinussignal hängt von der linearen Stellung des Kernes (3) ab. Auf diese Weise wird die lineare Position des Kernes durch Messung der Phasendifferenz zwischen einem Bezugssignal und dem Ausgangssignal der Sekundärspule bestimmt.

Description

a) eine zweite Primärspule (4A) in Bewegungsrichtung des Kernes (3) zu der ersten Primärspule (4B) versetzt angeordnet ist,

b) die zweite Primärspule (4A) durch ein Referenz-Wechselstromsignal beaufschlagt ist, welches eine Phasendifferenz zu dem Wechselstromsignal der ersten Primärspule (4B) aufweist, und

c) die Phasendifferenz zwischen dem Referenz- und dem Ausgangswechselstrom-Signal als Maß für die Stellung des Kernes (3) dient

2. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromsignale zur Erregung der Primärspulen (4A, 4B) um 90° gegeneinander phasenverschoben sind

3. Induktiver Meßumformer nach Anspruch Z, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Primärspule (4A) durch ein srnesförmiges Referenzsignal und die erste Primärspule (4B) durch ein kosinusförmiges Referenzsignal erregt werden.

4. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) eine bestimmte Länge hat, um die Reluktanz eines durch die jeweiligen Spulen hindurchgehenden Magnetkretses entsprechend der linearen Position des Kernes zu verändern und daß mehrere solcher Kerne (3; 3Λ, 3B, 3C) mit bestimmten Intervallen axial angeordnet sind.

5. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulen (4Λ, 4B) einen derartigen Abstand voneinander aufweisen, daß die Phasen der Reluktsnzänderungen der jeweiligen Primärspulen zueinander um einen vorbestimmten Phasenwinkel verschoben sind.

6. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Paare aus Primärspulen (64 bis 67; 76,77) und Sekundärspulen (68 bis 71; 72 bis 75) derart angeordnet sind, daß ein erstes Paar (64,68; 76, 72, Phase A) und ein zweites Paar (66, 70; 76, 74, Phase C) von einem Sinussignal als Referenzsignal gegenphasig betrieben werde? und daß ein drittes Paar (65,69; 77,73, Phase B)und ein viertes Paar (67,71; 77,75, Phase D) von einem Kosinussignal als Referenzsignal gegenphasig zueinander betrieben werden und daß die Phasendifferenz der Rek-;«anzänderung zwischen dem ersten Paar und dem zweiten Paar etwa 180°, die Phasendifferenz der Reluktanzänderung zwischen dem dritten Paar und dem vierten Paar ebenfalls etwa 180° und die Phasendifferenz der Reluktanzänderung zwischen dem ersten Paar und dem dritten oder zwischen dem zweiten Paar und dem vierten Paar etwa 90° beträgt

7. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Paar (Phase A und Phase C) bzw. das dritte und das vierte Paar (Phase B und Phase D) entweder «sf der Primäroder auf der Sekundärseite jeweils eine gemeinsame Primärspule (76,77) bzw. Sekundärspule aufweisen.

8. Induktiver Meßumformer nach einem der Ansprüche 4,5 odr 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3; 3A, 3S, 3C) in solcher Konfiguration und Stellung angeordnet sind, daß die Reluktanzänderung für einen Zyklus einer trigonometrischen Funktion bei einer linearen Verschiebung um ein Grundmaß der Kerne erzeugt wird.

9. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3) zylindrisch ausgebildet und hintereinander mit einem Abstand oder einem Abstandhalter (61) angeordnet sind, dessen Länge gleich der Länge eines jeden benachbarten Kernes ist.

Die Erfindung betrifft einen induktiven Meßumformer zu;· Erkennung von Linearpositionen, mit einer mit einem Wechselstromsignal erregten ersten Primärspule, mindestens einer Sekundärspule und mit einem relativ zu den Spulen verschiebbaren Kern, wobei in der Sekundärspule bzw. den Sekundärspulen ein Ausgangswechselstrom-Signal erzeugt wird, das der relativen Linearposition des Kernes entspricht.

