EP1042649A1 - Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles - Google Patents

Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles

Info

Publication number
EP1042649A1
EP1042649A1 EP98966224A EP98966224A EP1042649A1 EP 1042649 A1 EP1042649 A1 EP 1042649A1 EP 98966224 A EP98966224 A EP 98966224A EP 98966224 A EP98966224 A EP 98966224A EP 1042649 A1 EP1042649 A1 EP 1042649A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
core
coil
voltage
air gap
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Withdrawn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
EP98966224A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Gleixner
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 EP1042649A1 publication Critical patent/EP1042649A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01D5/20—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 inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—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 inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2073—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 inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by movement of a single coil with respect to two or more coils

Definitions

  • Inductive transmitter for paths and arrangement for measuring angles
  • An inductive transmitter has a stator and a slidable relative to it with an inductive transmitter element and associated evaluation electronics - the output signal a measure of the position of the slide relative to the stator represents.
  • the stator has an excitation coil which extends over the measuring path and is fed with alternating current, and whose magnetic field flows through a transmitter element connected to the slide in the form of a soft magnetic core and / or a coil, which in turn flows through a secondary winding connected to the stator and there induced a voltage dependent on the position of the carriage.
  • This secondary winding consists of a turn from which partial voltages distributed over the measuring path are obtained by appropriate taps.
  • a voltage is generated which depends on the position of the Sled is dependent.
  • the averaging can be done by resistors or other electrical components. Instead of discrete components, resistance layers or capacitance coatings can also be used.
  • a version in which the excitation winding consists of a single turn is particularly advantageous, the housing and guides serving as a coil.
  • a further improvement results from the design of the transmitter element as an oscillating circuit, as a result of which the formation of stray fields is greatly reduced. It is advantageous if the sensor is operated at the resonance frequency of this resonant circuit by using the resonant circuit as the frequency-determining element of an oscillator.
  • the invention further relates to an arrangement for measuring angles according to the preamble of claims 13, 14 and 16.
  • inductive displacement / angle sensors is the low sensitivity to dirt and other environmental influences.
  • Differential chokes are generally known, in which a soft magnetic core is guided in two coils, which influences the inductance of the two coils by its position so that a position-dependent voltage can be tapped between the two coils connected in series to AC voltage.
  • This construction has the disadvantage that the overall length of the coil is at least twice the measuring path and additionally the mechanical connection of the core in the end position still protrudes around the measuring path, so that an installation length of at least three times the measuring path is required.
  • the measurement result is influenced by the temperature response of the winding resistance and the permeability of the magnetic material used.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the above-mentioned devices and to propose a displacement sensor which can be constructed using simple means and which has a high degree of accuracy.
  • FIG. 2 shows a diagram of the magnetic flux and the voltage curve thereby caused on the measuring winding over the length of the winding
  • 3 shows an embodiment with a single turn as an excitation winding
  • FIG. 6 shows an embodiment with a measuring core with an additional winding and a capacitor for forming an oscillating circuit
  • FIG. 7 is a block diagram of a construction in which the resonance circuit is used as a frequency determining element in an oscillator circuit.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an embodiment in which the measuring voltage is tapped directly at the excitation winding
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of an angle sensor with a toroidal coil and a measuring core placed outside the fulcrum according to the invention
  • Fig. 11 is an angle sensor with a symmetrical structure
  • Fig. 12 schematically shows an angle sensor with a flat coil according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a sensor according to the invention.
  • An excitation winding 1 which extends in its coil area over the length 1 of the sensor, is fed by an AC voltage source 4.
  • a coil core 2 consisting of a material of high permeability and having an air gap d is displaceably guided in such a way that it penetrates the coil 1 and part of the voltage divider element 3 is located in its air gap.
  • the voltage divider element 3 consists of a conductor 5, which extends along the lower edge over the voltage divider element 3, a conductor 8, which extends over the upper edge over the voltage divider element, a further conductor 7, which runs parallel to conductor 5, and a conductive coating 9, which lies between the conductor 8 and the conductor 7, which forms a resistance between the conductors 8 and 7, which is distributed over the measuring section over the surface, and the sum of which is high-impedance with respect to the impedance of the induction loop formed by the conductors 5 and 8.
  • the current supplied by the AC voltage source 4 through the coil 1 generates a magnetic flux, which is conducted in the area of the core 2 via the voltage divider element 3, while the voltage divider element 3 has only a slight flow in the remaining area.
  • FIG. 2 shows an idealized course of the field strength and the voltage over the length of the transmitter. Edge effects and the stray field are not taken into account in the course.
  • a magnetic flux ⁇ occurs in the area of the core, which flows through the resistance element 9.
  • an alternating voltage U (x) is induced in the conductor 8 compared to conductors 5 and 7.
  • the alternating voltage U (x) is proportional to the integral over the magnetic flux ⁇ integrated over the surface.
  • a voltage curve is formed on the conductor 8 relative to the conductor 5 via the position x, which is initially 0 at the position opposite the connections to the core 2 and increases linearly with the area covered by the core 2 and behind the core up to the Connections remains constant (Fig. 2).
  • the conductance coating can be formed as a continuous surface made of resistance material or in the form of a sufficient number of uniformly distributed discrete resistors or of capacitor surfaces or individual capacitors or combinations thereof.
  • the measuring coil Since the measuring coil consists of only one turn, the voltage delivered is relatively low. To obtain a signal that can be used for evaluation, a correspondingly high magnetic flux through the voltage divider element is required, with the stray flux of the primary coil 1 coupling as little as possible into the voltage divider element.
  • the induced voltage is a function of the frequency, the magnetic field strength generated in the primary coil 1, the permeability and the cross section of the core 2, the air gap d of the core 2 and the area of the core in the region of the air gap.
  • the voltage supplied by the voltage source 10 is reduced by the transformer 11 to a correspondingly lower voltage.
  • the secondary winding of the transformer 11 is connected with one connection to the housing 12 and with the other connection to a rail 13 which lies inside the housing 12 parallel to the inner wall and is electrically connected to the housing at the opposite end.
  • the secondary current of the transformer flows via the rail 13 and back via the housing 12.
  • the core 14 which conducts a magnetic flux generated by the current via the rail 13 and housing 12 through the voltage divider element 15.
  • the return line is as wide as possible and is arranged at a short distance from the housing.
  • this arrangement offers the possibility of designing the geometry in such a way that the lowest possible inductance occurs in the area outside the core 14, so that the voltage drop occurs predominantly in the area of the core 14 as a result of its low magnetic resistance.
  • This The arrangement has a resonance frequency which is far above the frequency required for this arrangement.
  • the magnetic fields generated by the excitation winding in the area outside the core 14 induce in the voltage divider a voltage which is added to the path-dependent useful signal induced in the core 14. Initially, this would only cause a zero offset. However, since the permeability of the soft magnetic core material is temperature-dependent, this can lead to a deterioration in the temperature behavior. The voltage induced by the stray field in the voltage divider should therefore be as low as possible.
  • the voltage divider element 15 is shifted into the region of a recess in one of the winding halves
  • FIGs. 4a and 4b A construction is particularly suitable here in which only one turn is provided as the excitation coil.
  • 4a and 4b show a sectional view through a corresponding arrangement.
  • the housing 15 serves as an outgoing conductor and the profile 16 as a return conductor of the excitation current.
  • the profile 16 is designed so that the voltage divider element 17 can be accommodated in a trench-like opening.
  • the core 18 made of a material of high magnetic permeability, the profile 16 encloses, wherein it has an air gap which is arranged in the trench-like opening of the profile, in which in turn the voltage divider element 17 is located.
  • the excitation current preferably flows in the surface area of opposing surfaces.
  • the area of the trench-like opening is largely field-free, provided that the magnetic flux is not influenced by the core.
  • the field lines preferably follow the core 18 because of the high permeability of the core 18 and predominantly pass through the voltage divider element 17 in the area of the air gap in order to induce the desired voltage there. Because of the lower magnetic resistance, the magnetic flux is higher than in the region without a core 18. Stray fields also occur here, which lead to a reduction in the output signal. However, these are always in the same ratio to the useful field.
  • An advantage of this arrangement is that the inductance of the primary winding is very low in the area outside the core 18, while it is relatively high in the area of the magnetic core 18. As a result, only a small voltage drop occurs at the field winding in the area outside the measuring core.
  • the structure is very rigid due to the shape of the profile, which provides good mechanical stability.
  • the complex design of the core 18 is disadvantageous.
  • the voltage divider element is arranged so that the unwanted stray fields cancel each other (Fig. 5a and Fig. 5b).
  • return conductors 20 are arranged opposite the voltage divider element in such a way that the magnetic field lines flood the voltage divider element in the absence of a core in such a way that the integral of the magnetic flux over the surface of the voltage divider element becomes zero (FIG. 5a), insofar as it is not formed in the area of the core 22.
  • 5b shows the area of the core 22 where the flux is deflected such that the magnetic flux only passes through the voltage divider element 21 in one direction and thereby induces a corresponding voltage in the measuring winding.
  • the output voltage is relatively low. With the sizes used, cross sections for the core of approximately 0.5 cm ⁇ with an air gap of 2 mm can be achieved. It is desirable to have an operating frequency in the range of approximately 100 kHz and an output voltage of at least 0.1 volts. (Lower voltages still give usable results. However, the evaluation of the output voltage then becomes more complex and the influence of the noise becomes noticeable with high accuracy requirements.) The excitation current required for the flooding can thus be estimated. The result is a value of approx. 5 A. This requires the transformer and the forward and return lines to be designed accordingly. The current can be reduced by increasing the frequency, reducing the air gap and increasing the air gap area.
  • the supply becomes complex due to the voltage drops that arise.
  • the high feed current creates a relatively strong unwanted stray field. It is therefore desirable to concentrate the excitation current in the area of the measuring core. As shown in FIG. 6, this is possible if the measuring core 23 is provided with a winding 24 which is connected to a capacitor 25.
  • the inductance of the coil and the capacitance result in an oscillating circuit which is excited by the excitation current Jg.
  • the current JLO flows in the resonant circuit and multiplied by the number of turns of the coil generates a corresponding magnetic field strength in the air gap of the core 23. If the resonant circuit is operated at its resonant frequency, the
  • the excitation current Jg flows through a conductor 27 through the core.
  • the voltage induced in the measuring winding 26 is mainly determined by the current ⁇ Q flowing through the winding 24 and the capacitor 25.
  • the excitation current Jg is 90 ° out of phase with the resonant circuit current JLC when the resonant circuit is in resonance. This further reduces the influence of the stray field.
  • FIG. 7 shows the block diagram of an arrangement which uses the resonant circuit formed from the core 30, coil 31 and capacitor 32 as the frequency-determining element.
  • the resonance frequency means that the current and voltage are in phase, and the voltage reaches a maximum.
  • the circuit oscillates at the frequency of the resonant circuit formed by the coil 31 and capacitor 32.
  • the ratio of the voltages between the output of the voltage summer 41 and the entire secondary winding 34 is used as a measure of the position of the core relative to the stator. It is expedient to regulate the voltage on the secondary winding 34 to a constant value by rectifying them compares with a rectifier circuit 38 with a reference voltage UR from the voltage source 40 and regulates the difference to zero by controller 41 by adjusting the oscillator amplitude by influencing the loop gain of the oscillator circuit so that it oscillates with the required amplitude.
  • This method has the advantage that the oscillator circuit is not limited if the dimensions are suitable and therefore has a very low harmonic content.
  • the transmitter has as few connections as possible, e.g. B. if they are to be passed through isolated container walls.
  • the necessary number of connections can be reduced if the voltage applied to the supply line is evaluated.
  • 8 shows an example of such an embodiment.
  • the AC voltage source 48 feeds a conductor loop, which consists of conductors 43 and 44, via a transformer 42. Egg- ner of the two conductors leads through the displaceable core 45.
  • the resistance layer 46 is connected to the conductor 43 and is connected to the conductor 47 on the opposite side.
