DE4313273C2 - Auswerteschaltung für einen induktiven Sensor - Google Patents

Auswerteschaltung für einen induktiven Sensor

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen induktiven Sensor gemäß dem Patentanspruch 1.
Induktive Sensoren, insbesondere Wegsensoren, zur Erfassung von bestimmten Stellungen eines Bauteils bestehen im wesentlichen aus einer Spule (Wicklung) und einem darin verschieblichen Eisenkern. Sie haben im allgemeinen den Nachteil, daß der ausgegebene Meßwert temperaturabhängig ist. Dies liegt daran, daß sowohl der Widerstand der Wicklung als auch die magnetische Leit­ fähigkeit des Eisenkernes temperaturabhängig sind.
Bei gehobenen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit ist es deshalb notwendig, die Temperaturabhängigkeit des Sensors zu kompensieren. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 41 41 065 A1 ist beispielsweise bekannt, eine vom Widerstand der Spule ab­ hängige Größe zu messen und zur Korrektur bei der Bestim­ mung der Ausgangsgröße des Sensors zu verwenden. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Mikrocontroller vor­ gesehen, der über Schaltungsmittel mit dem Sensor verbun­ den ist. Zur Bestimmung der Ausgangsgröße des Sensors weisen die Schaltungsmittel einen von dem Mikrocontroller steuerbaren Schalter auf, über den der Sensor und ein Teil der Schaltungsmittel mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden werden können.
Als vom Widerstand der Spule abhängige Größe wird dort mittels eines in dem Mikrocontroller vorgesehenen Analog- /Digital-Wandlers zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Betätigung des steuerbaren Schalters eine Spannung an dem Sensor gemessen.
Derartige Mikrocontroller, die integrierte Analog-/Digi­ tal-Wandler aufweisen, sind sehr aufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerte­ schaltung für einen induktiven Sensor anzugeben, mittels derer eine Temperaturkompensation für einen Sensor unter Verwendung eines einfach aufgebauten und preiswerten Mi­ krocontrollers möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebene Erfindung gelöst. Der Unteranspruch enthält eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt schematisch die Darstellung eines induktiven Wegsensors, welcher in eine Gehäusewand eingeschraubt ist.
Die Fig. 2 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild zur Auswertung der Induktivität eines Sensors nach Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm zur Fig. 2.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Konstruktions-Beispiel des verwendeten induktiven Wegsensors dargestellt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Eisenkern (3), welcher innerhalb einer Spule (2) verschiebbar angeordnet ist. Der Eisenkern (3) dient zur Erfassung eines Weges (s). Zur Rückführung des Magnetfeldes ist ein Topfkern (18) vorgesehen. Die Spulenenden der Wicklung (2) sind zu An­ schlüssen (4) herausgeführt.
Der Wegsensor (1) ist in ein Gehäuse (5) eingeschraubt, welches die Wand eines Kfz-Getriebes sein kann. Die Innentemperatur kann dabei z. B. 100°C, die Außentempe­ ratur 20°C betragen.
In Fig. 2 ist schematisch die elektrische Auswerteschal­ tung für den in Fig. 1 dargestellten Wegsensor darge­ stellt. Der Wegsensor (9) mit einem Kupferwiderstand (Ri und einer (wegabhängig veränderlichen) Induktivität (L) ist dabei in eine Brückenschaltung eingefügt, welche au­ ßerdem aus den Widerständen (6), (7) und (8) besteht. Die Brückenspannung U bis U0 ist auf einen Komparator (10) geschaltet. Der Oberteil der Brücke liegt an einer Be­ triebsspannung UB, während der untere Teil an Masse liegt. Am Mittelteil der Brücke fällt die feste Spannung U0 sowie die veränderliche Spannung U ab.
Mit dem Schließen eines elektronischen Schalters (11), der von einem Mikrocontroller (15) betätigbar ist, sobald eine Wegmessung erforderlich ist, wird ein einzelner Meß­ vorgang eingeleitet.
Wie in der Fig. 3 dargestellt ist, sinkt dabei die über der Zeit (t) aufgetragene, an dem Wegsensor (9) liegende Spannung U in Form einer e-Funktion ab. Der Abfall beginnt bei einem Ausgangswert UB, welcher bis zum Einschaltzeitpunkt t0 des Schalters (11) anliegt.
Im Zeitpunkt t1 ist der Wert U0 erreicht, welcher auch am linken Anschluß des Komparators (10) anliegt. Hierdurch schaltet der Komparator (10) um und teilt dies dem Mikro­ controller (15) mit. Aus der Zeitdifferenz t0 bis t1 er­ rechnet dieser die Induktivität L des Wegsensors (9) bzw. den gerade vorliegenden Weg s.
Eine derartige Schaltung zur Induktivitätsbestimmung ist für sich bekannt (siehe DE-A-37 14 993).
Zur Ermittlung der Sensortemperatur wird nun eine Zeit­ dauer t0 bis t2, welche erheblich größer gewählt ist als die Zeitdauer t0 bis t1, abgewartet. Nach dieser Zeit­ dauer t0 bis t2 wird die dann am Wegsensor (9) anliegende Spannung UR nur noch vom Kupferwiderstand Ri der Wicklung (2) des Wegsensors (9) bestimmt. Da dieser Widerstand Ri aber temperaturabhängig ist, läßt sich hieraus die Tempe­ ratur der Wicklung (2) und damit die Sensortemperatur be­ stimmen.
Hierzu wird zum Zeitpunkt t2 ein zweiter Schalter (12) vom Mikrocontroller (15) eingeschaltet. Die Spannung U = UR wird auf ein RC-Glied (13) geschaltet. Es wird gewartet, bis die am RC-Glied (13) ansteigende Spannung im Zeit­ punkt t3 eine Referenzspannung URef eines zweiten Kompa­ rators (14) erreicht hat. Sobald dies geschehen ist, wird die vom Mikrocontroller (15) erfaßte Zeitdifferenz t2 bis t3 in eine entsprechende Sensortemperatur umgerechnet. Dies geschieht durch eine dem Fachmann bekannte Program­ mierung, durch die z. B. die gemessene Zeitdifferenz mit in einem Speicher abgelegten Wertepaar von Zeiten und Sensortemperaturen verglichen wird. Mit Hilfe der so er­ mittelten Sensortemperatur kann mittels eines weiteren Speichers mit entsprechenden Wertepaaren der Meßwert des Wegsensors (1) temperaturkompensiert werden.
Durch Verwendung des in der Fig. 2 dargestellten Schal­ tungsteils, bestehend aus dem vom Mikrocontroller (15) betätigbaren Schalter (12), dem RC-Glied (13) und dem Komparator (14) wird eine Umsetzung des Spannungspegels am Sensor (9) in eine von dem Mikrocontroller (15) meß­ bare Zeitdifferenz vorgenommen. Hierdurch kann ein preis­ werter, einfach aufgebauter Mikrocontroller ohne einge­ bauten Analog/-Digital-Wandler verwendet werden.
Die Temperaturabhängigkeit der Spannung UR kann noch da­ durch erhöht werden, daß für die Wicklung (2) ein Draht­ material mit erhöhtem Temperatur-Koeffizienten benutzt wird.
Die gesamte links vom Mikrocontroller (15) angeordnete Schaltung kann in einen Kundenschaltkreis integriert wer­ den.
Falls die beschriebene Schaltung zur temperaturkompen­ sierten Einregelung eines bestimmten Weges verwendet wer­ den soll, ist an den Mikrocontroller (15) über einen Ver­ stärker (16) ein zu beeinflussendes Bauteil, hier ein 3/2-Wege-Magnetventil (17) angeschlossen. Dabei wird in bekannter Weise das Magnetventil (17), das beispielsweise zur Ansteuerung eines (nicht dargestellten) Arbeitszylin­ ders dienen kann, solange betätigt, bis die von dem Weg­ sensor (9) erfaßte Ist-Position des Arbeitszylinders mit einer dem Mikrocontroller (15) an einem Steuereingang (19) eingegebenen Soll-Position SSOLL übereinstimmt.