Bekannt ist ein linearer Positionsdetektor (Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 1967, S. 188/189) in Form eines Differential-Transformatorgebers, bei dem nur eine einzige Primärspule P vorhanden ist, der zwei Sekundärspulen zugeordnet sind. Zwar kann die Primärspule in zwei Wicklungshälften unterteilt sein, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, jedoch werden auch in diesen Fällen beide Wicklungshälften, die hintereinandergeschaltet sind, von einem einzigen (gemeinsamen) Wechselstromsignal erregt Zwei Wicklungshälften, die von einem gemeinsamen Wechselstromsignal erregt werden, bilden nur eine einzige Spule. Die Sekundärspulen sind in Reihe geschaltet, und zwar entweder so, daß sich ihre Spannungen addieren oder so, daß ihre Spannungen gegenphasig sind und sich demnach subtrahieren. Entsprechend der Linearverschiebung des Kernes ändern sich die Reluktanzen der Magnetkreise der beiden Sekundärspulen unterschiedlich, wodurch die Amplitudenwerte (Spitzenwerte) der von dem Strom in der Primärspule in den Sekundärspulen

es erzeugten Wechselspannungssignale unterschiedlich werden. Wenn die beiden Sekundärspulen gegenphasig betrieben werden, entspricht das zusammengesetzte Ausgangssignal dieser beiden Spulen der Differenz der Reluktanzen. Das kombinierte Ausgangssignal der Sekundärspulen wird durch Gleichrichtung in ein Gleichspannungssignal umgesetzt, dessen Amplitude der linearen Position des Kernes entspricht.

Das Meßprinzip der bekannten Differential-Transformatoren beruht darauf, daß das induktive Übertragungsverhalten von der Primärspule auf jede der Sekundärspulen sich in Abhängigkeit von der Position des Kernes ändert. Dabei wird zunächst ein Wechselspannungssignal erzeugt, das anschließend noch einer Gleichrichtung bedarf, um eine Meßspannung zu erzeugen.

Der Nachteil der bekannten Differential-Transformatoren besteht im wesentlichen darin, daß die Amplitude des Ausgangssignals zur Ermittlung der Position des Kernes ausgewertet wird. Derartige Amplitudenauswertungen sind besonders störanfällig, da die Signalamplitude u.a. von den Spulenwiderständen abhängt. Die Spulenwiderstände sind aber abhängig von der Temperatur, der Länge der Leitungswege usw. Außerdem ist die amplitudenabhängige Auswertung besonders störanfällig gegen eingestreute Fremdsignale.

Der .Erfindung liegt die; Aufgabe zugrunde, einen induktiven Meßumformer zur Erkennung von Linearpositionen zu schaffen, der imstande ist, die lineare Position unabhängig von Widerstandsänderungen und anderen Einflüssen, die auf die Amplitude des Ausgangssignals einwirken, mit hoher Genauigkeit festzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß

a) eine zweite Primärspule in Bewegungsrichtung des Kernes zu der ersten Primärspule versetzt angeordnet ist,

b) die zweite Primärspule durch ein Referenz-Wechselstromsignal beaufschlagt ist, welches eine Phasendifferenz zu dem Wechselstromsignal der ersten Primärspule aufweist, und

c) die Phasendifferenz zwischen dtrc Referenz- und dem Ausgangswechselstrom-Signal aiii idaß für die Stellung des Kernes dient