  • the dimensioning is designed in such a way that the voltage drop along the conductor 43 in the area without the core 45 is small compared to the voltage drop in the area of the core 45.
  • An embodiment of the core 45 as an oscillating circuit which is operated at the resonance frequency is particularly advantageous.
  • the voltage curve on the conductor 43 is summed by the resistance element 46 and output via the conductor 47.
  • the problem with this construction is that the voltage drops on conductors 43 and 44 caused by the supply current of the transmitter are included in the output voltage. This manifests itself in a zero point shift and a reduction in the output signal. If necessary, compensation can be provided by a current-dependent correction voltage.
  • Inductive transducers designed as angle sensors are described below.
  • the best relates to an angle sensor with a ring coil.
  • An arrangement with a toroidal coil which is concentric to the pivot point of the measuring shaft is particularly advantageous for measuring ranges above 90 °.
  • an arrangement with a measuring core placed on the measuring shaft at the fulcrum and an eccentrically (outside the fulcrum) measuring core with a continuous measuring shaft (hollow shaft) is to be distinguished.
  • a concentric toroid is required wherever the angle of rotation is not limited.
  • FIG. 9 shows an angle sensor with a ring coil and a measuring core placed in the fulcrum for a measuring range of approx. 90 °.
  • a measuring core l ⁇ consists of two ferrite cores of the same type, which form a yoke from the ring-shaped center piece, the adjoining rectangular web and the adjoining ring segments, which face each other with an air gap d.
  • the measuring core 1 is mechanically connected to a shaft 200 ⁇ , the angle of which is to be measured with respect to a fixed measuring element 3 ⁇ .
  • the fixed measuring element 3 ⁇ lies between the two core halves.
  • an electrically conductive path 4 ⁇ is applied in the form of a conductor loop, which is connected at the ends to connections 5 ⁇ and 6 ⁇ .
  • This conductor loop is made of arcs 7 and 8 ⁇ and the connections among themselves and to the connections 5 ⁇ and 6 ⁇ .
  • Another conductor 9 ⁇ in the form of an arc is connected to a terminal 10.
  • a resistance layer 11 is applied between the conductor tracks 7 ⁇ and 9 ⁇ on the carrier plate.
  • An annular coil 12 ⁇ which, like the carrier plate 2, is also arranged on the carrier plate 2 is arranged between the two core halves of the measuring core l ⁇ .
  • this coil is arranged as close as possible to the measuring core and arranged, for example, as a solenoid.
  • the inner core diameter and the coil diameter must be limited to the necessary amount.
  • the coil is led to electrical connections 13 ⁇ and 14 ⁇ .
  • a capacitor 15 is placed parallel to the coil ⁇ .
  • the structure can be symmetrical for measuring angles of less than 180 °.
  • the measuring core then has two pairs of legs offset by 180 °, which are fed by a common toroid, and act on correspondingly arranged measuring loops, each with a resistance element.
  • a shaft 32 is rotatably mounted in a housing 30.
  • a soft magnetic core 33 ⁇ is attached to the shaft 32.
  • the core 33 ⁇ consists of a cylindrical central part 34 'and four legs 35 extending therefrom, each of which is opposed by a pair at an angle of 180 °.
  • the individual leg pairs 35 ⁇ form an air gap in which a circuit board 31 ⁇ lies.
  • the circuit board 31 has a similar structure to the circuit board 2 ⁇ of the embodiment described above in connection with FIG. 9.
  • the resistance layer and electrical connections 36 it also has a second arrangement 37 ⁇ of conductor tracks, resistance elements ment and electrical connections.
  • An exciting coil is ⁇ 38 traversed by an alternating current which produces an approximately equal magnetic flux in the two air gaps.
  • the output voltages of the two resistance elements 36 and 37 ⁇ are evaluated so that they contribute to the measurement result in the same way. If an axis offset occurs, the output voltage of one part 36 ⁇ will have an error. However, this is largely offset 37 x by a corresponding opposite error of the other part.
  • Another advantage is that there is no imbalance due to the symmetrical structure.
  • a core 17 is laterally attached to a shaft 18 x with a relatively large diameter by means of a carrier 19.
  • the core 17 ⁇ consists of soft magnetic material. It is formed from two halves of the same type, each consisting of an inner and an outer ring segment and an intermediate connecting web, which are connected to one another on the shaft side without an air gap.
  • a short-circuit ring 20 Between the core and the shaft is a short-circuit ring 20, which lies in the area outside the core 17 ⁇ on the circumference of the carrier body 19 ⁇ , but is guided in the area of the core between the core 17 x and the shaft 18 ⁇ . With the inner sides of the outer ring segments of the core 17 ⁇ , this forms an air gap in which the carrier plate 16 ⁇ lies.
  • a solenoid 30 is arranged, which surrounds the shaft 18, the carrier body 19, the inner ring segment of the core 17 v and a short-circuit ring 20 ⁇ at a short distance.
  • a conductor loop 21 with connections 26 and 24, a conductor track 22 v with a connection 25, a resistance track 23, coil connections 27 y and 28 and a resonant circuit capacitor 29 ⁇ is also arranged.
  • the core 17 ⁇ forms a relatively low magnetic resistance due to the high relative permeability factor of its material and the short air gap.
  • a magnetic flux preferably forms through the region of the air gap.
  • the spool 20 x has a large diameter and also the shaft shows an undefined magnetic behavior, will be without the short-circuit ring 20 ⁇ form a stray field.
  • a voltage is induced in the short-circuit ring 20, which causes a current flow against the excitation current I E. This forms a magnetic field which is opposite to the magnetic field of the coil, so that the resulting magnetic field is greatly weakened.
  • the excitation coil is fixed and is fed directly by the oscillator. Together with a capacitor, it forms a resonant circuit.
  • the excitation coil flows through the measuring core, which is mechanically connected to the shaft, the angle of which is to be measured relative to the housing, via an arm.
  • the measuring core in turn floods the already known measuring loop with the resistance layer and thus generates an angle-dependent output signal.
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of an embodiment of an angle sensor according to the functional principle described above.
  • a shaft 41 is mounted ⁇ ⁇ rotatable.
  • An arm 42 is firmly connected to the shaft.
  • a soft magnetic core 43 ⁇ is attached, which when the shaft rotates, describes a circular arc.
  • the core 43 forms a rectangle which is interrupted by an air gap.
  • a coil 45 ⁇ and a circuit board 44 ⁇ are firmly connected to the housing.
  • the coil 45 ⁇ is arranged so that the straight leg of the measuring core 43 ⁇ passes through it.
  • the circuit board 44 is in the air gap of the measuring core 43 ⁇ .
  • the coil has the smallest possible cross-section so that the leakage flux which flows through the measuring loop outside the measuring core remains as small as possible.
  • the winding is so flat that it can be passed through the air gap of the core 43 ⁇ . This makes it possible to use a one-piece core.

Abstract

The invention relates to an inductive measuring transducer for determining the position of a body which can be displaced in relation to an immovable housing. The invention is characterized in that the movable body comprises a measuring transducer which generates a magnetic alternating field extending across a limited area and in that said alternating field permeates at least one conductor loop which is connected to the housing and extends along the measuring length. The differential voltage between the forward and feedback lines is averaged by an electric circuit and fed to an output. Said inductive measuring transducer is used by a system for measuring angles between an immovable housing and a shaft.

Description

Induktiver Meßumformer für Wege und Anordnung zur Messung von WinkelnInductive transmitter for paths and arrangement for measuring angles
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft zunächst einen induktiven Meßumformer nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2. Ein induktiver Meßumformer weist einen Stator und einen gegenüber diesem verschiebbaren Schlitten mit einem induktiven Übertragerelement und eine zugehörige Auswerteelektronik auf- dessen Ausgangssignal ein Maß für die Position des Schlittens relativ zum Stator darstellt. Der Stator weist eine Erregerspule auf, welche sich über den Meßweg erstreckt und mit Wechselstrom gespeist wird, und dessen Magnetfeld ein mit dem Schlitten verbundenes Übertragerelement in Form eines weichmagnetischen Kerns und/oder einer Spule durchflutet, welches wiederum eine mit dem Stator verbunden Sekundärwicklung durchflutet und dort eine von der Lage des Schlittens abhängige Spannung induziert. Diese Sekundärwicklung besteht aus einer Windung, von der über den Meßweg verteilt Teilspannungen durch entsprechende Abgriffe gewonnen werden. Durch Mittelung der Teilspannungen wird eine Spannung erzeugt, welche von der Position des Schlittens abhängig ist. Die Mittelung kann durch Widerstände oder auch andere elektrische Komponenten erfolgen. Anstelle von diskreten Bauteilen können auch Widerstandsschichten oder Kapazitätsbeläge verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Erregerwicklung aus einer einzigen Windung besteht, wobei Gehäuse und Führungen als Spule dienen. Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch die Ausbildung des Übertragerelements als Schwingkreis, wodurch die Ausbildung von Streufeldern stark verringert wird. Vorteilhaft ist dabei, wenn der Sensor mit der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises betrieben wird, indem der Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element eines Oszillators eingesetzt wird.The invention relates first of all to an inductive transmitter according to the preamble of claims 1 and 2. An inductive transmitter has a stator and a slidable relative to it with an inductive transmitter element and associated evaluation electronics - the output signal a measure of the position of the slide relative to the stator represents. The stator has an excitation coil which extends over the measuring path and is fed with alternating current, and whose magnetic field flows through a transmitter element connected to the slide in the form of a soft magnetic core and / or a coil, which in turn flows through a secondary winding connected to the stator and there induced a voltage dependent on the position of the carriage. This secondary winding consists of a turn from which partial voltages distributed over the measuring path are obtained by appropriate taps. By averaging the partial voltages, a voltage is generated which depends on the position of the Sled is dependent. The averaging can be done by resistors or other electrical components. Instead of discrete components, resistance layers or capacitance coatings can also be used. A version in which the excitation winding consists of a single turn is particularly advantageous, the housing and guides serving as a coil. A further improvement results from the design of the transmitter element as an oscillating circuit, as a result of which the formation of stray fields is greatly reduced. It is advantageous if the sensor is operated at the resonance frequency of this resonant circuit by using the resonant circuit as the frequency-determining element of an oscillator.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Messung von Winkeln nach dem Oberbegriff der Ansprüche 13, 14 und 16.The invention further relates to an arrangement for measuring angles according to the preamble of claims 13, 14 and 16.
Der Vorteil induktiver Weg-/Winkelsensoren liegt in der geringen Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen und anderen Umwelteinflüssen. Allgemein bekannt sind Differentialdrosseln, bei denen ein weichmagnetischer Kern in zwei Spulen geführt wird, welcher die Induktivität der zwei Spulen durch seine Lage so beeinflußt, daß zwischen den beiden in Reihe geschalteten an Wechselspannung angeschlossenen Spulen eine von der Position abhängige Spannung abgegriffen werden kann. Dieser Aufbau hat den Nachteil, daß die Baulänge der Spule mindestens den doppelten Meßweg ausmacht und zusätzlich der mechanische Anschluß des Kerns in der Endstellung noch um den Meßweg hinausragt, sodaß eine Einbaulänge von mindestens dem dreifachen Meßweg erforderlich ist. Zusätzlich wird das Meßergebnis durch den Temperaturgang des Wicklungswiderstands und der Permeabilität des verwendeten Magnetmaterials beeinflußt.The advantage of inductive displacement / angle sensors is the low sensitivity to dirt and other environmental influences. Differential chokes are generally known, in which a soft magnetic core is guided in two coils, which influences the inductance of the two coils by its position so that a position-dependent voltage can be tapped between the two coils connected in series to AC voltage. This construction has the disadvantage that the overall length of the coil is at least twice the measuring path and additionally the mechanical connection of the core in the end position still protrudes around the measuring path, so that an installation length of at least three times the measuring path is required. In addition, the measurement result is influenced by the temperature response of the winding resistance and the permeability of the magnetic material used.
