DK151409B - Fremgangsmaade ved positionsmaaling og induktiv positionsgiver til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

151409

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved positionsmåling under anvendelse af en frekvens afhængig impedans med to dele, som er bevægelige i forhold til hinanden, og hvis indbyrdes stilling er bestemmende for den resul-5 terende impedansværdi, og hvor der som impedans anvendes en spole med kerne eller en kondensator med indbyrdes bevægelige elektroder, som fortrinsvis er forbundet med en bhmsk modstand, hvorhos impedansen fødes med en konstant vekselstrøm.

10 Sådanne positionsmålinger kan anvendes til sta tiske og dynamiske positionsangivelser, idet et måleobjekt, hvis position skal bestemmes, kobles med den bevægelige af impedansens to dele. En ændring af måleobjektets position bevirker derved en tilsvarende ændring af 15 den indbyrdes stilling af impedansens to nævnte dele og dermed af impedansens størrelse, dvs. af dens kapacitets- eller selvinduktionsværdi, og også af den spænding en given vekselstrøm med en given frekvens vil frembringe over impedansen.

20 Positionsgivere af den indledningsvis omhandlede art kan være kapacitive, hvor impedansen omfatter en kondensator med indbyrdes bevægelige elektroder, eller induktive. Induktive positionsgivere, som arbejder efter differentialprincippet, er vist i fig. 1 og 2.

25 I fig. 1 indeholder diff er enti alspolen LI, L2 en fælles kerne, som er forskydelig i spolen, og hvis position er bestemmende for spændingen over midtpunktudtaget. I kernens midterstilling er spændingen nul, fordi LI og L2 er lige store, men ved forskydning af kernen 30 vil spændingen tiltage over den spoledel LI eller L2, som kernen forskydes ind i.

I fig. 2 vises en differentialtransformator med forskydelig kerne. I kernens midterstilling gælder, at V1 = v2· Ved forskydning af kernen tiltager spændingen 35 også her over den ene spoledel, nemlig den sekundærspo- 2 151409 ledel, hvis kobling til primærviklingen forøges ved forskydningen, og i afhængighed af forskydningens størrelse.

Disse kendte opstillinger arbejder med stor nøj-5 agtighed og god temperaturstabilitet som følge af anvendelsen af differentialprincippet, men de har af samme grund den ulempe, at de er temmelig pladskrævende, hvilket gør dem uanvendelige til en del formål. Opstillingens længde i kernens bevægelsesretning er normalt det 10 dobbelte af kerne vandringen, hvilket er for meget, hvis små indbygningsmål kræves.

En induktiv positionsgiver, som kendes fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 26 36 586, arbejder efter et andet princip. Ved denne kendte løsning indskydes der i 15 serie med selvinduktionen en modstand, og den over denne fremkommende spænding udnyttes over et særligt kredsløb til at eliminere den ohmske komposant af den spænding, der fremkommer over selvinduktionen. Den reaktive komposants temperaturafhængighed kan kompenseres ved 20 hjælp af en mikrodatamat. Denne kendte opstilling er ret kompliceret i sin opbygning og er øjensynlig specielt beregnet til anvendelser, hvor der stilles særligt høje anfordringer til præcision, reaktionshastighed og temperaturafhængighed .

25 Også kapacitive positionsgivere kræver særlige komplicerende og pladskrævende foranstaltninger til kompensering for temperaturvariationer.

Ved opfindelsen tilsigtes tilvejebragt en positionsmål efremgangsmåde og en positionsgiver, som på 30 særlig enkel måde arbejder med en enkelt impedans, f.eks. en enkelt spole, der ikke er af differentialty-pen, og som alligevel er rimeligt hurtigtvirkende og temperaturuafhængig.

Med henblik herpå er en fremgangsmåde af den 35 indledningsvis oirihandlede art ifølge opfindelsen ejen- 3 151409 dommelig ved, at den dhraske komposant af den resulterende spænding over impedansen udnyttes til at kompensere eller korrigere for temperaturbetingede ændringer af impedansens reaktive del.

5 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen udnyttes det forhold, at impedansen også har en ohmsk komposant, og at denne er temperaturafhængig. Hvis temperaturen stiger, tiltager værdien af den ohmske komposant og dermed den ohmske komposant af spændingen over imp ed an -10 sen. Denne spændingsændring kan f.eks. udnyttes som kompenseringsstørrelse til at regulere den iøvrigt konstante vekselstrøms amplitude. Den ohmske komposant af den resulterende spænding over impedansen, der danner en fasevinkel med den reaktive komposant, dvs. den induk-15 ti ve eller kapacitive komposant, kan også, f.eks. ved hjælp af et fasefølsomt led, udnyttes som selvstændig størrelse til temperaturkorrektion af den positionsværdi, der bestemmes ud fra impedans spændingen. Det kan den også, hvis positionsdetekteringen i en induktiv 20 eller kapacitiv positionsgiver sker på grundlag af selvinduktions- eller kapacitetsværdien.