Der erfindungsgemäße induktive Meßumformer, im folgenden auch Positionsdetektor genannt, ist so aufgebaut, daß Primärspulen und Sekundärspulen, wie sie in dem bekannten linearen Positionsdetektor mit Differentialtransformator benutzt werden, so angeordnet sind, daß entlang d.53 linearen Bewegungsweges eines Kernes mehrere Primärspulen angeordnet sind. Die jeweiligen Primärspulen werden einzeln durch Referenz-Wechselsignale erregt, die gegeneinander phasenverschoben sind, so daß in einer Sekundärspule ein Ausgangssignal entsteht, das entsprechend der linearen Position des Kernes phasenverschoben ist Auf diese Weise wird die lineare Position des Kernes durch Messung der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der Sekundärspule und einem der Referenzsignale ermittelt Da die lineare Position durch Messung einer Phasendifferenz bestimmt wird, wird die Messung nicht durch Ampütu-Jenänderungen beeinflußt, die infolge von Störungen entstehen. Auf diese Weise erfolgt eine sehr genaue Positionsmessung. Die Auflösung zur Erkennung der linearen Position kann sehr leicht verbessert werden, indem die Auflösung zur Erkennung der Phasendifferenz durch geeignete Schaltungsmaßnahmen in dem Phasendifferenzdetektor vergrößert wird. So kann beispielsweise die Frequenz eines Impulstaktes, der zum Auszählen des Phasenwinkels benutzt wird, vergrößert werden. Der erfindungsgemäße Positionsdetektor eignet sich daher für Anwendungen, die eine hohe Meßgenauigkeit erfordem.

Zur Schaffung eines linearen Positionsdetektors von hoher Genauigkeit und mit vergrößertem Meßbereich sind mehrere Kerne in bestimmten Intervallen axial angeordnet So können vier Paare von Primärspulen und Sekundärspulen vorgesehen sein. Das erste und das zweite Pa?r werden gegenphasig zueinander von einem Sinussignal erregt, während das dritte und das vierte Paar gegenphasig zueinander von einem Kosinussignal erregt werden. Die jeweiligen Spulen sind so angeordnet, daß die Reluktanzen der Spulenpaare sich in Abhängigkeit von der linearen Position des Kernes verändern und der Phasenwinkel der Reluktanzänderung zwischen den jeweiligen Spulenpaaren um einen vorbestimmten Phasenwinkel verschoben wird. Die Phasenverschiebung der Relukt&nzänderung zwischen dein ersten und dem zweiten Paar und die Phasenverschiebung der Reluktänzänderung zwischen dem dritten und dem vierten Paar beträgt typischerweise etwa 180°, d. k, diese Reluktanzänderungen sind gegenphasig, wogegen die Phasenverschiebung der Reluktanzänderung zwischen dem ersten und dem dritten Paar und zwischen dem zweiten und dem vierten Paar etwa 90° beträgt. Entweder die Primärspulen oder die Sekundärspulen !tonnen mit dem ersten und dem zweiten Paar oder mit dem dritten oder dem vierten Paar geteilt werden, d. h., für die Paare gemeinsam vorgesehen sein.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt des Detektorkopfes eines linearen Positionsdetektors,

F i g. 2 bis 7 Axiaischnitte von jeweils anderen Ausführungsbeispielen des Detektorkopfes,

F i g. 8 und 9 Schaltbilder zur Verdeutlichung der Schaltung der Spulen bei den Ausführungsoeispielen der F i g. 5 und 6 und

Fig. 10 ein Schaltbild zur Verdeutlichung der Verbindung der Spulen bei dem Ausführungsbeispiel nach F ig. 7.

Bei dem Detektorkopf der F i g. 1 wird ein axial verschiebbarer Kern 3 in den hohlen Mittelteil eines Spulenkörpers 2 eingeschoben. Auf den Spulenkörper 2 sind an axial gegeneinander versetzten Stellen zwei Primärspu· len 4A und 4ß aufgewickelt. Auf eine geeignete Stelle des Spulenkörpers 2 (z. B. bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Mitte zwischen den Primärspulen) ist eine Sekundärspule 5 aufgewickelt. Die beiden Primärspulen 4Λ und 45 werden separat durch Wechselstromsignale erregt, die phasenverschoben gegeneinander sind (z. B. durch ein Sinussignal a sin cot und ein Kosinussignal a cos ωή. In i?r Sekundärspule 5 wird eine Spannung erzeugt, die sich aus einem von der Primärspule 4A induzierten Anteil und einem von der Primärspule 4ß induzierten Anteil zuji.mmensetzt.

