EP0979384A1 - Weg-/winkelsensor - Google Patents

Weg-/winkelsensor

Info

Publication number
EP0979384A1
EP0979384A1 EP98931929A EP98931929A EP0979384A1 EP 0979384 A1 EP0979384 A1 EP 0979384A1 EP 98931929 A EP98931929 A EP 98931929A EP 98931929 A EP98931929 A EP 98931929A EP 0979384 A1 EP0979384 A1 EP 0979384A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
track
potentiometer
collector
displacement
angle sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98931929A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Utz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horst Siedle GmbH and Co KG
Original Assignee
Horst Siedle GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horst Siedle GmbH and Co KG filed Critical Horst Siedle GmbH and Co KG
Publication of EP0979384A1 publication Critical patent/EP0979384A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C10/00—Adjustable resistors
    • H01C10/30—Adjustable resistors the contact sliding along resistive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
    • G01D5/165—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance by relative movement of a point of contact or actuation and a resistive track

Definitions

  • the invention relates to a displacement / angle sensor, comprising a potentiometer track arranged on a support, which can be acted upon by an alternating voltage, a collector track arranged on the support, a first probe displaceably guided over the potentiometer track and a second one which is electrically coupled to it and slidably guided over the collector track Probe.
  • Such a capacitance-coupled, non-contact displacement / angle sensor can be found, for example, in US Pat. No. 5,525,955.
  • both the potentiometer track 82 and the collector track 84 are arranged on both sides of a carrier 80, which has an essentially I-shaped shape.
  • this carrier 80 is surrounded by a metallic tube which serves to shield electromagnetic interference from the outside. With this shielding, however, overcoupling between the potentiometer track 82 and the collector track 84, which is caused by an essentially dipole-like electrical field E, which is formed around the potentiometer track 82 and the collector track 84, cannot be avoided (see FIG. 3) .
  • parasitic capacitances and loss resistances exist in such displacement / angle sensors.
  • parasitic impedances are shown schematically in FIG. 4.
  • parasitic capacitances Cpm 'and loss resistances Rpm' between the potentiometer path and the ground, for example a housing.
  • parasitic capacitances Ckm 'and loss resistances Rkm' between the collector path and the ground.
  • parasitic capacitances Csm and loss resistances Rsm occur between the electrical coupling line of the two measuring probes and the ground.
  • the invention is therefore based on the object of improving a displacement / angle sensor of the generic type in such a way that interferences caused by electromagnetic fields and also by parasitic capacitances and loss resistances are minimized and the measuring precision of the displacement / angle sensor is thereby increased.
  • the arrangement of the potentiometer track together with the assigned first probe as well as the collector track together with the assigned second probe in spatially separated, shielded rooms has the great advantage that the formation of electromagnetic fields between the potentiometer track and the collector track and the resulting interference are largely avoided. Rather, electromagnetic fields only arise within the two spatially separated, shielded spaces, field lines being "sucked" to a certain extent in a particularly advantageous manner by the shielding surfaces lying at ground potential.
  • the shielding surfaces can be designed and arranged in a wide variety of ways.
  • they can be attached to the carrier.
  • a particularly advantageous embodiment which proves to be very advantageous in particular with regard to the manufacture of the carrier and the shielding surfaces, provides that the shielding surfaces are connected in one piece to the carrier. In this way, carriers and shielding surfaces can be produced in one processing operation, for example by extrusion. In addition, this also ensures that carriers and shielding surfaces have the same potential, i.e. the ground potential.
  • these projections enable easy assembly of the potentiometer track and the collector track, on the other hand, they achieve a very precise positional fixation of the potentiometer track and the collector track, so that a precise distance between the probes guided over the potentiometer track / collector track and the potentiometer track / Collector path is given.
  • the potentiometer track and the collector track can be attached to the projections in a variety of ways.
  • they could be attached to the projections by an adhesive connection.
