DE3226511A1

DE3226511A1 - Elektronischer messwertaufnehmer

Info

Publication number: DE3226511A1
Application number: DE19823226511
Authority: DE
Inventors: Gabriel 1052 Le Mont-sur-Lausanne Lienhard
Original assignee: Tesa SARL
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-07-15
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5824998A; FR2509851A1

Description

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Patenten wälle....." Eucopöan FatöTüI .Attorneys Q O Q C C 1 1

München ^, Stuttgart

15. Juli 1982

TESA S.A.

Rue Bugnon 38

1020 Renens / Schweiz

Unser Zeichen: T 3517

Elektronischer Meßwertaufnehmer

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Meßwertaufnehmer mit einem beweglichen Fühler und einem Wechselsignalgenerator, bei dem wenigstens eine Charakteristik durch die Bewegung des Fühlers beeinflußt wird, um ein analoges elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Größe des bei der durchgeführten Messung ermittelten Meßwertes darstellt.

Bekannte Meßwertaufnehmer dieser Art sind im allgemeinen über ein Kabel mit einer Meßeinheit verbunden, die eine analoge oder digitale Anzeigeeinrichtung umfaßt und in welche Verarbeitungs- und Umsetzschaltungen für die Signale aus dem Meßwertaufnehmer sowie Eicheinrichtungen für diesen Meßwertaufnehmer integriert sind. 15

Der wesentliche Vorteil von derartigen Meßwertaufnehmern besteht in ihren geringen Abmessungen, die es ermöglichen,

HD/Gl

sie unter beengten Raumverhältnissen anzuwenden, z.B. um ein mechanisches Teil herum, bei dem gleichzeitig die Maße verschiedener unterschiedlich großer Elemente mittels einer entsprechenden Anzahl von nebeneinander auf einem geeigneten Träger angeordneten Meßwertaufnehmern kontrolliert werden sollen, wobei das Ablesen der Meßwerte in der Entfernung und unter besten Bedingungen an der Meßeinheit erfolgen soll, an die jeder Meßwertaufnehmer über ein Kabel angeschlossen'ist.

Wie bei allen analogen elektronischen Meßsystemen kann jedoch die Kurve des Ausgangssignals dieser Meßwertaufnehmer in bezug auf die Bewegung der zugeordneten Fühler mehr oder weniger große Linearitätsfehler aufweisen, die bei hochpräzisen Messungen sich bereits an die geforderten Toleranzgrenzen gefährlich annähern können. Darüber hinaus sind diese Ansprechkurven von einem Meßwertaufnehmer zum anderen unterschiedlich.

Aufgabe der Erfindung ist die Behebung dieses Mangels mittels einer Einrichtung, die die Ansprechkurve jedes Meßwertaufnehmers der genannten Art berichtigt bzw. ent zerrt. Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Meßwertaufnehmer dadurch gekennzeichnet, daß er ein Versorgungs- und Ausgangs-Anschlußteil umfaßt, in welches integriert sind: eine Wandlerschaltung zur Umsetzung des Ausgangssignals des Generators in ein analoges Gleichspannungssignal, das proprotional zur Bewegung des Fühlers ist, ein Analog/Digital-Umsetzer zur Umsetzung des umgesetzten Signals, ein mit dem Ausgang dieses Umsetzers verbundener Speicher, in dem eine bestimmte Anzahl von Linearitätsiehlern der Ansprechkurve an Adressen gespeichert ist, die einer äquivalenten Anzahl von Meßsektoren entsprechen, die sich entlang des Meßhubes des Fühlers erstrecken und jeweils die genannten Fehler aufweisen, und eine Korrekturschaltung zum

Korrigieren des Ausgangssignals der Wandlerschaltung, wobei die Korrekturschaltung mit dem Ausgang der Wandlerschaltung und dem Ausgang des Speichers verbunden ist und wobei in der Korrekturschaltung der nicht korrigierte Meßwert der durch dieses Signal dargestellten Bewegung summiert wird mit dem Wert des entsprechenden Linear itätsfehlers, der in dem Speicher gespeichert ist.