Da die Primärspulen 4A und 45 von den phasenverschobenen Wechselspannungssignalen a sin wt und a cos tot erregt werden, wird in der Sekundärspule ein Signal Y erzeugt, das sich aus der Phasenverschiebung oder der Phasenmodulation des Wechselspannungssignals sin ωί in Abhängigkeit von der Position /äes Kernes 3

ergibt. Nachfolgend wird das Prinzip der Erzeugung dieses Signals erläutert. Wenn die Position des Kernes 3 mit / und der Kopplungskoeffizient der Primärpsulen mit der Sekundärspule mit χ bezeichnet werden, ergibt sich

*-T (0

worin k eine Konstante ist, die von der Windungszahl der Spulen, der Permeabilität des Kernes u. dgl. abhängt. Unter Benutzung des Kopplungskoeffizienten χ kann das Ausgangssignal Y der Sekundärspule 5 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Y= a (1 - χ) sin ωί — a {1 4 χ) cos ω! (2)

In der obigen Gleichung ist angenommen, daß eine Stellung, in der die Induktanz zwischen der Primärspule 4 A und der Sekundärspule 5 im Gleichgewicht mit der Induktanz zwischen der Primärspule 4ß und der Sekundärspule 5 ist, die Nullposition des Kernes 3 ist (d. h. I=O) und daß die gegenseitige Induktanz in dieser Stellung 1 ist. Wenn man in Gleichung (2) einsetzt a (1 - χ) = A und a (1 + .υ) = B, ergibt sich hieraus

Y = A sinmi-B cos ωί,

A B \

sin ωί - cos ωί). (3)

und

Va¹TW νΆ¹ +B¹

in Gleichung (3) geschrieben werden können als

A R

= cos Φ und = sin <t>,

V⁷Tb¹ V⁷Tb¹

kann Gleichung (3) ausgedrückt werden als
Y = ]/A' + B¹ sin (ωί cos Φ — cos ω ι sin Φ) —

Wenn A, B und Φ auf ihre Ursprungsformen zurückgeführt werden, kann Vausgedrückt werden als

Y = -/27TTTT) sin (o>t- cos"¹ — ' ~^x λ \ VTUTx⁷) J

Wenn /IFTTTF) durch K und 0 durch

ersetzt werden, d. h. y2a-(l+x^) = K

ens'¹ /!ί—- = φ
V2fly

kann Gleichung (4) umgeschrieben werden in

Y= Κήη(ωί-Φ) (6)

Das Ausgangssignal Y der Sekundärspule 5 ist demnach ein Wechselspannungssignal, das gegenüber dem Referenzsignal A sin ωί um Φ phasenverschoben ist. Die Phasendifferenz Φ ist, wie Gleichung (5) zeigt, eine Funktion von χ und χ ist wiederum eine Funktion der Position /des Kernes 3. Durch Messung der Phasendifferenz Φ zwischen dem Ausgangssignal Kder Sekundärspule 5 und dem Referenzsignal sin ωί (oder cos ωί) kann man die Position / des Kernes 3 auf der Basis der Phasendifferenz Φ erhalten. Mit anderen Worten: Wenn Gleichung (5) nach χ aufgelöst wird, kann χ als Funktion ί(Φ) ausgedrückt werden, indem die Phasendifferenz Φ ais Variable benutzt wird, d. h, die Position / kann anhand der Funktion ί(Φ) und auf der Basis von Gleichung (1) ausgedrückt werden als

Die relativen Positionen der Spulen 4A, 4ß und 5 im Detektorkopf 1 sind nicht auf das Ausführungsbeispiel der F i e. 1 beschränkt Beispielsweise kann ein zweitägiger Spulentyp gemäß F i g. 2 benutzt werden, bei dem die