  • a very advantageous embodiment which not only enables simple assembly, but also makes it possible to compensate for unevenness in the projections or the collector or the potentiometer track, provides that the potentiometer track and the collector track against the projections by means of an elastic return means, preferably a rubber cord be pressed.
  • the Projection arranged above the linearization area of the potentiometer track covers the linearization area of the potentiometer track. It is understood that the carrier is at a defined voltage potential.
  • the shielding surfaces can have any shape, for example a flat, an angled or any shape.
  • the shielding surfaces are essentially circularly curved toward each of the potentiometer path and the collector path and that at least one opening for the guide and electrical is provided between two directly opposite shielding surfaces Contacting the probes is provided.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a first exemplary embodiment of a displacement / angle sensor according to the invention with the probes omitted;
  • 2a, b schematically show the independent linearity over the position in the displacement / angle sensor (a) according to the invention shown in FIG. 1 and in the displacement / angle sensor (b) shown in FIG. 3 and known from the prior art;
  • Fig. 3 is a sectional view of one from the
  • Fig. 4 shows schematically the representation of the parasitic capacitances and loss resistances, which can occur in principle with displacement / angle sensors.
  • An exemplary embodiment of a displacement / angle sensor shown in FIG. 1, comprises a support, designated as a whole by 10, on which a potentiometer track 20 and a collector track 30 are arranged.
  • Shielding surfaces 11, 12, which cover the potentiometer track 20, and shielding areas 13, 14, which cover the collector track 30, are integrally connected to the carrier 10. These shielding surfaces 11, 12, 13, 14 are circularly curved in the direction of the potentiometer track 20 and the collector track 30, respectively, between the shielding areas 11, 12, which are opposite the potentiometer track 20, and between the shielding areas 13, 14, which are the collector track 30 opposite each other, an opening 15, 16 is provided for the guidance and the electrical contacting of the first probe assigned to the potentiometer track
  • the probes are moved perpendicular to the sheet plane above the potentiometer / collector track (20, 30).
  • Both the potentiometer track 20 and the first probe assigned to it, as well as the collector track 30 and the second probe assigned to it, are arranged in shielded areas 22 and 32, which are spatially separated from one another, by the design of the shielding surfaces 11, 12 and 13, 14, respectively .
  • shielding surfaces 11, 12, 13, 14 are at ground potential together with the carrier 10
  • electric field lines which originate from the potentiometer track 20 or from the collector track 30 are caused by the shielding surfaces 11, 12 or respectively arranged adjacent to them 13, 14 to a certain extent "suctioned off", with this arrangement taking advantage of the principle of natural law that field lines on conductive surfaces (here the shielding surfaces 11, 12, 13, 14) end vertically.
  • This arrangement of the shielding surfaces 11, 12, 13, 14 therefore avoids parasitic capacitances Cpk 'and loss resistances Rpk' (see FIG. 4) caused by electric fields between the potentiometer track and the collector track, since such electric fields cannot even arise .
  • Protrusions 24, 25 and 34, 35, on which the potentiometer track 20 and the collector track 30 come to rest, are arranged on the support adjacent to the shielding surfaces 11, 12 and 13, 14.
  • Both the potentiometer track 20 and the collector track 30 are on the projections 24, 25 or 34, 35 assigned to them by, for example, a rubber cord 26, 36 in a recess 16 or 17 provided for them the carrier 10 are arranged between the potentiometer path 20 and the surface of the carrier 10 delimiting the recess 16 or between the collector path 30 and the surface delimiting the recess 17.
  • This elastic arrangement compensates for unevenness in the projections 24, 25, 34, 35 and / or the potentiometer track 20 or the collector track 30.
  • a carrier shown in Fig. 1 has a length of 1000 mm and more can, so that bumps can have a significant impact.