Während der Eichung jedes Meßwertaufnehrners können die Werte der Linearitätsfehler einer gewählten Anzahl von Meßsektoren an den zugehörigen Adressen in dem Speicher abgespeichert werden. Die Wahl der Anzahl von Meßsektoren wird durch den angestrebten Präzisionsgrad der so durchgeführten Korrektur bestimmt, und sie bestimmt auch die Kapazität des zu verwendenden Speichers. Auf diese Weise bildet der Meßwertaufnehmer zusammen mit dem Anschlußteil eine abgeglichene Einheit, deren Signal/ Bewegung-Ansprechkurve berichtigt bzw. entzerrt ist und an allen gewählten Meßsektoren von Linearitätsfehlern frei ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der mechanischen Struktur bei einer beschriebenen Ausführungsform;

Fig. 2 eine Graphik, die einen Meßprozeß verdeutlicht, der die Einstellung des Gerätes betrifft;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Elektronikschaltung des

Gerätes; f

Figuren 4 und 5

zwei elektrische Schaltbilder, die zwei erste Ausführungsformen darstellen; und

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild, das eine dritte Ausführungsform darstellt.

Der in Fig. 1 gezeigte Meßwertaufnehmer hat die äußere Form von zwei zylindrischen Elementen 1, 2, die durch ein als gerändelte Mutter ausgebildetes Verbindungsteil 3 verbunden sind.

Das Element 1 ist das eigentliche Gehäuse des Meßwertaufnehmers, in dem ein beweglicher Fühler 4, dessen äußeres *° Ende einen Taster 5 trägt, für eine Translationsbewegung geführt ist. Ein dehnbarer Balg 6 schützt eine im Inneren des Elementes bzw. Gehäuses 1 angeordnete elektronische Detektionsschaltung vor Staub und äußeren Einwirkungen. Die Detektionsschaltung umfaßt in üblicher Weise einen

Wechselsignalgenerator, der wenigstens eine durch die Bewegung des Fühlers beeinflußbare Charakteristik aufweist, um ein analoges elektrisches Ausgangssignal zu liefern, welches für die durchgeführte Messung repräsentativ ist, d.h. die Amplitude dieser Bewegung darstellt. 25

Das Element 2 ist ein Versorgungs- und Ausgangs-Verbindungsteil, das Kontaktstifte 7 bis 10 aufweist.

In diesem Anschlußteil 2 sind die Elektronikschaltungen

integriert, die dazu bestimmt sind, die Ansprechkurve des analogen Ausgangssignals des Generators des Meßwertaufnehmers 1 in bezug auf die Bewegung des Fühlers 4 zu begradigen, wobei diese Kurve in Fig. 2 gezeigt ist. Zum

Zweck der Erläuterung der Erfindung ist auf der Abszisse 35

eine bestimmte Anzahl von Meßsektoren L₁, L₉, L., ... L aufgetragen, die effentiven Bewegungen des Fühlers 4 entsprechen und sich entlang dem Meßhub erstrecken, während

auf der Ordinate die Linearitätsfehler E , E₃, E₃ ... E des Signals für die verschiedenen Sektoren aufgetragen sind.

