DE9312612U1 - Device for eliminating a temperature response in a position encoder, which has magnetic field-dependent resistances - Google Patents
Device for eliminating a temperature response in a position encoder, which has magnetic field-dependent resistancesInfo
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Description
93 G 3 &Iacgr; 5 O DE93 G 3 &Iacgr; 5 O DE
Siemens AktiengesellschaftSiemens AG
Vorrichtung zur Elimination eines Temperaturganges in einem Lagegeber, welcher magnetfeldabhängige Widerstände aufweistDevice for eliminating a temperature gradient in a position sensor having magnetic field dependent resistors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elimination eines Temperaturganges in einem Lagegeber, bei dem die Lagebestimmung erfolgt über eine lageabhängige Variation der magnetisehen Kopplung zwischen einem Sensor mit magnetfeldabhängigen Widerständen und einem stationären Magnetfeld durch ein lageveränderbares Meßelement mit einer Oberflächenrasterung, insbesondere einem Zahnrad oder einer Zahnstange.The invention relates to a device for eliminating a temperature variation in a position sensor, in which the position is determined via a position-dependent variation of the magnetic coupling between a sensor with magnetic field-dependent resistors and a stationary magnetic field by means of a position-variable measuring element with a surface grid, in particular a gear wheel or a rack.
Die aktuellen Werte von magnetfeldabhängigen Widerständen, welche z.B. im Inneren von Differentialfeldplatten genannten Sensoren angeordnet sind, und z.B. in Zahnradgebern oder Linearmaßstäben zur Bestimmung von Winkellagen oder Linearpositionen dienen, sind stark temperaturabhängig. Dabei besteht nicht nur das Problem, daß diese Temperaturabhängigkeit der Widerstandswerte stark nichtlinear ist. Ein weiteres Problem besteht vielmehr darin, daß sich die Werte auch in nichtlinearer Weise mit der aktuellen Größe der magnetischen Flußdichte des stationären Magnetfeldes ändern. Tritt somit eine Temperaturänderung auf, so kann anhand der an den magnetfeldabhängigen Widerständen auftretenden Meßspannungen nicht festgestellt werden, ob die Meßspannungsanderungen von der Temperaturänderung und/oder einer lageabhängigen Variation der magnetischen Flußdichte hervorgerufen worden sind.The current values of magnetic field-dependent resistors, which are arranged inside sensors called differential field plates, for example, and are used in gear sensors or linear scales to determine angular positions or linear positions, for example, are strongly temperature-dependent. The problem here is not only that this temperature dependence of the resistance values is highly non-linear. Another problem is that the values also change in a non-linear manner with the current size of the magnetic flux density of the stationary magnetic field. If a temperature change occurs, it is not possible to determine from the measuring voltages occurring at the magnetic field-dependent resistors whether the measuring voltage changes were caused by the temperature change and/or a position-dependent variation in the magnetic flux density.
Bisher wurde das Problem der Elimination eines Temperaturganges bei Schaltungen mit magnetfeldabhängigen Widerständen auf herkömmliche Weise gelöst. Bekannte Möglichkkeiten hierzu sind z.B. in dem Buch von Ulrich v. Borcke, "Feldplatten undUp to now, the problem of eliminating a temperature response in circuits with magnetic field-dependent resistors has been solved in a conventional way. Known possibilities for this are described, for example, in the book by Ulrich v. Borcke, "Feldplatten und
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Hallgeneratoren", herausgegeben von der Siemens Aktiengesellschaft 1985, auf den Seiten 94 bis 100 beschrieben. Mit Hilfe der dort angegebenen Kompensationsschaltungen wird versucht, einen Temperaturgang von magnetfeldabhängigen Widerständen z.B. im Inneren von Differentialfeldplatten durch nachgeschaltete Operationsverstärkerschaltungen mit speziell abgestimmten Kompensationswiderständen in Form eines elektrischen Modelles nachzubilden und durch subtraktive Aufschaltung eines derart gebildeten Korrekturwertes zu kompensieren.Hall generators", published by Siemens Aktiengesellschaft 1985, on pages 94 to 100. Using the compensation circuits specified there, an attempt is made to recreate a temperature response of magnetic field-dependent resistors, e.g. inside differential field plates, by means of downstream operational amplifier circuits with specially tuned compensation resistors in the form of an electrical model and to compensate for it by subtractively applying a correction value formed in this way.
Diese Schaltungen haben zum einen den Nachteil, daß sie auf einen bestimmten Temperaturarbeitsbereich der magnetfeldabhängigen Widerstände abgestimmt werden müssen. Ihre Genauigkeit hängt somit wesentlich davon ab, daß sich die tatsächliehe Temperatur der Widerstände möglichst genau in diesem Arbeitsbereich aufhält. Größere, unerwartete Schwankungen der tatsächlichen Temperatur können nur ungenau berücksichtigt werden. Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung wird darin gesehen, daß die enge verkopplung von Temperaturabhängigkeit und Abhängigkeit vom aktuellen Wert der magnetischen Flußdichte naturgemäß nur ungenau nachbildbar wird. These circuits have the disadvantage that they have to be adjusted to a specific temperature working range of the magnetic field-dependent resistors. Their accuracy therefore depends to a large extent on the actual temperature of the resistors remaining as close as possible to this working range. Larger, unexpected fluctuations in the actual temperature can only be taken into account inaccurately. Another disadvantage of this circuit is that the close coupling of temperature dependence and dependence on the current value of the magnetic flux density can naturally only be reproduced inaccurately.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Lagegeber, der einen Sensor mit magnetfeldabhängigen Widerständen enthält, eine Vorrichtung zu geben, welche auch beim Auftreten von starken Schwankungen in der Umgebungstemperatur einen Temperaturgang der magnetfeldabhängigen Widerstände mit Sicherheit verhindern kann.In contrast, the invention is based on the object of providing a device for a position sensor that contains a sensor with magnetic field-dependent resistors, which can reliably prevent a temperature change of the magnetic field-dependent resistors even when strong fluctuations in the ambient temperature occur.
Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 enthaltenen vorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind im den nachfolgenden Unteransprüchen enthalten.The object is achieved with the device contained in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are contained in the following subclaims.