  • the projections 24, 25, on which the potentiometer track 20 comes to rest, and the projections 34, 35, on which the collector track 30 comes to rest, enables the potentiometer track 20 or the collector track 30 to be precisely positioned. These projections in particular also ensure that the distance between the probe guided in each case over the potentiometer track 20 or the collector track 30 and the potentiometer track 20 or the collector track 30 is kept constant.
  • the length of one of the protrusions lying above the potentiometer track 20 is selected such that the linearization region 21 of the potentiometer track 20 is covered by the protrusion 25.
  • the projection 25 lies together with the carrier 10 at a defined voltage potential, for example the ground potential. This prevents parasitic capacitances between the two separate regions of a potentiometer path linearized in a manner known per se by controlled milling of part of the resistance track.
  • This design of the displacement / angle sensor also minimizes parasitic capacitances Cpm 'and loss resistances Rpm' between the potentiometer track 20 and the ground potential, and parasitic capacitances Ckm 'and loss resistances Rkm' between the collector track 30 and the ground potential.
  • the independent linearity over the position of a displacement sensor shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2a.
  • the curve represented by I corresponds to the linearity curve as a function of the position of the sensors of the displacement sensor without a metallic tube surrounding it.
  • the course labeled II corresponds to a linearity measurement depending on the position of the probes of the displacement sensor arranged in a floating tube.
  • the linearity curve represented by III above the position of the probes corresponds to that of the displacement sensor arranged in a tube which is at ground potential.
  • FIG. 2b shows the linearity curve over the position in the case of a displacement sensor, as is shown schematically in FIG. 3.
  • the measurements shown in FIG. 2b were carried out under the same measurement conditions as the measurements shown in FIG. 2a.
  • the measurement curve profiles are designated in a corresponding manner as in Fig. 2a.
  • FIG. 2b A comparison of Fig. 2a and Fig. 2b shows that in the displacement sensor shown in Fig. 1 there is a very good linearity regardless of the arrangement and the ambient conditions of the displacement sensor, whereas in the displacement sensor, the linearity curve in Fig. 2b is shown, a significantly poorer linearity curve over the position results, which in particular also depends on the arrangement and the ambient conditions of the displacement sensor.
  • the course shown in FIG. 2b has a particularly non-linear course if the displacement sensor is arranged in a potential-free tube. Such influences play no role in the displacement sensor shown in FIG. 1, whose linearity curve is shown in FIG. 2a.
  • the displacement sensor shown in FIG. 1 results in an improvement in the linearity which is independent of the measuring conditions, the arrangement of the displacement sensor and the ambient conditions.

Landscapes

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Abstract

Ein Weg-/Winkelsensor, umfassend eine an einem Träger (10) angeordnete, mit einer Wechselspannung beaufschlagte Potentiometerbahn (20), eine an dem Träger (10) angeordnete Kollerktorbahn (30), eine über der Potentiometerbahn (20) verschieblich geführte erste Sonde und eine elektrisch mit dieser gekoppelte, über der Kollektorbahn verschieblich geführte zweite Sonde, ist dadurch gekennzeichnet, daß auf Massepotential liegende Abschirmflächen (11, 12, 13, 14) vorgesehen sind, welche die Potentiometerbahn (20), die Kollektorbahn (30) und die über diesen geführten Sonden derart umgeben, daß sowohl die Potentiometerbahn (20) zusammen mit der ihr zugeordneten ersten Sonde, als auch die Kollektorbahn (30) zusammen mit der ihr zugeordneten zweiten Sonde in jeweils voneinander räumlich getrennten, abgeschirmten Räumen (22, 32) angeordnet sind.

Description

Weg- /Winkelsensor
Die Erfindung betrifft einen Weg-/Winkelsensor, umfassend eine an einem Träger angeordnete, mit einer Wechselspannung beaufschlagbare Potentiometerbahn, eine an dem Träger angeordnete Kollektorbahn, eine über der Potentiometerbahn verschieblich geführte erste Sonde und eine elektrisch mit dieser gekoppelte, über der Kollektorbahn verschieblich geführte zweite Sonde.