Den nævnte ohmske spændingskomposant er en vekselspænding, hvis der påtrykkes positionsmåleopstillingen en ren vekselstrøm. Fordelagtigt gås der imidlertid 25 ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen frem på den måde, at impedansen, der i tilfælde af en kondensator er parallelforbundet med den ohmske modstand, fødes med en konstant vekselstrøm, som er overlejret en konstant jævnstrøm, og at den herved fremkommende jævnspænding 30 udnyttes som kompenserings- eller korrigeringsstørrelse for temperaturændringer.

Herved er udvindingen af den ohmske komposant af spændingen i form af jævnspændingen over spolen eller over den kondensatoren shuntende ohmske modstand særlig 35 enkel.

4 151409

Opfindelsen, angår også en induktiv positionsgiver med en spole og en kerne, som er bevægelige i forhold til hinanden til variation af spolens selvinduktion og dermed dens impedans, hvilken selvinduktion er tilslut-5 tet en konstantstrømkilde, som tilfører selvinduktionen en konstant vekselstrøm. En hensigtsmæssig udførelses-form for en sådan positionsgiver er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at den ohmske komposant af den over spolen frembragte spænding tilføres en udnyttelseskreds 10 til regulering af vekselstrømmen i afhængighed af den ohmske komposants størrelse.

Sidstnævnte er - som spolens jævnstrømsmodstand -temper atur afhængig, og der kan derfor - praktisk taget uden tab af præcision - gives afkald på differential-15 viklinger, som de anvendes i de forannævnte kendte udførelser, og opstillingens længde kan bringes helt ned på ca. 25% mere end kernens vandring. Samtidigt er opstillingen ifølge opfindelsen enklere og billigere at fremstille end de kendte opstillinger.

20 En særlig hensigtsmæssig udføreisesform for en positionsgiver ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at konstantstrømkilden tilfører spolen en konstant vekselstrøm, som er overlejret en konstant jævnstrøm, og at jævnspændingen over spolen udnyttes som reguleringsstør-25 relse.

Opfindelsen er i det følgende forklaret nærmere eksempelvis på grundlag af en udføreisesform med henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 og 2 som nævnt viser kendte positionsgi-30 veropstillinger, fig. 3 en opstilling ifølge opfindelsen, fig. 4 et blokdiagram over en opstilling ifølge opfindelsen, fig. 5 et mere udførligt diagram over et elek-35 trisk kredsløb til en positionsgi ver ifølge opfindelsen, og 5 151409 fig. 6 et snit i en transducer ifølge opfindelsen.

I fig. 3 ses, at positionsgiveren ifølge opfindelsen kun har én spole med en tilhørende bevægelig 5 kerne. Generatoren is er en konstantstrømsgenerator, som til spolen kan levere en konstant jævnstrøm og en konstant, men dog i afhængighed af den over spolen optrædende jævnspænding regulerbar vekselstrøm.

Da det for spolens impedans Z gælder, at 10 Z = R + jtuL, og det for den ohmske komposant R ved temperaturvariationer endvidere gælder, at R = Rq(1 + ΛΤα), hvor ΔΤ er temperaturændringen, og ot er temperaturkoef-15 ficienten for spoletrådmaterialet, der sædvanligvis er kobber, hvor a = 0,00393 %/°C, vil den resulterende jævnspænding over spolen være et mål for temperaturen og dermed egnet som kompenserings- eller korrektionsstørrelse for den tilførte vekselspænding.

20 Den nævnte jævnspænding kan altså benyttes til kompensering for eller korrigering af selvinduktionen L's temperaturdrift, der er næsten lineær og bestem mende for følsomheden af opstillingen, der er af tran-sortypen, og samtidigt kan jævnspændingen benyttes til 25 at regulere for nulpunktsdrift med temperaturen som følge af ændringer af R og L.

Fig. 4 viser et blokdiagram og fig. 5 det til grund herfor liggende mere udførlige diagram over et muligt elektrisk kredsløb til en temperaturkompenseret 30 vekselstrømsgenerator til forsyning af en induktiv positionstransducer med én spole som skematisk vist i fig. 3 incl. et tilhørende udnyttelseskredsløb.

I blokken 1, som repræsenterer en oscillator, der som antydet i fig. 4 omfatter delene, i eksemplet 35 realiseret som operationsforstærkere, Ala-Ald i fig. 5, 6 151409 frembringes en vekselspænding Vosc, der over en modstand R3 tilføres en strømgenerator 2 svarende til udgangstrinnet A2d i fig. 5.