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Das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, einen Temperaturgang der magnetfeldabhängigen Widerstände im Sensor des Lagegebers dadurch auszuschalten, daß die stationäre Gesamttemperatur des Sensors auf einem Wert konstant gehalten wird, welcher über dem maximal auftretenden Wert der stationären Umgebungstemperatur liegt. Die erfindungsgemäße "Eigenheizung11 des Sensors auf eine konstante Temperatur kann im Normalfall ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Heizelemente erfolgen. Hierzu wird erfindungsgemäß die Eingangsspannung oder der Eingangsstrom in die Schaltung der magnetfeldabhängigen Widerstände so erhöht, daß eine gegenüber dem normalen Arbeitspunkt der Schaltung erhöhte thermische Verlustleistung in den magnetfeldabhängigen Widerständen auftritt, und somit die Gesamttemperatur des Sensors einen deutlich über der normalen Umgebungstemperatur liegenden, konstanten Wert annimmt.The principle of the device according to the invention is based on eliminating a temperature variation of the magnetic field-dependent resistors in the sensor of the position sensor by keeping the stationary total temperature of the sensor constant at a value which is above the maximum occurring value of the stationary ambient temperature. The inventive "self-heating 11" of the sensor to a constant temperature can normally be carried out without the aid of additional heating elements. For this purpose, according to the invention, the input voltage or the input current in the circuit of the magnetic field-dependent resistors is increased in such a way that a higher thermal power loss occurs in the magnetic field-dependent resistors compared to the normal operating point of the circuit, and thus the total temperature of the sensor assumes a constant value which is significantly above the normal ambient temperature.
Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausführungsformen derselben
werden unter Zuhilfenahme der nachfolgend kurz angeführten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
20The invention and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail with the aid of the figures briefly shown below.
20
Fig.l: das Beispiel eines Sensors zur Lagebestimmung inFig.l: the example of a sensor for determining position in
Form einer Differentialfeldplatte mit vier magnetfeldabhängigen Widerständen,Form of a differential field plate with four magnetic field dependent resistors,
Fig.2: ein mögliches, elektrisches Ersatzschaltbild des
Sensors von Fig.l mit einer beispielhaften Verschaltung der vier magnetfeldabhängigen Widerstände
in Form von zwei Halbbrücken,
Fig.3: vier unterschiedliche Lagepositionen zwischen einem beispielhaften Sensor gemäß Fig.1,2 und einem ausschnittsweise
dargestellten, lageveränderlichenFig.2: a possible electrical equivalent circuit of the
Sensor of Fig.l with an exemplary connection of the four magnetic field dependent resistors in the form of two half bridges,
Fig.3: four different positions between an exemplary sensor according to Fig.1,2 and a partially shown, position-variable
Meßzahnrad bzw. einer Meßzahnstange in Seitenansicht, Measuring gear or measuring rack in side view,
Fig.4: die Verläufe von beispielhaft zwei Meßspannungen am Ausgang eines Sensors gemäß dem ErsatzschaltbildFig.4: the curves of two measuring voltages at the output of a sensor according to the equivalent circuit diagram
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von Fig.2 insbesondere für die vier Lagepositionen
gemäß Fig.3,of Fig.2 especially for the four positions
according to Fig.3,
Fig.5: beispielhaft ein thermisches Ersatzschaltbild fürFig.5: Example of a thermal equivalent circuit for
einen Sensor mit magnetfeldabhängigen Widerständen,
und eine erste Ausführungsform der erfindungsgea sensor with magnetic field dependent resistors,
and a first embodiment of the inventive
mäßen Vorrichtung zur Temperaturgangelimination,device for temperature fluctuation elimination,
Fig.6: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Temperaturgangelimination,Fig.6: a second embodiment of the inventive
Device for temperature fluctuation elimination,
Fig.7: eine mögliche und vorteilhafte Ergänzung der Vorrichtungen gemäß Fig.6,7 mit einer zusätzlichenFig.7: a possible and advantageous addition to the devices according to Fig.6,7 with an additional
Fremdheizung, undExternal heating, and
Fig.8: beispielhaft ein gegenüber der Fig.5 ergänztesFig.8: example of a supplemented compared to Fig.5
thermisches Ersatzschaltbild für einen Sensor, und
eine weitere vorteilhafte Ergänzung der Vorrich-thermal equivalent circuit for a sensor, and
a further advantageous addition to the device
tungen gemäß Fig.6,7 mit einer zusätzlichen Kompenaccording to Fig.6,7 with an additional compensation
sationseinrichtung für lageabhängige Schwankungen
des Gesamtwiderstandes der magnetfeldabhängigen
Widerstände des Sensors.sation device for position-dependent fluctuations
of the total resistance of the magnetic field dependent
Resistances of the sensor.
In FlG 1 ist beispielhaft ein zur Lageerfassung bestimmter Sensor DF dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Differentialfeldplatte mit vier magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23,R45,R56. Diese sind auf einem rahmenformigen Träger TR, welcher bevorzugt aus ferritischem Material besteht, nebeneinander liegend angeordnet. Zur Erleichterung des mechanischen Einbaues und des elektrischen Anschlusses ist bevorzugt ein Träger RA vorhanden. Die Widerstände R12,R23,R45,R56 sind über Leiterbahnen LB, welche auf der Oberfläche des Trägers TR und des umgebenden Rahmens RA verlaufen, mit Anschlußkontakten 1...6 am Rande des Rahmens RA verbunden.In FlG 1, a sensor DF intended for position detection is shown as an example. It is a differential field plate with four magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56. These are arranged next to each other on a frame-shaped carrier TR, which is preferably made of ferritic material. To facilitate mechanical installation and electrical connection, a carrier RA is preferably present. The resistors R12, R23, R45, R56 are connected to connection contacts 1...6 on the edge of the frame RA via conductor tracks LB, which run on the surface of the carrier TR and the surrounding frame RA.