Ein derartiger kapazitätsgekoppelter, berührungsloser Weg-/Winkelsensor geht beispielsweise aus der US 5 525 955 hervor.
Solche Weg-/Winkelsensoren werden zum Beispiel in Hydraulik-Zylindern eingesetzt, um die Position des Kolbens zu erfassen. Bei einem bekannten und in Fig. 3 dargestellten Wegsensor sind sowohl die Potentiometerbahn 82 als auch die Kollektorbahn 84 auf beiden Seiten eines Trägers 80 angeordnet, der im wesentlichen eine I-förmige Gestalt aufweist .
Zwar ist dieser Träger 80 in den meisten Fällen von einem metallischen Rohr umgeben, welches der Abschirmung elektromagnetischer Störeinflüsse von außen dient. Durch diese Abschirmung können jedoch Überkopplungen zwischen der Potentiometerbahn 82 und der Kollektorbahn 84, die durch ein im wesentlichen dipolartiges elektrisches Feld E, das sich um die Potentiometerbahn 82 und die Kollektorbahn 84 ausbildet, hervorgerufen werden (vgl. Fig. 3), nicht vermieden werden.
Auch bei einer beliebigen anderen Anordnung der Potentiometerbahn 82 und der Kollektorbahn 84, beispielsweise bei einer aus der obenerwähnten US 5 525 955 bekannten parallelen Anordnung der Potentiometerbahn und der Kollektorbahn können elektrische Störfelder E entstehen, welche die Wirkungsweise des Weg-/ Winkelsensors nachteilig beeinflussen.
Darüber hinaus existieren bei derartigen Weg-/Winkel - Sensoren eine Vielzahl von parasitären Kapazitäten und Verlustwiderständen. In Fig. 4 sind solche parasitären Impedanzen schematisch schaubildlich dargestellt.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, existieren parasitäre Kapazitäten Cpm' und Verlustwiderstände Rpm' zwischen der Potentiometerbahn und der Masse, beispielsweise einem Gehäuse . Ferner existieren parasitäre Kapazitäten Ckm' und Verlustwiderstände Rkm' zwischen der Kollektorbahn und der Masse.
Darüber hinaus treten parasitäre Kapazitäten Csm und Verlustwiderstände Rsm zwischen der elektrischen Koppelleitung der beiden Meßsonden und der Masse auf.
Durch die Anschlußleitungen und die Auswerteelektronik sind schließlich weitere parasitäre Kapazitäten und Verlustwiderstände bedingt .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg-/Winkelsensor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß sowohl durch elektromagnetische Felder als auch durch parasitäre Kapazitäten und Verlustwiderstände hervorgerufene Störeinflüsse minimiert werden und dadurch die Meß-Präzision des Weg-/Winkelsensors erhöht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Weg-/Winkelsensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf Massepotential liegende Abschirmflächen vorgesehen sind, welche die Potentiometerbahn, die Kollektorbahn und die über diesen geführten Sonden derart umgeben, daß sowohl die Potentiometerbahn zusammen mit der ihr zugeordneten ersten Sonde als auch die Kollektorbahn zusammen mit der ihr zugeordneten zweiten Sonde in jeweils voneinander räumlich getrenn- ten, abgeschirmten Räumen angeordnet sind.
Das Anordnen der Potentiometerbahn zusammen mit der ihr zugeordneten ersten Sonde sowie der Kollektorbahn zusammen mit der ihr zugeordneten zweiten Sonde in räumlich voneinander getrennten, abgeschirmten Räumen hat den großen Vorteil, daß die Ausbildung von elektromagnetischen Feldern zwischen der Potentiometerbahn und der Kollektorbahn und ein daraus resultierender Störeinfluß weitestgehend vermieden werden. Vielmehr entstehen elektromagnetische Felder lediglich noch innerhalb der beiden voneinander räumlich getrennten, abgeschirmten Räume, wobei Feldlinien durch die auf Massepotential liegenden Abschirmflächen auf besonders vorteilhafte Weise gewissermaßen "abgesaugt" werden.