Das Anschlußteil 2 umfaßt, wie Fig. 3 zeigt, folgende Elemente:

- eine Wandlerschaltung 11 zur Umsetzung des Generatorausgangssignals des Meßwertaufnehmers 1 in ein analoges Gleichspannungssignal, das proportional den Bewegungen L₁...L des Fühlers 4 ist;

- einen Analog/Digital-Umsetzer 12 zum Umsetzen des Ausgangssignals der Wandlerschaltung 11;

- einen Speicher 13, der mit dem Ausgang dieses Umsetzers verbunden ist und in dem die Linearitätsfehler E₁...E der Ansprechkurve an den Adressen gespeichert sind,

die den Meßsektoren L₁...L entsprechen, welche diese Fehler aufweisen;

- eine Korrekturschaltung 14 zum Korrigieren des Ausgangssignals der Wandlerschaltung, wobei diese Korrekturschaltung an den Ausgang der Wandlerschaltung und an den Ausgang des Speichers 13 angeschlossen ist und in ihr der nicht korrigierte Meßwert für die Bewegung L₁...L des Fühlers, der durch dieses Signal dargestellt wird, mit dem Wert des entsprechenden Linearitätsfehlers E₁...E , der in dem Speicher gespeichert ist, summiert wird.

Das Ausgangssignal dieser Korrekturschaltung 14, das also den wirklichen, effektiven Wert der Bewegung des Fühlers 4 darstellt, wird je nach Anwendungsfall einem Anzeigegerät oder einer Klassifiziereinheit über ein Kabel zugeführt, das mit dem Verbindungsteil 2 durch

dessen Kontaktstifte verbunden ist, wobei dieses Kabel ferner die Versorgungsleiter zur Speisung der Detektionsschaltung des Meßwertaufnehmers 1 und der erläuterten Schaltungsanordnungen enthält.

Der Analog/Digital-Umsetzer 12 und der Speicher 13 werden in Abhängigkeit von dem angestrebten Präzisionsgrad ausgewählt.

Je größer also die gewählte Anzahl von Sektoren L-...L ist, desto genauer wird die Korrektur. Diese Anzahl hängt ihrerseits von der Anzahl von Bits des Analog/Digital-Umsetzers ab, während dieser die minimale Kapazität des Speichers bestimmt.

Wenn z.B. die Anzahl von Bits des Umsetzers N = 8 ist, so ist die maximale Zahl von Meßsektoren, die gewählt werden kann 2^N = 2⁸ = 256. Für einen Meßhub von +_ 2560 Mikron auf beiden Seiten des Nullpunktes des Meßwertaufnehmers sind dann die Sektoren L₁...L durch gleiche Abstände

5120 ⁿ

von = 20 Mikron voneinander getrennt.

Der Speicher muß in diesem Fall mindestens 256 Adressen aufweisen, und an jeder Adresse wird der Wert eines entsprechenden Fehlers E . . .E abgespeichert.

Dieser Fehlerwert wird beim Eichen des Meßwertaufnehmers für jeden entsprechenden Sektor durch Vergleich bestimmt.

³^ Der Korrekturwert, der möglichst genau gleich diesem Fehlerwert sein muß, hängt ebenfalls von der Kapazität des Speichers ab.

Bei dem betrachteten Beispiel ist auch die Anzahl von Schritten der Korrektur gleich 2^N = 2⁸ = 256, und der Wert dieses Schrittes hängt von dem zu korrigierenden

Gesamtfehler ab. Wenn dieser z.B. gleich ^25,6 Mikron ist, so ist der Korrektur schritt gleich = 0,2 Mikron.

Die Korrekturschaltung 14 für das Ausgangssignal der Wandlerschaltung 11 kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden, wovon in den Figuren 4 und 5 zwei Ausführungsformen gezeigt sind.

Bei der ersten, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die Korrekturschaltung 14 zusammengesetzt aus einem Digital/Analog-Umsetzer 15, der mit dem Speicher 13 verbunden ist, und einem Summierverstärker 16, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Umsetzers 15 und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Wandlerschaltung 11 verbunden ist.

Auf diese Weise wird also die Korrektur durch Summation der beiden analogen Gleichspannungssignale erhalten.

Bei der zweiten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist diese Korrekturschaltung aus einem Verstärker Ί7 mit variabler Verstärkung gebildet, dessen Eingang mit der Wandlerschaltung 11 verbunden ist und dessen Verstärkungsregelelement direkt mit dem Speicher 13 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Korrektur durch Verändern der Verstärkung eines analogen Gleichspannungssignales erhalten.

