DE4417824A1 - Berührungsloses induktives Wegmeßsystem - Google Patents

Berührungsloses induktives Wegmeßsystem

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DE4417824A1
DE4417824A1 DE19944417824 DE4417824A DE4417824A1 DE 4417824 A1 DE4417824 A1 DE 4417824A1 DE 19944417824 DE19944417824 DE 19944417824 DE 4417824 A DE4417824 A DE 4417824A DE 4417824 A1 DE4417824 A1 DE 4417824A1
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Germany
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sensor
temperature
measurement system
constant current
displacement measurement
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Withdrawn
Application number
DE19944417824
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English (en)
Inventor
Eberhard Schmidt
Istvan Filipovic
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TELEMESS / TELEMETRIE UND MESSTECHNIK GMBH, 88046
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Dornier GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
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    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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Description

Die Erfindung betrifft ein berührungsloses induktives Wegmeßsystem.
Die physikalische Wirkungsweise bekannter Meßsysteme dieser Art basiert auf dem Wirbelstromeffekt.
Gegenstand der Erfindung ist ein berührungsloses Wegmeßsystem unter Aus­ nutzung eines temperaturkompensierten Sensors und eines Mikroprozessor gesteuerten und Konstantstrom geregelten freischwingenden Oszillators-De­ modulators, um die Temperaturstabilität und Langzeitdrift des Meßsystems zu optimieren.
Das erfindungsgemäße induktive Wegmeßsystem ist analog-digital-program­ mierbar mit mikroprozessorgestützter Meßwertverarbeitung.
Als Meßmedien eignen sich alle elektrisch leitenden Werkstoffe. Optimale Meßergebnisse werden an ferromagnetischen Werkstoffen erzielt. Die Sensoren sind verschleißfrei und wartungsfrei. Umwelteinflüsse durch Wasser, Öle, Emulsionen und elektromagnetische Störfelder beeinträchtigen die Meßgenauigkeit nicht.
Das Meßsystem erlaubt statische und dynamische Messungen von:
  • - Abstand
  • - Verformung
  • - Schichtdicke
  • - Durchbiegung
  • - Verschleiß
  • - Verschiebung
  • - Wellenverlagerung
  • - Position
  • - Wellenschwingungen
  • - Ventilhub
  • - Durchmesser
  • - Spaltmessungen
  • - Zentrierung
  • - Exzentrizität
  • - Abmessungskontrolle.
Die Meßspule ist zusammen mit einem Kondensator hoher Güte zu einem Schwingkreis, eines freischwingenden, mit Konstantstrom gespeisten Oszilla­ tors verschaltet.
Die physikalische Wirkungsweise basiert auf dem Wirbelstromeffekt. Ein von der Meßspule (Sensor) erzeugtes Magnetfeld induziert Wirbelströme in dem zu detektierenden elektrisch leitfähigen Material. Diese entsprechen einem Leistungsverlust in der Spule oder einer erhöhten Dämpfung. Ausgewertet wird der Resonanzwiderstand des Schwingkreises (Fig. 1), der sich mit dem Abstand des Sensors zum Meßobjekt ändert.
Weitere Signalverarbeitung, Meßdatenausgabe
Das analog demodulierte Sensorsignal wird digitalisiert (10 Bit A/D) und im Mikroprozessor linearisiert. Die erforderlichen Programme und Algorithmen sind im ADP-System integriert. Über eine serielle Schnittlinie (RS 323 oder RS 485), vom Rechner oder Terminal, erfolgt die auf Dialog ausgerichtete Parametierung sowie die Datenausgabe. Zusätzlich steht ein analoger Span­ nungs- und Stromausgang (10 Bit D/A) zur Verfügung.
Die Dämpfung der Meßspule ist nicht nur von den Energieverlusten im Magnetfeld, sondern auch vom Cu-Wicklungswiderstand der Meßspule und den Zuleitungswiderständen abhängig. Diese besitzen einen im allgemeinen nicht zu vernachlässigenden Temperaturgang.
Aus diesem Grunde wurde zusätzlich zur Meßspule ein temperaturabhängiger Widerstand in den Sensor integriert, um in der Auswerteelektronik den Tempe­ raturgang zu kompensieren und somit die Temperaturstabilität des Sensors zu optimieren (Fig. 3).
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturkompensation nach oben beschriebener Art zu schaffen, die reproduzierbar herstellbar und für die ge­ nannten Anwendungen geeignet ist.
Diese Aufgabe erfüllt ein nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs ausgebildeter Sensor und die Auswerteelektronik mit optimiertem Auswerteverfahren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in Figuren schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen zum Stand der Technik gehörenden Sensor-Schwingkreises und das dazugehörige Meßprinzip,
Fig. 2 das Prinzipbild der erfindungsgemäßen Auswerteelektronik und des Auswerteverfahrens,
Fig. 3 den Aufbau des erfindungsgemäßen temperaturkompensierten Sen­ sors.
Gemessen wird beim Gegenstand der Erfindung zusätzlich die Temperatur der Induktivität mittels Halbleitertemperatursensor. Dies ist in Fig. 3 dagestellt. Der analoge Temperaturwert (mV/°K) wird digitalisiert und im Mikroprozessor entsprechend den gespeicherten Daten von Sensortyp und Abstand berech­ net. Über einen D/A-Wandler wird der analoge Meßwert als Stellgröße dem Oszillator zugeführt (Fig. 2). Die Verluste durch die Temperaturabhängigkeit der Induktivität resultieren aus dem Temperaturkoeffizienten α = 4 · 10-4 1/°K (Cu) des Wicklungswiderstandes (RCu), des Ferritmaterials und der geometri­ schen Änderung werden damit weitgehend kompensiert.
Unter gleichen Bedingungen (Sensor, Meßobjekt und Montage) wird der tem­ peraturabhängige Fehler um den Faktor 5 geringer. Die gemessene Tempera­ turdrift über den gesamten Meßbereich aller Sensortypen ergab 0,01% 1/°K im Temperaturbereich von -10°C bis +90°C.
Damit wurde die Langzeitdrift und die Reproduzierbarkeit des Meßsignals er­ heblich verbessert.
Abkürzungen
A/D = Analog/Digital
ADP = analog-digital programmierbar.

Claims (3)

1. Berührungsloses Wegmeßsystem, gekennzeichnet durch einen temperaturkompensierten Sensor und einen Konstantstrom geregelten und Mikroprozessor gesteuerten freischwingenden Oszillator/Demodu­ lator.
2. Temperaturkompensierter Sensor I-W-A nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch einen im Schwingkreis integrierten Halbleitertempe­ ratursensor.
3. Auswerteverfahren des Meßsystems nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch einen Konstantstrom geregelten und Mikroprozessor ge­ steuerten freischwingenden Oszillator/Demodulator.
DE19944417824 1994-05-20 1994-05-20 Berührungsloses induktives Wegmeßsystem Withdrawn DE4417824A1 (de)

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