Rein prinzipiell können die Abschirmflächen auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet und angeordnet sein. Sie können beispielsweise an dem Träger befestigt sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die sich insbesondere hinsichtlich der Herstellung des Trägers und der Abschirmflächen als sehr vorteilhaft erweist, sieht vor, daß die Abschirmflächen mit dem Träger einstückig verbunden sind. Auf diese Weise können Träger und Abschirmflächen in einem Bearbeitungsvorgang, beispielsweise durch Strangpressen, hergestellt werden. Darüber hinaus ist auf diese Weise auch sichergestellt, daß Träger und Abschirmflächen auf dem gleichen Potential, d.h. dem Massepotential, liegen.
Um insbesondere die sich zwischen der Potentiometerbahn sowie der Kollektorbahn und dem auf Massepotential liegenden Träger ausbildenden parasitären Kapazitäten und Verlustwiderstände zu minimieren, aber auch hinsichtlich einer einfachen Montage ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß an dem Träger benachbart zu den Abschirmflächen in jedem der abgeschirmten Räume Vorsprünge zur Lagefixierung sowohl der Potentiometerbahn als auch der Kollektorbahn ausgebildet sind.
Diese Vorsprünge ermöglichen zum einen eine leichte Montage der Potentiometerbahn sowie der Kollektorbahn, zum anderen wird durch sie eine sehr präzise Lagefixie- rung der Potentiometerbahn sowie der Kollektorbahn erreicht, so daß ein präziser Abstand zwischen den über der Potentiometerbahn/Kollektorbahn geführten Sonden und der Potentiometerbahn/Kollektorbahn gegeben ist.
Rein prinzipiell können die Potentiometerbahn und die Kollektorbahn an den Vorsprüngen auf unterschiedlichste Art und Weise befestigt werden. Sie könnten beispielsweise an den Vorsprüngen durch eine Klebeverbindung befestigt werden.
Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform, die nicht nur eine einfache Montage ermöglicht, sondern auch Unebenheiten der Vorsprünge oder der Kollektor- bzw. der Potentiometerbahn auszugleichen ermöglicht, sieht vor, daß die Potentiometerbahn und die Kollektorbahn durch ein elastisches Rückstellmittel, vorzugsweise eine Gummischnur, gegen die Vorsprünge gepreßt werden.
Um parasitäre Kapazitäten zwischen den beiden vonein- ander getrennten Bereichen einer auf an sich bekannte Weise durch gesteuertes Abfräsen eines Teils der Widerstandsbahn linearisierten Potentiometerbahn auszuschließen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der über dem Linearisierbereich der Potentiometerbahn angeordnete Vorsprung den Linearisierbereich der Potentiometerbahn überdeckt. Es versteht sich, daß der Träger hierbei auf einem definierten Spannungspotential liegt.
Hinsichtlich der Ausbildung der Abschirmflächen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Rein prinzipiell können die Abschirmflächen jede beliebige Gestalt aufweisen, beispielsweise eine ebene, eine abgewinkelte oder eine beliebig gekrümmte Gestalt.
Bei einer insbesondere auch hinsichtlich der Stabilität des Weg-/Winkelsensors vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Abschirmflächen zu jeweils der Potentiometerbahn und der Kollektorbahn hin im wesentlichen kreisförmig gebogen sind und daß zwischen jeweils zwei sich unmittelbar gegenüberliegenden Abschirmflächen wenigstens eine Öffnung für die Führung und elektrische Kontaktierung der Sonden vorgesehen ist .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne- rischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele .
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines er- sten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Weg-/Winkelsensors unter Weglassung der Sonden; Fig. 2a, b schematisch die unabhängige Linearität über der Position bei dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Weg- /Winkelsensor (a) und bei dem in Fig. 3 dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten Weg-/Winkelsensor (b) ;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines aus dem
Stand der Technik bekannten Weg- /Winkelsensors unter Weglassung der Sonden und
Fig. 4 schematisch schaubildlich die Darstellung der parasitären Kapazitäten und Verlustwiderstände, die prinzipiell bei Weg-/Winkelsensoren auftreten können.
Ein Ausführungsbeispiel eines Weg-/Winkelsensors, dargestellt in Fig. 1, umfaßt einen als Ganzen mit 10 bezeichneten Träger, an welchem eine Potentiometerbahn 20 und eine Kollektorbahn 30 angeordnet sind.
Einstückig mit dem Träger 10 verbunden sind Abschirmflächen 11, 12, welche die Potentiometerbahn 20 überdecken, sowie Abschirmflächen 13, 14, welche die Kollektorbahn 30 überdecken. Diese Abschirmflächen 11, 12, 13, 14 sind kreisförmig in Richtung jeweils der Potentiometerbahn 20 bzw. der Kollektorbahn 30 gebogen, wobei zwischen den Abschirmflächen 11, 12, die der Potentiometerbahn 20 gegenüberliegen, und zwischen den Abschirmflächen 13, 14, die der Kollektorbahn 30 gegenüberliegen, jeweils eine Öffnung 15, 16 vorgesehen ist für die Führung und die elektrische Kontaktierung der der Potentiometerbahn zugeordneten ersten Sonde
(nicht dargestellt) bzw. der der Kollektorbahn 30 zugeordneten zweiten Sonde (nicht dargestellt) . Die Sonden werden im vorliegenden Fall senkrecht zur Blattebene über der Potentiometer-/Kollektorbahn (20, 30 ) bewegt .
Sowohl die Potentiometerbahn 20 und die ihr zugeordnete erste Sonde, als auch die Kollektorbahn 30 und die ihr zugeordnete zweite Sonde sind durch die Ausbildung der Abschirmflächen 11, 12 bzw. 13, 14 in jeweils vonein- ander räumlich getrennten abgeschirmten Räumen 22 bzw. 32 angeordnet.
Da die Abschirmflächen 11, 12, 13, 14 zusammen mit dem Träger 10 auf Massepotential liegen, werden elektrische Feldlinien, die von der Potentiometerbahn 20 oder von der Kollektorbahn 30 ausgehen, von den ihnen jeweils benachbart angeordneten, auf Masse liegenden Abschirmflächen 11, 12 bzw. 13, 14 gewissermaßen "abgesaugt", wobei bei dieser Anordnung das naturgesetzliche Prinzip ausgenutzt wird, daß Feldlinien auf leitenden Flächen (hier den Abschirmflächen 11, 12, 13, 14) senkrecht enden .
Durch die Ausbildung der beiden räumlich voneinander getrennten abgeschirmten Räume 22, 32, in denen jeweils die Potentiometerbahn 20 zusammen mit der ihr zugeordneten Sonde sowie die Kollektorbahn 30 zusammen mit der ihr zugeordneten Sonde angeordnet sind, wird eine von einem elektrischen Feld hervorgerufene Störung, wie sie bei aus dem Stand der Technik bekannten Weg-/Winkelsensoren auftritt und im Zusammenhang mit Fig. 3 weiter oben beschrieben wurde, weitestgehend vermieden. Elektrische Felder können durch die Ausbildung der Abschirmflächen 11, 12, 13, 14 jeweils nur in den beiden räumlich voneinander getrennten, abgeschirmten Räumen 22, 32 entstehen. Die in diesen beiden Räumen entstehenden Felder können jedoch nicht in Wechselwir- kung zueinander treten.
Durch diese Anordnung der Abschirmflächen 11, 12, 13, 14 werden daher durch elektrische Felder hervorgerufene parasitäre Kapazitäten Cpk' und Verlustwiderstände Rpk' (vgl. Fig. 4) zwischen der Potentiometerbahn und der Kollektorbahn vermieden, da solche elektrischen Felder gar nicht erst entstehen können.