Der Meßwertaufnehmer kann direkt mit Wechselstrom gespeist werden, und das analoge Gleichspannungs-Ausgangssignal der Korrekturschaltung 14 kann in dem Anschlußteil 2 in ein Wechselsignal umgesetzt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, das Vorhandensein dieses Gleichspannungsausganges auszunutzen, um auch den Meßwertaufnehmer mit Gleichstrom ° zu versorgen, um ihn für Störsignale aus der Umgebung praktisch unempfindlich zu machen.

Die dritte Ausführungsform für diesen interessanten Anwendungsfall ist in Fig. 6 dargestellt, die im einzelnen die Versorgungsschaltung für den Generator des Meßwertaufnehmers 1 zeigt, der bei dieser Ausführungsform als induktiver Meßwertaufnehmer ausgebildet ist, sowie die Elemente einer geeigneten Wandlerschaltung 11 zeigt.

Der Generator des Meßwertaufnehmers 1 ist aus einer feststehenden Spule 18 gebildet, in der sich ein ferromagnetischer Kern 19 bewegt, der durch den damit starr verbundenen Fühler 4 angetrieben wird. Die beiden Anschlüsse dieser Spule sind mit einem Oszillator 20 verbunden, der ohne Spule arbeitet und z.B. einen Widerstand oder einen Kondensator enthält. Dieser durch den Versorgungsgleichstrom erregte Oszillator gibt an die Spule 18 ein stabiles Wechselspannungssignal ab.

Der Mittelpunkt der Windungen der Spule 18 ist mit der Wandlerschaltung 11 verbunden, die bei der gezeigten Ausführungsform einen Wechselspannungsverstärker 21 und einen Synchrondemodulator 22 enthält, der über einen Signaltransformator 23 mit dem Oszillator 20 verbunden ist. Bei seinen Bewegungen beeinflußt der ferromagnetische Kern 19 die Impedanz der Spule 18, und das so in bezug auf den Mittelpunkt der Spule erzeugte Spannungsungleichgewicht wird in dem Verstärker 21 verstärkt und dann in dem Synchrondemodulator 22 demoduliert, der ein analoges Gleichspannungssignal abgibt, das proportional dem modulierten Meßsignal aus der Spule 18 ist. Dieses Signal wird an den Analog/Digital-Umsetzer 12, den Speicher 13 und die Korrekturschaltung 14 angelegt, die zuvor bereits erläutert wurden.

Der Meßwertaufnehmer enthält die üblichen Einstell- und Abgleichelemente, die bei dem beschriebenen Beispiel einen Einstellwiderstand 24 für die Einstellung der

Verstärkung des Verstärkers 21 und ein Potentiometer 25 für Nullabgleich der Induktivität umfassen. In das in Fig. 6 gezeigte Schaltbild sind auch die Stifte 7 und 8 eingezeichnet, über die der Versorgungsgleichstrom zugeführt wird, wobei sowohl die positive als auch die negative Spannung jeweils durch einen Widerstand 26 und einen mit Masse verbundenen Kondensator 27 gesiebt wird; ferner ist ein Anschlußstift 10 gezeigt, der mit dem Ausgang der Korrekturschaltung verbunden ist und den Ausgang für das korrigierte Signal bildet, während der Anschlußstift 9 mit Masse verbunden ist.

Durch die Erfindung können auch Symmetriefehler in gleicher Weise wie Linearitätsfehler korrigiert werden, indem Symmetriefehler gespeichert werden.

Weitere, nicht dargestellte Ausführungsvarianten sind möglich. Wenn z.B. eine Messung in einem Raum vorgenommen werden soll, der in Meßrichtung zu stark eingeengt ist, kann das Anschlußteil 2 seitlich an dem Gehäuse des Meßwertaufnehmers 1 orientiert und angeordnet sein oder auch mit diesem über eine kurze, abgeschirmte Leitung verbunden sein.