Die Differentialfeldplatte von FIG 1 ist als ein zur Bestimmung der Lage &agr; dienender Sensor DF im Inneren eines Gebers angeordnet, bevorzugt eines Winkellagegebers oder einesThe differential field plate of FIG 1 is arranged as a sensor DF for determining the position α inside a sensor, preferably an angular position sensor or a
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Linearmaßstabes. Zur Abbildung der Bewegung des zu überwachenden Objektes dient ein lageveränderliches Meßelement mit einer Oberflächenrasterung, insbesondere ein Meßzahnrad oder eine Meßzahnstange. Die Lageerfassung erfolgt über eine lageabhängige Variation der magnetischen Kopplung zwischen den magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23,R45,R56 auf dem Sensor DP und einem stationären Magnetfeld, welche von einer Oberflächenrasterung des lageveränderbaren Meßelementes hervorgerufen wird. Hierzu ist der Sensor DF von einem möglichst homogenen stationären Magnetfeld durchsetzt, welches in FIG l durch einen senkrecht aus der Blattebene weisenden Wirkrichtungspfeil B symbolisiert ist. Das Magnetfeld wird bevorzugt von einem hinter dem Sensor DF angeordneten Permanentmagneten hervorgerufen und wirkt über die Oberfläche des Trägers TR und der darauf befindlichen magnetfeldabhängigen Widerstände auf das lageveränderliche Meßelement MZ ein. Dieses bewegt sich möglichst parallel zur Blattoberfläche von FIG 1. Dessen Bewegungsrichtungen sind in FIG 1 durch einen strichlierten und mit DR bezeichneten Doppelpfeil dargestellt.Linear scale. A position-adjustable measuring element with a surface grid, in particular a measuring gear or a measuring rack, is used to depict the movement of the object to be monitored. The position is detected via a position-dependent variation of the magnetic coupling between the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56 on the sensor DP and a stationary magnetic field, which is caused by a surface grid of the position-adjustable measuring element. For this purpose, the sensor DF is penetrated by a stationary magnetic field that is as homogeneous as possible, which is symbolized in FIG. 1 by an arrow B pointing vertically from the plane of the page. The magnetic field is preferably caused by a permanent magnet arranged behind the sensor DF and acts on the position-adjustable measuring element MZ via the surface of the carrier TR and the magnetic field-dependent resistors located thereon. This moves as parallel as possible to the blade surface of FIG 1. Its directions of movement are shown in FIG 1 by a dashed double arrow marked DR.
Die magnetfeldabhängigen Widerstände des Sensors können auf unterschiedliche Weise zu einer Schaltung zusammengefaßt werden. Eine besonders vorteilhafte Verschaltung derselben in der Form von zwei Halbbrücken ist beispielhaft im elektrisehen Ersatzschaltbild der FIG 2 dargestellt. Dabei bildet die Reihenschaltung der Widerstände R12,R23 eine erste Halbbrücke HBl und die Reihenschaltung der Widerstände R45,R56 eine zweite Halbbrücke HB2. Beide Halbbrücken sind parallel geschaltet, und werden von einer Eingangsspannung Ub und einem Eingangsstrom Ib versorgt. Bei einem Betrieb der Schaltung mit einer eingeprägten Spannung ist die Eingangsspannung Ub einstellbar und hat die Funktion einer Brückenspeisespannung. Andererseits kann die Schaltung von FIG 2 auch mitThe magnetic field-dependent resistors of the sensor can be combined in different ways to form a circuit. A particularly advantageous connection of these in the form of two half-bridges is shown as an example in the electrical equivalent circuit diagram in FIG 2. The series connection of the resistors R12, R23 forms a first half-bridge HB1 and the series connection of the resistors R45, R56 forms a second half-bridge HB2. Both half-bridges are connected in parallel and are supplied by an input voltage Ub and an input current Ib. When the circuit is operated with an impressed voltage, the input voltage Ub is adjustable and has the function of a bridge supply voltage. On the other hand, the circuit in FIG 2 can also be used with
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einem eingeprägten Strom betrieben werden. In diesen Fall ist der Eingangsstrom Ib ein einstellbarer Brückenspeisestrom.an impressed current. In this case, the input current Ib is an adjustable bridge supply current.
Im Beispiel der FIG 2 weist die Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23,R45,R56 des Sensors DF zwei Ausgänge auf, an denen eine erste und zweite Meßspannung UdI, Ud2 abgegriffen werden kann. Als Abgriff von UdI dient der Anschlußkontakt 2 in der Mitte der Reihenschaltung der Widerstände R23,R12. Als Abgriff vom Ud2 dient der Anschlußkontakt 5 in der Mitte der Reihenschaltung der Widerstände R56,R45. Bei dem im elektrischen Ersatzschaltbild FIG 2 dargestellten Beispiel ist der Fußpunkt der parallelen Halbbrücken HBl,HB2, d.h. der Anschlußkontakt 1 bzw. 4, und damit auch der Bezugspunkt der Eingangsspannung Ub mit dem Massepotential verbunden. Andererseits dient vorteilhaft der halbe Wert der Eingangsspannung Ub/2 als Bezugspotential für die Meßspannungen UdI,Ud2 am Ausgang der Schaltung. Auf diese Weise bereitgestellte Meßspannungen UdI,Ud2 sind besonders geeignet, um daraus in üblicher Weise einen Wert einer Winkellage bzw. Linearposition eines Meßzahnrades bzw. einer Meßzahnstange relativ zur Lage des Sensors DF abzuleiten. Es handelt sich dabei in der Regel um sinus- bzw. cosiusförmige Meßsignale mit einer Phasenverschiebung von üblicherweise 90°. Hieraus kann unter Verwendung von bekannten Methoden ein Wert für die aktuelle Lage abgeleitet werden.In the example in FIG 2, the circuit comprising the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56 of the sensor DF has two outputs from which a first and second measuring voltage UdI, Ud2 can be tapped. The connection contact 2 in the middle of the series connection of the resistors R23, R12 serves as the tap for UdI. The connection contact 5 in the middle of the series connection of the resistors R56, R45 serves as the tap for Ud2. In the example shown in the electrical equivalent circuit diagram in FIG 2, the base point of the parallel half-bridges HBl, HB2, i.e. the connection contact 1 or 4, and thus also the reference point of the input voltage Ub is connected to the ground potential. On the other hand, half the value of the input voltage Ub/2 advantageously serves as the reference potential for the measuring voltages UdI, Ud2 at the output of the circuit. Measuring voltages UdI, Ud2 provided in this way are particularly suitable for deriving a value for an angular position or linear position of a measuring gear or a measuring rack relative to the position of the sensor DF in the usual way. These are usually sinusoidal or cosius-shaped measuring signals with a phase shift of usually 90°. A value for the current position can be derived from this using known methods.
FIG 3 zeigt beispielhaft vier unterschiedliche Lagepositionen I,II,III,IV zwischen einem Sensor DF gemäß dem Ausführungsbeispiel von FlG 1 und einem abschnittsweise dargestellten, lageveränderlichen Meßzahnrad bzw. einer Meßzahnstange MZ in Seitenansicht. Zum Aufbau des homogenen Magnetfeldes B dient ein auf der Rückseite des Trägers TR des Sensors DF angebrachter Permanentmagnet PM. Auf der Vorderseite von TR sind die magnetfeldabhängigen WiderständeFIG 3 shows four different positions I, II, III, IV between a sensor DF according to the embodiment of FIG. 1 and a sectionally shown, position-adjustable measuring gear or measuring rack MZ in side view. A permanent magnet PM attached to the back of the carrier TR of the sensor DF is used to create the homogeneous magnetic field B. The magnetic field-dependent resistors are located on the front of TR.