Benachbart zu den Abschirmflächen 11, 12 bzw. 13, 14 sind an dem Träger VorSprünge 24, 25 bzw. 34, 35 angeordnet, an welchen die Potentiometerbahn 20 bzw. die Kollektorbahn 30 zur Anlage kommen.
Sowohl die Potentiometerbahn 20 als auch die Kollektor- bahn 30 werden an den jeweils ihnen zugeordneten Vor- sprüngen 24, 25 bzw. 34, 35 dabei durch z.B. jeweils eine Gummischnur 26, 36, die in einer für sie vorgesehenen Ausnehmung 16 bzw. 17 in dem Träger 10 zwischen der Potentiometerbahn 20 und der die Aus- nehmung 16 begrenzenden Fläche des Trägers 10 bzw. zwischen der Kollektorbahn 30 und der die Ausnehmung 17 begrenzenden Fläche angeordnet sind. Durch diese elastische Anordnung werden Unebenheiten der Vorsprünge 24, 25, 34, 35 und/oder der Potentiometerbahn 20 bzw. der Kollektorbahn 30 ausgeglichen. Dabei ist zu beachten, daß ein in Fig. 1 dargestellter Träger durchaus eine Länge von 1000 mm und mehr aufweisen kann, so daß sich Unebenheiten erheblich auswirken können .
Durch die Vorsprünge 24, 25, an denen die Potentiome- terbahn 20 zur Anlage kommt, sowie die Vorsprünge 34, 35, an denen die Kollektorbahn 30 zur Anlage kommt, wird ein präzises Positionieren der Potentiometerbahn 20 bzw. der Kollektorbahn 30 ermöglicht. Durch diese Vorsprünge wird insbesondere auch sichergestellt, daß der Abstand zwischen der jeweils über der Potentiometerbahn 20 bzw. der Kollektorbahn 30 geführten Sonde und der Potentiometerbahn 20 bzw. der Kollektorbahn 30 konstant gehalten wird. Die Länge eines der über der Potentiometerbahn 20 liegenden Vorsprünge ist dabei so gewählt, daß der Linearisierungsbereich 21 der Potentiometerbahn 20 durch den Vorsprung 25 überdeckt wird. Der Vorsprung 25 liegt zusammen mit dem Träger 10 auf einem definierten Spannungspotential, beispielsweise dem Massepotential. Hierdurch werden parasitäre Kapazitäten zwischen den beiden voneinander getrennten Bereichen einer auf an sich bekannte Weise durch gesteuertes Abfräsen eines Teils der Widerstandsbahn linearisierten Potentiometerbahn verhindert.
Durch diese Ausbildung des Weg-/Winkelsensors werden auch parasitäre Kapazitäten Cpm' und Verlustwiderstände Rpm' zwischen der Potentiometerbahn 20 und dem Massepotential sowie parasitäre Kapazitäten Ckm' und Verlustwiderstände Rkm' zwischen der Kollektorbahn 30 und dem Massepotential minimiert. In Fig. 2a ist die unabhängige Linearität über der Position eines in Fig. 1 dargestellten Wegsensors dargestellt .
Die mit I dargestellte Kurve entspricht dem Lineari- tätsverlauf in Abhängigkeit von der Position der Sonden des Wegsensors ohne ein diesen umgebendes metallisches Rohr. Der mit II bezeichnete Verlauf entspricht einer Linearitätsmessung in Abhängigkeit von der Position der Sonden des in einem potentialfreien Rohr angeordneten Wegsensors. Der mit III über der Position der Sonden dargestellte Linearitätsverlauf entspricht demjenigen des in einem auf Massepotential liegenden Rohr angeordneten Wegsensors .