Daneben werden Lösungen vorgeschlagen, bei denen in eine Spule entweder Kurzschlußzylinder oder Kerne hoher Permeabilität eingeschoben werden, wobei die Veränderung der Induktivität der Spule als Maß für die Position des Kerns verwendet wird. Diese Lösungen weisen gegenüber den Differentialtransformatoren den Vorteil einer kürzeren Baulänge auf. Bei ausgefahrener Meßstange ist allerdings immer noch mindestens der doppelte Meßweg erforderlich. Daneben wirkt sich der Temperaturgang des Wicklungswiderstands und des Kerns stärker auf das Temperaturverhalten aus.In addition, solutions are proposed in which either short-circuit cylinders or cores with high permeability are inserted into a coil, the change in the inductance of the coil being used as a measure of the position of the core. These solutions have the advantage of a shorter overall length than the differential transformers. When the measuring rod is extended, however, at least twice the measuring path is still required. In addition, the temperature response of the winding resistance and the core has a greater impact on the temperature behavior.
Aus der DE-A-2511683 ist es bekannt, durch Einkopplung einer Spannung von einer Erregerwicklung über einen Kern hoher Permeabilität in eine Meßwicklung mit zunehmender Windungsdichte ein geeignetes Meßsignal zu erzeugen. Dieses Verfahren hat den Vorteil einer kurzen Baulänge, hat aber den Nachteil, daß an die Verteilung des Magnetfelds über die Fläche der Meßspule und an die Gestaltung der Meßspule hohe Anforderungen gestellt werden.From DE-A-2511683 it is known to generate a suitable measurement signal by coupling a voltage from an excitation winding via a core of high permeability into a measurement winding with increasing winding density. This method has the advantage of a short overall length, but has the disadvantage that high demands are placed on the distribution of the magnetic field over the surface of the measuring coil and on the design of the measuring coil.
Ferner ist aus der WO 94/03778 eine Ausführung bekannt, bei der an einer Spule durch einen Kurzschlußring eine Verringerung des Spannungsabfalls innerhalb eines Teil- bereichs der Spule erzeugt wird und durch Widerstände oder Kondensatoren von Abgriffen an der Spule ein von der Position des Kurzschlußrings abhängiges Signal gebildet wird. Damit erhält man einen Sensor mit kurzer Baulänge. Nachteilig ist der Einfluß des Wicklungswiderstands und der Streuinduktivitäten.Furthermore, from WO 94/03778 an embodiment is known in which a reduction in the voltage drop within a part of a coil is reduced by a short-circuit ring. area of the coil is generated and a resistance dependent on the position of the short-circuit ring is formed by resistors or capacitors of taps on the coil. This gives you a sensor with a short overall length. The influence of the winding resistance and the leakage inductances is disadvantageous.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der oben genannten Vorrichtungen zu beseitigen und einen Wegsensor vorzuschlagen, der mit einfachen Mitteln aufzubauen ist und eine hohe Genauigkeit aufweist.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the above-mentioned devices and to propose a displacement sensor which can be constructed using simple means and which has a high degree of accuracy.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 13, 14 und 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der auf diese rückbezogenen Unteransprüche.This object is solved by the features of independent claims 1, 2, 13, 14 and 16. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims referring back to these.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.Preferred embodiments of the present invention are described below with reference to the drawing.
Es zeigenShow it
Fig. 1 und la eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Sensors, .1 and la a schematic representation of the sensor according to the invention,.
Fig. 2 ein Diagramm des Magnetflusses und des dadurch bewirkten Spannungsverlaufs an der Meßwicklung über die Länge der Wicklung, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer einzigen Windung als Erregerwicklung,2 shows a diagram of the magnetic flux and the voltage curve thereby caused on the measuring winding over the length of the winding, 3 shows an embodiment with a single turn as an excitation winding,
Fig. 4a und 4b einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Auswirkung des unerwünschten Streufelds verringert wird,4a and 4b a cross section through an embodiment in which the effect of the undesirable stray field is reduced,
Fig. 5a und 5b eine Ausführung, bei der durch geeignete Anordnung der Erregerwicklung die Einkopplung des Streufelds unwirksam gemacht wird,5a and 5b an embodiment in which the coupling of the stray field is rendered ineffective by a suitable arrangement of the excitation winding,
Fig. 6 eine Ausführung mit einem Meßkern mit zusätzlicher Wicklung und einem Kondensator zur Bildung eines Schwingkreises,6 shows an embodiment with a measuring core with an additional winding and a capacitor for forming an oscillating circuit,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Aufbaus, in dem der Resonanzkreis als frequenzbestimmendes Element in einer Oszillatorschaltung verwendet wird,7 is a block diagram of a construction in which the resonance circuit is used as a frequency determining element in an oscillator circuit.
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführung, bei der die Meßspannung direkt an der Erregerwicklung abgegriffen wird,8 shows a schematic representation of an embodiment in which the measuring voltage is tapped directly at the excitation winding,
Fig. 9 einen Winkelsensor mit einer Ringspule und einem im Drehpunkt aufgesetzten Meßkern gemäß der Erfindung;9 shows an angle sensor with a ring coil and a measuring core placed at the pivot point according to the invention;
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors mit einer Ringspule und einen außerhalb des Drehpunkts aufgesetzten Meßkern gemäß der Erfindung;10 shows an exemplary embodiment of an angle sensor with a toroidal coil and a measuring core placed outside the fulcrum according to the invention;
Fig. 11 einen Winkelsensor mit einem symmetrischen Aufbau undFig. 11 is an angle sensor with a symmetrical structure and
Fig. 12 schematisch einen Winkelsensor mit einer Flachspule gemäß der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors. Eine Erregerwicklung 1, welche sich in ihrer Spulenfläche über die Länge 1 des Sensors erstreckt, wird von einer Wechselspannungsquelle 4 gespeist. Ein aus einem Material hoher Permeabilität bestehender Spulenkern 2 mit einem Luftspalt d ist ver- schieblich so geführt, daß er die Spule 1 durchdringt und sich in seinem Luftspalt ein Teil des Spannungsteilerelements 3 befindet. Das Spannungsteilerelement 3 besteht aus einem Leiter 5, der sich am unteren Rand entlang über das Spannungsteilerelement 3 erstreckt, einem Leiter 8, der sich am oberen Rand über das Spannungsteilerelement erstreckt, einem weiteren Leiter 7, der parallel zu Leiter 5 verläuft und einem leitfähigen Belag 9, der zwischen dem Leiter 8 und dem Leiter 7 liegt, der einen über die Meßstrecke über die Fläche verteilten Widerstand zwischen Leiter 8 und 7 bildet und in seiner Summe hochohmig gegenüber der Impedanz der von den Leitern 5 und 8 gebildeten Induktionsschleife ist.Fig. 12 schematically shows an angle sensor with a flat coil according to the invention. Fig. 1 shows a schematic representation of a sensor according to the invention. An excitation winding 1, which extends in its coil area over the length 1 of the sensor, is fed by an AC voltage source 4. A coil core 2 consisting of a material of high permeability and having an air gap d is displaceably guided in such a way that it penetrates the coil 1 and part of the voltage divider element 3 is located in its air gap. The voltage divider element 3 consists of a conductor 5, which extends along the lower edge over the voltage divider element 3, a conductor 8, which extends over the upper edge over the voltage divider element, a further conductor 7, which runs parallel to conductor 5, and a conductive coating 9, which lies between the conductor 8 and the conductor 7, which forms a resistance between the conductors 8 and 7, which is distributed over the measuring section over the surface, and the sum of which is high-impedance with respect to the impedance of the induction loop formed by the conductors 5 and 8.
Der von der Wechselspannungsquelle 4 gelieferte Strom durch die Spule 1 erzeugt einen magnetischen Fluß, der im Bereich des Kerns 2 über das Spannungsteilerelement 3 geführt wird, während das Spannungsteilerelement 3 im übrigen Bereich nur eine geringe Durchflutung aufweist.The current supplied by the AC voltage source 4 through the coil 1 generates a magnetic flux, which is conducted in the area of the core 2 via the voltage divider element 3, while the voltage divider element 3 has only a slight flow in the remaining area.
Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt einen idealisierten Verlauf der Feldstärke und der Spannung über die Länge des Meßumformers. Bei dem Verlauf sind Randeffekte und das Streufeld nicht berücksichtigt. Im Bereich des Kerns tritt ein Magnetfluß Φ auf, der das Widerstandselement 9 durchflutet.The diagram shown in Fig. 2 shows an idealized course of the field strength and the voltage over the length of the transmitter. Edge effects and the stray field are not taken into account in the course. in the A magnetic flux Φ occurs in the area of the core, which flows through the resistance element 9.
Durch die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes im Bereich des Luftspaltes des Kerns 2 wird im Leiter 8 gegenüber Leiter 5 und 7 eine Wechselspannung U(x) induziert. Die Wechselspannung U (x) ist proportional dem Integral über den über die Fläche integrierten Magnetfluß Φ. Dadurch bildet sich am Leiter 8 gegenüber dem Leiter 5 über die Position x ein Spannungsverlauf aus, der an der Position, gegenüber den Anschlüssen bis zum Kern 2 zunächst 0 ist und mit der vom Kern 2 überdeckten Fläche linear ansteigt und hinter dem Kern bis zu den Anschlüssen konstant bleibt (Fig. 2). Die über die Strecke 1 über die Fläche verteilten Widerstände, die zunächst als Widerstandsbelag betrachtet werden, bilden einen Summenwert RQ, der am Anschluß von Leiter 7 gegenüber Leiter 5, bzw Leiter 8 festgestellt werden kann.Due to the temporal change in the magnetic field in the area of the air gap of the core 2, an alternating voltage U (x) is induced in the conductor 8 compared to conductors 5 and 7. The alternating voltage U (x) is proportional to the integral over the magnetic flux Φ integrated over the surface. As a result, a voltage curve is formed on the conductor 8 relative to the conductor 5 via the position x, which is initially 0 at the position opposite the connections to the core 2 and increases linearly with the area covered by the core 2 and behind the core up to the Connections remains constant (Fig. 2). The resistances distributed over the area over the distance 1, which are initially regarded as a resistance covering, form a total value RQ, which can be determined at the connection of conductor 7 relative to conductor 5 or conductor 8.
Betrachtet man den Widerstandsbelag als aus parallel geschalteten gleich großen Einzelwiderständen zusammengesetzt, die jeweils an unterschiedliche Spannungsquellen angeschlossen sind, so ergibt sich für die Ausgangsspannung :If one considers the resistance coating as composed of individual resistors of equal size connected in parallel, each connected to different voltage sources, the following results for the output voltage:
u _ ü R * ∑ » i UiL = p * ∑ " y U- = ∑ " y U.u _ ü R * ∑ » i UiL = p * ∑" y U- = ∑ "y U.
Wenn man n gegen ∞ gehen läßt, ergibt sich dann UA = )* j Uxdx l ,X=0 Für den Spannungsverlauf nach Fig. 2 resultiert dann für einen Bereich 0 > s < (1-b) eine Ausgangsspannung von u = u *A+t/ γ-s~b UΛ U° 2/ ° /If we let n go against ∞, we get U A =) * j U x dx l, X = 0 2 then results in an output voltage of u = u * A + t / γ- s ~ b for a range 0> s <(1-b) UΛ U ° 2 / ° /
Damit ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Position s des verschiebbaren Kerns 2 und der Ausgangsspannung Ua.This results in a linear relationship between the position s of the displaceable core 2 and the output voltage U a .
Der Leitwertbelag kann als durchgehende Fläche aus Widerstandsmaterial oder in Form einer hinreichenden Anzahl aus gleichmäßig verteilten diskreten Widerständen oder aus Kondensatorflächen oder einzelnen Kondensatoren oder Kombinationen davon gebildet werden.The conductance coating can be formed as a continuous surface made of resistance material or in the form of a sufficient number of uniformly distributed discrete resistors or of capacitor surfaces or individual capacitors or combinations thereof.