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R23,R12,R45,R56 angeordnet. An diesen bewegt sich das lageveränderliche Meßelement MZ mit zugewandter Oberflächenrasterung in einem möglichst konstanten, lageunabhängigen Abstand L in Bewegungsrichtung DR entlang. Als Oberflächenrasterung sind im Beispiel der FIG 3 Meßzähne in die Oberfläche des Meßelementes MZ eingearbeit, mit denen eine lageabhängige Variation der magnetischen Kopplung zwischen den magnetfeldabhängigen Widerständen des Sensor DF und dem stationären Magnetfeld B bewirkt wird. So befindet sich bei der mit I bezeichneten Lage in FIG 3 ein Meßzahn C von MZ gerade unterhalb des Widerstandes R45. In diesem Bereich tritt somit aufgrund der guten magnetischen Kopplung eine hohe Flußdichte auf, welche wiederum einen hohen Wert des magnetfeldabhängigen Widerstandes R45 hervorruft. Der benachbarte Zahngrund D befindet sich gerade gegenüber dem Widerstand R56. Aufgrund der dort geringeren magnetischen Kopplung tritt eine niedrige Flußdichte auf, was wiederum einen niedrigen Wert des magnetfeldabhängigen Widerstandes R56 zur Folge hat. Schließlich befinden sich die Zahnschrägen A,B gerade unterhalb der Widerstände R23,R12. Aufgrund der mittleren magnetischen Kopplung an diesen Stellen treten magnetische Flußdichten mit mittleren werten auf, was widerum mittlere Werte der magnetfeldabhängigen Widerstände R23,R12 zur Folge hat.R23, R12, R45, R56. The position-adjustable measuring element MZ moves along these with the surface grid facing it at a distance L that is as constant as possible and independent of position in the direction of movement DR. In the example in FIG. 3, measuring teeth are incorporated into the surface of the measuring element MZ as a surface grid, which causes a position-dependent variation in the magnetic coupling between the magnetic field-dependent resistors of the sensor DF and the stationary magnetic field B. Thus, in the position marked I in FIG. 3, a measuring tooth C of MZ is located just below the resistor R45. In this area, a high flux density occurs due to the good magnetic coupling, which in turn causes a high value of the magnetic field-dependent resistor R45. The adjacent tooth base D is located just opposite the resistor R56. Due to the lower magnetic coupling there, a low flux density occurs, which in turn results in a low value of the magnetic field-dependent resistance R56. Finally, the tooth slopes A, B are located just below the resistances R23, R12. Due to the average magnetic coupling at these points, magnetic flux densities with average values occur, which in turn results in average values of the magnetic field-dependent resistances R23, R12.
Aufgrund einer Lageveränderung des Meßelementes MZ ergibt sich eine lageabhängige Variation der magnetischen Kopplung zwischen dem Sensor DF aufgrund der Oberflächenrasterung des Meßelementes. Diese wird wiederum in eine entsprechende, lageabhängige Variation der Werte der magnetfeldabhängigen Widerstände R12,R23,R45,R56 abgebildet, und kann schließlich in Form der sinus- und cosinusähnlichen Meßsignale UdI,Ud2 am Ausgang der Schaltung der Widerstände abgegriffen werden. FIG 4 zeigt hierzu beispielhaft die Verläufe von zwei derartigen Meßspannung UdI,Ud2. Darin sind die vier diskreten Lageposi-Due to a change in the position of the measuring element MZ, a position-dependent variation in the magnetic coupling occurs between the sensor DF due to the surface grid of the measuring element. This is in turn mapped into a corresponding, position-dependent variation in the values of the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56, and can finally be tapped in the form of the sine and cosine-like measuring signals UdI, Ud2 at the output of the resistor circuit. FIG 4 shows the curves of two such measuring voltages UdI, Ud2 as an example. The four discrete position positions are shown in this.
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tionen I,II,II,IV gemäß der Darstellung von FIG 3 in Form von senkrechten Strichen eingetragen. Diese Lagepositionen sind beispielhaft gerade so gewählt, daß dabei Maxima, Nulldurchgänge bzw. Minima bei den Werten der zugehörigen magnetfeldabhängigen Widerstände und somit der Meßspannungen UdI,Ud2 auftreten. Aus diesen kann in üblicher Weise der Wert &agr; der aktuellen Winkellage bzw. der Linearposition des lageveränderlichen Meßzahnrades bzw. Meßzahnstange abgeleitet werden.tions I,II,II,IV are entered in the form of vertical lines as shown in FIG 3. These positions are chosen as examples so that maxima, zero crossings or minima occur in the values of the associated magnetic field-dependent resistances and thus the measuring voltages UdI,Ud2. From these, the value α of the current angular position or the linear position of the variable-position measuring gear or measuring rack can be derived in the usual way.
Anhand der FIG 5 werden nachfolgend ein mögliches thermisches Ersatzschaltbild des Sensors DF und eine erste, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.A possible thermal equivalent circuit diagram of the sensor DF and a first, preferred embodiment of the invention are explained in more detail below with reference to FIG. 5.
Erfindungsgemäß weist der Sensor DF eine stationäre Gesamttemperatur T mit einem deutlich über der im Normalfall auftretenden Umgebungstemperatur Ta liegenden Wert auf. Um diesen einzustellen und konstant zu halten verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über Meßgeber MI,MU, womit die Istwerte der Eingangs spannung Ub und des Eingangsstromes Ib der Schaltung aus dem magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23, R45,R56 des Sensors DF erfaßt werden. Diese werden einem Umsetzer WD zugeführt, der eine dem Istwert des Gesamtwiderstandes Rges der Schaltung der magnetfeldabhängigen Widerstände entprechende Größe &khgr; ableitet. Diese wird einem Regler R mit mindestens einem integrierenden Anteil als eine Eingangsgröße zugeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt desweiteren über einen Sollwertgeber SW, womit eine dem Gesamtwiderstand der Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen entsprechende Größe w vorgegeben wird. Diese wird erfindungsgemäß so ausgewählt, daß eine gegenüber dem normalen Arbeitspunkt der Schaltung erhöhte thermische Verlustleistung in den magnetfeldabhängigen Widerständen Rl2, R2 3,R45,R56 auftritt. In erster Annäherung kann angenommen werden, daß die stationäre Gesamttemperatur T des Sensors DFAccording to the invention, the sensor DF has a stationary total temperature T with a value that is significantly higher than the ambient temperature Ta that normally occurs. In order to set this and keep it constant, the device according to the invention has sensors MI, MU, with which the actual values of the input voltage Ub and the input current Ib of the circuit made up of the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56 of the sensor DF are recorded. These are fed to a converter WD, which derives a value x corresponding to the actual value of the total resistance Rges of the circuit of the magnetic field-dependent resistors. This is fed to a controller R with at least one integrating component as an input value. The device according to the invention also has a setpoint generator SW, with which a value w corresponding to the total resistance of the circuit made up of the magnetic field-dependent resistors is specified. According to the invention, this is selected so that an increased thermal power loss occurs in the magnetic field-dependent resistors Rl2, R2 3, R45, R56 compared to the normal operating point of the circuit. As a first approximation, it can be assumed that the stationary total temperature T of the sensor DF
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linear vom aktuellen Wert des Gesamtwiderstandes Rges der magnetfeldabhängigen Widerstände abhängt, d.h. Rges« -|k| * T.depends linearly on the current value of the total resistance Rges of the magnetic field dependent resistances, i.e. Rges« -|k| * T.