Sekundärspule 5 innerhalb oder außerhalb der Primärspulen 4A und 45 angeordnet ist. In diesem Fall kann anstelle der einzigen Sekundärspule 5 ein Paar von Sekundärspulen 5/4 und 5ß entsprechend den Primärspulen 4A und 4ß gemäß F i g. 3 benutzt werden. Bei dem Beispiel der F i g. 3, bei dem jede Primärspule von einer Sekundärspule umgeben ist, bildet die Summe der Ausgangssignale der Sekundärspulen 5A und SB das Ausgangssignal Ydes Detektorkopfes. Umgekehrt zu dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 können die Sekundärspulen 5/1 und 5J3 auch im Innern der Primärspulen 4Λ und 4ß angeordnet sein. Bei dem Beispiel der F i g. 3 kann ein Draht einer Primärspule und derjenige einer Sekundärspule zu einer bifilaren Windung aufgewickelt werden, anstelle separater Windungen an den inneren Sekundärspulen 5Λ und Sound den äußeren Primärspulen 4/4 und 4ß.

Beispiele mit den verbesserten Spulenkonstruktionen nach den F i g. 1,2 oder 3 zur Erzielung einer genaueren Messung und zur VergrößeiWsg des Meßbereiches sind in den F i g. 5,6 und 7 dargestellt.

Bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 5, 6 und 7 enthält ein Schieber 60 mehrere Kerne 3, die mit axialen Abständen zueinander angeordnet sind, zwischen den Kernen 3 jeweils angeordnete Abstandhalter 61 und eine die Kerne 3 und die Abstandhalter 61 umschließende Hülse 62. Dieser Schieber 60 kann durch ein außen angeordnetes Objekt, dessen Linearbewegung festgestellt werden soll, verschoben werden. Die Kerne 3 bestehen aus einem magnetischen Material, während die Abstandhalter 60 aus amagnetischem Material bestehen. Die axiale Länge eines jeden Kernes ist gleich der axialen Länge eines jeden Abstandhalters 61, und diese Länge

beträgt γ (wobei Peine beliebige Zahl ist). Der Abstand für ein Teilungsmaß bei der Anordnung des Kernes 3 beträgt P. In einem Gehäuse 63 sind Primärspulen und Sekundärspulen angeordnet, und der Schieber 60 wird in die hohlen Mittelöffnungen dieser Spulen eingeschoben, wo er linear und axial verschiebbar ist. Diese Spulen sind in der Weise vorgesehen, daß sie in vier Phasen arbeiten. Die Phasen werden mit A, B₁ C und D bezeichnet. Die Reluktanzen dieser von den Kernen 3 erzeugten Phasen sind um 90° gegeneinander phasenverschoben, d. h., die Phase A ist z. B. eine Kosinusphase, die Phase ßeine Sinusphase, die Phase Ceine negative Kosinusphase und die Phase D eine negative Sinusphase.

Bei den Beispielen der F i g. 5 und 6 ist die Länge einer Spule annähernd gleich der Länge des Kernes 3, d. h. -γ.

Bei diesen Beispielen sind die Primärspulen 64,65,66 und 67 und die entsprechenden Sekundärspulen 68,69, 70 und 71 der zugehörigen Phasen A, B, Cund Dan denselben axialen Stellungen angeordnet. Bei dem Beispiel der F i g. 5 sind die Spulen 64 und 68 der Phase A angrenzend an die Spulen 66 und 70 der Phase Cund die Spulen 65 und 69 der Phase B angrenzend an die Spulen 67 und 71 der Phase Dangeordnet. Das Intervall zwischen diesen Spulen der Phase A und der Phase B oder das Intervall zwischen den Spulen der Phase C und der Phase D beträgt

■κ;

■(■4)·

(wobei π eine beliebige natürliche Zahl ist). Bei dem Beispiel der F i g. 6 sind die Spulen 64 bis 67 und 68 bis 71 aufeinanderfolgend in der Reihenfolge A, B, Cund D mit gleichen Abständen zwischen jeweils zwei benachbarten Spulen angeordnet, und das Intervall zwischen den Mitten der benachbarten Spulen beträgt

Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten Detektorköpfe 1 arbeiten insgesamt in gleicher Weise. Die Reluktanz eines jeden Magnetkreises in ei. :n Phasen A, B, Cund D ändert sich, wenn der Schieber 60 linear verschoben wird. Die Phase der Reluktanzänderung ist zwischen den jeweils benachbarten Phasen um 90° verschoben. Wenn eine derartige Reluktanzänderung erfolgt, ist die Stellung der Spulen nicht notwendigerweise auf das Beispiel der F i g. 5 und 6 beschränkt. Bei den Beispielen der F i g. 5 und 6 sind die Primärspulen 64 bis 67 und die Sekundärspulen 68 bis 71 unabhängig vorgesehen, jedoch können die Primärspulen und die Sekundärspulen auch in bifilarer Windungstechnik zusammengesetzt werden, wie oben schon erläutert wurde.

Bei dem Beispiel der F i g. 7 sind die Sekundärspulen 72, 73, 74 und 75 für die Phasen A, B, C und D separat vorgesehen. Für die Phasen A und C wird eine einzige Primärspule 76 gemeinsam benutzt, und für die Phasen B und D wird ebenfalls eine einzige Primärspule 77 gemeinsam benutzt Die Gesamtlänge der Spulengruppen aus den Spulen 72,76 und 74 der Phasen A und C beträgt P, und die Gesamtlänge der Spulengruppe aus den Spulen 73,77 und 75 für die Phasen B, D und £ beträgt ebenfalls P. Das Intervall zwischen den Mitten der Spulengruppe 72,76 und 74 und der Spulengruppe 73,77,75 beträgt

Ρ[η±—\. _ω

Mit dieser Anordnung wird bewirkt daß die Reluktanz der jeweiligen Phasen A, B, C und D sich mit einer Phasenverschiebung von 90° entsprechend der linearen Verschiebung des Schiebers 60 bzw. in derselben Weise wie bei den Beispielen der F i g. 5 und 6 ändert

Die Primärspulen 64 bis 67 und die Sekundärspulen 68 bis 71 in den F i g. 5 und 6 sind gemäß F i g. 8 oder 9 verbunden. F i g. 8 zeigt eine Verbindung, bei der die Primärspulen 64 und 66 der Phasen A und Cgegenphasig zueinander von einem Sinussignal sin cat erregt sind, während die Ausgänge der Sekundärspulen 68 und 70 gleichphasig addiert werden. In gleicher Weise werden die Primärspulen 65 und 67 in den Phasen B und D

gegenphasig zueinander von einem Kosinussignal cos wt erregt, während die Ausgangssignale der Sekundärspulen 69 und 71 gleichphasig addiert werden. Durch Addieren des Ausgangssignals der Phasen A und C und des Ausgangssignals der Phasen B und D erhält man ein Ausgangssignal Y= K sin [cot — Φ), bei dem es sich um das gleiche Signal handelt, wie in Gleichung (6) angegeben ist. F i g. 9 zeigt eine Verbindung, bei der die Spulen der Phasen A und C(oder B und D) gegenphasig erregt werden, wie bei F i g. 8, bei der jedoch im Gegensatz hierzu die Primärspulen gleichphasig und die Sekundärspulen gegenphasig gewickelt sind. Man erhält ein Ausgangssignal V= K sin (ωΐ- Φ) gemäß Gleichung (6).

Die Spulen in F i g. 7 sind in der in F i g. 10 gezeigten Weise verbunden. Die Primärspulen 76 für die Phasen A und C werden von einem Sinussignal sin ωΐ erregt, und die andere Primärspule 77 wird von dem Kosinussignal cos ωί erregt. Die Sekundärspulen der entsprechenden Phasen A, C und B, D sind jeweils gegenphasig geschaltet, und die Ausgangssignale dieser Sekundärspulen werden gleichphasig addiert, um das Signal Y= K sin (cut— Φ) zu erzeugen.

