DE4447294A1 - Method and device for determining a respective local position of a body - Google Patents
Method and device for determining a respective local position of a bodyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und bezieht sich allgemein auf Möglich keiten zur Erfassung der Position, des Wegs oder Winkels von bewegbaren Körpern.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 2 and relates generally to possible abilities to record the position, the path or the angle of moving bodies.
In den meisten Fällen werden zu diesem Zweck Spannungs teilerschaltungen nach dem bekannten Potentiometerprinzip eingesetzt, die als Weggeber, Stellwiderstände oder Potentiometer ausgebildet sind und bei denen auf einem Spannungsteiler, der auch als aufgespritzter oder aufgedampfter Niederschlag auf einem Substrat ausgebildet sein kann, ein Schleifer in Kontaktberührung gleitet, der hierdurch in die Lage versetzt wird, je nach seiner Position unterschiedliche Gleichspannungspotentiale der Widerstandsbahn abzugreifen und üblicherweise über einen direkt mit ihm verbundenen Kollektorschleifer auf eine Kollektorbahn zu übertragen, von welcher das abgegriffene Potential dann zur Auswertung verfügbar ist. Solche Potentiometer, die in bestimmten Ausführungsformen mit außerordentlich hoher Präzision als Weg- oder Meßwertge ber eingesetzt werden können, können unter bestimmten Bedingungen aufgrund der ständigen Kontaktgabe, die letztlich auch zu Abnutzungen bei schnellen Schleiferbe wegungen führt, Probleme aufweisen, die eine berührungs lose Erfassung der Fühler an den Meßwerten erstrebenswert machen.In most cases, tension is used for this purpose divider circuits based on the well-known potentiometer principle used as displacement transducers, variable resistors or Potentiometers are designed and in which on a Voltage divider, which is also sprayed on or evaporated precipitate is formed on a substrate can be a grinder that slides in contact contact thereby being able to, depending on his Position different DC potentials of the Tap resistance path and usually over a collector grinder directly connected to it on a To transfer collector path, from which the tapped Potential is then available for evaluation. Such Potentiometers used in certain embodiments extraordinarily high precision as path or measured value can be used under certain Conditions due to the constant contact that ultimately also wear and tear on fast grinders movements, problems that have a touch Loose detection of the sensors at the measured values is desirable do.
So ist es auch bekannt, als Weggeber auch Induktivitäten in Form beispielsweise von Differentialspulen, Differen tialtransformatoren oder Induktivitäten mit Kurzschluß wicklung in Form eines Rohres einzusetzen, was aber in vielen Fällen eine gewisse Meßungenauigkeit oder unter Umständen auch Nichtlinearitäten nach sich zieht.So it is also known that inductors are also used as displacement sensors in the form of, for example, differential coils, differences tial transformers or inductors with short circuit use winding in the form of a tube, but what in in many cases a certain measurement inaccuracy or under May also result in non-linearities.
Wird andererseits der Spannungsabgriff berührungslos mit einem kapazitiven Positionssensor oder Wegaufnehmer vorgenommen, wie dies beispielsweise aus der DE 28 26 398 C2 bekannt ist, dann ergeben sich durch Streukapazitäten und Ableitwiderstände, die insgesamt als Störgrößen bezeichnet werden können, erhebliche Verfälschungen des Meßwerts, die zumeist nicht hinnehmbar sind. So besteht der kapazitive Wegaufnehmer der DE 28 26 398 C2 aus einem Paar schräg unterteilter, gegeneinander isolierter Kondensatorplatten, die an einer Wechselspannungsquelle anliegen, mit einer als Abgriff dienenden, zwischen den Kondensatorplatten um den abzugreifenden Weg verstell baren Zwischenplatte. Die Zwischenplatte ist über Verbindungskabel mit dem Eingang einer Auswerteschaltung verbunden, wobei aufgrund der Bewegungen des Abgriffs auf das Verbindungskabel und dessen Anschlußpunkte ständig sich verändernde Kräfte ausgeübt werden, die nicht nur eine beschleunigte Alterung des Wegaufnehmers bewirken, sondern durch die Lage- und Wegänderungen des Kabels gleichzeitig zu Kapazitätsänderungen und sich ändernde Streukapazitäten bilden, die eine nicht definierbare und vor allen Dingen auch nicht zu kompensierende Störgröße bedeuten.On the other hand, the voltage tap is non-contact a capacitive position sensor or displacement sensor made, as for example from DE 28 26 398 C2 is known, then result from stray capacities and leakage resistances, the total as disturbance variables significant falsifications of the Measured value, which are mostly unacceptable. So there is the capacitive displacement sensor of DE 28 26 398 C2 from one Pair of diagonally divided, isolated from each other Capacitor plates connected to an AC voltage source with a serving as a tap between the Adjust capacitor plates by the path to be tapped removable intermediate plate. The intermediate plate is over Connection cable with the input of an evaluation circuit connected, being due to the movements of the tap the connecting cable and its connection points constantly changing forces are exercised, not only cause accelerated aging of the displacement sensor, but by the position and path changes of the cable at the same time to capacity changes and changing Forming stray capacities that are undefined and above all, the disturbance variable that cannot be compensated for mean.
Bei einem weiteren Wegmeßgeber (DE 34 41 217 A1) liegt eine dicht gedrängte, einen mäander- oder zickzackförmi gen Verlauf aufweisende Widerstandsleiterbahn auf einer Substratfläche auf, wobei sich in einem Abstand zu dieser Widerstandsleiterbahn ein verschiebliches Abgriffselement befindet, welches flächenartig als Kreisring ausgebildet ist und so das jeweilige Potential kapazitiv auskoppelt und über eine Verbindungsleitung einem aus einem Voltme ter bestehenden Meßkreis zuführt. Da die Leiterbahn an einer Versorgungsgleichspannung liegt, läßt sich eine kapazitive Meßwerterfassung nur im Verlauf einer Ver schiebung erfassen, so daß eine stationäre Position des Abgriffs infolge eines fehlenden Meßwerts nicht aus wertbar ist. Darüber hinaus ergeben sich in gleicher Weise aus Streukapazitäten und Ableitwiderständen bestehende Störgrößen, die sich nicht beseitigen lassen.Another encoder (DE 34 41 217 A1) a tightly packed, meandering or zigzag shape resistance track on a Substrate surface, being at a distance from this Resistor conductor track a movable tap element is located, which is formed like a circular ring and capacitively decouples the respective potential and via a connecting line one from a Voltme supplies existing measuring circuit. Because the track is on a DC supply voltage, one can capacitive measured value acquisition only in the course of a ver detect shift so that a stationary position of the Tap due to a missing measured value is valuable. In addition, the same result Way from stray capacities and leakage resistances existing disturbance variables that cannot be eliminated.
Schließlich ist es bekannt (US 3 636 449), die Position eines beweglichen Galvanometerzeigers dadurch zu bestim men, daß eine auf einer Seite geerdete Wechselspannung über einen Zwischenkondensator am Zeiger anliegt, der sein Potential kapazitiv auf eine Widerstandsbahn einkoppelt, so daß sich an einem Ende der Widerstandsbahn ein durch die jeweilige Abgriffsposition bestimmtes entsprechend gedämpftes Wechselstromsignal erfassen und gleichrichten läßt. Hieraus läßt sich die Abgriffsposi tion bestimmen, wobei der Abgriff der Zeiger eines Galvanometers ist, der im vorgegebenen Abstand über die Widerstandsbahn gleitet.Finally, it is known (US 3,636,449) the position to determine a movable galvanometer pointer men that an AC voltage grounded on one side is connected to the pointer via an intermediate capacitor its potential capacitive to a resistance track couples, so that at one end of the resistance track one determined by the respective tap position Acquire accordingly damped AC signal and rectifies. From this, the tap posi tion, where the tap is the pointer of a Galvanometer is the at a predetermined distance over the Resistance track slides.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berüh rungslosen Positionssensor zu schaffen, der bei Ver wendung unkritischer und preisgünstiger Bauteile nur eine sehr geringe Störgrößenempfindlichkeit aufweist bzw. so ausgelegt ist, daß durch entsprechende Auswerteschaltun gen der Störgrößeneinfluß, beispielsweise der Einfluß von Streukapazitäten und Ableitwiderständen, praktisch zu Null gemacht werden kann.The invention has for its object a touch to create a position sensor without any problems, which in Ver use of uncritical and inexpensive components only one has very low sensitivity to disturbance variables or so is designed that by appropriate evaluation circuit against the influence of the disturbance variable, for example the influence of Stray capacities and leakage resistances, practically too Can be made zero.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 und hat den Vorteil, daß auch extrem häufige Betätigungen über lange Zeiträu me, sonstige mechanische Einflüsse wie Vibrationen u. dgl. die einwandfreie Genauigkeit und Präzision nicht beein flussen können, wobei es andererseits gelingt, die bei dem Grundprinzip einer kapazitiven Abtastung gegebenen falls auftretenden Störgrößen, die auf Streukapazitäten oder sonstige Ableitwiderstände zurückzuführen sind, problemlos auszuschalten bzw. durch die Grundkonzeption des der Erfindung zugrunde liegenden Positionssensors von Anfang an nicht in Erscheinung treten zu lassen. The invention solves this problem with the features of Claim 1 or claim 2 and has the advantage that extremely frequent activities over long periods of time me, other mechanical influences such as vibrations u. the like does not affect the flawless accuracy and precision can flow, on the other hand it succeeds in the given the basic principle of capacitive sensing if disturbances occur, based on stray capacities or other leakage resistances, can easily be switched off or by the basic concept of the position sensor on which the invention is based Not to appear from the start.
