DE3801779A1 - Wegsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablei­ tung eines elektrischen Signals als Funktion eines zu messenden Weges.

Zur Messung eines Weges sind induktive Wegsensoren nach dem Prinzip des Differential-Transformators bekannt, die sich durch sehr hohe Genauigkeit aus­ zeichnen. Diese Differential-Transformatoren sind jedoch zusammen mit der dazugehörigen Auswerte-Elek­ tronik sehr teuer. Außerdem ist es für verschiedene Anwendungen störend, daß die Länge der Differential- Transformatoren mindestens dreimal so groß ist wie der zu messende Weg.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wegsensor vorzuschlagen, der sich durch eine kürzere Bauform und durch einen geringeren techni­ schen Aufwand auszeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei sich längs des Weges erstreckende im wesentlichen konzentrische Wicklungen vorgesehen sind, daß mindestens eine der Wicklungen eine sich in Längsrichtung verändernde Wicklungsdichte (Windun­ gen je Längeneinheit) aufweist, daß ein magnetisch leitender Kern längs der Wicklungen verschiebbar angeordnet ist, dessen Ausdehnung in Längsrichtung kleiner als die oder gleich der Länge der Wicklungen ist, und daß eine der Wicklungen mit einer Wechsel­ spannung beaufschlagbar ist und von der anderen Wick­ lung das elektrische Signal abnehmbar ist. Vorzugs­ weise besteht der Kern aus Ferrit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist äußerst einfach und läßt sich dementsprechend preiswert herstellen. Außerdem wird lediglich diejenige Baulänge benötigt, die dem größten zu messenden Weg entspricht. Schließ­ lich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung nur ein bewegliches Teil auf, was zu einer Robustheit und Wartungsfreiheit beiträgt. Dadurch ergibt sich eine Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung über­ all dort, wo diese Eigenschaften gefordert werden, beispielsweise in Fahrzeugen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß die Wicklungen auf ein Rohr aufge­ bracht sind und daß der Kern innerhalb des Rohres verschiebbar ist. Vorzugsweise kann der Kern als Ringkern ausgebildet sein. Hierbei ergibt sich ohne zusätzlichen Aufwand eine Längsführung für den Kern und außerdem bei der Ausbildung als Ringkern eine Gewichts- und Kostenverminderung.

Eine lineare Abhängigkeit der Amplitude des elektri­ schen Signals von dem zu messenden Weg wird vorzugs­ weise dadurch erreicht, daß eine der Wicklungen eine in Längsrichtung konstante Wicklungsdichte aufweist und daß die andere Wicklung nach einer hyperboli­ schen Funktion gewickelt ist.

Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß zur Messung der Posi­ tion eines Maschinenteils, insbesondere eines Kol­ bens einer hydraulischen oder pneumatischen Einrich­ tung, der Kern mit dem Maschinenteil verbunden ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Anwendung ist vor­ gesehen, daß zur Füllstandsmessung der Ferritkern mit einem Auftriebskörper versehen ist.

Eine wirtschaftliche Herstellung der Wicklungen wird gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung da­ durch erreicht, daß die Wicklungen als Leiterbahnen auf einem rohrförmigen Isolierstoffträger aufge­ bracht sind.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel als Ansicht und als Schnitt und

Fig. 2 den Verlauf der Signalamplitude in Abhängig­ keit vom Weg bei dem Ausführungsbeispiel.

Auf ein Kunststoffrohr 1 ist eine Primärwicklung 2 und eine Sekundärwicklung 3 aufgebracht, wobei die Primärwicklung in der Zeichnung gestrichelt darge­ stellt ist. Der Übersichtlichkeit halber wurden die Steigungen der Wicklungen in der Zeichnung größer als bei einem praktisch ausgeführten Ausführungsbei­ spiel dargestellt. Die Primärwicklung 2 weist über die gesamte Länge des Rohres 1 eine konstante Stei­ gung und damit auch eine konstante Wicklungsdichte (Windungen je Längeneinheit) auf. Die Sekundärwick­ lung 3 ist jedoch derart gewickelt, daß am oberen Ende des Rohres 1 die Windungen dicht beieinander liegen und die Steigung nach unten zunimmt.

Die Primärwicklung 2 ist an einen Wechselstromgene­ rator 4 angeschlossen, der einen Wechselstrom mit einer Frequenz von vorzugsweise 10 bis 50 KHz er­ zeugt. Ein bei dem Ausführungsbeispiel als Ringkern ausgebildeter Ferritkern 5 ist im Inneren des Rohres 1 verschiebbar angeordnet. Die Enden der Sekundär­ wicklung 3 bilden Anschlüsse 6, 7, von denen eine Wechselspannung Us abnehmbar ist. Ohne Ferritkern wird infolge der Luftkopplung der Sekundärwicklung mit der Primärwicklung eine Spannung Uo induziert, welche in Fig. 2 als waagerechte Linie 8 dargestellt ist. Wird von unten der Ferritkern 5 in die Wicklun­ gen eingebracht, so erhöht sich die induzierte Span­ nung Us und steigt weiter mit zunehmendem Weg s des Ferritkerns nach oben an. Der Verlauf der Spannung Us über den Weg des Ferritkerns ist in Fig. 2 als gerade ansteigende Linie 9 dargestellt. Dieser gerad­ linige Verlauf ergibt sich durch das Wickeln der Sekundärwicklung 3 nach einer hyperbolischen Funk­ tion.

In Fig. 2 sind die Werte der Spannung Us für den Anfang und das Ende des Meßbereichs jeweils mit Ua und Ue gekennzeichnet, während die entsprechenden Werte des Weges s mit smin und smax bezeichnet sind.

Die Wechselspannung Us kann einem geeigneten Meßin­ strument zugeführt werden oder nach entsprechender Gleichrichtung und Analog/Digital-Wandlung mit Hilfe von digitalen Schaltungen ausgewertet werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Ableitung eines elektrischen Sig­ nals als Funktion eines zu messenden Weges, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich längs des Weges er­ streckende im wesentlichen konzentrische Wicklungen (2, 3) vorgesehen sind, daß mindestens eine der Wick­ lungen (3) eine sich in Längsrichtung verändernde Wicklungsdichte (Windungen je Längeneinheit) auf­ weist, daß ein magnetisch leitender Kern (5) längs der Wicklungen (2, 3) verschiebbar angeordnet ist, dessen Ausdehnung in Längsrichtung kleiner als die oder gleich der Länge der Wicklungen (2, 3) ist, und daß eine der Wicklungen (2) mit einer Wechselspan­ nung beaufschlagbar ist und von der anderen Wicklung (3) das elektrische Signal abnehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kern (5) aus Ferrit besteht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (2, 3) auf ein Rohr (1) aufgebracht sind und daß der Kern (5) innerhalb des Rohres (1) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kern (5) als Ringkern ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wicklungen (2) eine in Längsrichtung konstante Wicklungsdichte aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die andere Wicklung (3) nach einer hyperbo­ lischen Funktion gewickelt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Position eines Maschinenteils, insbesondere eines Kolbens einer hydraulischen oder pneumatischen Ein­ richtung, der Kern mit dem Maschinenteil verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllstandsmessung der Ferritkern mit einem Auftriebskörper versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen als Leiterbahnen auf einem rohrförmigen Isolierstoffträ­ ger aufgebracht sind.