DE3329515A1

DE3329515A1 - Elektrische schaltanordnung fuer einen magnetisch-induktiven messwertgeber

Info

Publication number: DE3329515A1
Application number: DE19833329515
Authority: DE
Inventors: Ronald van der Dipl.-Ing. Venlo Pol
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1983-08-16
Filing date: 1983-08-16
Publication date: 1985-03-07
Also published as: JPS6060517A; DE3329515C2

Description

Elektrische Schaltanordnung für einen magnetisch-
induktiven Meßwertgeber Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanordnung für einen magnetisch-induktiven Meßwertgeber zur Positionsbestimmung eines ferromagnetischen Körpers o. dgl., bestehend aus ein oder mehreren Sendespulen, einer Empfangseinrichtung und einem Taktgeber, der die Stromversorgung der Sendespulen, den Abruf des Meßsignals von der Empfangseinrichtung und die der Verarbeituny des Meßsignals dienender Bauteile steuert.
Induktive Meßwertgeber der gattungsgemäßen Art dienen der Umformung einer eine Position bestimmenden mechanischen Meßgröße in ein analoges elektrisches Meßsignal auf induktivem Wege. Die zugehörige Empfangseinrichtung kann eine Empfangsspule, ein Hallgenerator o. dgl. sein.
Die induktive Umformung geschieht entweder durch die Positionsänderung von Spulen oder durch Verschiebung eines ferromagnetischen Körpers. Für die Stromversorgung der Sendespulen ist die Benutzung einer sinusförmigen Wechselspannung bekannt. In nachteiliger Weise werden jedoch bei einer sinusförmigen Erregung des Magnetfeldes in den elektrisch leitenden Bauteilen Wirbelströme induziert, die ein von der EmpfangsCinrichtung erfaßtes sekundäres Magnetfeld erregen. Da die Wirbelströme stark temperatur- abhängig sind, wird auch das elektrische Meßsignal von Temperaturänderungen erheblich beeinflußt. Eine sinusförmige Stromversorgung induktiver Meßwertgeber mit elektrisch leitenden Bauteilen ist deshalb für gendue Meßwerte völlig ungeeignet.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltanordnung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß die in die elektrisch leitenden Bauteile der Empfangseinrichtung induzierten Wirbelströme auch bei einer Temperaturänderung eliminiert werden und die Positionsbestimmung nicht verfälschen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromversorgung der Sendespulen mit einem Rampengenerator versehen ist und das die Meßsignale abrufende Bauteil von dem Taktgeber während einer Rampenphase erst an die Empfangseinrichtung angeschlossen wird, nachdem die in stromleitenden Teilen des Meßwertgebers entstehenden Wirbelströme stabilisiert sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es beim Anfahren oder Einschalten einer neuen Rampenphase einige Zeit dauert, ehe die induzierten Wirbelströme konstant bzw. stabilisiert sind. In Abhängigkeit von den Abmessangen der elektrisch leitenden Bauteile der Empfangseinrichtung liegt die Zeitkonstante t des Einschwingens der Wirbelströme etwa zwischen 0,5 ms bis 5 ms. Im eingeschwungenen Zustand werden in der Empfangseinrichtung keine auf Wirbelströme zurückzuführende Spannungen mehr induziert.
Wird nun erfindungsgemäß das in der Empfangseinrichtung induzierte Meßsignal nach der Stabilisierung bzw. Einschwingung der Wirbelströme zur Verarbeitung abgerufen, ist der Einfluß der temperaturabhängigen Wirbelströme praktisch vollständig unterdrückt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt: Fig. 1 einen Schaltplan für einen induktiven Meßwertgeber, Fig. 2 Spannungs-Zeit-Diagramme der Stromversorgung und Fig. 3 das mit einer Hallsonde aufgenommene Meßsignl und dessen Abruf in einem Spannungs-Zeit-Diagramm.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Meßwertgeber G ist beispielsweise als Dichtemeßgerät ausgebildet. Die in einem Hochdruckbehälter (nicht dargestellt) befindliche Flüssigkeit wirkt auf einen Verdrängungskörper 1 ein, dessen Auftriebskraft in Abhängigkeit von der Dichte eine Feder 3 entsprechend auslenkt. Der Auftriebseinrichtung ist ein ferromagnetischer Körper 2 zugeordnet, dessen Position ein Maß für die Dichte der Flüssigkeit ist.