I blokken 3 dannes en referencejævnspænding 5 V3, som dels over en modstand R13 tilføres oscilla toren 1, dels over modstande RI, R2 tilføres strømgeneratoren 2.

Strømgeneratoren 2, der fungerer som konstant-strømgenerator, afgiver til transduceren 4, dvs. posi-10 tionsgi verspolen L, en strøm II, som er sammensat af en konstant jævnstrøm I, der hidrører fra referencejævnspændingskilden 3, og en konstant vekselstrøm Iosc, der hidrører fra oscillatoren 1.

Den over transduceren 4 frembragte jævnspænding 15 Vl,DC' der skyldes spolens ohmske modstand og som denne er temperaturafhængig, føres som reguleringsspænding over en modstand R12 til en regulerings indgang på oscillatoren 1, og ved passende valg af R12 opnås på denne måde en kompensering for transducerens, dvs. spo-20 lens temperaturfølsomhed.

Vekselspændingen over transduceren 4, der i fig. 4 er betegnet Vh,KC' er et for spolens selvinduktion og for spolekernens bevægelse og dermed måleobjektets forskydning, og den føres i det viste 25 eksempel over en kondensator C5 til en ensretter 5, hvis udgangssignal tilføres et forstærker- og filterkredsløb 6, hvis udgangsspænding Vout henholdsvis udgangsstrøm lout' der opnås via converteren 7, er direkte udtryk for måleobjektets forskydning, som kan 30 aflæses på et på passende måde kalibreret spændingseller strømmåleinstrument.

Via leddet 8, som bevirker en temperaturregulering af nulpunktet, adderes transduceren 4's udgangsjævnspænding til ensretteren 5's udgangsjævnspænding, 35 inden denne tilføres udgangstrinnet 6.

151409 7

Potentiometeret P2, hvis udtag ligeledes er forbundet med indgangen på udgangstrinnet 6, tjener til nulpunkteregulering.

Fig. 6 viser en praktisk udførelse af en trans-5 duoer ifølge opfindelsen uden det elektriske kredsløb.

Den ikke viste spole er optaget i det ringformede cylindriske spolerum mellem yderrøret la, der kan være af jern, og inderrøret 14, der kan være af umagnetisk rustfrit stål, og som bærer en spoleform 3x, der kan 10 være af etronit. Den bevægelige kerne 12, der kan være af magnetisk rustfrit stål, er ført ind i transduceren 4 gennem en endeprop LD1 med en styrebøsning 13a, der kan være af "Teflon".

For at lette kernen 12's bevægelse i inderrøret 15 14 bærer kernen 12 ved sin ende en glidebøsning 13, der kan være af "Teflon", og som fastholdes af en skrue 9a. For enden af spolerummet findes en sikringsring 7a.

Claims (4)

151409 - t 4

1. Fremgangsmåde ved positionsmåling under anvendelse af en frekvens afhængig impedans med to dele, som er bevægelige i forhold til hinanden/ og hvis ind-5 byrdes stilling er bestemmende for den resulterende impedansværdi, og hvor der som impedans anvendes en spole med kerne eller en kondensator med indbyrdes bevægelige elektroder, som fortrinsvis er forbundet med en ohmsk modstand, hvorhos impedansen fødes med en konstant vek-10 selstrøm, kendetegnet ved, at den ohmske komposant af den resulterende spænding over impedansen udnyttes til at kompensere eller korrigere for temperaturbetingede ændringer af impedansens reaktive del.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende-15 tegnet ved, at impedansen, der i tilfælde a£ en kondensator er parallelforbundet med den ohmske modstand, fødes med en konstant vekselstrøm, som er overlejret en konstant jævnstrøm, og at den herved fremkommende jævnspænding udnyttes som kompenserings- eller 20 korrigeringsstørrelse for temperaturændringer.

3. Induktiv positions gi ver med en spole og en kerne, som er bevægelige i forhold til hinanden til variation af spolens selvinduktion og dermed dens impedans, hvilken selvinduktion er tilsluttet en konstant- 25 strømkilde, som tilfører selvinduktionen en konstant vekselstrøm, kendetegnet ved, at den ohmske komposant af den over spolen frembragte spænding tilføres en udnyttelseskreds til regulering af vekselstrømmen i afhængighed af jævnspændingens størrelse.

4. Positionsgiver ifølge krav 3, kende- t egnet ved, at konstantstrømkilden tilfører spolen en konstant vekselstrøm, som er overlejret en konstant jævnstrøm, og at jævnspændingen over spolen udnyttes som reguleringsstørrelse.