In Fig. 2b ist auf entsprechende Weise der Linearitätsverlauf über der Position bei einem Wegsensor, wie er in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, gezeigt. Die in Fig. 2b dargestellten Messungen sind unter den gleichen Meßbedingungen vorgenommen worden, wie die in Fig. 2a dargestellten Messungen. Die Meßkurvenverläufe sind in entsprechender Weise wie in Fig. 2a bezeichnet.
Eine Gegenüberstellung der Fig. 2a und der Fig. 2b zeigt, daß bei dem in Fig. 1 dargestellten Wegsensor eine sehr gute Linearität unabhängig von der Anordnung und den Umgebungsbedingungen des Wegsensors gegeben ist, wohingegen sich bei dem Wegsensor, dessen Linearitätsverlauf in Fig. 2b dargestellt ist, ein wesentlich schlechterer Linearitätsverlauf über der Position ergibt , der insbesondere auch von der Anordnung und den Umgebungsbedingungen des Wegsensors abhängig ist. So ist beispielsweise bei dem in Fig. 2b dargestellten Verlauf ein besonders unlinearer Verlauf gegeben, wenn der Wegsensor in einem potentialfreien Rohr angeordnet ist. Derartige Einflüsse spielen bei dem in Fig. 1 dargestellten Wegsensor, dessen Linearitätsverlauf in Fig. 2a dargestellt ist, keine Rolle.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Wegsensor eine von den Meßbedingungen, der Anordnung des Wegsensors und den Umgebungsbedingungen unabhängige Verbesserung der Linearität ergibt .

Claims

Patentansprüche
1. Weg-/Winkelsensor, umfassend eine an einem Träger (10) angeordnete, mit einer Wechselspannung beaufschlagte Potentiometerbahn (20) , eine an dem Träger (10) angeordnete Kollektorbahn (30) , eine über der Potentiometerbahn (20) verschieblich geführte erste Sonde und eine elektrisch mit dieser gekoppelte, über der Kollektorbahn verschieblich geführte zweite Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß auf Massepotential liegende Abschirmflächen (11, 12, 13, 14) vorgesehen sind, welche die Potentiometerbahn (20) , die Kollek- torbahn (30) und die über diesen geführten Sonden derart umgeben, daß sowohl die Potentiometerbahn
(20) zusammen mit der ihr zugeordneten ersten
Sonde, als auch die Kollektorbahn (30) zusammen mit der ihr zugeordneten zweiten Sonde in jeweils voneinander räumlich getrennten, abgeschirmten Räumen (22, 32) angeordnet sind.
2. Weg-/Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmflächen (11, 12, 13, 14) mit dem Träger (10) einstückig verbunden sind.
3. Weg-/Winkelsensor, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Träger (10) benachbart zu den Abschirmflächen
(11, 12, 13, 14) in jedem der beiden abgeschirmten
Räume (22, 32) Vorsprünge (24, 25, 34, 35) zur
Lagefixierung der Potentiometerbahn (20) bzw. der Kollektorbahn (30) ausgebildet sind.
4. Weg-/Winkelsensor, dadurch gekennzeichnet , daß die Potentiometerbahn (20) und die Kollektorbahn (30) jeweils durch elastische Rückstellmittel, vorzugs- weise Gummischnüre (26, 36) , gegen die Vorsprünge
(24, 25, 34, 35) gedrückt werden.
5. Weg-/Winkelsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über dem Linearisierbe- reich der Potentiometerbahn (20) angeordnete
Vorsprung (25) den Linearisierbereich (21) der Potentiometerbahn (20) überdeckt.
6. Weg-/Winkelsensor, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmflächen (11, 12, 13, 14) zu jeweils der
Potentiometerbahn (20) und der Kollektorbahn (30) hin im wesentlichen kreisförmig gebogen sind, und daß zwischen jeweils zwei sich unmittelbar gegenüberliegenden Abschirmflächen (11, 12; 13, 14) jeweils wenigstens eine Öffnung (15; 16) für die
Führung und elektrische Kontaktierung der Sonden vorgesehen ist.
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