Von besonderem Vorteil ist ferner, daß aufgrund der flächigen Erfassung der jeweiligen Relativposition einer Potentialmeßsonde mit Bezug auf ein Spannungsverteilungs element - hierauf wird weiter unten gleich noch eingegan gen -, ein Mittelwert der Spannungsamplitudenverteilung am jeweiligen Meßpunkt gewonnen wird, welcher sich aus einer Summe von Einzelpotentialen zusammensetzt. Ein solcher, durch die jeweilige Potentialsondenposition bestimmter Mittelwert reagiert auf kleinste Verschiebun gen und hängt linear von der Relativposition der Potenti alsonde ab, so daß einerseits die Vorteile einer kapazi tiven Abtastung, nämlich insbesondere Berührungsfreiheit und Freiheit von mechanischen Abnutzungserscheinungen, beibehalten werden, andererseits den bei einer kapaziti ven Abtastung auftretenden, zum Teil erhebliche Verfäl schung der Meßausgangsspannung bewirkenden Streugrößen sicher begegnet wird, und zwar deshalb, weil das Grund prinzip der Messung nicht auf einer Kapazitätsänderung besteht - die Kapazität zwischen der Potentialsonde einerseits und dem Spannungsteilerelement, von welchem die Potentialsonde die Meßspannung abgreift, bleibt bei jeder Potentialsondenposition im wesentlichen gleich.It is also of particular advantage that due to the Acquisition of the respective relative position of a Potential measuring probe with reference to a voltage distribution element - this will be discussed further below gen -, an average of the voltage amplitude distribution at the respective measuring point, which is derived from a sum of individual potentials. On such, by the respective potential probe position certain mean value reacts to the smallest shift and depends linearly on the relative position of the potentiometers alsonde, so that on the one hand the advantages of a kapazi tive scanning, namely in particular freedom of contact and freedom from mechanical wear and tear, to be maintained, on the other hand that with a capacitance ven sampling occurring, sometimes considerable falsification scattering quantities causing the measurement output voltage is met safely, and because of the reason principle of measurement is not based on a change in capacity there is - the capacity between the potential probe on the one hand and the voltage divider element, of which the potential probe taps the measuring voltage remains each potential probe position essentially the same.
Dabei ist unter einem an dieser Stelle und auch im folgenden wiederholt verwendeten, als Spannungsver teilungselement bezeichneten Bauteil ein stationäres, in Meßrichtung sich erstreckendes Gegenelement zu verstehen, welches so ausgebildet ist, daß es in Meßrichtung, also in Verschiebungsrichtung der Potentialmeßsonde gesehen dieser an jeder unterschiedlichen Position ein unter schiedliches Amplitudenverteilungsmuster zur Abtastung anbietet, wobei sich bei bestimmten Ausführungsformen eines Spannungsverteilerelements das jeweilige Meßpo tential auch erst durch eine funktionale Wirkverbindung mit der Flächenstruktur der Potentialmeßsonde selbst ergibt, dann nämlich, wenn es sich bei dem Spannungsver teilerelement konkret um zwei aneinanderliegende, jedoch gegeneinander isolierte entgegengesetzt verjüngt zulau fende Elektrodenplatten handelt, die mit jeweils einem Pol der Versorgungswechselspannung verbunden sind. Auch eine solche Ausführungsform eines Spannungsverteiler elements fällt unter den Anwendungsbereich vorliegender Erfindung, obwohl diese als konkrete Bauform eines Spannungsverteilerelements einen echten Spannungsteiler in Form beispielsweise einer Widerstandsbahn bevorzugt, so, wie diese bei Potentiometern an sich üblich ist.It is under one at this point and also in repeatedly used as voltage ver Partition designated component a stationary, in To understand the measuring direction extending counter element, which is designed so that it is in the measuring direction, ie seen in the direction of displacement of the potential measuring probe this one at each different position different amplitude distribution pattern for sampling offers, with certain embodiments of a voltage distribution element, the respective measuring point potential only through a functional connection with the surface structure of the potential measuring probe itself results, namely when the voltage ver divider element specifically around two adjacent, however oppositely tapered opposite tapered fende electrode plates, each with one Pole of the AC supply voltage are connected. Also such an embodiment of a voltage distributor elements falls under the scope of the present Invention, although this as a specific design of a Voltage distribution element a real voltage divider preferably in the form of a resistance track, just as it is common with potentiometers.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Grundprinzip die Realisierung von Auswerteschaltungen auf elektronischer Grundlage, durch welche sich Störgrößeneinflüsse prak tisch völlig eliminieren, jedenfalls minimal halten lassen, weil es zum Grundprinzip der Erfindung gehört, daß die Position eines bewegbaren Körpers mit Hilfe einer ersten, auf kapazitiver Grundlage arbeitenden Potential meßsonde erfaßt und von dieser auf eine Potentialkoppel sonde übertragen wird, die mit der Potentialmeßsonde mindestens elektrisch verbunden ist und im bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dieser ein einheitliches Bauteil bildet. Die Potentialkoppelsonde ihrerseits steht dann mit einer stationären Koppelelektrode ebenfalls wieder in kapazitiver Wirkverbindung, so daß sich im Ersatzschalt bild der Meßaufnehmer als eine erste Meßkapazität darstellt, die vom Spannungs(ver)teiler-Element die sich je nach Position ändernde Wechselspannungsamplitude abgreift - tatsächlich wird eine Art Meßkondensator von der Potentialmeßsonde zusammen mit dem Spannungsteiler element gebildet -, woraufhin das abgegriffene Potential über einen weiteren "Koppelkondensator" einem Verstärker zugeführt wird, wobei dieser Koppelkondensator physika lisch gebildet ist von einer mit der Potentialmeßsonde körperlich verbundenen Potentialkoppelsonde und der der Koppelsonde zugeordneten Koppelelektrode, die eine räumlich ausgedehnte Form aufweist mit Haupterstreckungs richtung in Meßrichtung, und an der das erfaßte Meßpoten tial zur Auswertung dann abgegriffen wird. Es ist daher möglich, auf irgendwelche Verbindungskabel oder sonstige mechanische, stromführende Bauteile, die einer Bewegung unterworfen werden - mit Ausnahme der Baueinheit aus Potentialmeßsonde und Potentialkoppelsonde, vollständig zu verzichten, so daß auch keine variablen Streukapazitä ten auftreten oder durch die Ortsverlagerung irgendwelche Verbindungskabel einer mechanischen Belastung unterworfen sind, noch hierdurch entsprechende Kapazitätsänderungen den gewonnenen Meßwert beeinflussen können.Furthermore, the basic principle according to the invention enables Realization of evaluation circuits on electronic Basis by which disturbance influences are practically Eliminate the table completely, at least keep it to a minimum because it is part of the basic principle of the invention that the position of a movable body with the help of a first potential working on a capacitive basis measuring probe detected and from this to a potential coupling probe is transmitted with the potential measuring probe is at least electrically connected and in the preferred Embodiment with this a single component forms. The potential coupling probe is then in turn again with a stationary coupling electrode capacitive active connection, so that in the equivalent circuit image the sensor as a first measuring capacity represents that of the voltage (distributor) element itself alternating AC amplitude depending on the position taps - in fact, a kind of measuring capacitor from the potential measuring probe together with the voltage divider element formed - whereupon the tapped potential via an additional "coupling capacitor" an amplifier is supplied, this coupling capacitor physika is formed from one with the potential measuring probe physically connected potential coupling probe and that of Coupling probe associated coupling electrode, the one spatially extended shape with main extension direction in the measuring direction, and at which the detected measuring pots tial is then tapped for evaluation. It is therefore possible on any connection cable or other mechanical, live components that move be subjected - with the exception of the unit Potential measuring probe and potential coupling probe, complete to waive, so that no variable stray capacity or occur due to the relocation Connection cable subjected to mechanical stress are still corresponding changes in capacity can influence the measured value obtained.
Eine bevorzugte Bauform enthält auf einem geeigneten Substrat zueinander isoliert das Spannungs(ver)teiler- Element und räumlich parallel zu diesem, jedoch im Abstand verlaufend die Koppelelektrode, wobei das gemeinsame Bauteil aus Potentialmeßsonde und Potential koppelsonde in geeigneter Weise mechanisch sicher über Spannungs(ver)teilerelement und Koppelelektrode geführt ist, so daß insgesamt keine Kapazitätsänderungen auf treten können. A preferred design contains on a suitable one The substrate isolates each other from the voltage (distributed) Element and spatially parallel to it, however in The coupling electrode runs at a distance, the common component from potential measuring probe and potential coupling probe mechanically safely in a suitable manner Voltage (distributor) element and coupling electrode is, so that overall no changes in capacity can kick.
Es ist möglich, die Bauform im Sinne eines Drehpotentio meters rotationssymmetrisch oder auch als Längenweggeber nach Art eines linearen Längspotentiometers auszubilden.It is possible to change the design in terms of a potentiometer meters rotationally symmetrical or as a linear encoder in the manner of a linear longitudinal potentiometer.
Insofern verfügt die einen Meßkondensator beispiels- und vorzugsweise konstanter Kapazität bildende erste Meßkon densatoreinrichtung über ein stationäres Spannungsteiler element und die eine bewegbare Platte (Potentialmeßsonde) des gemeinsamen Bauteils aus Potentialineßsonde und Potentialkoppelsonde, wobei auch die Koppelkondensator einrichtung aus einem stationären Teil, nämlich der Koppelelektrode, und einem bewegbaren Körper besteht, nämlich der anderen Teilplatte des gemeinsamen Bauteils, welche die Potentialkoppelsonde bildet. Mit konstanter Kapazität ist hier gemeint, daß die Kapazität jedenfalls während eines Meßzyklus, der beispielsweise aus Meß- und Referenzphase besteht, konstant ist. Ansonsten ist eine Kapazitätsänderung, die natürlich nicht mit einer Meßwertänderung korreliert ist, möglich. Im Ersatzschalt bild erscheinen dabei Meßkondensatoreinrichtung und Koppelkondensatoreinrichtung hintereinandergeschaltet, wobei der von der beweglichen Potentialmeßsonde abgeta stete wechselspannungsamplitudenmeßwert an der stationä ren Koppelelektrode abgenommen wird.In this respect, the has a measuring capacitor, for example preferably constant capacitance forming first measuring con capacitor device via a stationary voltage divider element and the one movable plate (potential measuring probe) of the common component from the potential probe and Potential coupling probe, including the coupling capacitor device from a stationary part, namely the Coupling electrode, and a movable body, namely the other partial plate of the common component, which forms the potential coupling probe. With constant Capacity here means that capacity in any case during a measuring cycle, for example from measuring and Reference phase exists, is constant. Otherwise there is one Change in capacity, of course not with a Change in measured value is correlated, possible. In the equivalent circuit image appear measuring capacitor device and Coupling capacitor device connected in series, whereby the detached from the movable potential probe constant AC amplitude measurement at the station Ren coupling electrode is removed.
Es ist auch möglich, daß das gemeinsame Bauteil, welches den gemeinsamen Aufbau aus Potentialmeßsonde und Potenti alkoppelsonde repräsentiert, diese beiden Sonden le diglich elektrisch miteinander verbindet, die jedoch stets so zueinander angeordnet sind, daß sie eine synchrone Verschiebebewegung zur Meßwerterfassung erfahren, so daß Deformationen oder Veränderungen vorhandener elektrischer Verbindungswege ausgeschlossen sind und stets lineare Beziehungen vorliegen.It is also possible that the common component, which the common structure of potential measuring probe and potentiometer alkoppelsonde represents these two probes le diglich electrically connected to each other, however are always arranged so that they are one synchronous shifting movement for data acquisition experienced so that deformations or changes existing electrical connection paths excluded and there are always linear relationships.
Es ist möglich, die Meßkondensatoreinrichtung auf der einen Seite und die Koppelkondensatoreinrichtung gegen überliegend auf der anderen Seite eines Substrats oder eines Trägerkörpers anzuordnen - es ist auch möglich, beide in Form von konzentrischen Kreisteilen oder Kreisen auf einer gemeinsamen, dann kreisförmigen Trägerfläche so aufzubauen, daß eine zentrale Achse das gemeinsame Bauteil aus Potentialmeßsonde und Potentialkoppelsonde im konstanten starren Abstand zum Spannungs(ver)teiler element und zur Koppelelektrode lagert und verschiebt.It is possible to place the measuring capacitor device on the one side and the coupling capacitor device against overlying on the other side of a substrate or of a carrier body - it is also possible both in the form of concentric circles or circles on a common, then circular support surface like this build that central axis the common Component from potential measuring probe and potential coupling probe in constant rigid distance to the voltage (distributor) element and to the coupling electrode.
Von Vorteil ist ferner, daß das Spannungs(ver)teiler element eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen aufweisen kann, und zwar beginnend mit einer für sich gesehen bekannten Widerstandsbahn, so wie diese bei Potentiometern beispielsweise durch einen Widerstands- Kunststoffbelag (aufgespritzt, auf gedampft oder sonstwie aufgetragen) gebildet ist, über die die Potentialmeßsonde als plattenförmiges Flächenelement berührungsfrei im konstanten Abstand geführt ist, bis zu sich in schräger Versetzung zueinander erstreckenden Elektrodenplatten, die unterschiedliches Wechselspannungspotential führen und so angeordnet und geometrisch ausgedehnt in Meßrich tung verlaufen, daß je nach Verschiebeweg die Platte der Potentialmeßsonde jeweils unterschiedliche Flächenberei che eines solchermaßen beschaffenen Spannungs(ver)teiler elementes überdeckt und im Sinne einer Mittelwertbildung auch hier ein bestimmtes, dem Verschiebeweg folgend mit feinster Auflösung sich änderndes Spannungsgesamtpotenti al erfaßt wird.Another advantage is that the voltage (ver) divider element a variety of different embodiments can have, starting with one by itself seen known resistance path, like this one at Potentiometers, for example through a resistance Plastic covering (sprayed on, steamed on or otherwise applied) is formed, via which the potential measuring probe as a plate-shaped surface element without contact in constant distance is led up to itself in oblique Displacement of mutually extending electrode plates, which carry different AC voltage potential and so arranged and geometrically extended in Meßrich tion that depending on the displacement the plate of the Potential measuring probe each different area of such a voltage distributor element covered and in the sense of averaging here also a certain one, following the displacement path finest resolution changing total voltage potenti al is detected.
Dazwischen können Spannungs(ver)teilereinrichtungen liegen, die in Verschieberichtung gesehen aus aneinander grenzenden einzelnen Elektrodenplatten bestehen, die jeweils unterschiedliches Spannungspotential aufweisen und zu diesem Zweck mit einer Widerstandskettenschaltung verbunden sind, wobei die Fläche der Potentialmeßsonde je nach ihrer Position über den Gegenelektrodenplatten eines solchen Spannungs(ver)teilerelementes unterschiedlich große Bereiche überdeckt und integrierend ein entspre chend fein auf gelöstes Amplitudensignal des Wechsel spannungspotentials erfaßt und auf die Koppelkondensator einrichtung, nämlich die mit ihr verbundene Potentialmeß sonde überträgt, von welcher das abgegriffene Potential zur Koppelelektrode gelangt.In between, voltage (distribution) devices can be installed lying in the direction of displacement from each other bordering individual electrode plates exist that each have different voltage potential and for this purpose with a resistor chain circuit are connected, the area of the potential measuring probe depending according to their position over the counter electrode plates such voltage (distribution) element different covering large areas and integrating them fine on resolved amplitude signal of the change voltage potential detected and on the coupling capacitor device, namely the associated potential measurement transfers from which the tapped potential reaches the coupling electrode.
So umfaßt bei der ersten Ausführungsform das Spannungs (ver)teilerelement eine Widerstandsbahn oder Potentiome terbahn, die an eine Wechselspannung angeschlossen ist, wodurch der Potentialmeßsonde ein sich stetig ändernder Spannungsamplitudenverlauf zur Abtastung angeboten wird.Thus, in the first embodiment, the voltage includes (Distribution) element a resistance track or potentioms terbahn, which is connected to an alternating voltage, whereby the potential measuring probe is a constantly changing Voltage amplitude curve is offered for sampling.
Ein "Spannungsteiler" mit stufenförmigem Spannungsverlauf kann dadurch gebildet sein, daß in Meßrichtung hinterein ander angeordnete, im wesentlichen rechteckige Kon densatorplatten vorgesehen sind, die gegeneinander isoliert sind und wobei jede der Kondensatorplatten, die in ihrer Gesamtheit das stationäre Spannungsteilerelement bilden, jeweils mit dem Verbindungsanschluß einer Widerstandsreihenkettenschaltung verbunden sind. Trotz stufenförmigen Spannungsverlaufs über einer solchen, durch einzelne Elektroden gebildeten Spannungs(ver)tei lereinrichtung ist der Spannungsverlauf des von der Potentialmeßsonde gebildeten Abgriffs linear, wobei es sich versteht, daß die Geometrie der Potentialmeßsonde, d. h. deren Plattenform, der Geometrie der jeweiligen Kon densatorplatten angepaßt ist. Da der Abstand zwischen der jeweiligen Plattenform der Potentialmeßsonde und den Elektroden- oder "Kondensator"-Platten des Spannungs teilers bevorzugt konstant gehalten ist, wenn sich die Potentialmeßsonde in Meßrichtung bewegt, tritt auch hier keine Kapazitätsänderung als Störgröße auf.A "voltage divider" with a stepped voltage curve can be formed in that one behind the other in the measuring direction other arranged, substantially rectangular Kon capacitor plates are provided against each other are insulated and being each of the capacitor plates that in its entirety the stationary voltage divider element form, each with the connection terminal one Series resistor circuit are connected. Despite step-like voltage curve over such a voltage generated by individual electrodes lereinrichtung is the voltage curve of the Potential measuring probe formed linear, where it it is understood that the geometry of the potential measurement probe, d. H. their plate shape, the geometry of the respective con capacitor plates is adapted. Because the distance between the respective plate shape of the potential measuring probe and the Electrode or "capacitor" plates of voltage divider is preferably kept constant when the Potential measuring probe moved in the measuring direction also occurs here no change in capacity as a disturbance variable.
Es ist auch möglich, die Spannungs(ver)teilereinrichtung in Form von zwei oder auch vorzugsweise drei, sich quer zur Meßrichtung erstreckenden und sich in Meßrichtung verjüngenden bzw. verbreiternden Kondensatorplatten oder besser Elektrodenplatten auszubilden, die gegeneinander isoliert sind, wobei benachbarte Elektrodenplatten in derselben Meßrichtung jeweils eine zueinander entgegen gesetzte Verjüngungs- bzw. Verbreiterungsstruktur aufweisen. Da jede der Elektrodenplatten an einem unterschiedlichen Spannungsanschluß liegt, wobei eine mittlere Elektrodenplatte beispielsweise mit der Wechsel spannung und die beiden anderen, angrenzenden Elektroden platten mit Masse verbunden sein können, an die natürlich gleichzeitig der andere Wechselspannungsanschluß ange schlossen ist, wird die Kondensatorplatte der Potential meßsonde je nach Position und Verschieberichtung einen immer größeren oder kleineren Teil der die volle Wechsel spannungsamplitude führenden einen Platte und entspre chend einen immer kleineren bzw. größeren Teil der mit dem Masseanschluß verbundenden anderen oder weiteren anderen Platten überdecken, so daß sich an der Potential meßsonde ein sich in Verschieberichtung änderndes Wechselspannungsamplitudenmuster ergibt, bei entsprechend feinster Auflösung in Verschieberichtung, welches unverfälscht über die Potentialkoppelsonde auf die stationäre Koppelelektrode übertragen wird.It is also possible to use the voltage (distribution) distribution device in the form of two or preferably three, crosswise extending to the measuring direction and extending in the measuring direction tapering or widening capacitor plates or better to train electrode plates against each other are insulated, with adjacent electrode plates in same direction of measurement one against each other set rejuvenation or widening structure exhibit. Since each of the electrode plates on one different voltage connection, where one middle electrode plate for example with the change voltage and the other two adjacent electrodes plates can be connected to ground, of course at the same time the other AC voltage connection is closed, the capacitor plate becomes the potential measuring probe depending on position and direction of displacement ever larger or smaller part of the full bill voltage amplitude leading a plate and correspond an ever smaller or larger part of the the other or further connected to the ground connection cover other plates so that at the potential measuring probe changes in the direction of displacement AC voltage amplitude pattern results in corresponding finest resolution in the direction of displacement, which unadulterated via the potential coupling probe to the stationary coupling electrode is transmitted.
Es ist auch möglich, der Plattenform der Potentialmeßson de eine spezielle, den Einfluß von Störgrößen bekämpfende Form zu verleihen; so kann bei einem weiteren Ausfüh rungsbeispiel die Spannungsteilereinrichtung wieder aus einer in Meßrichtung hintereinander angeordneten Abfolge von beispielsweise im wesentlichen rechteckigen Elek trodenplatten bestehen, die jeweils unterschiedliches Potential aufweisen oder auch durch die weiter vorn schon erläuterten sich jeweils verjüngenden bzw. verbreiternden Elektrodenplatten, während die Potentialmeßsonde an gegenüberliegenden Seiten in Meßrichtung gesehen ent gegengesetzte, sich jeweils verjüngende bzw. verbreitern de Ansätze aufweist, die spitzwinklig in Meßrichtung angrenzende Elektrodenplatten der stationären Spannungs teilereinrichtung noch zusätzlich mit überdecken. Bei einer solchen kapazitiven Sensorstruktur ergibt sich eine hohe Empfindlichkeit unter geringem Einfluß von Rand effekten an den Übergängen der rechteckigen Elektroden platten.It is also possible to use the plate shape of the potential measuring probe de a special, combating the influence of disturbances Give shape; so with another execution Example, the voltage divider device again a sequence arranged one behind the other in the measuring direction for example, essentially rectangular elec tread plates exist, each different Have potential or already through the above explained each tapering or widening Electrode plates while the potential probe is on opposite sides seen in the measuring direction ent opposite, each tapering or widening de approaches that are acute-angled in the measuring direction adjacent electrode plates of the stationary voltage cover the divider device additionally. At such a capacitive sensor structure results in a high sensitivity with little influence from edge effects at the transitions of the rectangular electrodes plates.
Grundsätzlich ist der von der Potentialmeßsonde erfaßte Spannungsverlauf im wesentlichen linear, wenn deren körperliche Form rechteckig-plattenförmig ausgebildet ist und in Meßrichtung eine Ausdehnung aufweist, die im wesentlichen der Ausdehnung der rechteckförmigen Elek trodenplatten der Spannungsteilereinrichtung entspricht Durch beidseitige dreieckige Ansätze läßt sich die Linearität des Spannungsverlaufs weiter erhöhen, wobei eine solche, stets einen Mittelwert der abgegriffenen Spannung bildende Potentialmeßsonde sowohl einsetzbar ist bei in Meßrichtung aneinandergrenzenden Elektrodenplatten als auch bei solchen Spannungsteilereinrichtungen, die aus sich in Meßrichtung verjüngenden bzw. verbreiternden Elektrodenplatten bestehen, wobei auch Kombinationen im Aufbau einer solchen Spannungsteilereinrichtung möglich sind, indem auf der einen Seite eines Dielektrikums die aneinandergrenzenden Elektrodenplatten und auf der anderen Seite die sich verjüngenden bzw. verbreiternden Elektrodenplatten angeordnet sind.Basically, the one recorded by the potential measurement probe Voltage curve essentially linear if their physical shape is rectangular-plate-shaped and has an extension in the measuring direction, which in essentially the extent of the rectangular elec tread plates of the voltage divider device corresponds The triangular approaches on both sides allow the Further increase the linearity of the voltage curve, whereby such, always an average of the tapped Voltage-forming potential measuring probe is both usable with adjacent electrode plates in the measuring direction as well as in such voltage divider devices from tapering or widening in the measuring direction Electrode plates exist, with combinations in Construction of such a voltage divider device possible are by on one side of a dielectric the adjacent electrode plates and on the on the other hand, the tapering or widening Electrode plates are arranged.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of Invention possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in the following description explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines geradlinigen Weggebers auf kapazitiver Grundlage unter Zugrundelegung einer Spannungsteilereinrichtung mit stetigem Spannungsverlauf; Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a linear displacement sensor on a capacitive basis on the basis of a voltage divider device with a constant voltage curve.
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines geradlini gen Weggebers auf kapazitiver Grundlage, auch hier jeweils bestehend aus dem Meßsensor- und dem Koppelbereich, wobei der Spannungsteiler aus einzelnen aneinandergrenzenden, jedoch zueinander isolierten Elektrodenplatten gebil det ist, die jeweils an einem, durch eine Kettenwiderstandsreihenschaltung gebildeten unterschiedlichen Wechselspannungspotential liegen; Fig. 2 shows a further embodiment of a straight-line displacement sensor on a capacitive basis, here also each consisting of the measuring sensor and the coupling area, the voltage divider being formed from individual, but mutually insulated, electrode plates, each of which is formed by a chain resistor series circuit different AC potential;
Fig. 3 zeigt, ebenfalls schematisiert, eine dritte Ausführungsform eines linearen Weggebers auf kapazitiver Grundlage mit einer solchen Aus bildung der Spannungs(ver)teilerschaltung, daß diese in Verbindung mit der zugeordneten Gegenplatte der Potentialmeßsonde durch die kapazitive Abgriffwirkung über die Meßrichtung gesehen unterschiedliche Wechselspannungs amplituden abgreift; Fig. 3 shows, also schematically, a third embodiment of a linear displacement sensor on a capacitive basis with such a formation from the voltage (distribution) distribution circuit that, in conjunction with the associated counterplate of the potential measuring probe, amplitudes different AC voltages seen by the capacitive tapping effect over the measuring direction taps;
Fig. 4 zeigt schematisiert eine Ausführungsform eines Positionssensors auf kapazitiver Grundlage mit einer Kombination der Spannungs(ver)teiler einrichtung aus Aufbaustrukturen der Fig. 2 und 3, während die FIG. 4 schematically shows an embodiment of a position sensor on a capacitive basis with a combination of the voltage (distribution) distributor device from the assembly structures of FIGS . 2 and 3, while the
Fig. 5 eine letzte Ausführungsform eines Positions sensors auf kapazitiver Grundlage darstellt, bei dem zwei Dreh-Meßsysteme auf einem gemein samen Substrat angeordnet sind; die Fig. 5 shows a last embodiment of a position sensor on a capacitive basis, in which two rotary measuring systems are arranged on a common substrate; the
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen schematisiert zum besseren Verständnis der Erfindung Darstellungen eines Span nungs(ver)teilerelements, wobei die Fig. 7 den kapazitiven Funktionszusammenhang zwischen Potentialmeßsonde und dem Spannungs(ver)tei lerelement, hier in Form einer Widerstandsbahn angibt; Fig. 6 and Fig. 7 show schematically for a better understanding of the invention representations of a voltage (distribution) divider element, wherein Fig. 7 shows the capacitive functional relationship between the potential measuring probe and the voltage (distribution) divider element, here in the form of a resistance path;
Fig. 8 zeigt schließlich eine bevorzugte Ausgestal tung in schematisierter Darstellung, bei welcher ein beidseitiger Abgriff vorgesehen ist. Fig. 8 finally shows a preferred Ausgestal device in a schematic representation, in which a bilateral tap is provided.
Der Grundgedanke besteht darin, bei einem Positions- Sensor auf kapazitiver Grundlage einen Potentialmeßbe reich vorzusehen, der durch kapazitive Erfassung eines sich in Meßrichtung ändernden Wechselspannungs-Ver teilungsmusters einen Spannungsamplitudenverlauf als Funktion der Potentialsondenstellung erfaßt und mit der Potentialmeßsonde mindestens elektrisch, bevorzugt gleichzeitig mechanisch einen Potentialkoppelbereich zu verbinden, durch welchen, ebenfalls auf kapazitiver Grundlage der erfaßte Spannungsamplituden-Meßwert insgesamt berührungslos, jedoch ohne Änderung der beteiligten kapazitiven Elemente, einer Auswertung zugeführt wird. Hierdurch ist es möglich, den Verschiebe weg bei linearer Bewegung, den Winkel bei einer Drehbewe gung bzw. auch die jeweils eingenommene Position eines bewegbaren Körpers sehr genau zu bestimmen.The basic idea is to use a position Capacitive-based sensor a potential measurement provide rich, which by capacitive detection of a changing AC voltage Ver pattern as a voltage amplitude Function of the potential probe position recorded and with the Potential measuring probe at least electrically, preferred at the same time mechanically a potential coupling area connect through which, also on capacitive Basis of the measured voltage amplitude measured value overall contactless, but without changing the capacitive elements involved, an evaluation is fed. This makes it possible to move away with linear movement, the angle with a rotating movement tion or the position taken in each case to determine the movable body very precisely.
Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform eines Positionssensors 10 umfaßt einen Potentialmeßbereich 11 und einen Potentialkoppelbereich 12, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel der Potentialmeßbereich ein echtes Spannungsteilerelement 13 mit stetigem Spannungsverlauf ist, beispielsweise also eine Widerstandsbahn, wie sie üblicherweise bei Meßwertgebern auf potentiometrischer Grundlage (gleichstromgespeist) oder bei Drehpotentiome tern üblich sind.The first embodiment of a position sensor 10 shown in FIG. 1 comprises a potential measuring area 11 and a potential coupling area 12 , in this exemplary embodiment the potential measuring area being a real voltage divider element 13 with a constant voltage curve, for example a resistance path, as is usually the case with sensors on a potentiometric basis (DC-fed ) or tern are common with rotary potentiometers.
Den beiden Endanschlüssen 13a, 13b der Widerstandsbahn des Spannungsteilers wird dabei von einer im einzelnen nicht zu erläuternden Speise- und, falls gewünscht, gleichzeitig Auswerteschaltung 14 eine Speisewechsel spannung vorgegebener konstanter oder auch steuerbarer Amplitude zugeführt, wobei einer der Anschlüsse, bei spielsweise 13b mit Masse verbunden ist.The two end connections 13 a, 13 b of the resistance path of the voltage divider are supplied by a supply and, if desired, at the same time evaluation circuit 14, a supply change voltage of predetermined constant or controllable amplitude, one of the connections, for example 13 b is connected to ground.
Der Widerstandsbahn des Spannungsteils ist berührungslos, also im vorgegebenen Abstand eine Potentialmeßsonde 15 zugeordnet, die auf diese Weise mit der Widerstandsbahn in einer kapazitiven Wirkverbindung steht und daher auch in der Lage ist, das sich über dem Weg s (in Meßrichtung) ändernde Wechselspannungspotential über die Widerstands bahn abzugreifen, wobei die in diesem Fall rechteck plattenförmige Potentialmeßsonde 15 integrierend bzw. mittelwertbildend wirkt und immer eine solche Wechsel spannungsamplitude abgreift, wie sich diese als Mittel wert aus der Position der Potentialmeßsonde ergibt.The resistance path of the voltage part is non-contact, i.e. assigned a potential measuring probe 15 at a predetermined distance, which is in this way in a capacitive operative connection with the resistance path and is therefore also capable of changing the AC voltage potential via the path s (in the measuring direction) Resistance path to tap, which in this case rectangular plate-shaped potential measuring probe 15 has an integrating or averaging effect and always taps such an alternating voltage amplitude as results from the position of the potential measuring probe.
Die Höhe der Platte der Potentialmeßsonde sollte in etwa gleich der Breite der insofern stationären Widerstands bahn entsprechen, wobei die Widerstandsbahn auf einem geeigneten Trägersubstrat angeordnet sein kann, und zwar parallel (oder auf der anderen Seite) zum Verlauf einer (ebenfalls rechteckförmigen) Elektrodenfläche 16 des Potentialkoppelbereichs 12. Es versteht sich, daß der Potentialmeßbereich 11 und der Potentialkoppelbereich 12 voneinander elektrisch isoliert sind, was in geeigneter Weise geschehen kann und nicht weiter erläutert zu werden braucht. Eine elektrische Isolation ist beispielsweise schon dann gegeben, wenn sich die beiden Bereiche 11 und 12 auf gegenüberliegenden Seiten eines isolierenden Trägersubstrats befinden oder, bei paralleler Anordnung, auf der gleichen Seite, die Beschichtung des Trägersub strats, sofern eine solche vorgesehen ist und die beispielsweise aus Leitsilber gebildet sein kann, durchgehend zwischen den beiden Bereichen unterbrochen ist.The height of the plate of the potential measuring probe should correspond approximately to the width of the stationary resistance path, the resistance path can be arranged on a suitable carrier substrate, in parallel (or on the other side) to the course of an (also rectangular) electrode surface 16 of the Potential coupling area 12 . It is understood that the potential measuring area 11 and the potential coupling area 12 are electrically insulated from one another, which can be done in a suitable manner and need not be explained further. Electrical insulation is already given, for example, when the two areas 11 and 12 are on opposite sides of an insulating carrier substrate or, in the case of a parallel arrangement, on the same side, the coating of the carrier substrate, if one is provided, and for example from Leitsilber can be formed, is continuously interrupted between the two areas.
Wie der Potentialmeßbereich 11 verfügt auch der Potenti alkoppelbereich 12 über einen beweglichen Sondenteil, nämlich die Potentialkoppelsonde 17, die sich ebenfalls in einem vorgegebenen Abstand, also berührungsfrei über der durchweg elektrisch leitenden Elektrodenfläche 16 des Potentialkoppelbereichs 12 synchron zur Potentialmeßsonde verschiebt.As the Potentialmeßbereich 11 has also the Potenti alkoppelbereich 12 via a movable probe part, namely the potential of the coupling probe 17, which moves also at a predetermined distance, so contact-free via the consistently electrically conductive electrode surface 16 of the potential coupling portion 12 in synchronization with the potential measuring.
Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils rechteckförmigen Flächen von Potentialmeßsonde und Potentialkoppelsonde sind mindestens elektrisch mitein ander verbunden - bevorzugt bilden sie ein gemeinsames, elektrisch leitendes und mit den zugeordneten Bahnen in kapazitiver Wirkverbindung stehendes gemeinsames Bauteil beispielsweise eine Doppelkupferplattenanordnung, die von einer geeigneten, in den Ausführungsformen nicht darge stellten Lagerung gemeinsam über den zugeordneten Flächen von Widerstandsbahn bzw. Elektrodenfläche in Meßrichtung verschoben wird.The each in the illustrated embodiment rectangular areas of potential measuring probe and Potential coupling probes are at least electrically included connected - preferably they form a common, electrically conductive and with the assigned tracks in capacitive active connection standing common component for example, a double copper plate assembly, which by a suitable one, not shown in the embodiments put storage together over the assigned areas of resistance path or electrode surface in the measuring direction is moved.
Erkennbar bilden so die jeweiligen Flächen von Potential meßsonde 15 und Potentialkoppelsonde 17 mit den jeweili gen Gegenflächen der Widerstandsbahn bzw. der Elek trodenfläche 16 einen Kondensator (Meßkondensator bzw. Koppelkondensator), deren Kapazität über dem Verschiebe weg s unverändert bleibt, so daß Kapazitätsänderungen in die Meßwertbildung nicht einfließen.Recognizable form the respective areas of potential measuring probe 15 and potential coupling probe 17 with the respective mating surfaces of the resistive path or the electrode surface 16 a capacitor (measuring capacitor or coupling capacitor) whose capacitance remains unchanged over the displacement path s, so that changes in capacitance in the Do not include measured value formation.
Dabei erstreckt sich die Elektrodenfläche 16 des Potenti alkoppelbereichs 12 deshalb über die Länge des Ver schiebewegs s parallel zur Spannungsteilereinrichtung, damit die beiden sich mit dem Meßweg bewegenden Kon densatorteile, nämlich die Potentialmeßsonde 15 und die Potentialkoppelsonde 17 gemeinsam und synchron mitein ander bewegen können und bevorzugt ein gemeinsames, ein stückiges Bauteil bilden können bei dann entsprechend gemeinsamer mechanischer Lagerung.The electrode surface 16 of the potentiometer coupling region 12 therefore extends over the length of the displacement path s parallel to the voltage divider device so that the two capacitor parts moving with the measuring path, namely the potential measurement probe 15 and the potential coupling probe 17 , can move together and synchronously with one another and are preferred can form a common, one-piece component with then corresponding mechanical storage.
Auf diese Weise überträgt die Potentialkoppelsonde 17 das von der Potentialmeßsonde 15 abgegriffene und insofern auch an ihr selbst anliegende Wechselspannungsamplitu denmeßsignal kapazitiv getreu auf die Elektrodenfläche 16 des Potentialkoppelbereichs 12, die lediglich einen einzigen Anschluß 16a benötigt, von welchem das so abgegriffene Spannungsamplitudensignal auf den Eingang 18 der Speise-/Auswerteschaltung 14 gelangt. Hierbei versteht es sich, daß durch entsprechende Entfernung oder Abschirmung eine elektrische Kopplung zwischen dem Spannungsteilerelement 13 und der Elektrodenfläche 16 des Potentialkoppelbereichs 12 ausgeschlossen ist.In this way, the potential coupling probe 17 transfers the tapped from the potential measuring probe 15 and in this respect also applied to it itself alternating voltage amplitudes capacitive to the electrode surface 16 of the potential coupling region 12 , which only requires a single connection 16 a, of which the tapped voltage amplitude signal on the input 18 of the feed / evaluation circuit 14 arrives. It is understood that an appropriate coupling or shielding prevents electrical coupling between the voltage divider element 13 and the electrode surface 16 of the potential coupling region 12 .
Das Träger- und gleichzeitig Isoliersubstrat kann eine Epoxy- oder Keramik-Leiterplatte mit kleinem Ausdehnungs koeffizienten sein und ist an Masse angeschlossen.The carrier and insulating substrate can be one Small expansion epoxy or ceramic circuit board be coefficient and is connected to ground.
Letztlich ist es auch möglich, eine Abhängigkeit eines solchen Positionssensors von der Umgebungstemperatur noch dadurch zu berücksichtigen, daß das Trägersubstrat mit einem Temperaturfühler versehen ist, dessen Signal ebenfalls der Auswerteschaltung 14 zugeführt wird.Ultimately, it is also possible to take into account a dependency of such a position sensor on the ambient temperature by providing the carrier substrate with a temperature sensor, the signal of which is also fed to the evaluation circuit 14 .
Die Wirkungsweise eines solchen Positionssensors ist dann erkennbar so, daß die an der Widerstandsbahn 13 angelegte Wechselspannung (oder eines entsprechenden Wechsel spannungsfrequenzgemisches) als linear ansteigendes bzw. abfallendes Signal, wie weiter unten in Fig. 2 gezeigt, von der Potentialmeßsonde 15 abgegriffen, auf die Potentialkoppelsonde übertragen und von dieser kapazitiv auf die Elektrodenfläche 16 gekoppelt wird, so daß das kapazitiv abgegriffene Signal ohne jede Verfälschung und sonstige Störeinflüsse zur Auswerteschaltung 14 gelangt.The operation of such a position sensor is then identifiable so that the voltage applied to the resistor sheet 13 AC (or a corresponding AC frequency mixture) rising as linearly or falling signal, as further shown below in Fig. 2, picked up by the potential measuring 15 on the Transfer potential coupling probe and from this capacitively coupled to the electrode surface 16 , so that the capacitively tapped signal reaches the evaluation circuit 14 without any falsification and other interference.
Dabei versteht es sich, daß die Elektrodenfläche 16 das Signal widerstandsfrei überträgt, beispielsweise also von einer geeigneten Kupferkaschierung auf dem Trägersubstrat gebildet sein kann oder aus einem Leitsilberauftrag entsprechender Größe und Form besteht.It goes without saying that the electrode surface 16 transmits the signal without resistance, for example it can be formed by a suitable copper cladding on the carrier substrate or consists of a conductive silver coating of the appropriate size and shape.
Dabei ergibt sich das von der Potentialmeßsonde 15 abgegriffene Potential aus der Summe der Teilspannungen an der von der Potentialmeßsonde jeweils eingenommenen Position (Meßweg s). Die eine Teilspannung wird von der an der von der Potentialmeßsonde jeweils eingenommenen Position (Meßweg s). Die eine Teilspannung wird von der Eingangsspannung am Anfang der stationären Widerstands bahn erzeugt und ist proportional zur Differenz zwischen der Meßposition s und der Länge der Widerstandsbahn. Die andere Teilspannung wird von der (gegenphasigen) Ein gangsspannung am Ende der Widerstandsbahn erzeugt und ist proportional zur Position s.The potential tapped by the potential measuring probe 15 results from the sum of the partial voltages at the position assumed by the potential measuring probe (measuring path s). One of the partial voltages depends on the position (measuring path s) assumed by the potential measuring probe. One partial voltage is generated by the input voltage at the beginning of the stationary resistance path and is proportional to the difference between the measuring position s and the length of the resistance path. The other partial voltage is generated by the (antiphase) input voltage at the end of the resistance path and is proportional to the position s.
Selbst kleinste Verschiebungen der Platte der Potential meßsonde gehen dabei in die abgegriffene Wechselspan nungsamplitude ein, da sich das Verhältnis der Teil spannungen bei einer Verschiebung um δs natürlich ändert. Die Aufnahme des Meßsignals erfolgt berührungsfrei, desgleichen seine Übertragung an die stationäre Elek trodenfläche 16, so daß ein solcher Positionssensor keinem mechanischen Verschleiß ausgesetzt ist und keine variablen Störgrößen wie beispielsweise variable Streuka pazitäten auftreten, die schon durch Biegung von Ver bindungsleitungen bzw. Übergangswiderstände bei Schleif kontakten erzeugt werden können.Even the smallest displacements of the plate of the potential measuring probe are included in the tapped alternating voltage amplitude, since the ratio of the partial stresses naturally changes with a shift by δs. The recording of the measurement signal is contact-free, as is its transmission to the stationary electrode surface 16 , so that such a position sensor is not exposed to mechanical wear and no variable disturbances such as, for example, variable scattering capacities occur, which are caused by the bending of connecting lines or contact resistances during grinding contacts can be generated.
Die bisherigen Erläuterungen lassen sich durch die
folgenden, mit Bezug auf die Darstellungen der Fig. 6 und
7 durchgeführten Betrachtungen noch genauer präzisieren:
Auf der "Potentiometer"-Widerstandsbahn entsprechend
Fig. 6 stellt sich bei Wechselstromspeisung eine Potenti
alverteilung nach folgender Formel ein:The previous explanations can be specified more precisely by the following considerations carried out with reference to the representations of FIGS. 6 and 7:
On the "potentiometer" resistance track corresponding to FIG. 6, a potential distribution is established in the case of AC power supply according to the following formula:
oder als elektrische Feldverteilung ausgedrücktor expressed as an electrical field distribution
Dabei ist jeweils, wie auch Fig. 6 zeigt,Here, as also shown in FIG. 6,
ϕ₁ < ϕ₂ < ϕ₃ < ϕ₄ < . . .ϕ₁ <ϕ₂ <ϕ₃ <ϕ₄ <. . .
Da es sich um eine Wechselspannung handelt, kann das Potential folgendermaßen dargestellt werden:Since it is an AC voltage, it can Potential can be represented as follows:
ϕ = ϕo · sign [sin (ω · t)]ϕ = ϕo · sign [sin (ω · t)]
mit
ϕo = Amplitude des Potentials
ω = Kreisfrequenz 2 π
= Frequenz
t = Zeit.With
ϕo = amplitude of the potential
ω = angular frequency 2 π
= Frequency
t = time.
Das gesamte System läßt sich als Kondensator auffassen, welches aus lauter kleinen Kondensatoren zusammengesetzt ist, wie die Darstellung der Fig. 7 im einzelnen angibt.The entire system can be understood as a capacitor, which is composed of nothing but small capacitors, as shown in detail in FIG. 7.
Die Kondensatorgleichung lautet:The capacitor equation is:
C = εr·εo·A/α C = εr · εo · A / α
mit
C: Kapazität
εr: relative Dielektrizitätskonstante
A: Fläche des Kondensators
d: Abstand (der Platten).With
C: capacity
εr: relative dielectric constant
A: area of the capacitor
d: distance (of the plates).
Die Kapazität ergibt sich ausThe capacity results from
Für die Kapazitäten soll gelten:The following should apply to the capacities:
Das abgegriffene Potential hängt in linearer Beziehung vom Ort x ab. → ϕ= ϕ(x). Über die Teilkapazitäten ΔCi fließen Verschiebungsströme Ii in die Sonde, dabei gilt:The tapped potential depends on the location x in a linear relationship. → ϕ = ϕ (x). Displacement currents I i flow into the probe via the partial capacitances ΔCi, the following applies:
Für den gesamten Verschiebestrom I gilt dann:The following then applies to the entire displacement current I:
d. h. die einzelnen Spannungsamplituden werden auf addiert zu einem gesamten Verschiebungsstrom I.d. H. the individual voltage amplitudes are added up to a total displacement current I.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ähnelt dem Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 1 bis auf den Umstand, daß das Spannungsteilerelement 13′ in diesem Falle nicht die Form einer Widerstandsbahn aufweist, sondern einzelne, aneinander gereihte, jedoch gegeneinander isolierte Elektrodenplatten 19 aufweist, die eine vorgegebene Ausdehnung B in Meßrichtung jeweils aufweisen und über einen "Widerstands"-Spannungsteiler 20 mit Teilspannungen der anliegenden Versorgungsspannung versorgt werden. Die Spannungsteilung kann durch beliebige Impedanzen z wie Widerstände, Induktivitäten oder Kapazitäten bewirkt werden, die in Reihe geschaltet und deren Verbindungs punkte jeweils mit den einzelnen Elektrodenplatten 19 verbunden sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, jedenfalls die Ausdehnung der Fläche der Potentialmeßson de 15′ gleich oder mindestens gleichzumachen der Breiten ausdehnung B der einzelnen Elektrodenplatten, denn eine Bewegung der Platte der Potentialmeßsonde längs einer gegebenen Elektrodenplatte 19 würde dann nicht fest stell bar sein, wenn die Breite der Potentialmeßsonde kleiner als die Breite einer der Elektrodenplatten ist.The embodiment of FIG. 2 is similar to the exemplary embodiment of FIG. 1 except for the fact that the voltage divider element 13 'in this case does not have the shape of a resistance track, but rather individual, lined up but mutually insulated electrode plates 19 which have a predetermined one Have extension B in the measuring direction and are supplied with partial voltages of the supply voltage present via a "resistance" voltage divider 20 . The voltage division can be brought about by any impedances, such as resistors, inductors or capacitors, which are connected in series and whose connection points are each connected to the individual electrode plates 19 . In this case it is advisable to in any case the extent of the area of the potential measuring probe de 15 'equal to or at least equal to the width dimension B of the individual electrode plates, because a movement of the plate of the potential measuring probe along a given electrode plate 19 would then not be fixed if the width of the potential measuring probe is smaller than the width of one of the electrode plates.
Durch eine solche Beschaltung der einzelnen Elektroden platten 19 ergibt sich zwar an diesem und über die gesamte Abfolge der Elektrodenplatten gesehen ein stufenförmiger Spannungsverlauf; trotz dieses stufenför migen Spannungsverlaufs der anliegenden Wechselspannung ist jedoch die von der Platte der Potentialmeßsonde 15′ abgegriffene Spannung aufgrund der integrierenden Wirkung der kapazitiven Kopplung bei Vernachlässigung von Randeffekten linear und entspricht wiederum dem in Fig. 2 unten gezeigten Spannungsverlauf über der Meßweg strecke s.Such a connection of the individual electrode plates 19 results in a step-like voltage curve on this and over the entire sequence of the electrode plates; Despite this step-shaped voltage curve of the AC voltage present, however, the voltage tapped from the plate of the potential measuring probe 15 'is linear due to the integrating effect of the capacitive coupling, neglecting edge effects, and in turn corresponds to the voltage curve shown in FIG. 2 below over the measuring distance s.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei sonst identischer Ausbildung im Grundsätzlichen betrifft wiederum die Beschaltung der Spannungsteilereinrichtung entsprechend Fig. 3, die in diesem Fall aus beispiels weise zwei, wie dargestellt jedoch bevorzugt aus drei quer zur Meßrichtung angeordneten und sich in Meßrichtung jeweils verjüngenden oder verbreiternden Meßelektroden flächen 21 besteht. A further embodiment of the invention with an otherwise identical design in principle relates in turn to the wiring of the voltage divider device according to FIG. 3, which in this case consists of, for example, two, as shown, but preferably three, arranged transversely to the measuring direction and tapering or widening in the measuring direction surfaces 21 exists.
In diesem Fall können die beiden äußeren, in der Zeichen ebene der Fig. 3 nach rechts spitzwinklig verlaufenden Meßelektrodenflächen mit dem einen Anschluß 13a der Speise-/Auswerteschaltung 14 verbunden sein, während die mittlere Meßelektrodenfläche mit dem anderen Anschluß 13b verbunden ist, der gleichzeitig an Masse liegt. Die Spannungsteilereigenschaften oder besser die Spannungs verteilereigenschaften eines solchen Spannungs(ver)tei lerelements 13′ ergeben sich aus der kombinierten Gesamt wirkung der über die gesamte Länge der einzelnen Streifen der Meßelektrodenflächen zwar konstant anliegenden Spannung, die jedoch durch die integrierende Wirkung der alle Flächen in Querrichtung jeweils gleichzeitig überdeckenden Platte der Potentialmeßsonde 15′ jeweils nur ihrem jeweiligen relativ überdeckten Flächenanteil entsprechend zur Wirkung kommen. Auch hier ergibt sich daher genau der gleiche linear verlaufende abgetastete Spannungsverlauf höchster Auflösung wie in Fig. 2 unten dargestellt, mit dem weiteren Vorteil, daß der Einfluß von Randeffekten minimiert wird, wobei es sinnvoll ist, in Querrichtung die Abmessung der Platte der Potential meßsonde 15′ so zu gestalten, daß diese die Meßelek trodenflächen überragt.In this case, the two outer, in the drawing plane of FIG. 3 to the right, acute-angled measuring electrode surfaces can be connected to the one terminal 13 a of the feed / evaluation circuit 14 , while the middle measuring electrode surface is connected to the other terminal 13 b, the is simultaneously at ground. The voltage divider properties or better the voltage distribution properties of such a voltage (ver) tei lerelements 13 'result from the combined overall effect of the constant voltage across the entire length of the individual strips of the measuring electrode surfaces, but this is due to the integrating effect of all surfaces in the transverse direction each concurrently overlapping plate of the potential measuring probe 15 'come into effect only in accordance with their respective relatively covered area proportion. Here, too, there is exactly the same linearly scanned voltage curve of the highest resolution as shown in FIG. 2 below, with the further advantage that the influence of edge effects is minimized, it being sensible to dimension the plate of the potential measuring probe 15 in the transverse direction 'To be designed so that it overlaps the electrode surfaces of the measuring electrode.
Die Fig. 4 stellt eine Kombination der Gestaltung des Spannungsteilerelements aus den beiden in den Fig. 2 und 3 gezeigten Varianten dar, wobei die Trägerplatte von einem doppelseitig beschichteten Dielektrikum gebildet sein kann, auf deren einen, der Potentialmeßsonde 15′′ zugewandten Seite wie in Fig. 2 gezeigt in Meßrichtung hintereinander angeordnete Elektrodenplatten 19′ der Breite B angeordnet sind, während auf der gegenüber liegenden Seite des Dielektrikums in diesem Fall le diglich zwei sich in Meßrichtung jeweils entgegengesetzt zueinander verjüngende bzw. sich verbreiternde Meßelek trodenflächen 25, 25′ angeordnet sind, die jeweils mit den entgegengesetzten Anschlüssen der Speise-/Auswerte schaltung 14 verbunden sind. Ein entsprechender Anschluß ist in Fig. 4 auch genau wie in Fig. 2 gezeigt, bezüglich der Elektrodenplatten 19′ getroffen, jedoch in Fig. 4 aus Gründen der Klarheit nicht mehr dargestellt. Fig. 4 shows a combination of the design of the voltage divider element from the two variants shown in Figs. 2 and 3, wherein the carrier plate can be formed by a double-sided dielectric, on one side, the potential measuring probe 15 '' facing side as in Fig. 2 shown in the measuring direction one behind the other electrode plates 19 'of the width B are arranged, while on the opposite side of the dielectric in this case le diglich two in the measuring direction opposite to each other tapering or widening Meßelek electrode surfaces 25 , 25 ' are arranged , which are each connected to the opposite connections of the feed / evaluation circuit 14 . A corresponding connection is also shown in Fig. 4 exactly as shown in Fig. 2, with respect to the electrode plates 19 ', but is no longer shown in Fig. 4 for reasons of clarity.
Ergänzend hierzu lassen sich die Linearitätsbedingungen sowie die Störungsfreiheit noch weiter dadurch verbes sern, daß, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, die Platte der Potentialmeßsonde 15′′ aus einem inneren rechteckför migen Teil der Ausdehnung B in Meßrichtung entsprechend den rechteckförmigen Elektrodenplatten 19′ besteht und aus zwei weiteren bevorzugt dreieckigen Teilen, die an die beiden Seiten angesetzt sind und zulaufend ebenfalls eine Breite B noch einnehmen. Hierdurch lassen sich die Sprungstellen an den Kanten vermindern, abgestimmt auf die Geometrie der Platten.In addition to this, the linearity conditions and the freedom from interference can be improved even further by the fact that, as also shown in FIG. 4, the plate of the potential measuring probe 15 '' consists of an inner rectangular part of the extent B in the measuring direction corresponding to the rectangular electrode plates 19 ' and from two further, preferably triangular parts, which are attached to the two sides and also take up a width B in the tapering direction. This can reduce the cracks on the edges, tailored to the geometry of the panels.
In Fig. 5 ist schließlich ein im Grundprinzip wie die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 arbeitender Positionssensor dargestellt, der nach Art eines Drehpo tentiometers aufgebaut ist und ein Doppelsystem umfaßt, so daß lediglich auf eines der Ausführungsformen genauer eingegangen zu werden braucht. Es ist eine äußere Widerstandspiste oder Widerstandsbahn 13′′′ dargestellt, mit kreisringförmigem Verlauf und Wechselstromanschlüssen 13a′, 13b′ an den jeweiligen Enden, wobei, einem konzen trischen Innenkreissegment folgend, die Koppelelektrodenfläche 16′ mit lediglich einem Außenanschluß 16a versehen ist.In Fig. 5 is finally a basic principle like the embodiments of FIGS. 1 to 4 working position sensor is shown, which is constructed in the manner of a rotary potentiometer and comprises a double system, so that only one of the embodiments needs to be discussed in more detail. There is an outer resistance track or resistance path 13 '''shown with an annular shape and AC connections 13 a', 13 b 'at the respective ends, whereby, following a concentric inner circle segment, the coupling electrode surface 16 ' is provided with only one external connection 16 a .
Die beiden stationären Flächen des Potentialmeß- und Potentialkoppelbereichs 11, 12 werden von einem gemein samen Bauteil 20 aus Potentialmeßsonde und Potentialkop pelsonde, welches drehbeweglich gelagert ist, über strichen, wobei das Bauteil beispielsweise einstückig aus einer entsprechend der in Fig. 5 dargestellten Formge staltung gestanzten Kupferplatte bestehen kann, deren Potentialkoppelsondenteil 17′ das abgegriffene Potential auf die Koppelelektrodenfläche 16′ überträgt.The two stationary surfaces of the potential measuring and potential coupling area 11 , 12 are coated by a common component 20 from the potential measuring probe and the potential coupling probe, which is rotatably mounted, the component being punched, for example, in one piece from a shape shown in FIG. 5 Copper plate can exist, the potential coupling probe part 17 'transfers the tapped potential to the coupling electrode surface 16 '.
Bei hohen Linearitätsanforderungen kann ein Linearitäts abgleich bei allen dargestellten Ausführungsformen notwendig werden. Beispielsweise ist bei Widerstands elementen in bekannter Weise ein Abgleich durch Änderung der Breite der Widerstandsbahn möglich, während bei den Ausführungsformen der Fig. 2, 3 und 4 der Linearitäts abgleich durch Abgleich der Spannungsteilerwiderstände bzw. durch Korrektur der Breite der sich verjüngenden bzw. verbreiternden Leiterbahnen möglich ist.In the case of high linearity requirements, linearity adjustment may be necessary in all of the illustrated embodiments. For example, in resistance elements in a known manner, an adjustment by changing the width of the resistance track is possible, while in the embodiments of FIGS. 2, 3 and 4, the linearity adjustment by adjusting the voltage divider resistors or by correcting the width of the tapering or widening conductor tracks is possible.
Bezüglich der Ausführungsformen der Fig. 4 ist noch erwähnenswert, daß die Kontur der Leiterbahnen auf der Rückseite, also der Meßelektrodenflächen 25, 25′ an sich beliebig sein kann, wobei lediglich sichergestellt sein sollte, daß die Kapazität zwischen den Kondensatorflächen der Vorderseite und den rückseitigen Teilflächen in einem vorgegebenen Teilerverhältnis steht. Dies läßt sich durch Abgleich der Teilflächen hinter den einzelnen Elektroden platten 19 auf der Vorderseite vornehmen. Regarding the embodiments of FIG. 4, it is also worth mentioning that the contour of the conductor tracks on the back, that is, the measuring electrode surfaces 25 , 25 'can be arbitrary per se, it should only be ensured that the capacitance between the capacitor surfaces on the front and the rear Subareas is in a predetermined division ratio. This can be done by comparing the partial areas behind the individual electrode plates 19 on the front.
Schließlich wird darauf hingewiesen, daß das in Fig. 8 stark schematisiert dargestellte Ausführungsbeispiel eines beidseitigen Abgriffs, bei dem sich also zwei Potentialmeßsonden, eine erste Sonde I und eine zweite Sonde 11 auf gegenüberliegenden Seiten einer Widerstands bahn befinden, besonders geeignet ist, um hierdurch den Einfluß von Abstandsvariationen zu reduzieren und gleichzeitig den Einfluß einer lokalen oder globalen Änderung der relativen Dielektrizitätskonstanten zu minimieren. Erkennbar wird nämlich bei einer Veränderung des Abstands einer der Sonden zur von ihr abgetasteten Widerstandsbahn, beispielsweise im Sinne einer Ver größerung des Abstands, notwendigerweise zu einer gleichzeitigen Verringerung des Abstands der anderen Sonde zur Widerstandsbahn führt, so daß sich diese beiden Einflüsse in etwa gegenseitig aufheben.Finally, it is pointed out that the embodiment shown schematically in FIG. 8 of a double-sided tap, in which two potential measuring probes, a first probe I and a second probe 11 are located on opposite sides of a resistance track, is particularly suitable in order to thereby To reduce the influence of distance variations and at the same time to minimize the influence of a local or global change in the relative dielectric constant. It can be seen that a change in the distance of one of the probes to the resistance path scanned by it, for example in the sense of increasing the distance, necessarily leads to a simultaneous reduction in the distance of the other probe to the resistance path, so that these two influences cancel each other out .
Als Auswerteschaltungen können die üblichen Wegaufnehmern zugeordneten und für sich gesehen bekannten Auswerte schaltungen verwendet werden, bei denen das am Weg aufnehmer abgegriffene Signal in geeigneter Weise verstärkt aufgearbeitet und angezeigt wird. Insbesondere eignen sich aber Auswerteschaltungen, bei denen zur Vermeidung von Störeinflüssen, die durch an dem Ausgang des Wegaufnehmers bzw. am Eingang der Auswerteschaltung befindliche Ableitwiderstände und Streukapazitäten stehen, das am Wegaufnehmer abgegriffene Signal durch geeignete Mittel auf einem Potentialpegel des Wertes Null eingestellt wird, nämlich durch entsprechende Beein flussung der Speisespannung des Potentialmeßbereichs. The usual displacement transducers can be used as evaluation circuits assigned and known evaluations circuits are used in which the way pickup tapped signal in a suitable manner is increasingly processed and displayed. Especially but are suitable evaluation circuits in which Avoidance of interference caused by the output of the displacement transducer or at the input of the evaluation circuit leakage resistances and stray capacities stand by the signal tapped at the displacement transducer suitable means at a potential level of zero is set, namely by corresponding legs flow of the supply voltage of the potential measuring range.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsversuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Präjudiz sind.In conclusion, it is pointed out that the claims and in particular the main claim attempts at formulation the invention without extensive knowledge of the state of the Technology and therefore without restrictive prejudice.
Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kom bination miteinander als erfindungswesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen sowie den Haupt anspruch in seinem Merkmalsgehalt zu reduzieren.Therefore, it is reserved, all in the description, the claims and the drawing features shown both individually and in any comm combination with each other as essential to the invention and lay down in the claims as well as the main claim to reduce its feature content.
Claims (15)
- a) ein mindestens in einer Richtung räumlich ausgedehntes Spannungs(ver)teiler-Element mit einer Wechselspannung gespeist wird, derart, daß sich in mindestens einer Richtung auf dem Spannungs(ver)teiler-Element ein Wechselspan nungs-Amplitudenverteilungsmuster mit unter schiedlichen Wechselspannungsamplituden in der mindestens einen Richtung ergibt, daß
- b) längs der mindestens einen Richtung eine Potentialmeßsonde entsprechend dem zu erfas senden Weg (s), des Winkels oder der Position geführt und in einem solchen berührungsfreien Abstand zum Spannungs(ver)teiler-Element gehalten wird, daß die Potentialmeßsonde je nach der von ihr eingenommenen Position unter schiedliche Wechselspannungsamplituden des Wechselspannungsamplitudenverteilungsmusters durch kapazitive Einkopplung erfaßt, wobei die Kapazitätsbezie hungen über der Potentialsonden-Verschiebung im wesentlichen konstant gehalten werden, daß
- c) die Potentialmeßsonde mit einer Potentialkop pelsonde verbunden ist, die kapazitiv auf eine Koppelelektrode arbeitet, von welcher
- d) der von der Potentialmeßsonde erfaßte Wechsel spannungsamplitudenmeßwert, der in Meßrichtung unabhängig ist von der jeweiligen Relativposi tion zwischen Koppelsonde und Koppelelektrode, zur Auswertung übertragen wird.
- a) an at least spatially extended voltage (divider) element is fed with an alternating voltage, such that there is in at least one direction on the voltage (divider) element an AC voltage amplitude distribution pattern with different AC amplitudes in the at least one direction shows that
- b) a potential measuring probe is guided along the at least one direction in accordance with the path (s) to be recorded, the angle or the position and is held at such a contact-free distance from the voltage (distributor) element that the potential measuring probe depends on it assumed position under different AC amplitudes of the AC amplitude distribution pattern detected by capacitive coupling, the capacitance relationships over the potential probe displacement are kept substantially constant that
- c) the potential measuring probe is connected to a potential coupling probe which works capacitively on a coupling electrode, of which
- d) the alternating voltage amplitude measured value detected by the potential measuring probe, which is independent in the measuring direction of the respective relative position between coupling probe and coupling electrode, is transmitted for evaluation.
daß längs des Spannungs(ver)teiler-Elements und berührungsfrei zu diesem in sich mit der Meßbewegung nicht änderndem Abstand eine Potentialmeßsonde (15, 15′, 15′′) geführt ist,
daß die Potentialmeßsonde mindestens elektrisch mit einer Potentialkoppelsonde verbunden ist und gemein sam und synchron mit dieser die Meßbewegung durch führt, wobei
die Potentialkoppelsonde mit einer stationären Koppelelektrodenfläche (16) in kapazitiver Wirkver bindung steht, an welcher die von der Potentialmeß sonde (15, 15′, 15′′) erfaßte, sich linear mit dem Meßwert ändernde Wechselspannungsamplitude zur Auswertung anfällt.2.Contactless position sensor on a capacitive basis for determining a respective local position, the displacement or the angle of a movable body, a probe being guided along a predetermined potential distribution and the measured value detected by the probe being evaluated, characterized in that a flat voltage ( ver) tei ler element ( 13 , 13 ', 13 '', 13 ''') is provided with at least one main direction of extension in the measuring direction, to which an alternating supply voltage is supplied,
that a potential measuring probe ( 15 , 15 ', 15 '') is guided along the voltage (divider) divider element and without contact with it in the distance which does not change with the measuring movement,
that the potential measurement probe is at least electrically connected to a potential coupling probe and performs the measurement movement together and synchronously with it, whereby
the potential coupling probe is connected to a stationary coupling electrode surface ( 16 ) in a capacitive active connection, at which the potential measuring probe ( 15 , 15 ', 15 '') detected, the AC voltage amplitude changing linearly with the measured value is obtained for evaluation.
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