Um die Position des ferromagnetischen Körpers 2 in eine elektrische Größe umzuwandeln, sind um diesen Körper 2 herum ein Paar Sendespulen 4 und als Empfangseinrichtung 5 ein Paar Empfangsspulen angeordnet.
Die Sendespulen 4 werden über einen Spannungs-Strom-Wandler 7 von einem Rampengenerator 6 mit Strom versorgt, der eine Folge von Rampenfunktionen hat, d. h. in jeder Rampenphase innerhalb eines Zeitabschnittes von Null aus linear ansteigt und bei einem Höchstwert auf Null abgeschaltet wird (vgl. oberes Diagramm in Fig. 2). Die Folge der Rampenphasen, deren Steigungswinkel und Dauer sowie der zwischen den Rampenphasen liegende stromlose Zeitabschnitt läßt sich einstellen.
Die in die Empfangsspulen der Empfangseinrichtung induzierte Spannung, die das Meßsignal bildet, wird über einen Vorverstärker 9 durch ein Bauteil 10 abgerufen, das von dem Taktgeber 8 gesteuert wird. Wie dem zweiten Diagrdmm der Fig. 2 zu entnehmen ist, steigt das induzierte Antwortsignal U zunächst steil an und nimmt dann einen nahezu e konstanten Spannungswert ein, bei dem die durch Wirbelströme in den elektrisch leitenden Teilen der Empfangseinrichtung 5 induzierten Spannungsanteil stabilisiert sind. Nach dieser !;tabilisierungszeit wird der verstärkte Meßwert U durch das Bauteil 10 in dem Zeitabschnitt tl e bis t2 abgerufen, das beispielsweise als Sample Hold ausgebildet sein kann. In Abhängigkeit von den Abmessungen der elektrisch leitenden Teile der Empfangseinrichtung 5 sind die Wirbelströme nach etwa 0,5 ms bis 5 ms einyeschwunyen, d. h. stabilisiert, so daß anschließend das Meßsignal abgerufen werden kann. Der Taktgeber 8 steuert das Bauteil 10 mit einem entsprechenden Taktsignal T .
1 Die Verarbeitung des vom Bauteil 10 abgerufenen Meßsignals geschieht mit Hilfe von Zwischenspeichern (Sample Holds) 11,12, die durch Taktsignale T2 bzw. T3 die Ausgangsspannung U1 des Bauteils 10 abrufen, deren Ausgangsspannungen U3 bzw. U2 mittels eines Differenzverstärkers 13 verarbeitet werden. Die Differenzspannung U4 = U3 U2 wird entweder unmittelbar einer Anzeigeeinrichtung 15 oder bedarfsweise einem Linearisierer bzw. Umrechner 14 zugeführt.
Fig. 3 zeigt ein Meßsignal Ue, das mit einem Magnetfeldsensor, z. B. einer Hallsonde gemessen worden ist. Auch hier ist erkennbar, daß das Meßsignal in dem Zeitabschnitt tst von Wirbel strömen stark beeinflußt wird. Der Steigungswinkel des Meßsignals läßt sich beispielsweise mit Hilfe von zwei, auf Schwellwerte S1 bzw. 2 ansprechende Kompatl ratoren im Zeitabschnitt tl ermitteln. Der Schwellwert ist dabei so hoch anzulegen, daß dieser Komparator erst anspricht, nachdem die Wirbelströme sich stabilisiert haben.
Die Taktung des rampenförmigen Versorgungsstroms für die Sendespulen 4 kann auch derart eingestellt werden, daß nur in größeren Zeitabständen eine Rampenphase erzeugt wird. Weiterhin kann die Meßfolge in Abhängigkeit von der Größe der Meßabweichungen, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocomputers geregelt werden. Um durch abweichende Netzfrequenzen verursachte Störungen zu eliminieren, lassen sich Nutzfrequenz und Netzfrequenz synchronisieren, wobei ein ganzzahliges Frequenzverhältnis eingestellt werden kann.

Claims

Patentanspruch Elektrische Schaltanordnung für einen magnetischinduktiven Meßwertgeber (G) zur Positionsbestimmung eines ferromagnetischen Körpers (2) o. dgl., bestehend aus ein oder mehreren Sendespulen (4) einer Empfangseinrichtung (5) und einem Taktgeber (8), der die Stromversorgung der Sendespulen, den Abruf des Meßsignals von der Empfangseinrichtung und die der Verarbeitung des Meßsignals dienenden Bauteile steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Sendespulen (4) mit einem Rampengenerator (6) versehen ist und das die Meßsignale abrufende Bauteil (10) von dem Taktgeber (8) während einer Rampenphase erst an die Empfangseinrichtung (5) angeschlossen wird, nachdem die in stromleitenden Teilen des Meßwertgebers entstehenden Wirbelströme stabilisiert sind.