Die Erfindung ist ferner ebensogut bei kapazitiven wie bei induktiven Meßwertaufnehmern anwendbar, wobei diese erstgenannten Aufnehmer dieselben Mangel aufweisen, die darauf beruhen, daß ihr Ausgangssignal ein Analogsignal

ist.
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L e θ r s e i t e

Claims

PRINZ, 3^NKE &Γ PARTiMER'

Patentanwälte" **■* Euföpe'an Patonr-Attorneys "3 9 ? fi R 1 1

München Stuttgart

15. Juli 1982 TESA S.A.

Rue Bugnon 38

Renens / Schweiz

Unser Zeichen: T 3517

Patentansprüche

( 1.^Elektronischer Meßwertaufnehmer mit einem beweglichen Fühler und einem Wechselsignalgenerator, der wenigstens eine durch die Bewegung des Fühlers beeinflußbare Charakteristik aufweist, um ein analoges elektrisches Ausgangssignal zu liefern, welches die Größe des ermittelten Meßwertes darstellt, wobei die Ansprechkurve des analogen Ausgangssignals in bezug auf die Bewegung des Fühlers Linearitätsfehler aufweisen kann, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Versorgungs- und Ausgangs-Anschlußteil (2) umfaßt, in welches die folgenden Elemente integriert sind: eine Wandlerschaltung (11) zur Umsetzung des Ausgangssignals des Generators in ein analoges Glexchspannungssignal, das proportional zur Bewegung (L....L) des Fühlers (4) ist, ein Analog/ Digital-Umsetzer (12) zur Umsetzung des umgesetzten Signals, ein mit dem Ausgang dieses Umsetzers (12) verbundener Speicher (13), in dem eine bestimmte Anzahl von Linearitätsfehlern (E.. . . .E ) der Ansprechkurve an Adressen gespeichert ist, die einer äquivalenten Anzahl von Meßsektoren (L₁....L) entsprechen, die sich entlang des Meßhubes des Fühlers (4) erstrecken und jeweils die genannten Fehler aufweisen, und eine Korrekturschaltung

(14) zum Korrigieren des Ausgangssignals der Wandlerschaltung (11)/ wobei die Korrekturschaltung mit dem Ausgang der Wandlerschaltung und dem Ausgang des Speichers verbunden ist und wobei in der Korrekturschaltung der nicht korrigierte Meßwert der durch dieses Signal dargestellten Bewegung (L-...L) summiert wird mit dem Wert des entsprechenden Linearitätsfehlers (E₁...E )/ der in dem Speicher gespeichert ist.
2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (14) aus einem Digital/Analog-Umsetzer (15), der mit dem Speicher (13) verbunden ist, und einem Summierverstärker (16) gebildet ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Umsetzers und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Wandlerschaltung (11) verbunden ist.
3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (14) aus einem Verstärker (17) mit variabler Verstärkung gebildet ist, dessen Eingang mit der Wandlerschaltung (11) verbunden ist und dessen Verstärkungsregelelement mit dem Speicher (13) verbunden ist.
4. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dessen Wechselsignalgenerator ein induktives Element (18) ist, dessen Impedanz durch die Bewegung eines mit dem Fühler (4) verbundenen ferromagnetischen Kernes (19) beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (2) mit Gleichstrom versorgt ist und daß ein von dem Gleichstrom versorgter Oszillator (20) mit den Anschlüssen des induktiven Generators (18) verbunden ist und an diesen ein stabiles Wechselspannungssignal abgibt, und daß die Wandlerschaltung (11) zum Umsetzen des Ausgangssignals dieses Generators

einen Wechselspannungsverstärker (21) und einen Synchrondemodulator (22) enthält, der über einen Signaltransformator (23) mit dem Oszillator (20) verbunden ist.