Da die Meßspule nur aus einer Windung besteht, ist die abgegebene Spannung verhältnismäßig niedrig. Zur Erlangung eines zur Auswertung brauchbaren Signals wird ein entsprechend hoher magnetischer Fluß durch das Spannungsteilerelement benötigt, wobei der Streufluß der Primärspule 1 möglichst wenig in das Spannungsteilerelement einkoppeln soll. Die induzierte Spannung ist eine Funktion der Frequenz, der in der Primärspule 1 erzeugten magnetischen Feldstärke, der Permeabiltät und dem Querschnitt des Kerns 2, des Luftspalts d des Kerns 2 und der Fläche des Kerns im Bereich des Luftspalts.Since the measuring coil consists of only one turn, the voltage delivered is relatively low. To obtain a signal that can be used for evaluation, a correspondingly high magnetic flux through the voltage divider element is required, with the stray flux of the primary coil 1 coupling as little as possible into the voltage divider element. The induced voltage is a function of the frequency, the magnetic field strength generated in the primary coil 1, the permeability and the cross section of the core 2, the air gap d of the core 2 and the area of the core in the region of the air gap.
Zur Erlangung einer hohen Induktionsspannung bei niedrigem Stromfluß ist es zweckmäßig, die Frequenz möglichst hoch zu wählen. Gerade bei großen Weglängen wird die Frequenz durch die Wicklungskapazität begrenzt. Daneben ist die Herstellung einer geeigneten Spule relativ aufwendig und das Einführen des verschieblichen Kerns in die Spule schwierig. Diese Schwierigkeiten können durch einen Aufbau beseitigt werden, in dem die Primärspule in Form einer einzigen Windung ausgeführt wird und durch einen Transformator eine Anpassung an die Schaltung zur Erzeugung der Speisespannung vorgesehen ist. Fig. 3 zeigt eine schematische teilweise auf- brochene Darstellung eines Ausführungsbeispiels.To obtain a high induction voltage with a low current flow, it is advisable to choose the frequency as high as possible. Especially with long path lengths the frequency is limited by the winding capacity. In addition, the production of a suitable coil is relatively complex and the insertion of the displaceable core into the coil is difficult. These difficulties can be eliminated by a construction in which the primary coil is designed in the form of a single turn and an adaptation to the circuit for generating the supply voltage is provided by a transformer. 3 shows a schematic, partially broken open representation of an exemplary embodiment.
Die von der Spannungsquelle 10 gelieferte Spannung wird vom Transformator 11 auf eine entsprechend niedrigere Spannung herabgesetzt. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 ist mit einem Anschluß mit dem Gehäuse 12 und mit dem anderen Anschluß mit einer Schiene 13 verbunden, welche innerhalb des Gehäuses 12 parallel zur Innenwand liegt und am gegenüberliegenden Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist. Dadurch fließt der Sekundärstrom des Transformators über die Schiene 13 und zurück über das Gehäuse 12. Zwischen Schiene 13 und Gehäuse 12 liegt der Kern 14, der einen durch den Strom über die Schiene 13 und Gehäuse 12 erzeugten magnetischen Fluß durch das Spannungsteilerelement 15 leitet. Die Rückleitung ist möglichst breit ausgeführt und in geringem Abstand zum Gehäuse angeordnet. Im Gegensatz zu einer normal gewickelten Spule bietet diese Anordnung die Möglichkeit, die Geometrie so zu gestalten, daß eine möglichst niedrige Induktivität im Bereich außerhalb des Kerns 14 entsteht, sodaß der Spannungsabfall überwiegend im Bereich des Kerns 14 in Folge seines geringen magnetischen Widerstands auftritt. Diese Anordnung weist eine Resonanzfrequenz auf, die weit oberhalb der für diese Anordung erforderlichen Frequenz liegt .The voltage supplied by the voltage source 10 is reduced by the transformer 11 to a correspondingly lower voltage. The secondary winding of the transformer 11 is connected with one connection to the housing 12 and with the other connection to a rail 13 which lies inside the housing 12 parallel to the inner wall and is electrically connected to the housing at the opposite end. As a result, the secondary current of the transformer flows via the rail 13 and back via the housing 12. Between the rail 13 and the housing 12 is the core 14, which conducts a magnetic flux generated by the current via the rail 13 and housing 12 through the voltage divider element 15. The return line is as wide as possible and is arranged at a short distance from the housing. In contrast to a normally wound coil, this arrangement offers the possibility of designing the geometry in such a way that the lowest possible inductance occurs in the area outside the core 14, so that the voltage drop occurs predominantly in the area of the core 14 as a result of its low magnetic resistance. This The arrangement has a resonance frequency which is far above the frequency required for this arrangement.
Die im Bereich außerhalb des Kerns 14 auftretenden von der Erregerwicklung erzeugten magnetischen Felder induzieren im Spannungsteiler eine Spannung, die zu dem im Kern 14 induzierten wegabhängigen Nutzsignal addiert wird. Dies würde zunächst nur eine Nullpunktverschiebung verursachen. Da jedoch die Permeabilität des weichmagnetischen Kernmaterials temperaturabhängig ist, kann dies zu einer Verschlechterung des Temperaturverhaltens führen. Die in dem Spannungsteiler vom Streufeld induzierte Spannung soll daher so niedrig wie möglich sein.The magnetic fields generated by the excitation winding in the area outside the core 14 induce in the voltage divider a voltage which is added to the path-dependent useful signal induced in the core 14. Initially, this would only cause a zero offset. However, since the permeability of the soft magnetic core material is temperature-dependent, this can lead to a deterioration in the temperature behavior. The voltage induced by the stray field in the voltage divider should therefore be as low as possible.
Abhilfe schaffen hier folgende Maßnahmen:The following measures can help:
- Anordnung des Spannungsteilerelements in ausreichender Entfernung. Diese Methode führt zu einer einfachen Konstruktion, jedoch erfordert sie relativ viel Platz.- Arrangement of the voltage divider element at a sufficient distance. This method leads to a simple construction, but it requires a relatively large amount of space.
- Das Spannungsteilerelement 15 wird in den Bereich einer Vertiefung einer der Wicklungshälften verlagert- The voltage divider element 15 is shifted into the region of a recess in one of the winding halves
(Fig. 4a und 4b) . Hier eignet sich besonders ein Aufbau, bei dem nur eine Windung als Erregerspule vorgesehen ist. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ein Schnittbild durch eine entsprechende Anordnung. Das Gehäuse 15 dient als Hinleiter und das Profil 16 als Rückleiter des Erregerstroms. Das Profil 16 ist so gestaltet, daß in einer grabenartigen Öffnung versenkt das Spannungsteilerelement 17 untergebracht werden kann. Der Kern 18 aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität umschließt das Profil 16, wobei es einen Luftspalt aufweist, der in der grabenartigen Öffnung des Profils angeordnet ist, in dem wiederum das Spannungsteilerelement 17 liegt.(Figs. 4a and 4b). A construction is particularly suitable here in which only one turn is provided as the excitation coil. 4a and 4b show a sectional view through a corresponding arrangement. The housing 15 serves as an outgoing conductor and the profile 16 as a return conductor of the excitation current. The profile 16 is designed so that the voltage divider element 17 can be accommodated in a trench-like opening. The core 18 made of a material of high magnetic permeability, the profile 16 encloses, wherein it has an air gap which is arranged in the trench-like opening of the profile, in which in turn the voltage divider element 17 is located.
In Fig 4a und 4b ist der Verlauf der magnetischen Feldlinien dargestellt, die durch den Strom erzeugt werden, der durch das Profil des Gehäuses 15 und das Profil 16 (Rückleitung) fließt. Der Erregerstrom fließt bei diesem Aufbau vorzugsweise im Oberflächenbereich gegenüberliegender Flächen. Dadurch ist der Bereich der grabenartigen Öffnung weitgehend feldfrei, sofern der Magnetfluß nicht vom Kern beinflußt wird.4a and 4b show the course of the magnetic field lines that are generated by the current that flows through the profile of the housing 15 and the profile 16 (return line). With this construction, the excitation current preferably flows in the surface area of opposing surfaces. As a result, the area of the trench-like opening is largely field-free, provided that the magnetic flux is not influenced by the core.
Fig. 4a zeigt den Feldlinienverlauf ohne Kern. Hier treten praktisch keine Feldlinien durch das Spannungsteilerelement 17.4a shows the field line course without a core. Here, practically no field lines pass through the voltage divider element 17.
In Fig. 4b - im Bereich des Kerns 18 - folgen die Feldlinien wegen der hohen Permeabilität des Kerns 18 vorzugsweise dem Kern 18 und treten überwiegend im Bereich des Luftspalts durch das Spannungsteilerelement 17, um dort die gewünschte Spannung zu induzieren. Der magnetische Fluß ist wegen des geringeren magnetischen Widerstands höher als im Bereich ohne Kern 18. Es treten zwar hier auch Streufelder auf, die zu einer Verringerung des Ausgangssignals führen. Diese stehen jedoch immer im gleichen Verhältnis zum Nutzfeld. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Induktivität der Primärwicklung im Bereich außerhalb des Kerns 18 sehr niedrig ist, während sie im Bereich des Magnetkerns 18 relativ hoch ist. Dadurch tritt im Bereich außerhalb des Meßkerns nur eine geringer Spannungsabfall an der Erregerwicklung auf. Daneben ist der Aufbau wegen der Form des Profils sehr steif, was eine gute mechanische Stabilität verschafft. Nachteilig ist allerdings die aufwendige Gestaltung des Kerns 18.In FIG. 4b - in the area of the core 18 - the field lines preferably follow the core 18 because of the high permeability of the core 18 and predominantly pass through the voltage divider element 17 in the area of the air gap in order to induce the desired voltage there. Because of the lower magnetic resistance, the magnetic flux is higher than in the region without a core 18. Stray fields also occur here, which lead to a reduction in the output signal. However, these are always in the same ratio to the useful field. An advantage of this arrangement is that the inductance of the primary winding is very low in the area outside the core 18, while it is relatively high in the area of the magnetic core 18. As a result, only a small voltage drop occurs at the field winding in the area outside the measuring core. In addition, the structure is very rigid due to the shape of the profile, which provides good mechanical stability. However, the complex design of the core 18 is disadvantageous.
- Das Spannungsteilerelement wird so angeordnet, daß sich die unerwünschen Streufelder aufheben (Fig. 5a und Fig 5b) . Im Gehäuse 19, das als Hinleiter dient, sind Rückleiter 20 gegenüber dem Spannungsteilerelement so angeordnet, daß die magnetischen Feldlinien bei Nicht- vorhandensein eines Kerns das Spannungsteilerelement so durchfluten, daß das Integral des magnetischen Flusses über die Fläche des Spannungsteilerelements zu Null wird (Fig. 5a) , soweit es nicht im Bereich des Kerns 22 gebildet wird. Fig. 5b zeigt den Bereich des Kerns 22, wo der Fluß so umgelenkt wird, daß der Magnetfluß nur in einer Richtung durch das Spannungsteilerelement 21 hindurchtritt und dadurch eine entsprechende Spannung in die Meßwicklung induziert.- The voltage divider element is arranged so that the unwanted stray fields cancel each other (Fig. 5a and Fig. 5b). In the housing 19, which serves as an outgoing conductor, return conductors 20 are arranged opposite the voltage divider element in such a way that the magnetic field lines flood the voltage divider element in the absence of a core in such a way that the integral of the magnetic flux over the surface of the voltage divider element becomes zero (FIG. 5a), insofar as it is not formed in the area of the core 22. 5b shows the area of the core 22 where the flux is deflected such that the magnetic flux only passes through the voltage divider element 21 in one direction and thereby induces a corresponding voltage in the measuring winding.