Dem integrierenden Regler R werden die Größen x,w am Ausgang des Umsetzers WD und des Sollwertgebers SW als Eingangsgrößen zugeführt. Eine Abweichung dieser Größen, d.h. | x-w | > oder < 0, wird ausgeglichen durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Eingangsspannung Ub oder des Eingangsstromes Ib für die Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen. Dabei wird die Eingangsspannung Ub erhöht vorgegeben, wenn die Schaltung der Widerstände mit eingeprägter Spannung betrieben wird. In diesem Fall stellt sich der Wert des Eingangsstromes Ib über den jeweils vorliegenden Wert des Gesamtwiderstandes Rges selbsttätig ein. Umgekehrt wird bei Betrieb der Schaltung mit eingeprägtem Strom der Eingangsstrom Ib vom Regler R erhöht vorgegeben, während sich dann die Eingangsspannung Ub abhängig vom aktuellen Wert von Rges selbsttätig einstellt.The integrating controller R is fed the values x,w at the output of the converter WD and the setpoint generator SW as input values. A deviation of these values, i.e. | x-w | > or < 0, is compensated by increasing or decreasing the input voltage Ub or the input current Ib for the circuit of the magnetic field-dependent resistors. The input voltage Ub is increased if the circuit of the resistors is operated with an impressed voltage. In this case, the value of the input current Ib is automatically adjusted via the current value of the total resistance Rges. Conversely, when the circuit is operated with an impressed current, the input current Ib is increased by the controller R, while the input voltage Ub is then automatically adjusted depending on the current value of Rges.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt, daß in den magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23,R45,R56 gezielt erhöhte elektrische Verlustleistung auftritt. Im thermischen Ersatzschaltbild in FIG 5 ist diese "ohmsche Erwärmung" durch "Stromwärme" in R12...R56 in Form eines Funktionsblockes FE symbolisch dargestellt. Hierdurch wird dem Sensor DF ohmsche Wärmeenergie &Ogr;.&OHgr; zugeführt. Naturgemäß kann diese wärmeenergie über den jeweiligen Wert der Wärmekapazität des Sensors DF nicht unmittelbar den Wert von dessen stationärer Gesamttemperatur T bestimmen. Vielmehr treten natürliche Wärmeverluste auf. Hierzu ist im thermischen Ersatzschaltbild ein Funktionsblock FK vorgesehen, wodurch das unter anderem von der Oberfläche, einer möglichen Kapselung und der Wärmekapazität des Sensors DF abhängige Wärmeabstrahlverhalten symbolisiert wird. So wird in FIG 5 die ohmsche Wärmeenergie 0.&OHgr; in einen fiktiven Summenpunkt Sl eingespeist, von dem die durchThe device according to the invention causes a targeted increase in electrical power loss in the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56. In the thermal equivalent circuit diagram in FIG 5, this "ohmic heating" by "current heat" in R12...R56 is symbolically represented in the form of a function block FE. This supplies the sensor DF with ohmic heat energy Ω.Ω. Naturally, this heat energy cannot directly determine the value of the stationary total temperature T of the sensor DF via the respective value of the heat capacity of the sensor DF. Rather, natural heat losses occur. For this purpose, a function block FK is provided in the thermal equivalent circuit diagram, which symbolizes the heat radiation behavior, which depends on the surface, a possible encapsulation and the heat capacity of the sensor DF. In FIG 5, the ohmic heat energy 0.Ω is fed into a fictitious summation point Sl, from which the
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natürliche Konvektion abgegebene Wärmeenergie Qa über den symbolischen Funktionsblock FK in die Umgebung abfließt. Das jeweilige Temperaturgefälle zur Umgebung ist durch einen auf den Funktionsblock FK gerichteten Pfeil für die stationäre Umgebungstemperatur Ta symbolisiert. Durch einen dritten Funktionsblock FL werden die durch Windkühlung hervorgerufenen Wärmeverluste Qw symbolisiert. Diese sind insbesondere abhängig von der Größe des Luftspaltes L zwischen Meßelement MZ und dem Sensor DF, von Zahntiefe und Zahnteilung der Oberflächenrasterung des Meßelementes und insbesondere von der Relativgeschwindigkeit &ohgr; zwischen Sensor und Meßelement.The heat energy Qa released by natural convection flows into the environment via the symbolic function block FK. The respective temperature gradient to the environment is symbolized by an arrow pointing at the function block FK for the stationary ambient temperature Ta. A third function block FL symbolizes the heat losses Qw caused by wind cooling. These are particularly dependent on the size of the air gap L between the measuring element MZ and the sensor DF, on the tooth depth and tooth pitch of the surface grid of the measuring element and in particular on the relative speed ω between the sensor and the measuring element.