Claims (2)

1. Schaltung zur Auswertung eines induktiven Sensors, insbesondere Wegsensors, mit folgenden Merkmalen:
  • a) der auszuwertende Sensor (1, 9) ist in eine Brückenschaltung (6, 7), (8, 9) eingesetzt, welche von einer Betriebsspannung (UB) versorgt wird;
  • b) der Sensor (1, 9) ist mit einem Schalter (11) einschaltbar;
  • c) die Brückenspannung (U0-U) ist mit einem Komparator (10) abtastbar, dessen Ausgang an einen Mikrocontroller (15) angeschlossen ist;
  • d) der Sensor (1, 9) ist über einen weiteren Schal­ ter (12) an ein RC-Glied (13) angeschlossen;
  • e) das RC-Glied (13) ist an einen weiteren Kompara­ tor (14) angeschlossen, dessen zweiter Eingang an einer Referenzspannung (UREF) liegt;
  • f) der Ausgang des weiteren Komparators (14) ist an den Mikrocontroller (15) angeschlossen;
  • g) die beiden Schalter (11, 12) sind vom Mikro­ controller (15) bei Bedarf ansteuerbar.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wicklung (2) des Sensors (1, 9) ein Draht mit erhöhtem Temperatur-Koeffizienten gewählt wird.
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