Da das Spannungsteilerelement nur aus einer Windung besteht, in welches die auszuwertende Spannung induziert wird, ist die Ausgangsspannung relativ niedrig. Bei den verwendeten Baugrößen lassen sich Querschnitte für den Kern von etwa 0,5 cm^ bei einem Luftspalt von 2 mm erzielen. Wünschenswert ist eine Arbeitsfrequenz im Bereich von etwa 100 kHz und eine Ausgangsspannung von wenigstens 0,1 Volt. (Niedrigere Spannungen ergeben zwar noch brauchbare Ergebnisse. Die Auswertung der Ausgangsspannung wird allerdings dann aufwendiger und der Einfluß des Rauschens wird bei hohen Genauigkeitsanforderungen bemerkbar.) Damit kann der für die Durchflutung erforderliche Erregerstrom abgeschätzt werden. Es ergibt sich ein Wert von ca 5 A. Dies erfordert eine entsprechende Auslegung des Transformators und der Hin- und Rückleitung. Eine Verringerung des Stroms kann durch Erhöhung der Frequenz, Verringerung des Luftspalts und Vergrößerung der Luftspaltfläche erfolgen.Since the voltage divider element consists of only one turn into which the voltage to be evaluated is induced, the output voltage is relatively low. With the sizes used, cross sections for the core of approximately 0.5 cm ^ with an air gap of 2 mm can be achieved. It is desirable to have an operating frequency in the range of approximately 100 kHz and an output voltage of at least 0.1 volts. (Lower voltages still give usable results. However, the evaluation of the output voltage then becomes more complex and the influence of the noise becomes noticeable with high accuracy requirements.) The excitation current required for the flooding can thus be estimated. The result is a value of approx. 5 A. This requires the transformer and the forward and return lines to be designed accordingly. The current can be reduced by increasing the frequency, reducing the air gap and increasing the air gap area.
Besonders bei großen Meßlängen wird die Speisung wegen der dabei entstehenden Spannungsabfälle aufwendig. Daneben erzeugt der hohe Speisestrom ein relativ starkes unerwünschtes Streufeld. Es ist daher wünschenswert, den Erregerstrom auf den Bereich des Meßkerns zu konzentrieren. Dies ist wie in Fig. 6 dargestellt möglich, wenn der Meßkern 23 mit einer Wicklung 24 versehen wird, die mit einem Kondensator 25 verbunden wird. Die Induktivität der Spule und der Kapazität ergeben einen Schwingkreis, der durch den Erregerstrom Jg angeregt wird. Im Schwingkreis fließt der Strom JLO der multipliziert mit der Windungszahl der Spule eine entsprechende magnetische Feldstärke im Luftspalt des Kerns 23 erzeugt. Wenn der Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, ist zur Aufrechterhaltung derEspecially with large measuring lengths, the supply becomes complex due to the voltage drops that arise. In addition, the high feed current creates a relatively strong unwanted stray field. It is therefore desirable to concentrate the excitation current in the area of the measuring core. As shown in FIG. 6, this is possible if the measuring core 23 is provided with a winding 24 which is connected to a capacitor 25. The inductance of the coil and the capacitance result in an oscillating circuit which is excited by the excitation current Jg. The current JLO flows in the resonant circuit and multiplied by the number of turns of the coil generates a corresponding magnetic field strength in the air gap of the core 23. If the resonant circuit is operated at its resonant frequency, the
Spannung an der Spule nur noch ein Erregerstrom JE erforderlich, der zur Deckung der Schwingkreisverluste notwendig ist. Je nach Güte des Schwingkreises ist eine Verringerung des Erregerstroms um den Faktor 10..50 möglich.Voltage at the coil only requires an excitation current JE, which is necessary to cover the resonant circuit losses. Depending on the quality of the resonant circuit, there is one The excitation current can be reduced by a factor of 10..50.
Der Erregerstrom Jg fließt über eine Leiter 27 durch den Kern. Die in die Meßwicklung 26 induzierte Spannung wird hauptsächlich durch den durch die Wicklung 24 und den Kondensator 25 fließenden Strom ^Q bestimmt. Bei der Auswertung der Meßspannung ist noch zu berücksichtigen, daß der Erregerstrom Jg gegenüber dem Schwingkreisstrom JLC um 90° phasenverschoben ist, wenn der Schwingkreis in Resonanz ist. Damit wird der Einfluß des Streufelds weiter verringert.The excitation current Jg flows through a conductor 27 through the core. The voltage induced in the measuring winding 26 is mainly determined by the current ^ Q flowing through the winding 24 and the capacitor 25. When evaluating the measuring voltage, it must also be taken into account that the excitation current Jg is 90 ° out of phase with the resonant circuit current JLC when the resonant circuit is in resonance. This further reduces the influence of the stray field.
Voraussetzung für eine zufriedenstellende Funktion des Schwingkreises ist, daß er mit Resonanzfrequenz betrieben wird. Dies kann durch Abgleich der Oszillatorfrequenz auf die Schwingkreisfrequenz oder umgekehrt erfolgen. Diese Methode schließt nicht aus, daß sich Oszillator und Schwingkreis gegeneinander verstimmen. Es ist daher zweckmäßig, den Meß-Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element eines Oszillators zu verwenden. Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung, die den aus dem Kern 30, Spule 31 und Kondensator 32 gebildeten Schwingkreis als frequenzbestimmendes Element verwendet. Der Kern 30 erzeugt durch eine Änderung des Magnetflusses in der Meßschleife 34 eine Induktionsspannung UQ, welche von dem Verstärker 36 verstärkt wird und einen Strom durch die Primärwicklung des Übertragers 35 bewirkt. Dessen Sekundärwicklung erzeugt einen Strom durch die Erregerwicklung 33, welcher wiederum den Kern 30 des Resonanzkreises durchflutet. Bei Re- sonanzfrequenz sind Strom und Spannung in Phase, die Spannung nimmt ein Maximum an. Bei ausreichender Verstärkung schwingt die Schaltung mit der Frequenz des von der Spule 31 und Kondensator 32 gebildeten Schwingkreises .A prerequisite for satisfactory functioning of the resonant circuit is that it be operated at the resonant frequency. This can be done by adjusting the oscillator frequency to the resonant circuit frequency or vice versa. This method does not rule out that the oscillator and resonant circuit are out of tune with each other. It is therefore expedient to use the measuring resonant circuit as the frequency-determining element of an oscillator. FIG. 7 shows the block diagram of an arrangement which uses the resonant circuit formed from the core 30, coil 31 and capacitor 32 as the frequency-determining element. By changing the magnetic flux in the measuring loop 34, the core 30 generates an induction voltage U Q , which is amplified by the amplifier 36 and causes a current through the primary winding of the transformer 35. Its secondary winding generates a current through the excitation winding 33, which in turn flows through the core 30 of the resonance circuit. In case of The resonance frequency means that the current and voltage are in phase, and the voltage reaches a maximum. With sufficient amplification, the circuit oscillates at the frequency of the resonant circuit formed by the coil 31 and capacitor 32.
Als Maß für die Position des Kerns gegenüber dem Stator dient das Verhältnis der Spannungen zwischen dem Ausgang des Spannungssummierers 41 und der gesamten Sekundärwicklung 34. Es ist zweckmäßig, die Spannung an der Sekundärwicklung 34 auf einen konstanten Wert zu regeln, indem man sie nach einer Gleichrichtung mit einer Gleichrichterschaltung 38 mit einer Referenzspannung UR von der Spannungsquelle 40 vergleicht und die Differenz durch Regler 41 auf Null regelt, indem man die Oszillatoramplitude durch Beeinflussung der Kreisverstärkung der Qszillatorschaltung so einstellt, daß sie mit der erforderlichen .Amplitude schwingt. Diese Methode hat den Vorteil, daß die Oszillatorschaltung bei geeigneter Dimensionierung nicht in Begrenzung geht und daher einen sehr geringen Oberwellenanteil aufweist.The ratio of the voltages between the output of the voltage summer 41 and the entire secondary winding 34 is used as a measure of the position of the core relative to the stator. It is expedient to regulate the voltage on the secondary winding 34 to a constant value by rectifying them compares with a rectifier circuit 38 with a reference voltage UR from the voltage source 40 and regulates the difference to zero by controller 41 by adjusting the oscillator amplitude by influencing the loop gain of the oscillator circuit so that it oscillates with the required amplitude. This method has the advantage that the oscillator circuit is not limited if the dimensions are suitable and therefore has a very low harmonic content.
In vielen Fällen ist es vorteihaft, wenn der Meßumformer möglichst wenige Anschlüsse aufweist, z. B. wenn sie durch Behälterwände isoliert hindurchgeführt werden sollen. Die notwendige Anzahl der Anschlüsse kann verringert werden, wenn die an der Versorgungsleitung anliegende Spannung ausgewertet wird. Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer derartigen Ausführung. Die Wechselspannungsquelle 48 speist über einen Transformator 42 eine Leiterschleife, die aus Leitern 43 und 44 besteht. Ei- ner der beiden Leiter führt durch den verschiebbaren Kern 45. Am Leiter 43 ist die Widerstandsschicht 46 angeschlossen, welche auf der gegenüberliegenden Seite am Leiter 47 angeschlossen ist. Die Dimensionierung ist so ausgelegt, daß der Spannungsabfall entlang dem Leiter 43 im Bereich ohne Kern 45 klein ist im Vergleich zum Spannungsabfall im Bereich des Kerns 45. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführung des Kerns 45 als Schwingkreis, welcher mit Resonanzfrequenz betrieben wird. Durch das Widerstandselement 46 wird der Spannungsverlauf am Leiter 43 summiert und über Leiter 47 ausgegeben. Das Problem dieses Aufbaus liegt darin, daß die durch den Speisestrom des Meßumformers verursachten Spannungsabfälle an Leiter 43 und 44 in die Ausgangsspannung mit eingehen. Dies äußert sich in einer Nullpunktverschiebung und einer Verringerung des Ausgangssignals. Bei Bedarf kann daher eine Kompensation durch eine stromabhängige Korrekturspannung vorgesehen werden.In many cases it is advantageous if the transmitter has as few connections as possible, e.g. B. if they are to be passed through isolated container walls. The necessary number of connections can be reduced if the voltage applied to the supply line is evaluated. 8 shows an example of such an embodiment. The AC voltage source 48 feeds a conductor loop, which consists of conductors 43 and 44, via a transformer 42. Egg- ner of the two conductors leads through the displaceable core 45. The resistance layer 46 is connected to the conductor 43 and is connected to the conductor 47 on the opposite side. The dimensioning is designed in such a way that the voltage drop along the conductor 43 in the area without the core 45 is small compared to the voltage drop in the area of the core 45. An embodiment of the core 45 as an oscillating circuit which is operated at the resonance frequency is particularly advantageous. The voltage curve on the conductor 43 is summed by the resistance element 46 and output via the conductor 47. The problem with this construction is that the voltage drops on conductors 43 and 44 caused by the supply current of the transmitter are included in the output voltage. This manifests itself in a zero point shift and a reduction in the output signal. If necessary, compensation can be provided by a current-dependent correction voltage.
Im folgenden werden als Winkelsensoren ausgebildete induktive Meßumformer beschrieben.Inductive transducers designed as angle sensors are described below.
Bei Winkelsensoren ist es möglich, die Erregerspule feststehend anzuordnen und direkt mit dem Oszillator zu speisen. Dadurch entfällt die Erregerwicklung und der Transformator zur Anpassung an den Oszillator. Je nach Meßbereich und Genauigkeitsanforderung bieten sich unterschiedliche Bauformen an.In the case of angle sensors, it is possible to arrange the excitation coil in a fixed position and to feed it directly with the oscillator. This eliminates the excitation winding and the transformer for adaptation to the oscillator. Different designs are available depending on the measuring range and accuracy requirements.