Nach Bilanzierung der zugeführten und abgehenden Wärmeenergien ergibt sich am Ausgang des fiktiven Summenpunktes Sl eine resultierende Gesamtwärmeenergie Q für den Sensor DF, welche über dessen Wärmekapazität FC eine stationäre Gesamttemperatur T bewirkt. Deren Wert liegt deutlich über der normalen Umgebungstemperatur, d.h. T > Ta. In der Praxis hat sich ein Wert von T als vorteilhaft erwiesen, welcher im Bereich zwischen 100 und 1200C liegt. Da dieser Wert mit Sicherheit oberhalb eines im Normalbetrieb des Lagegebers auftretenden Größtwertes für die Betriebstemperatur liegt, kann ein möglicher Temperaturgang der magnetfeldabhängigen Widerstände R12,R23,R45,R56 mit Sicherheit eliminiert werden.After balancing the supplied and outgoing heat energies, a resulting total heat energy Q for the sensor DF is obtained at the output of the fictitious summation point Sl, which causes a stationary total temperature T via its heat capacity FC. This value is significantly higher than the normal ambient temperature, i.e. T > Ta. In practice, a value of T in the range between 100 and 120 0 C has proven to be advantageous. Since this value is certainly above a maximum value for the operating temperature that occurs during normal operation of the position sensor, a possible temperature response of the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56 can be safely eliminated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, daß keine aufwendige und naturgemäß unvollständige, modellartige Nachbildung eines Temperaturganges erfolgt, und somit keine Justierung auf einen bestimmten Arbeitspunkt notwendig ist. Vielmehr muß lediglich durch Vorgabe eines entsprechend großen Wertes für Rges über den Sollwertgeber SW sichergestellt sein, daß eine gegenüber dem normalen Arbeitspunkt erhöhte thermische Verlustleistung in den magnetfeldabhängigen Widerständen auftritt, und somit die GesamttemperaturThe device according to the invention has the particular advantage that no complex and naturally incomplete model-like simulation of a temperature response is carried out, and thus no adjustment to a specific operating point is necessary. Rather, it is only necessary to ensure, by specifying a correspondingly large value for Rges via the setpoint generator SW, that an increased thermal power loss occurs in the magnetic field-dependent resistors compared to the normal operating point, and thus the total temperature
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des Sensors einen deutlich über der normalen Umgebungstemperatur liegenden Wert annimmt. Daraufhin stellt sich ein Arbeitspunkt ein, dessen genauer Wert im Detail unerheblich ist, und der über den Regler R konstant gehalten wird. Im thermischen Ersatzschaltbild der FIG 5 ist dieser Temperaturverlauf des Gesamtwiderstandes Rges der magnetfeldabhängigen Widerstände und die sich im jeweiligen Arbeitspunkt AP stationär einstellende Gesamttemperatur T des Sensors DF durch einen Funktionsblock FR symbolisch dargestellt.of the sensor assumes a value that is significantly higher than the normal ambient temperature. An operating point is then established, the exact value of which is irrelevant in detail and which is kept constant by the controller R. In the thermal equivalent circuit diagram in FIG 5, this temperature profile of the total resistance Rges of the magnetic field-dependent resistors and the total temperature T of the sensor DF that is stationary at the respective operating point AP are symbolically represented by a function block FR.
In FIG 6 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elimination eines Temperaturganges im Sensor DF dargestellt. Auch dabei werden die Istwerte der Eingangsspannung Ub und des Eingangsstromes Ib der Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen mittels Meßgeber MU,MI erfaßt. Ferner ist wiederum ein Sollwertgeber SW vorhanden zur Vorgabe einer dem Gesamtwiderstand Rges der Schaltung aus den magnetfeldabängigen Widerständen entsprechende Größe, bei der eine gegenüber dem normalen Arbeitspunkt erhöhte thermische Verlustleistung in den Widerständen auftritt. Im Gegensatz zu der Ausführung in FIG 5 wird bei dem Beispiel in FIG 6 dem Regler R der Istwert der Eingangsspannung Ub als eine Eingangsgröße &khgr; direkt zugeführt. Ferner wird die zweite Eingangsgröße w des Reglers durch Multiplikation des Istwertes des Eingangsstromes Ib mit dem über den Sollwertgeber SW vorgegebenen Sollwert für Rges in einem Umsetzer WM gewonnen. Der integrierende Regler R gleicht wiederum mögliche Abweichungen zwischen dem Istwert der Eingangsspannung Ub und der Größe w am Ausgang des Umsetzers WM aus durch entsprechende Erhöhung des Eingangsstromes Ib für die Schaltung der magnetfeldabhängigen Widerstände.FIG 6 shows a second embodiment of the device according to the invention for eliminating a temperature variation in the sensor DF. Here too, the actual values of the input voltage Ub and the input current Ib of the circuit made up of the magnetic field-dependent resistors are recorded by means of measuring sensors MU, MI. Furthermore, a setpoint generator SW is again present for specifying a value corresponding to the total resistance Rges of the circuit made up of the magnetic field-dependent resistors, at which a thermal power loss in the resistors that is increased compared to the normal operating point occurs. In contrast to the embodiment in FIG 5, in the example in FIG 6 the actual value of the input voltage Ub is fed directly to the controller R as an input variable x. Furthermore, the second input variable w of the controller is obtained by multiplying the actual value of the input current Ib with the setpoint for Rges specified via the setpoint generator SW in a converter WM. The integrating controller R compensates for possible deviations between the actual value of the input voltage Ub and the value w at the output of the converter WM by increasing the input current Ib accordingly for the switching of the magnetic field-dependent resistors.
Die Schaltung von FIG 6 funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die von FIG 5. Auch hier ist die stationäre Gesamt-The circuit of FIG 6 works according to the same principle as that of FIG 5. Here too, the stationary total
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temperatur T des Sensor DF annähernd linear abhängig ist vom aktuellen Wert des Gesamtwiderstandes Rges der magnetfeldabhängigen Widerstände. Es gilt somittemperature T of the sensor DF is approximately linearly dependent on the current value of the total resistance Rges of the magnetic field-dependent resistors. The following therefore applies:
T « k * Rges = k * Ub / Ib .T « k * Rtotal = k * Ub / Ib .
Als Sollwert w für den Regler R wird ein eine Sollspannung darstellendes Produkt aus Ib * Rges vorgegeben und mit dem Istwert &khgr; = Ub verglichen. Bei Vorliegen von Abweichungen wird der Eingangsstrom Ib durch den Regler solange erhöht, bis &khgr; = w, d.h. Ub=Ib*Rges. Die Schaltung weist dann den vorgegebenen Gesamtwiderstandswert Rges auf und nimmt im stationärem Fall aufgrund der entsprechend großen ohmischen Verlustleistung in den magnetfeldabhängigen Widerständen einen gewünschten erhöhten Wert für die Gesamttemperatur T an.A product of Ib * Rges representing a target voltage is specified as the target value w for the controller R and is compared with the actual value &khgr; = Ub. If there are deviations, the input current Ib is increased by the controller until &khgr; = w, i.e. Ub=Ib*Rges. The circuit then has the specified total resistance value Rges and, in the stationary case, assumes a desired increased value for the total temperature T due to the correspondingly large ohmic power loss in the magnetic field-dependent resistors.