In den F i g. 5 bis 10 wird das Ausgangssignal von der der Schiebestellung des Schiebers 60 (d. h. des Kernes 3) entsprechenden Phasenposition um den Winkel Φ phasenverschoben, da die Reluktanz der jeweiligen Phasen A bis D gegenüber jeder benachbarten Phase (A bis D) um 90° phasenverschoben ist. Wenn der der linearen Position /entsprechende Phasenwinkel durch Φ repräsentiert wird, kann eine Funktion der Reluktanzänderung in jeder der Phasen A bis D für die Phase A durch cos Φ, für die Phase B durch sin Φ, für die Phase C durch -cos Φΰϊιά für die "hase £>durch -sin Φ ausgedrückt werden. Die Phasenverschiebung um den Winke! i?kar.n durch Addieren der Signale erhalten werden, die durch Modulation dieser Funktion mit einer Sinus- oder Kosinuswelle entstanden sind. Die Phasen A und C oder die Phasen B und D bilden jeweils ein Paar, tragen differentiell zur Vertiefung des Modulationsfaktors bei und verstärken daher die Amplitude des Ausgangssignals und verbessern die Meßgenauigkeit. Wenn es auf die Meßgenauigkeit nicht besonders ankommt, können auch die Spulen für die Phasen Cund D fortgelassen werden.

Bei den Beispielen der F i g. 5 bis 7 kann der Meßbereich unbegrenzt erweitert werden. Da jedoch eine Periode, d. h. 2„t im Bogenmaß, der Phasenverschiebung Φ im Ausgangssignal Y der Entfernung P für ein Grundmaß des Kernes 3 entspricht, kann nur eine relative Linearposition innerhalb des Bereiches von P ermittelt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Meßgenauigkeit bei dieser Anordnung extrem hoch ist. Wenn eine absolute Linearposition über einen großen Bereich erkannt werden soll, kann eine andere Erkennungseinrichtung mit relativ grober Genauigkeit vorgesehen werden, die den Abstand P als kleinste Einheit aufweist. Diese zweite Erkennungseinrichtung wird zusätzlich zu der beschriebenen Erkennungseinrichtung eingesetzt, so daß das Ausgangssignal der letzteren mit demjenigen der ersteren kombiniert wird.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist ein Mechanismus vorgesehen, um den Kern 3,3Λ, 3Boder 3Cin den F i g. 1,2,3 oder 4 oder den Schieber 60 aus den F i g. 5,6 oder 7 gegenüber dem Körper oder Gehäuse 63, an dem die Spulen befestigt sind, gleitend zu halten, obwohl dieser Mechanismus in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.

Ferner können Rückstelleinrichtungen zum Zurückführen der Kerne 3,3A, 3B und 3Coder des Schiebers 60 in die Nullposition, z. B. in Form einer Feder, vorgsehen sein. Beispielsweise kann eine Feder als Rückführeinrichtung so konstruiert sein, daß sie gedehnt wird, wenn sie die Nullposition einnimmt und zusammengedrückt wird, wenn das Objekt, dessen Stellung zu bestimmen ist, gegenüber der Nullposition um eine bestimmte Entfernung verschoben worden ist. Wenn das Objekt auf eine andere Stellung in Richtung auf die Nullposition verschoben werden ist, wird die Feder entsprechend dem Maß der Verschiebung gedehnt. Durch eine solche Anor <nung kann der Kern 3, der der Linearbewegung des Objektes folgt, linear verschoben werden. Anstelle der Verwendung einer Feder kann der Kern 3 oder der Schieber 60 auch direkt mit dem Objekt, dessen Position erkannt werden soll, gekoppelt werden.
Der Kern 3 braucht nicht notwendigerweise zylindrische Form zu haben, wie bei den geschilderten Ausführungsbeispielen, sondern er kann jede beliebige Form haben, sofern er imstande ist, eine Reluktanzänderung in der Form sin Φ oder cos Φίμ erzeugen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Induktiver Meßumformer zur Erkennung von linearpositionen, mit einer mit einem Wechselstromsignal erregten ersten Primärspule, mindestens einer Sekundärspule und mit einem relativ zu den Spulen verschiebbaren Kern, wobei in der Sekundärspule (5) bzw. den Sekundärspulen (5Λ, 5B) ein Ausgangswechselstrom-Signal erzeugt wird, das der relativen Linearposition des Kernes (3) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß