DE68928063T2 - Weggeber mit gegenüberliegenden Spulen für verbesserte Linearität und Temperaturkompensation - Google Patents

Description

• Die Erfindung richtet sich auf eine Wegmeßanordnung des Typs mit einem Spulenmittel und einer elektrisch leitenden, nicht ferromagnetischen Wand, welche sich in teleskopartiger Beziehung gegenüber dem Spulenmittel bewegen kann und von einem Signal mit einer ausreichend hohen Frequenz erregt wird, so daß ein Skineffekt in der Wand es der Wandverschiebung erlaubt, die Reluktanz des Spulenflußpfades zu verändern und dadurch dessen Induktivität zu variieren, näherungsweise proportional zu der Verschiebung.
• Aus der AT-A-300 191 ist bereits ein Auslenkungsmeßwandler mit einer in einem Wechselstromkreis angeschlossenen Meßspule bekannt, wobei ein Konstruktionselement aus elektrisch leitfähigem Werkstoff innerhalb des Magnetfeldes der Spule angeordnet ist. Darin werden Wirbelströme induziert, welche ein magnetisches Gegenfeld erzeugen, das die Eigenschaft der Spule verändert. Insbesondere ist es daraus bekannt, zwei Spulen auf einer gemeinsamen Induktionsrolle anzuordnen. Innerhalb derselben kann ein Konstruktionselement aus elektrisch leitendem Werkstoff wie ein Kern verschoben werden. Der resultierende Differentialmeßwert an den Spulen stellt den Verschiebewert dar.
• Aus der US-A-3 280 591 ist eine Wandleranordnung bekannt, die zwei Spulen umfaßt. Ein darin beweglicher Kern umfaßt ebenfalls zwei Teile, einen aus magnetischem und einen anderen aus nichtmagnetischem Werkstoff. Wenn der Kern bewegt wird, so wird durch das Ungleichgewicht des Brückenschaltkreises ein Differentialsignal erzeugt, das entsprechend der Bewegungsrichtung entweder positiv oder negativ ist. Die Anordnung mit dem beweglichen Kern kann für grobe Messungen verwendet werden.
• Eine Anordnung zur Messung von linearen Verschiebungen der erfindungsgemäßen Art ist in der US-A-4,667,158 offenbart und in Figur 1 dargestellt. Der Meßwandler besteht aus einer wendelförmigen Spule 2 eines elektrischen Leiters, der mit einheitlicher Steigung auf eine zylindrische, dünnwandige Röhre oder Rolle 1 eines elektrischen Isolators oder eines schlechten Leiters wie rostfreiem Stahl aufgewickelt ist. Vorzugsweise hat die Röhre geeignete Eigenschaften zur Verwendung als Gleitfläche eines Trockenlagers, wie bspw. Teflon. Die wendelförmige Spule 2 ist auf dem ersten von zwei relativ zueinander beweglichen Körpern befestigt, deren Relativbewegung gemessen werden soll.
• Ein nichtferromagnetischer, elektrisch leitender Stab oder vorzugsweise eine Röhre bildet einen Kern 3, der innerhalb der Rolle 1 gleitbeweglich ist. Er ist bspw. aus Aluminium oder Kupfer und an dem zweiten der beiden relativ zueinander beweglichen Körper befestigt.
• Vorzugsweise ist die Spule von einem Pfad mit niedriger und konstanter Reluktanz umgeben, so daß bezogen auf eine bestimmte Bewegung des Kerns 3 die Änderung in der Spuleninduktivität maximal ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß ein Werkstoff mit einer hohen magnetischen Permeabilität, aber niedriger elektrischer Leitfähigkeit wie Ferrit 5 die Spule umgibt. Dieser Werkstoff sorgt für die gewünschte, niedrige magnetische Reluktanz, während die Ausbildung erheblicher Wirbelströme nicht zugelassen ist und somit kein nennenswerter Skineffekt auftritt.
• Vorzugsweise ist dieser Werkstoff mit hoher Permeabilität, aber niedriger Leitfähigkeit selbst von einer röhrenförmigen Abschirmung 4 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit umgeben, um das Feld der Spule auf den Ferrit 5 und die Skineffekt- Schicht der Abschirmung 4 zu begrenzen und äußere Felder von einer Verkettung mit der Spule 2 zu bewahren. Die Abschirmung 4 begrenzt den von dem Strom in der Spule 2 erzeugten Magnetfluß und schirmt ihn vor Streufeldern innerhalb eines großen Frequenzbereichs ab. Sie ist vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt mit sowohl hoher elektrischer Leitfähigkeit wie auch hoher magnetischer Permeabilität wie Weicheisen oder Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil.
• Eine elektrische Wechselstromenergiequelle 6 und ein Detektorschaltkreis 7, vorzugsweise in der Form eines Brückenschaltkreises, sind elektrisch mit der Spule 2 verbunden. Die Wechselstromquelle 6 arbeitet bei einer Frequenz, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 bis 200 kHz, welche als Trägerfrequenz fc bezeichnet werden kann. Ein wichtiger Schlüsselparameter für einen wirksamen und leistungsfähigen Betrieb eines derartigen Meßwandlers ist, daß fc groß genug ist, damit die Skintiefe in dem Kern 3 deutlich geringer ist als der Radius des Kerns und weniger als die Dicke der Röhrenwand.
• Die Quelle 6 treibt die Spule über einen Widerstand 8, dessen Widerstandswert erheblich größer ist als die induktive Reaktanz der Spule und deren zugeordneter Strukturen, so daß der Meßwandler effektiv durch eine Stromquelle betrieben wird. Deshalb ist die Spannung über der Meßwandlerspule näherungsweise (V/R) *(2 pi fc L).
• Der Detektorschaltkreis 7 ermittelt an einem Detektor 9 ein Signal, welches proportional zu der Induktivität der Spule 2 und deren zugeordneter Strukturen ist. Die Spulenspannung ist proportional zur Spuleninduktivität, welche wiederum proportional zu der Verschiebung des Kerns 3 ist.
• Bei dem Betrieb des prinzipiellen Schaltungskonzepts der Wegmeßanordnung nach Figur 1 erregt die Wechselstromquelle 6 den Brückenschaltkreis, einschließlich der Meßspule 2 in einem von dessen Zweigen. Wegen des Skineffekts bei der Frequenz, mit der die Wechselstromquelle 6 arbeitet, werden magnetische Felder in dem Kern 3 auf eine dünne Schicht begrenzt, die näherungsweise gleich der Summe der Skintiefe in dem Kernwerkstoff ist und typischerweise in der Größenordnung von 0,25 mm liegt plus dem Abstand von dem Außenraum des Kerns 3 zu dem Inneren der Spule 2. Da die Skintiefe beträchtlich kleiner ist als der Radius des Kerns, wird der magnetische Fluß auf einen Pfad in dem Bereich des Kerns 3 begrenzt, welcher einen deutlich kleineren Querschnittsbereich aufweist als der Flußpfad an der Stelle, wo es keinen Kern 3 gibt. Da die Reluktanz umgekehrt proportional zu der Querschnittsfläche des Flußpfades ist, hat der Kern 3 den Effekt einer deutlichen Vergrößerung der Reluktanz und reduziert daher den magnetischen Fluß im Kernbereich erheblich. Sofern der Kern 3 teilweise in die Spule 2 des Meßwandlers eingeschoben ist, kann der Innenraum der Spule 2 in einen Bereich unterteilt werden, der von dem Kern 3 eingenommen wird, wo der magnetische Fluß niedrig ist, und in einen Bereich, der nicht von dem Kern eingenommen wird, wo der magnetische Fluß relativ groß ist im Vergleich zu dem Kernbereich.
• Demzufolge sind die Flußverkettungen der Spule als Ergebnis des Kerneinschubs erheblich reduziert, und zwar proportional zu dem Ausmaß des Einschubs des Kerns in die Spule 2. Dies wiederum reduziert in proportionalem Umfang die Selbstinduktivität der Spule 2. Solchermaßen variiert der bewegliche Kern die Selbstinduktivität und die Impedanz und infolgedessen die Spannung über dem Meßwandler in proportionaler Abhängigkeit von dessen Verschiebestellung.
• Obwohl den Fachleuten eine große Anzahl von Detektorschaltkreisen aus dem Stand der Technik bekannt ist, um ein zu den Änderungen in der Spuleninduktivität oder Spannung proportionales Signal zu detektieren, kann der in Figur 1 wiedergegebene Detektorschaltkreis empfohlen werden. Eine Brücke ist derart konstruiert, daß die Wechselstromamplitude mit einem einstellbaren Widerstand 10 abgeglichen werden kann, wenn der Kern 3 sich mittig in der Spule 2 befindet. Die Wechselstromquelle 6 liefert ein Signal bei einer Frequenz fc. Die Amplitude des Meßwandlersignals bei der Frequenz fc an dem Knoten 11 der Brücke ist proportional zu der Verschiebestellung des Kerns 3. Die Amplitude des Abgleichsignals der Frequenz fc an dem gegenüberliegenden Knoten 12 wird derart eingestellt, daß sie gleich der Amplitude des Meßwandlersignals an dem Kern 11 ist, wenn der Kern 3 sich mittig innerhalb der Spule 2 befindet. Ein Detektorschaltkreis mit zwei AM-Detektoren 9A und 9B und einem Differentialverstärker 14 ist vorgesehen, um die Differenz zwischen den Modulationsamplituden an den Knoten 11 und 12 zu detektieren.
• Die Verschiebestellung des Kerns 3 erzeugt effektiv ein amplitudenmoduliertes Signal an dem Anschluß 11, dessen Amplitude proportional zur Verschiebestellung des Kerns 3 ist und das von dem AM-Detektor 9B detektiert werden kann, um ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches direkt proportional zu der Verschiebestellung des Kerns 3 ist. Das Abgleichssignal am Knoten 12 wird von dem AM-Detektorschaltkreis 9 A detektiert. Die Ausgangssignale der beiden AM- Detektoren 9A und 9B werden an einen Differenzverstärker 14 angelegt, dessen Ausgang ein Signal Vout liefert, welches proportional zu der Verschiebestellung des Kerns 3 ist. Weitere Details des prinzipiellen Schaltungskonzept sind im einzelnen in dem obigen US-Patent beschrieben.
• Ein Problem bei Meßwandlern dieser Art liegt darin, daß sie eine gewisse Temperaturabhängigkeit zeigen, d.h., die Ausgangsspannung ist eine Funktion Ihrer Betriebstemperatur. Die prinzipielle Ursache dieser Temperaturabhängigkeit ist die Temperaturabhängigkeit der Skintiefe. Da der Meßwandler der vorliegenden Erfindung den Skineffekt verwendet, um den Fluß auf eine erheblich kleinere Querschnittsfläche des Flußpfades in dem Bereich des beweglichen Kerns zu begrenzen, rufen Änderungen in der Temperatur, welche Änderungen in der Skintiefe bewirken, Abweichungen in der Querschnittsfläche des Flußpfades zwischen der Spule und der Wand oder dem Kern hervor. Hierdurch verändert sich die Reluktanz des Flußpfades, was Änderungen des Flusses verursacht und sich schließlich in temperaturabhängigen Abweichungen der Spuleninduktivität bemerkbar macht. In dem Brückenschaltkreis aus Figur 1 wird die Abgleichspannung am Knoten 11 von der Temperatur nicht in demselben Umfang beeinflußt wie die Meßwandlerspannung am Knoten 12. Deshalb ist der Abgleich der Brücke temperaturabhängig und der Abstand x, bei welchem die Brücke abgeglichen ist, zeigt sich als temperaturabhängig.
• Ein wiederum anderes Problem bei einem gemäß obigen Vorschriften konstruierten Meßwandler ist darin zu sehen, daß seine Induktivität und demzufolge die Ausgangsspannung des Detektorelements nicht exakt proportional zu der in Figur 1 wiedergegebenen Relativverschiebestellung X des Kerns 3 innerhalb der Spule 2 ist. Die Relativverschiebestellung X wird als Position des inneren Endes 18 des Kerns 3 bezüglich des rechten oder Einschubendes der Spule 2 gemessen. Demzufolge gibt es für eine einfache, in Figur 1 dargestellte Spule eine nichtlineare Beziehung, wobei die Änderungsrate des Ausgangssignal des Detektorelements sich in Relation zur Änderung der Verschiebestellung des Kerns 3 reduziert, wenn die Verschiebestellung X anwächst. Demzufolge bleibt die tatsächliche Übertragungsfunktion in zunehmendem Umfang hinter einer geraden Linie, einer idealen, linearen Übertragungsfunktion zurück, wenn X zunimmt. Diese Nichtlinearität ist nicht nur das Ergebnis von zunehmenden Verlusten, wenn die Verschiebestellung des Kerns sich erhöht, da der Kern relativ verlustbehaftet ist, sondern auch die Folge von Unregelmäßigkeiten des Flusses in dem Übergangsbereich nahe dem inneren Ende der Wand oder des Kerns 3.
• Demzufolge ist es ein Anliegen der gegenwärtigen Erfindung, die Nichtlinearität der Übertragungsfunktion zwischen der Kernverschiebestellung und dem Ausgangssignal zurückzuziehen, und einen Verschiebestellungsmeßwandler zu erschaffen, der eine eigene, temperaturunabhängige Nullstellung aufweist.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Empfindlichkeit eines nach dem obigen Prinzip arbeitenden Meßwandlers zu erhöhen, und diese Empfindlichkeit näherungsweise zu verköppeln.
• Diese Ziele werden erreicht durch die in Anspruch 1 definierte Verschiebestellungsmeßanordnung. Weitere Ausführungsformen und Merkmale auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den untergeordneten Ansprüchen. Die Erfindung verwendet zwei Spulen, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß die Signale voneinander subtrahiert werden, um die Nichtlinearität zu reduzieren, die Empfindlichkeit zu verbessern und, was das wichtigste ist, einen Verschiebestellungssensor zu erhalten mit einer Ausgangsnullstellung, welche temperaturunabhängig ist.
• Die Erfindung nutzt ein Paar von stromleitenden Spulen, welche beide an dem Ersten von zwei zueinander beweglichen Körpern befestigt sind. Ein elektrisch leitendes, nicht ferromagnetische Wandelement ist in teleskopartiger Beziehung zu beiden Spulen angeordnet. Das Wandelement ist an dem zweiten Körper be festigt, um relativ zu den beiden Spulen in axialer Richtung verschoben zu werden, wodurch die relative Spulen-/Wandelement-Überlappung verändert wird, indem die Überlappung mit einer Spule erhöht wird, während die Überlappung mit der anderen abnimmt. Hierbei wird gleichzeitig die Induktivität einer Spule erhöht und die Induktivität der anderen herabgesetzt. Eine elektrische Wechselstromquelle ist angeschlossen, um ein Wechselstromsignal an jede der beiden Spulen anzulegen bei einer Frequenz, welche wenigstens hoch genug ist, damit die Skintiefe des Wandelements kleiner ist als die physikalische Tiefe der Wand. Ein Detektorschaltkreis ist an die Spulen angeschlossen, um ein Signal zu detektieren, welches proportional zu der Differenz zwischen den Induktivitäten der beiden Spulen ist. Bei der Ableitung des Differenzsignals werden die Nichtlinearitäten in den Signalen voneinander subtrahiert und dadurch näherungsweise eliminiert, während die verschiebestellungsabhängigen Anteile der Signale substantiell addiert und dadurch verdoppelt werden. Dieses ergibt sich aus der Tatsache, daß das verschiebestellungsabhängige Signal einer Spule erhöht wird, während das verschiebestellungsabhängige Signal der anderen abnimmt. Werden diese algebraisch voneinander subtrahiert, ist das Ergebnis die Summe der Absolutwerte der Amplituden der verschiebestellungsabhängigen Anteile der Signale. Am Ausgang tritt ein Nullpegel auf, wenn die Spannungen über den beiden Spulen gleich groß sind. Da diese Spannungen identische Temperaturabhängigkeit aufweisen, ist die relative Verschiebestellung, bei welcher ein Nuilpegel auftritt, unabhängig von der Temperatur.
• Die folgende Beschreibung nimmt auf die Zeichnung Bezug. Hierbei zeigt:
• Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer bekannten Meßanordnung gemäß dem vorbekannten Patent 4,667,158;
• Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 3 eine schematische Wiedergabe einer anderen Ausführungsform der Erfindung; sowie
• Fig. 4 eine schematische Darstellung einer wiederum abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
• Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in der Zeichnung wiedergegeben ist, wird zum Zwecke der Klarheit von einer speziellen Terminologie Gebrauch gemacht. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, daß die Erfindung auf die solchermaßen ausgewählten Spezialbegriffe begrenzt ist, und diese sollen derart aufgefaßt werden, daß jeder Spezialbegriff alle technischen Äquivalente einschließt, welche in einer ähnlichen Form wirken und der Verwirklichung eines ähnlichen Zwecks dienen. Beispielsweise wird das Wort "angeschlossen" oder ein ähnlicher Begriff oft verwendet. Diese Begriffe sind jedoch nicht auf eine direkte Verbindung begrenzt, sondern schließen auch Verbindungen über andere Schaltkreiselemente ein, sofern solche Verbindungen von Fachleuten als äquivalent erkannt werden.
• Gemäß Figur 2 verwendet die vorliegende Erfindung ein Paar von stromleitenden Spulen 30 und 32, welche an einem ersten von zwei relativ gegeneinander beweglichen Körpern angeschlossen sind, deren Relativverschiebung gemessen werden soll. Die Spulen 30 und 32 sind aus denselben Gründen wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert und in derselben Form von Flußpfaden niedriger Reluktanz sowie von Abschirmungen umgeben. Ein elektrisch leitendes, nicht ferromagnetisches Wandelement wie ein zylindrischer Kern 34 ist in teleskopartiger Beziehung zu beiden Spulen 30 und 32 angeordnet. Er ist an dem zweiten der beiden beweglichen Körper befestigt, bspw. mittels eines Verbindungsarms 36, der vorzugsweise nicht ferromagnetisch und nichtleitend ist und somit in elektrischer Hinsicht als relativ träge bezeichnet werden kann. Der Kern 34 bewegt sich gegenüber den Spulen 30 und 32 in axialer Richtung, derart, daß sich die relative Überlappung zwischen Spule und Kern ändert.
• Wenn sich der Kern 34 bspw. in Figur 2 nach links bewegt, erhöht sich seine Überlappung mit der Spule 32, während die Überlappung mit der Spule 30 abnimmt. In ähnlicher Form wird die Überlappung mit der Spule 30 erhöht und die Überlappung mit der Spule 32 herabgesetzt, wenn sich der Kern 34 nach rechts bewegt.
• Aus den oben in Zusammenhang mit Figur 1 erwähnten Gründen führt eine Erhöhung der Überlappung mit der Spule 30 oder der Spule 32 zu einer Herabsetzung der Induktivität dieser Spule mit der reduzierten Überlappung. Eine Herabsetzung der Überlappung erhöht die Induktivität Solchermaßen verhält sich jede der beiden Spulen 30 und 32 in Bezug auf den Kern 34 für sich genommen in derselben Art wie der Kern 2 gemäß Figur 1.
• Ein Paar von elektrischen Energiequellen E1 und E2, welche vorzugsweise Konstantstromquellen sind, wird angeschlossen, um ein Wechselstromsignal an jede der Spulen anzulegen. Das Wechselstromsignal hat aus den oben in Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Figur 1 beschriebenen Gründen eine Frequenz, welche wenigstens groß genug ist, so daß die Skintiefe des Wandelements kleiner ist als die physikalische Tiefe der Wand.
• Der Detektorschaltkreis ist an die Spulen 30 und 32 angeschlossen, um ein Signal zu detektieren, welches proportional zu der Differenz zwischen den Induktivitäten der zwei Spulen ist. Insbesondere umfaßt der bevorzugte Detektorschaltkreis einen ersten AM-Detektor 38, der an die Spule 32 angeschlossen ist, und einen zweiten AM-Detektor 40, der an die Spule 30 angeschlossen ist. Die Ausgänge dieser beiden AM-Detektoren sind sodann an einem Differenzverstärker 42 angeschlossen, dessen Ausgang eine Ausgangsspannung zur Verfügung stellt, welche proportional zu der Verschiebestellung des Kerns 34 ist.
• Vorzugsweise haben die beiden Spulen 30 und 32 substantiell identische, elektrische und thermoelektrische Eigenschaften, obwohl auch ein äquivalentes Ergebnis unter Verwendung anderer Mittel erreicht werden kann. Da die Eigenschaften identisch sind, ist der Schaltkreis aus Figur 2 vollständig symmetrisch, und eine Erhöhung der Induktivität einer Spule wird von einer Abnahme der Induktivität der anderen Spule begleitet, wobei eine Subtrahierung der Spannung über einer Spule von der Spannung über der anderen in der Addition der absoluten Werte derjenigen Spannungsanteile über jeder Spule resultiert, welche sich als Funktion der Verschiebestellung ergeben. Da jedoch die Temperatur einen identischen Effekt auf beide Spulen ausübt, resultiert eine Subtrahierung der Signale in einer Subtraktion der Temperaturfehler, wenn die zwei Signale bei einer bestimmten Temperatur identisch sind. Solchermaßen tritt ein Signal an dem Eingang des AM- Detektors 40 auf, das als V&sub1; sin wc t dargestellt werden kann, während das Signal an dem Eingang zu dem Detektor 38 als V&sub2; sin wc t + Φ dargestellt werden kann. Das Φ stellt eine Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen dar. Die Werte V&sub1; und V&sub2; repräsentieren die Amplitude bei der Trägerfrequenz und sind demzufolge eine Funktion der Verschiebestellung des Kerns 34. Diese Amplituden V&sub1; und V&sub2; werden detektiert, und die aus der Phasendifferenz herrührenden Probleme werden durch die Verwendung getrennter AM-Detektoren 38 und 40 eliminiert, um an den AM-Detektoren Ausgangssignalen zur Verfügung zu stellen, welche proportional zu der Induktivität der betreffenden Spulen sind. Diese detektierten Amplituden werden an dem Differenzverstärker 42 angelegt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches proportional zu V&sub2; - V&sub1; ist und demzufolge proportional zu der Verschiebestellung des Kerns 34.
• Figur 3 stellt eine abweichende Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher die Spulen 50 und 52 auf eine einzelne, gemeinsame, spulenförmige Rolle 54 aufgewickelt sind und aneinandergrenzen. Eine konstante Stromquelle 56 ist in der dargestellten Form über diesen Spulen angeschlossen. Der Detektorschaltkreis besteht aus AM-Detektoren 57 und 58 und einem Differenzverstärker 59 genauso wie bei dem Detektorschaltkreis nach Figur 1.
• Figur 3 zeigt eine von mehreren, alternativen Ausführungsformen der Erfindung. Die zwei Spulen können auf denselben oder auf unterschiedliche Kerne aufgewikkelt sein und können koaxial angeordnet sein oder nicht. Im allgemeinen gibt es keine Flußverkettung zwischen den Spulen, selbst wenn diese aneinandergrenzen, da der Kern die beiden Spulen nahezu vollständig isoliert. Die Windungen können in derselben oder in entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
• Es wird bevorzugt, daß die Spulen derart konstruiert sind, daß sie identische elektrische und thermoelektrische Eigenschaften aufweisen, so daß das Ausgangssignal Vout zu null wird, wenn der Kern 34 oder 55 sich in der zentralen Position befindet. Auf diese Art stellt die Polarität des Ausgangssignals Vout die Richtung der Verschiebung gegenüber der zentralen Nuliposition dar, und die Amplitude von Vout gibt die Verschiebung wieder.
• Figur 4 stellt eine wiederum abgewandelte Ausführungsform dar, wobei die Wand ein Paar von Wandelementen umfaßt, wie die Kernelemente 60 und 62, jedes von beiden in überlappender Beziehung zu einer unterschiedlichen Spule 64 und 66. Die Kerne 60 und 62 sind physikalisch aneinander gekoppelt, vorzugsweise mittels elektrisch inaktiver Aktuatorstäben 68 und 70, welche wiederum miteinander verbunden und an einen Betätigungsstab 74 angeschlossen sind, welcher mit einem von zwei relativ zueinander beweglichen Körpern verbunden ist, wobei die Spulen aneinandergekoppelt sind.
• Die Begriffe "Überlappung" oder "in überlappende Beziehung" wurden gewählt, um die Beziehung zwischen den Wandelementen und der Spule zu beschreiben, unabhängig davon, welches sich in teleskopischer Beziehung innerhalb des anderen befindet. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen können derart konstruiert werden, daß sich der Kern außerhalb oder innerhalb der Spule in teleskopischer, überlappender Beziehung befindet.

Claims (9)

1. Wegmessanordnung mit folgenden Elementen:

a) Einem Paar von stromleitenden Spulen (30,32;50,52;64,66), welche mit einem ersten (1) von zwei relativ zueinander bewegbaren Körpern (1,3) verbunden sind;

b) einem elektrisch leitenden, nicht ferromagnetischen Wandelement (34;55;60,62), das sich in teleskopartiger Beziehung zu beiden Spulen (30,32;50,52;64,66) befindet und an dem zweiten Körper (3) zur axialen Verschiebung relativ zu beiden Spulen (30,32;50,52;64,66) befestigt ist, um die relative Überlappung zwischen Spule/Wandelement zu variieren, wobei die Überlappung mit einer Spule (30;50;64) erhöht wird, wenn die Überlappung mit der anderen (32;52;66) reduziert wird, wodurch gleichzeitig die induktivität einer Spule (30;50;64) erhöht und die der anderen Spule (32;52;66) reduziert wird;

c) einer elektrischen Wechselstromenergiequelle (11,12;56), welche derart angeschlossen ist, daß ein Wechselstromsignal an jede der Spulen (30,32;50,52;64,66) angelegt wird mit einer Frequenz, die wenigstens hoch genug ist, damit die Skintiefe des Wandelements kleiner ist als die physikalische Tiefe des Wandelements;

d) einem Detektorschaltkreiselement mit einem ersten und einem zweiten Modulationsamplitudendetektor (38,40;57,58), von denen jeder an eine der Spulen (30,32;50,52;64,66) angeschlossen ist, um ein Signal zu detektieren, das proportional zu der Diffrerenz zwischen den Induktivitäten der zwei Spulen (30,32;50,52;64,66) ist; und

e) einem Differenzverstärker (42;59), dessen Eingänge an je einem der Modulationsamplitudendetektoren (38,40;57,58) angeschlossen sind, und dessen Ausgang eine zu der Verschiebung des Wandelements (34;55:60,62) proportionale Ausqanqsspannung liefert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (30,32;50,52;64,66) etwa identische elektrische und thermoelektrische Eigenschaften aufweisen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (30,32;50,52) koaxial sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement eine einzige Röhrenwand (34;55) in überlappender Relation mit beiden Spulen (30,32;50,52) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (64,66) auf eine gemeinsame, spulenförmige Rolle (54) aufgewikkeltsind.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement ein Paar von Wandteilen (60;62) aufweist, von denen jedes sich in überlappender Beziehung zu einer unter schiedlichen Spule (64,66) befindet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (64,66) entlang paralleler Achsen ausgerichtet sind und die Wandteile (60,62) physisch mit dem zweiten Körper verbunden sind.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Wandteile (60,62) eine Röhre umfaßt.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die elektrische Wechselstromenergiequelle ein Paar von etwa konstanten Stromquellen (11,12) umfaßt, von denen jede an einem ersten Anschluß unterschiedlicher Spulen (30,32) sowie an Masse angeschlossen ist;

- der zweite Anschluß jeder Spule an Masse angeschlossen ist; und

- das Detektorschaltkreiselement ein Paar von Modulationsamplitudendemodulatoren (38,40) aufweist, deren Eingänge an dem ersten Anschluß jeder Spule (30,32) angeschlossen sind, und einen Differentialverstärker (42), dessen Eingänge an den Ausgängen der Demodulatoren (38,40) angeschlossen sind.