In seltenen Ausnahmefällen kann es vorkommen, daß zum Aufbau des gewünschten Wertes Rges und der dazugehörigen Gesamttemperatur T ein sehr hoher Wert der Eingangsspannung Ub vorgegeben werden muß bzw. sich nach Vorgabe eines entsprechend großen Wertes des Eingangsstromes Ib über Rges selbsttätig einstellt. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn ein ungewöhnlich großes Temperaturgefälle zwischen dem gewünschten Zielwert der Gesamttemperatur T des Sensors DF und der Umgebungtemperatur Ta vorliegt. Dies kann ausnahmsweise dann der Fall sein, wenn einer gewünschten Sensor-Gesamttemperatur T von ungefähr 12O0C eine winterliche Außentemperatur Ta von ca. -10eC gegenübersteht. In diesem Fall ist im thermischen Ersatzschaltbild der Wärmeverlust Qa durch normale Konvektion besonders groß. Dieser wird über den Regler R durch eine entsprechend hohe, durch Stromwärme in den magnetfeldabhängigen Widerständen erzeugte ohmische Wärmeenergie QQ ausgeglichen. Der Ausgleich ist aber nur möglich, wenn die Werte für die Eingangsspannung Ub und den Eingangsstrom Ib in die SchaltungIn rare exceptional cases, it may happen that in order to build up the desired value Rges and the associated total temperature T, a very high value of the input voltage Ub must be specified or is automatically set after a correspondingly large value of the input current Ib is specified via Rges. This occurs, for example, when there is an unusually large temperature gradient between the desired target value of the total temperature T of the sensor DF and the ambient temperature Ta. This can exceptionally be the case when a desired total sensor temperature T of approximately 12O 0 C is offset by a winter outside temperature Ta of approximately -10 e C. In this case, the heat loss Qa due to normal convection is particularly large in the thermal equivalent circuit. This is compensated via the controller R by a correspondingly high ohmic heat energy QQ generated by current heat in the magnetic field-dependent resistors. However, compensation is only possible if the values for the input voltage Ub and the input current Ib are entered in the circuit.
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der magnetfeldabhängigen Widerstände sehr groß sind. Dabei kann der Fall auftreten, daß insbesondere die Eingangsspannung Ub einen Wert annehmen müßte, welcher entweder von einer Versorgungsspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr aufgebracht werden kann oder für die Bauelemente der Vorrichtung eine unzulässige Größe annehmen würde. Ferner kann auch der maximal zulässige Wert der Stromdichte im Sensor DF überschritten werden. In diesen Fällen ist es gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung möglich, die Temperatur des Sensors DF mit Hilfe eines elektrischen Zusatzheizelementes FZ vorzusteuern.the magnetic field-dependent resistances are very large. In this case, the case may arise that the input voltage Ub in particular would have to assume a value which either can no longer be provided by a supply voltage of the device according to the invention or would assume an impermissible value for the components of the device. Furthermore, the maximum permissible value of the current density in the sensor DF may also be exceeded. In these cases, according to a further embodiment of the invention, it is possible to pre-control the temperature of the sensor DF with the aid of an additional electrical heating element FZ.
In FIG 7 ist eine mögliche Ausführung für eine derartige elektrische Zusatzheizung dargestellt, welche bei den Ausführungsformen nach FIG 5 und FIG 6 eingesetzt werden kann. Das elektrische Zusatzheizelement FZ wird dann zugeschaltet, wenn der Istwert der Eingangsspannung Ub am Ausgang des Meßgebers MU der Schaltung aus dem magnetfeldabhängigen Widerständen einen unteren Grenzwert Ubmi überschreitet. Zur Überwachung der Eingangsspannung Ub dient in FIG 7 ein Steuerelement SZ, welches bei Ub > Ubmi ein Stellsignal B für das Zusatzelement FZ abgibt. Die hiervon erzeugte Fremdwärme Qz wird im thermischen Ersatzschaltbild wiederum in den fiktiven Summenpunkt Sl eingespeist und gleicht besonders hohe Konvektionsverluste Qa zum Zwecke einer Begrenzung der durch ohmsche Erwärmung zugeführten Wärmeenergie QQ aus.FIG 7 shows a possible design for such an additional electrical heater, which can be used in the embodiments according to FIG 5 and FIG 6. The additional electrical heating element FZ is switched on when the actual value of the input voltage Ub at the output of the sensor MU of the circuit made up of the magnetic field-dependent resistors exceeds a lower limit value Ubmi. In FIG 7, a control element SZ is used to monitor the input voltage Ub, which emits a control signal B for the additional element FZ when Ub > Ubmi. The external heat Qz generated by this is in turn fed into the fictitious summation point Sl in the thermal equivalent circuit and compensates for particularly high convection losses Qa for the purpose of limiting the heat energy QQ supplied by ohmic heating.
Anhand der FIG 8 wird eine weitere vorteilhafte Ergänzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Diese betrifft eine Kompensationseinrichtung KG für mögliche lageabhängig von der Oberflächenrasterung des lageveränderbaren Meßelementes MZ hervorgerufene Schwankungen des Gesamtwiderstandes Rges der Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23,R45,R56. Eine derartige "Widerstandsmodulation" wirdA further advantageous addition to the device according to the invention is described with reference to FIG. 8. This relates to a compensation device KG for possible position-dependent fluctuations in the total resistance Rges of the circuit consisting of the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56 caused by the surface grid of the position-adjustable measuring element MZ. Such a "resistance modulation" is
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hervorgerufen z.B. gemäß der Darstellung in FIG 3 von der Form der als Oberflächenrasterung dienenden "Zähne" bzw. "Zahngründe" eines Meßzahnrades bzw. einer Meßzahnstange. Diese von der aktuellen Lage &agr;, d.h. einer Winkellage bei einem Winkelgeber bzw. Linearposition bei einem Linearmaßstab, abhängige Modulation dRges des Gesamtwiderstandes Rges der magnetfeldabhänigen Widerstände ist im thermischen Ersatzschaltbild des Sensors DF in FIG 8 in Form eines Funktionsblockes FM symbolisch dargestellt. Dieser bewirkt eine Schwingung des Arbeitspunktes AP im Funktionsblock FR, welcher den Zusammenhang zwischen der Gesamttemperatur T des Sensors DF und dem dazugehörigen Gesamtwiderstand Rges beschreibt. Die Schwingung ist abhängig von der Feinheit der Oberflächenrasterung des lageveränderbaren Meßelementes MZ, und entspricht im Beispiel der FIG 3 der Weite eines Zahnes und eines benachbarten Zahngrundes.caused, for example, according to the illustration in FIG 3, by the shape of the "teeth" or "tooth bases" of a measuring gear or a measuring rack that serve as a surface grid. This modulation dRges of the total resistance Rges of the magnetic field-dependent resistors, which depends on the current position α, i.e. an angular position for an angle sensor or linear position for a linear scale, is symbolically shown in the thermal equivalent circuit diagram of the sensor DF in FIG 8 in the form of a function block FM. This causes an oscillation of the operating point AP in the function block FR, which describes the relationship between the total temperature T of the sensor DF and the associated total resistance Rges. The oscillation depends on the fineness of the surface grid of the position-adjustable measuring element MZ, and in the example in FIG 3 corresponds to the width of a tooth and an adjacent tooth base.