Die Beste betrifft einen Winkelsensor mit Ringspule. Besonders vorteilhaft bei Meßbereichen über 90° ist eine Anordnung mit einer Ringspule, die konzentrisch zum Drehpunkt der Meßwelle liegt. Hier ist wiederum eine Anordnung mit einem im Drehpunkt auf die Meßwelle aufgesetzten Meßkern und einem exzentrisch (außerhalb des Drehpunkts) aufgesetztem Meßkern mit durchgehender Meßwelle (Hohlwelle) zu unterscheiden. Eine konzentrische Ringspule ist überall dort erforderlich, wo der Drehwinkel nicht begrenzt ist.The best relates to an angle sensor with a ring coil. An arrangement with a toroidal coil which is concentric to the pivot point of the measuring shaft is particularly advantageous for measuring ranges above 90 °. Here again, an arrangement with a measuring core placed on the measuring shaft at the fulcrum and an eccentrically (outside the fulcrum) measuring core with a continuous measuring shaft (hollow shaft) is to be distinguished. A concentric toroid is required wherever the angle of rotation is not limited.
Fig. 9 zeigt einen Winkelsensor mit Ringspule und im Drehpunkt aufgesetztem Meßkern für einen Meßbereich von ca 90°. Ein Meßkern lλ besteht aus zwei gleichartigen Ferritkernen, die ein Joch aus dem ringförmigen Mittelstück, dem daran anschließenden rechteckförmigen Steg und den daran anschließenden Ringsegementen, die sich mit einem Luftspalt d gegenüberliegen. Der Meßkern 1 ist mit einer Welle 200 Λ , deren Winkel gegenüber einem feststehenden Meßelement 3λ gemessen werden soll, mechanisch verbunden. Das feststehende Meßelement 3λ liegt zwischen den beiden Kernhälften. Auf einer flachen Trägerplatte 2 ist eine elektrisch leitende Bahn 4λ in Form einer Leiterschleife aufgebracht, welche an den Enden mit Anschlüssen 5λ und 6Λ verbunden ist. Diese Leiterschleife wird aus Kreisbögen 7 und 8 λ sowie den Verbindungen untereinander und zu den Anschlüssen 5Λ und 6λ hergestellt. Eine weitere Leiterbahn 9λ in Form eines Kreisbogens ist mit einem Anschluß 10 verbunden. Zwischen den Leiterbahnen 7Λ und 9Λ ist auf der Trägerplatte eine Widerstandsschicht 11 aufgebracht. Ebenfalls auf der Trägerplatte 2 ist eine ringförmige Spule 12 λ angeordnet, welche wie die Trägerplatte 2 zwischen den beiden Kernhälften des Meßkerns lλ angeordnet ist.FIG. 9 shows an angle sensor with a ring coil and a measuring core placed in the fulcrum for a measuring range of approx. 90 °. A measuring core l λ consists of two ferrite cores of the same type, which form a yoke from the ring-shaped center piece, the adjoining rectangular web and the adjoining ring segments, which face each other with an air gap d. The measuring core 1 is mechanically connected to a shaft 200 Λ , the angle of which is to be measured with respect to a fixed measuring element 3 λ . The fixed measuring element 3 λ lies between the two core halves. On a flat carrier plate 2, an electrically conductive path 4 λ is applied in the form of a conductor loop, which is connected at the ends to connections 5 λ and 6 Λ . This conductor loop is made of arcs 7 and 8 λ and the connections among themselves and to the connections 5 Λ and 6 λ . Another conductor 9 λ in the form of an arc is connected to a terminal 10. A resistance layer 11 is applied between the conductor tracks 7 Λ and 9 Λ on the carrier plate. An annular coil 12 λ , which, like the carrier plate 2, is also arranged on the carrier plate 2 is arranged between the two core halves of the measuring core l λ .
Wenn die Spule 12 von einem Wechselstrom durchflössen wird, entsteht eine Magnetfluß, der vorzugsweise durch den Ferritkern und über den Luftspalt des Meßkerns lλ fließt. Damit erzeugt er in bekannter Weise in der Leiterschleife eine winkelabhängige Spannung, welche durch das Widerstandselement summiert und an den Anschluß 10 λ geführt wird.When an alternating current flows through the coil 12, a magnetic flux arises which preferably flows through the ferrite core and over the air gap of the measuring core l λ . So that it generates in known manner in the conductor loop an angle-dependent voltage which is summed by the resistance element and guided to the terminal λ 10th
Neben dem beabsichtigten Meßfluß Φm tritt ein ungewünschter (winkelunabhängiger) Streufluß Φs auf, welcher zusätzliche Erregerleistung beansprucht und das Nutzsignal verkleinert. Um den Streufluß gering zu halten, wird diese Spule so nahe wie möglich am Meßkern angeordnet und z.B. als Zylinderspule angeordnet. Der innere Kerndurchmesser und der Spulendurchmesser ist auf das notwendige Maß zu beschränken.In addition to the intended measuring flow Φ m , an undesired (angle-independent) leakage flow Φ s occurs, which requires additional excitation power and reduces the useful signal. In order to keep the leakage flux low, this coil is arranged as close as possible to the measuring core and arranged, for example, as a solenoid. The inner core diameter and the coil diameter must be limited to the necessary amount.
Die Spule ist auf elektrische Anschlüsse 13 λ und 14 Λ geführt. Zur Kompensation der induktiven Blindströme ist in bekannter Weise ein Kondensator 15 λ parallel zur Spule gelegt. Bei Betrieb mit Resonanzfrequenz wird nur noch so viel Strom benötigt, wie zur Deckung der Schwingkreisverluste benötigt wird.The coil is led to electrical connections 13 λ and 14 Λ . To compensate for the inductive reactive currents in known manner, a capacitor 15 is placed parallel to the coil λ. When operating at resonance frequency, only as much current is required as is required to cover the resonant circuit losses.
Bei einer Fehlerbetrachtung zeigt sich, daß in erster Linie ein Achsversatz zu Meßfehlern führt. Es ist daher anzustreben, das Verhältnis zwischen dem effektiven Ra- dius R, den die Polschuhe des Meßkerns beschreiben, zu einem anzunehmenden Achsversatz möglichst groß zu machen. Dies kann dazu führen, daß verhältnismäßig große Meßkerne verwendet werden müssen. Andernfalls muß ein höherer Aufwand für eine genaue Bearbeitung oder Justa- ge getrieben werden.An error analysis shows that primarily an axis misalignment leads to measurement errors. It is therefore desirable to determine the relationship between the effective dius R, which the pole pieces of the measuring core describe, to be as large as possible for an assumed axial offset. This can lead to the use of relatively large measuring cores. Otherwise, a higher effort for precise processing or adjustment must be made.
Zur Verringerung des Fehlers durch Achsversatz kann bei Meßwinkeln von weniger als 180° der Aufbau symmetrisch ausgebildet sein. Der Meßkern weist dann zwei um 180° versetzte Schenkelpaare auf, die von einer gemeinsamen Ringspule gespeist werden, und auf entsprechend angeordnete Meßschleifen mit je einem Widerstandselement einwirken.To reduce the error due to axis misalignment, the structure can be symmetrical for measuring angles of less than 180 °. The measuring core then has two pairs of legs offset by 180 °, which are fed by a common toroid, and act on correspondingly arranged measuring loops, each with a resistance element.
Fig. 11 beschreibt einen derartigen Aufbau. In einem Gehäuse 30 ist eine Welle 32 drehbar gelagert. Auf der Welle 32 ist ein weichmagnetischer Kern 33 Λ befestigt. Der Kern 33 Λ besteht aus einem zylindrischen Mittelteil 34 ' und und davon ausgehenden vier Schenkeln 35 von denen sich jeweils ein Paar im Winkel von 180° gegenüberstehen. Die einzelnen Schenkelpaare 35 Λ bilden einen Luftspalt, in dem eine Leiterplatte 31 Λ liegt.11 describes such a structure. A shaft 32 is rotatably mounted in a housing 30. A soft magnetic core 33 Λ is attached to the shaft 32. The core 33 Λ consists of a cylindrical central part 34 'and four legs 35 extending therefrom, each of which is opposed by a pair at an angle of 180 °. The individual leg pairs 35 Λ form an air gap in which a circuit board 31 Λ lies.
Die Leiterplatte 31 weist einen ähnlichen Aufbau wie die Leiterplatte 2λ der oben in Verbindung mit Fig. 9 beschriebenen Ausführungsform auf. Sie hat zu den vorhandenen Leiterbahnen, der Widerstandsschicht und elektrischen Anschlüssen 36 noch spiegelbildlich eine zweite Anordnung 37 Λ von Leiterbahnen, Widerstandsele- ment und elektrischen Anschlüssen. Eine Erregerspule 38 λ ist von einem Wechselstrom durchflössen, der in den beiden Luftspalten einen annähernd gleich großen Magnetfluß hervorruft. Die Ausgangsspannungen der beiden Widerstandselemente 36 und 37 λ werden so ausgewertet, daß sie in gleicher Weise zum Meßergebnis beitragen. Wenn ein Achsversatz auftritt, wird zwar die Ausgangsspannung des einen Teils 36 Λ einen Fehler aufweisen. Dieser wird jedoch durch einen entsprechenden entgegengesetzten Fehler des anderen Teils 37 x weitgehend aus- gegleichen.The circuit board 31 has a similar structure to the circuit board 2λ of the embodiment described above in connection with FIG. 9. In addition to the existing conductor tracks, the resistance layer and electrical connections 36, it also has a second arrangement 37 Λ of conductor tracks, resistance elements ment and electrical connections. An exciting coil is λ 38 traversed by an alternating current which produces an approximately equal magnetic flux in the two air gaps. The output voltages of the two resistance elements 36 and 37 λ are evaluated so that they contribute to the measurement result in the same way. If an axis offset occurs, the output voltage of one part 36 Λ will have an error. However, this is largely offset 37 x by a corresponding opposite error of the other part.
Mit dieser Anordnung lassen sich sowohl Fehler durch eine Verschiebung der Leiterplatte gegenüber dem Drehpunkt als auch Fehler durch Exzentrizität des Rotors oder Lagerspiel weitgehend ausgleichen.With this arrangement, errors due to a displacement of the circuit board relative to the pivot point as well as errors due to eccentricity of the rotor or bearing play can be largely compensated for.
Ein weiterer Vorteil ist, daß durch den symmetrischen Aufbau keine Unwucht entsteht.Another advantage is that there is no imbalance due to the symmetrical structure.
Bei großen Wellendurchmessern oder großen Meßradien R, speziell bei Hohlwellensensoren, ist der Aufbau eines oben beschriebenen Winkelsensors meist wegen des großen Meßkerns unwirtschaftlich. Daneben tritt wegen des langen Wegs über den Umfang des Kerns ein erheblicher Streufluß auf, der zu einer Verringerung des Nutzsignals führt.With large shaft diameters or large measuring radii R, especially with hollow shaft sensors, the construction of an angle sensor described above is mostly uneconomical because of the large measuring core. In addition, because of the long path over the circumference of the core, a considerable leakage flux occurs, which leads to a reduction in the useful signal.
Als Alternative dazu bietet es sich an, einen Kern zu verwenden, bei dem nur ein Teil der Kreisfläche der Spule vom Ferritkern durchdrungen wird. Bei hoher relativer Permeabilität des Kernmaterials wird bei gleichem Erregerstrom der Spule, Luftspaltfläche und -Länge die gleiche Spannung in die Meßschleife induziert. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß sich ein sehr starker Streufluß ausbildet, der eine erhöhte Erregerleistung erforderlich macht und zusätzlich winkelunabhängige Spannungen in die Meßschleife induziert.As an alternative, it is advisable to use a core in which only a part of the circular area of the Coil is penetrated by the ferrite core. If the core material has a high relative permeability, the same voltage is induced in the measuring loop with the same excitation current of the coil, air gap area and length. The disadvantage of this arrangement is that a very strong stray flux is formed, which requires an increased excitation power and additionally induces angle-independent voltages in the measuring loop.