Die erfindungsgemäße Einrichtung KG zur Kompensation einer derartigen lageabhängigen Widerstandsmodulation macht sich den Umstand zunutze, daß sich die Widerstandsmodulation auch in Form einer entsprechenden Winkel- oder linearpositionabhängien Schwankung der Meßspannungen UdI,Ud2 am Ausgang der Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen R12,R23, R45,R56 abbildet. Im thermischen Ersatzschaltbild der FIG 8 wird dies durch einen Funktionsblock FH symbolisiert.The device KG according to the invention for compensating such a position-dependent resistance modulation makes use of the fact that the resistance modulation is also reflected in the form of a corresponding angle- or linear position-dependent fluctuation of the measuring voltages UdI, Ud2 at the output of the circuit consisting of the magnetic field-dependent resistors R12, R23, R45, R56. In the thermal equivalent circuit diagram in FIG. 8, this is symbolized by a function block FH.
Die zusätzliche Kompensationseinrichtung KG verfügt über einen Meßwandler WM, welcher mindestens den Istwert von einer, zur Bestimmung der aktuellen Lage &agr; des Lagegebers dienenden Meßspannung UdI bzw. Ud2 am Ausgang der Schaltung der magnetfeldabhängigen Widerstände in eine Kompensationsgröße + K umwandelt. Mit Hilfe eines Rechenelementes S2, insbesondere einem Summierer, kann die Korrekturgröße am Ausgang eines der Meßgeber MU,MI auf den Istwert entweder der EingangsspannungThe additional compensation device KG has a measuring transducer WM, which converts at least the actual value of a measuring voltage UdI or Ud2, used to determine the current position α of the position sensor, at the output of the circuit of the magnetic field-dependent resistors into a compensation value + K. With the help of a computing element S2, in particular a summing element, the correction value at the output of one of the measuring sensors MU,MI can be converted to the actual value of either the input voltage
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Ub oder des Eingangsstromes Ib der Schaltung der magnetfeldabhängigen Widerstände mit umgekehrtem Vorzeichen im Sinne einer Schwingungskompensation aufgeschaltet werden.Ub or the input current Ib of the circuit of the magnetic field-dependent resistors with opposite sign in the sense of oscillation compensation.
Bei dem in FIG 8 dargestellten Beispiel werden besonders vorteilhaft beide zur Verfügung stehende Meßspannung UdI,Ud2 im Meßwandler WM zur Kompensationsgröße + K verarbeitet. Bevorzugt werden die Meßspannungen bewertet summiert, d.h. z.B. :In the example shown in FIG 8, it is particularly advantageous to process both available measuring voltages UdI, Ud2 in the measuring transformer WM to form the compensation value + K. Preferably, the measuring voltages are summed in a weighted manner, i.e. e.g.:
+ K = &ngr; * ( Kl * Udl(a) + K2 * Ud2(a) ).+ K = ν * ( K1 * Udl(a) + K2 * Ud2(a) ).
Im Beispiel der FIG 8 wird eine derart gebildete Korrekturgröße + K über einen Summierer S2 beispielhaft auf den Wert Ib am Ausgang des Meßgebers MI auf geschaltet. Der somit widerstandsmodulations-bereinigte Meßwert für den Eingangsstrom Ib1 kann dann in der oben beschriebenen Weise entsprechend den Ausführungsformen von FIG 5 bzw. FIG 6 weiterverarbeitet werden. Die in FIG 8 gewählte Darstellung entspricht beispielhaft der Ausführung von FIG 5. Es ist auch ohne weiteres möglich, die Korrekturgröße + K mit dem Summierer S2 auf den Istwert der Eingangsspannung Ub am Ausgang des Meßgebers MU aufzuschalten und somit einen widerstandsmodulations-bereinigten Meßwert für die Eingangsspannung Ub1 zu erzeugen.In the example of FIG 8, a correction variable + K formed in this way is switched to the value Ib at the output of the measuring sensor MI via a summer S2. The resistance modulation-corrected measured value for the input current Ib 1 can then be further processed in the manner described above in accordance with the embodiments of FIG 5 or FIG 6. The representation selected in FIG 8 corresponds to the embodiment of FIG 5 as an example. It is also easily possible to switch the correction variable + K to the actual value of the input voltage Ub at the output of the measuring sensor MU using the summer S2 and thus generate a resistance modulation-corrected measured value for the input voltage Ub 1 .
Auf diese Weise können lageabhängige und möglicherweise von einer besonderen Gestaltung der Oberflächenrasterung des lageveränderbaren Meßelementes MZ hervorgerufene Modulationen des Gesamtwiderstandes Rges kompensiert werden. Die Kompensationseinrichtung KG wirkt besonders bei niedrigen Relativgeschwindigkeiten &ohgr; zwischen Meßelement und Sensor. Die größte Wirkung tritt bei Stillstand des Meßelementes auf, da der Regler R dabei unter Umständen Ub oder Ib auf einen nicht exakt richtigen Wert von Rges nachregeln würde. Es stelltIn this way, position-dependent modulations of the total resistance Rges, which may be caused by a special design of the surface grid of the position-adjustable measuring element MZ, can be compensated. The compensation device KG is particularly effective at low relative speeds ω between the measuring element and the sensor. The greatest effect occurs when the measuring element is at a standstill, since the controller R may then adjust Ub or Ib to an inaccurate value of Rges. It represents
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sich somit in jedem Fall ein stabiler Arbeitspunkt AP für die Schaltung aus den magnetfeldabhängigen Widerständen ein, was eine stabile, deutlich über der normalen Umgebungstemperatur Ta liegenden Gesamttemperatur T des Sensors DF zur Folge hat.This means that in any case a stable operating point AP is established for the circuit of the magnetic field-dependent resistors, which results in a stable total temperature T of the sensor DF that is significantly above the normal ambient temperature Ta.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9312612U DE9312612U1 (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Device for eliminating a temperature response in a position encoder, which has magnetic field-dependent resistances |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9312612U DE9312612U1 (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Device for eliminating a temperature response in a position encoder, which has magnetic field-dependent resistances |
Publications (1)
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|---|---|
| DE9312612U1 true DE9312612U1 (en) | 1993-10-07 |
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ID=6897118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9312612U Expired - Lifetime DE9312612U1 (en) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | Device for eliminating a temperature response in a position encoder, which has magnetic field-dependent resistances |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9312612U1 (en) |
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