Dieser Nachteil kann dadurch weitgehend beseitigt werden, daß durch einen Kurzschlußring außerhalb des Meßkerns ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt wird, was zu einer Verringerung des Streufelds führt und die Induktion winkelunabhängiger Spannungen in der Meßschleife verringert.This disadvantage can be largely eliminated in that an opposite magnetic field is generated by a short-circuit ring outside the measuring core, which leads to a reduction in the stray field and reduces the induction of angle-independent voltages in the measuring loop.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Art. Auf einer Welle 18 x mit relativ großem Durchmesser ist mit Hilfe eines Trägers 19 seitlich ein Kern 17 befestigt. Der Kern 17 λ besteht aus weichmagnetischem Material. Er wird aus zwei gleichartigen Hälften gebildet, die jeweils aus einem inneren und einem äußerem Ringsegment und einem dazwischenliegenden Verbindungssteg bestehen, die auf der Seite der Welle ohne Luftspalt miteinander verbunden sind. Zwischen dem Kern und der Welle liegt ein Kurzschlußring 20 , der im Bereich außerhalb des Kerns 17 Λ am Umfang des Trägerkörpers 19 λ liegt, jedoch im Bereich des Kerns zwischen Kern 17 x und Welle 18 λ hindurchgeführt ist. Mit den Innenseiten der äußeren Ringsegmente des Kerns 17 λ bildet dieser einen Luftspalt, in dem die Trägerplatte 16 Λ liegt. Auf dieser Trägerplatte 16 Λ ist noch eine Zylinderspule 30 angeordnet, welche die Welle 18 den Trägerkörper 19 , das innere Ringsegment des Kerns 17 v und einen Kurzschlußring 20 λ in geringem Abstand umschließt. Auf der Trägerplatte 16 λ befinden sich noch eine Leiterschleife 21 mit Anschlüssen 26 und 24 eine Leiterbahn 22 v mit einem Anschluß 25 eine Widerstandsbahn 23 Spulenanschlüsse 27 y und 28 und ein Schwingkreiskondensator 29Λ. Die Funktion dieser Elemente geht aus der Beschreibung von Fig. 9 hervor, auf die Bezug genommen wird.10 shows an embodiment of this type. A core 17 is laterally attached to a shaft 18 x with a relatively large diameter by means of a carrier 19. The core 17 λ consists of soft magnetic material. It is formed from two halves of the same type, each consisting of an inner and an outer ring segment and an intermediate connecting web, which are connected to one another on the shaft side without an air gap. Between the core and the shaft is a short-circuit ring 20, which lies in the area outside the core 17 Λ on the circumference of the carrier body 19 λ , but is guided in the area of the core between the core 17 x and the shaft 18 λ . With the inner sides of the outer ring segments of the core 17 λ , this forms an air gap in which the carrier plate 16 Λ lies. On this carrier plate 16 Λ a solenoid 30 is arranged, which surrounds the shaft 18, the carrier body 19, the inner ring segment of the core 17 v and a short-circuit ring 20 λ at a short distance. On the carrier plate 16 λ there is also a conductor loop 21 with connections 26 and 24, a conductor track 22 v with a connection 25, a resistance track 23, coil connections 27 y and 28 and a resonant circuit capacitor 29 Λ . The function of these elements is evident from the description of FIG. 9 to which reference is made.
Der Kern 17 λ bildet wegen des hohen relativen Permeabilitätsfaktors seines Materials und des kurzen Luftspalts einen verhältnismäßig geringen magnetischen Widerstand. Dadurch bildet sich bei einem Stromfluß durch die Spule 20 vorzugsweise ein Magnetfluß durch den Bereich des Luftspalts aus. Da jedoch die Spule 20 x einen großen Durchmesser aufweist und außerdem die Welle ein Undefiniertes magnetische Verhalten zeigt, wird sich ohne den Kurzschlußring 20 λ ein störendes Streufeld ausbilden. Wenn ein Wechselstrom durch die Spule 30 λ fließt, wird im Kurzschlußring 20 eine Spannung induziert, welche eine Stromfluß entgegen dem Erregerstrom IE hervorruft. Dadurch bildet sich ein Magnetfeld aus, welches dem Magnetfeld der Spule entgegengesetzt ist, sodaß das resultierende Magnetfeld stark geschwächt wird. Dies gilt jedoch nicht im Bereich des Magnetkerns 17 weil dort der Kurzschlußring hinter dem Kern herumgeführt ist. Wie oben beschrieben kann auch bei Meßwinkeln von weniger als ca 120° ein symmetrischer Aufbau mit zwei Kernen und gemeinsamer Erregerspule zur Verringerung der Fehler durch Achsversatz aufgebaut werden.The core 17 λ forms a relatively low magnetic resistance due to the high relative permeability factor of its material and the short air gap. As a result, when the current flows through the coil 20, a magnetic flux preferably forms through the region of the air gap. However, since the spool 20 x has a large diameter and also the shaft shows an undefined magnetic behavior, will be without the short-circuit ring 20 λ form a stray field. When an alternating current flows through the coil 30 λ , a voltage is induced in the short-circuit ring 20, which causes a current flow against the excitation current I E. This forms a magnetic field which is opposite to the magnetic field of the coil, so that the resulting magnetic field is greatly weakened. However, this does not apply in the area of the magnetic core 17 because the short-circuit ring is guided around behind the core there. As described above, even with measuring angles of less than approx. 120 °, a symmetrical structure with two cores and a common excitation coil can be set up to reduce the errors caused by an axis offset.
Besonders bei kleinen Bereichen für den Meßwinkel ist es vorteilhaft, einen großen Abstand zwischen dem Drehpunkt und dem Widerstandselement vorzusehen, um Fehler durch Achsversatz zu verringern. Bei großem Achsabstand ist die Verwendung von Erreger- und Schwingkreisspulen in Form konzentrischer Spulen wegen der dafür notwendigen großen Spulendurchmesser und Kerne nicht mehr zweckmäßig.Particularly in the case of small ranges for the measuring angle, it is advantageous to provide a large distance between the pivot point and the resistance element in order to reduce errors due to axis misalignment. With a large center distance, the use of excitation and resonance circuit coils in the form of concentric coils is no longer appropriate due to the large coil diameters and cores required for this.
Es ist daher vorteilhaft hier einen abgewandelten Linearweggeber für kurze Meßstrecken zu verwenden. Die Erregerspule steht dabei fest und wird direkt vom Oszillator gespeist. Sie bildet zusammen mit einem Kondensator einen Schwingkreis. Die Erregerspule durchflutet den Meßkern, der mit der Welle, dessen Winkel gegenüber dem Gehäuse zu messen ist, über einen Arm mechanisch verbunden ist. Der Meßkern durchflutet wiederum die bereits bekannte Meßschleife mit der Widerstandsschicht und erzeugt so ein winkelabhängiges Ausgangssignal.It is therefore advantageous to use a modified linear position encoder for short measuring distances. The excitation coil is fixed and is fed directly by the oscillator. Together with a capacitor, it forms a resonant circuit. The excitation coil flows through the measuring core, which is mechanically connected to the shaft, the angle of which is to be measured relative to the housing, via an arm. The measuring core in turn floods the already known measuring loop with the resistance layer and thus generates an angle-dependent output signal.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Winkelsensors nach dem oben beschriebenen Funktionsprinzip. In einem Gehäuse 40 λ ist eine Welle 41 Λ drehbar gelagert. Mit der Welle ist ein Arm 42 fest verbunden. Am Ende des Arms ist ein weichmagnetischer Kern 43 λ befestigt, der bei Drehung der Welle ei- nen Kreisbogen beschreibt. Der Kern 43 bildet ein Rechteck, das durch einen Luftspalt unterbrochen wird. Eine Spule 45 λ und eine Leiterplatte 44 λ sind mit dem Gehäuse fest verbunden. Die Spule 45 λ ist so angeordnet, daß der gerade Schenkel des Meßkerns 43 λ durch sie hindurchgeht. Die Leiterplatte 44 liegt im Luftspalt des Meßkerns 43Λ. Im Bereich, der vom Luftspalt des Meßkern bei der Bewegung über den vorgesehenen Meßbereich überstrichen wird, befindet sich eine Meßschleife 47 welche nicht näher beschrieben werden muß. Die Spule weist einen möglichst geringen Querschnitt auf, damit der Streufluß, der außerhalb des Meßkerns die Meßschleife durchflutet, möglichst gering bleibt. Zudem ist die Wicklung so flach ausgeführt, daß sie durch den Luftspalt des Kerns 43 λ hindurchgeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, einen Kern aus einem Stück zu verwenden. 12 shows a schematic illustration of an embodiment of an angle sensor according to the functional principle described above. In a housing 40 a shaft 41 is mounted λ Λ rotatable. An arm 42 is firmly connected to the shaft. At the end of the arm a soft magnetic core 43 λ is attached, which when the shaft rotates, describes a circular arc. The core 43 forms a rectangle which is interrupted by an air gap. A coil 45 λ and a circuit board 44 λ are firmly connected to the housing. The coil 45 λ is arranged so that the straight leg of the measuring core 43 λ passes through it. The circuit board 44 is in the air gap of the measuring core 43 Λ . In the area which is covered by the air gap of the measuring core during the movement over the intended measuring range, there is a measuring loop 47 which need not be described in more detail. The coil has the smallest possible cross-section so that the leakage flux which flows through the measuring loop outside the measuring core remains as small as possible. In addition, the winding is so flat that it can be passed through the air gap of the core 43 λ . This makes it possible to use a one-piece core.

Claims

Patentansprüche claims
1. Induktiver Meßumformer zur Bestimmung der Position eines gegenüber einem feststehendem Gehäuse verschieb- lichen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebliche Körper einen Meßumformer aufweist, welche ein über einen begrenzten Bereich sich erstrek- kendes magnetisches Wechselfeld erzeugt und dieses Wechselfeld wenigstens eine mit dem Gehäuse verbundene sich über die Meßlänge erstreckende Leiterschleife durchflutet, dessen Spannungsdifferenz zwischen hinführender und rückführender Leitung durch eine elektrische Schaltung gemittelt wird und an einen Ausgang geführt ist .1. Inductive transducer for determining the position of a body which is displaceable relative to a fixed housing, characterized in that the displaceable body has a transducer which generates an alternating magnetic field which extends over a limited area, and this alternating field at least one with the housing Connected conductor loop extending over the measuring length is flooded, the voltage difference between the incoming and returning line is averaged by an electrical circuit and is led to an output.
2. Induktiver Meßumformer zur Bestimmung der Position eines gegenüber einem feststehendem Gehäuse verschieb- lichen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Gehäuse verbundene von einem Wechselstrom durchflössen Leiterschleife durch ein mit dem ver- schieblichen Körper verbundenen induktiv wirkendes Element hindurchgeführt ist, welches einen erhöhten Spannungsabfall im Bereich diese Elements verursacht, und daß die Spannungsdifferenz zwischen hinführender und rückführender Leitung der Leiterschleife durch eine elektrische Schaltung gemittelt wird und an einen Ausgang geführt ist.2. Inductive transmitter for determining the position of a body that is displaceable relative to a fixed housing, characterized in that a conductor loop connected to the housing and through which an alternating current flows is passed through an inductively acting element connected to the displaceable body, which increases the height Voltage drop in the area of this element causes, and that the voltage difference between the incoming and return line of the conductor loop through a electrical circuit is averaged and is led to an output.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen durch einzelne über die Meßlänge verteilte Abgriffe an der Leiterschleife abgreifbar sind und die Mittelung durch einzelne Widerstände erfolgt, welche auf einen gemeinsamen Anschluß geführt sind, der den Bereich umschließt, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflössen werden kann.3. Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the partial voltages can be tapped on the conductor loop by individual taps distributed over the measuring length and the averaging is carried out by individual resistors which are led to a common connection which encloses the area which is from magnetic alternating field of the movable element can flow through.
4. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen durch einzelne Abgriffe an der Leiterschleife abgreifbar sind und die Mittelung durch einzelne Kondensatoren erfolgt, welche auf einen gemeinsamen Anschluß geführt sind, der den Bereich umschließt, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflössen werden kann.4. Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the partial voltages can be tapped by individual taps on the conductor loop and the averaging is carried out by individual capacitors, which are led to a common connection, which encloses the area which is displaceable by the alternating magnetic field Elements can be flowed through.
5. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelung durch eine Widerstandsschicht erfolgt, die zwischen dem hinführenden Teil der Leiterschleife und einem sich über die Länge der Leiterschleife erstreckenden parallel verlaufenden Meßanschluß liegt, wobei der Bereich zwischen dem hinführenden Teil der Leiterschleife und dem Meßanschluß, welcher vom magnetischen Wechselfeld des verschieblichen Elements durchflössen werden kann, von einer Widerstandsschicht bedeckt ist. 5. Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the averaging is carried out by a resistance layer which lies between the leading part of the conductor loop and a parallel measuring connection extending over the length of the conductor loop, the area between the leading part of the conductor loop and the measuring connection, which can be flowed through by the alternating magnetic field of the displaceable element, is covered by a resistance layer.
6. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Wechselfelds des beweglichen Elements dadurch erfolgt, daß in einer festehenden sich über die Länge des Meßwegs erstreckenden Erregerspule ein Kern hoher Permeabilität beweglich angeordnet ist, welcher den Magnetfluß vorzugsweise in den Bereich der Meßschleife umleitet.6. Transmitter according to claim 1 to 5, characterized in that the generation of the magnetic alternating field of the movable element takes place in that a core of high permeability is movably arranged in a fixed excitation coil extending over the length of the measuring path, which preferably the magnetic flux in the Area of the measuring loop redirected.
7. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Erregerwicklung aus einer Windung besteht und die Anpassung an die Impedanz der Versorgung durch einen Transformator mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis erfolgt.7. Transmitter according to claim 1 to 6, characterized in that the excitation winding consists of a turn and the adaptation to the impedance of the supply is carried out by a transformer with a suitable transmission ratio.
8. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Kern hoher Permeabilität mit einer Spule versehen ist, welche mit einem Kondensator verbunden ist, so daß diese einen Schwingkreis bilden, und daß die Erregung mit der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises erfolgt.8. Transmitter according to claim 1 to 7, characterized in that the movable core of high permeability is provided with a coil which is connected to a capacitor so that they form a resonant circuit, and that the excitation takes place at the resonant frequency of this resonant circuit.
9. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Spule und den Kondensator gebildete Schwingkreis als frequenzbestimmendes Elements einer Oszillatorschaltung verwendet wird.9. Transmitter according to claim 1 to 8, characterized in that the resonant circuit formed by the coil and the capacitor is used as a frequency-determining element of an oscillator circuit.
10. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom des verschiebbaren Elements so geregelt wird, daß die Spannung an der vollständigen Leiterschleife konstant bleibt.10. Transmitter according to claim 1 to 9, characterized in that the excitation current of the displaceable element is controlled so that the voltage at the complete conductor loop remains constant.
11. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verhältnis aus der am Summierausgang anstehenden Spannung zu der an der vollständigen Wicklung anstehenden Spannung ein Meßwert gebildet wird.11. Transmitter according to claim 1 to 10, characterized in that from the ratio of the Summing output current voltage to the voltage applied to the complete winding, a measured value is formed.
12. Meßumformer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die durch das Streufeld außerhalb des veschiebbaren induktiven Meßumformers induzierten Spannungen durch zusätzliche Schaltungsmittel kompensiert werden.12. Transmitter according to claim 1 to 11, characterized in that the voltages induced by the stray field outside the displaceable inductive transmitter are compensated by additional circuit means.
13. Anordnung zur Messung von Winkeln zwischen einem feststehenden Gehäuse und einer Welle, auf der ein induktiver Meßumformer nach Anspruch 1 bis 12 befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Meßumformer aus einem weichmagnetischen Material besteht und aus einem im Drehpunkt der Welle gelagerten vorzugsweise zylindrichen Mittelteil und zwei nach außen führenden Schenkeln besteht, welche einen Luftspalt bilden, und daß das Mittelteil von einer vorzugsweise zylindrischen Spule umgeben ist, welche mit Wechselstrom durchflössen wird und damit in dem von den Schenkeln gebildeten Luftspalt ein magnetische Feld erzeugt, und daß in dem von den beiden Schenkeln gebildeten Luftspalt eine Leiterplatte liegt, welche wenigstens eine Meßschleife aufweist, in der das magnetische Feld im Luftspalt durch Induktion wenigstens eine winkelabhängige Spannung erzeugt.13. An arrangement for measuring angles between a fixed housing and a shaft, on which an inductive transmitter according to claim 1 to 12 is attached, characterized in that the inductive transmitter consists of a soft magnetic material and from a preferably cylindrical in the pivot point of the shaft There is a central part and two legs leading to the outside, which form an air gap, and that the central part is surrounded by a preferably cylindrical coil through which alternating current flows and thus generates a magnetic field in the air gap formed by the legs, and that in that of the two legs formed air gap is a circuit board which has at least one measuring loop in which the magnetic field in the air gap generates at least one angle-dependent voltage by induction.
14. Anordnung zur Messung von Winkeln zwischen einem feststehenden Gehäuse und einer Welle, auf der ein induktiver Meßumformer nach Anspruch 1 bis 12 befestigt ist , dadurch gekennzeichnet, daß der induk- tive Meßumformer aus einem außerhalb des Drehpunkts angeordneten weichmagnetischen Kern besteht, der zusammen mit dem ihn unterbrechenden Luftspalt einen Magnetkreis bildet, daß eine mit dem Drehpunkt konzentrische Spule so angeordnet ist, daß der durch sie fließende Wechselstrom einen Magnetfluß durch den Luftspalt hervorruft, daß im Luftspalt eine Trägerplatte liegt, welche wenigstens eine Meßschleife aufweist, in der das magnetische Feld im Luftspalt durch Induktion wenigstens eine winkelabhängige Spannung erzeugt, und daß elektrisch gut leitendes Material innerhalb und am Rand der Spule so angeordnet ist, daß die darin fließenden Kurzschlußströme den Magnetfluß außerhalb des induktiven Geberelements weitgehend aufheben.14. Arrangement for measuring angles between a fixed housing and a shaft on which an inductive transmitter is attached according to claim 1 to 12, characterized in that the inductor active measuring transducer consists of a soft magnetic core arranged outside the fulcrum, which forms a magnetic circuit together with the air gap interrupting it, that a coil concentric with the fulcrum is arranged so that the alternating current flowing through it causes a magnetic flux through the air gap that in the air gap a carrier plate is located, which has at least one measuring loop, in which the magnetic field in the air gap generates at least one angle-dependent voltage by induction, and that electrically highly conductive material is arranged inside and at the edge of the coil so that the short-circuit currents flowing therein, the magnetic flux outside the To largely cancel the inductive encoder element.
15. Anordnung zur Messung von Winkeln nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei über den Umfang gleichmäßig verteilte induktive Meßumformer und dazugehörige Meßschleifen vorgesehen sind und die Ausgangsspannungen dieser Meßschleifen in gleicher Weise zur Gewinnung des Meßwerts herangezogen werden.15. An arrangement for measuring angles according to claim 13 or 14, characterized in that at least two inductive transducers and associated measuring loops uniformly distributed over the circumference are provided and the output voltages of these measuring loops are used in the same way to obtain the measured value.
16. Anordnung zur Messung von Winkeln zwischen einem feststehenden Gehäuse und einer Welle, auf der ein induktiver Meßumformer nach Anspruch 1 bis 12 befestigt ist , dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Meßumformer außerhalb des Drehpunkts angeordnet ist, daß der induktive Meßumformer aus einem von einem Luftspalt unterbrochenen weichmagnetischen Kern besteht, daß eine Spule vorgesehen ist, welche mit dem Gehäuse mechanisch verbunden ist und eine Öffnung aufweist, durch die ein Schenkel des Kerns hindurchgeführt ist und es erlaubt, die Welle über den vorgesehenen Winkelbereich zu bewegen ohne daß das Übertragungselement die Spule berührt und welche von Wechselstrom durchflössen wird, und daß eine Trägerplatte im Luftspalt des Meßumformers angeordnet ist, welche wenigstens eine Meßschleife zur Gewinnung der Meßspannung aufweist. 16. An arrangement for measuring angles between a fixed housing and a shaft on which an inductive transmitter is attached according to claim 1 to 12, characterized in that the inductive transmitter is arranged outside the pivot point that the inductive transmitter from one of an air gap interrupted soft magnetic core is that a coil is provided which is mechanically connected to the housing and has an opening through which one leg of the core passes is and it allows to move the shaft over the intended angular range without the transmission element touching the coil and which is traversed by alternating current, and that a carrier plate is arranged in the air gap of the transmitter, which has at least one measuring loop for obtaining the measuring voltage.
EP98966224A 1997-12-23 1998-12-21 Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles Withdrawn EP1042649A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19757689 1997-12-23
DE19757689A DE19757689C2 (en) 1997-12-23 1997-12-23 Inductive transmitter for paths
PCT/DE1998/003753 WO1999034170A1 (en) 1997-12-23 1998-12-21 Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1042649A1 true EP1042649A1 (en) 2000-10-11

Family

ID=7853265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98966224A Withdrawn EP1042649A1 (en) 1997-12-23 1998-12-21 Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6504361B1 (en)
EP (1) EP1042649A1 (en)
JP (1) JP2002500344A (en)
CN (1) CN1285036A (en)
DE (1) DE19757689C2 (en)
WO (1) WO1999034170A1 (en)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8089324B2 (en) * 2006-08-05 2012-01-03 Min Ming Tarng Varactor-free amplitude controlled oscillator(ACO) for system on chip and system on card Xtaless clock SOC
DE19905847C2 (en) * 1999-02-05 2001-02-22 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Displacement and / or angle sensors with a meandering measuring winding
DE10022082C1 (en) * 2000-05-08 2001-10-18 Siedle Horst Gmbh & Co Kg Inductive measuring transducer for measuring linear or angular displacement has inductive source providing AC magnetic field and sensor device for detecting magnetic field variations
DE10026033C2 (en) * 2000-05-25 2003-05-28 Abb Patent Gmbh Transmitter with a flameproof encapsulated transmitter housing
DE10219678C1 (en) * 2002-05-02 2003-06-26 Balluff Gmbh Inductive displacement sensor has angularly or linearly displaced measuring head provided with passive resonance circuit
DE10332761A1 (en) * 2003-04-30 2004-11-25 Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co Kg Method and device for determining movement parameters of a conductive, preferably profiled surface
US6995573B2 (en) * 2003-05-07 2006-02-07 I F M Electronic Gmbh Process for determining the position of an influencing element with an inductive position sensor
WO2006125543A2 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 Stopinc Aktiengesellschaft Sliding closure for metallurgical vessels
GB2461448B (en) 2007-05-10 2011-08-31 Cambridge Integrated Circuits Ltd Transducer
DE102007027419A1 (en) 2007-06-14 2008-12-18 Franz Gleixner Inductive measuring transducer, has pick-up coil groups connected in series such that coils are repeatedly in series to individual groups, where effective width of sensor element is selected such that coils are influenced by sensor element
DE102007035310A1 (en) * 2007-07-27 2009-01-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method and device for data and / or energy transmission
US8542017B2 (en) * 2009-12-21 2013-09-24 Nxp B.V. System and method for measuring the shape of an organ of a patient using a magnetic induction radio sensor integrated in a stretchable strap
GB2488389C (en) 2010-12-24 2018-08-22 Cambridge Integrated Circuits Ltd Position sensing transducer
DE102011100440A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 Polycontact Ag position sensor
DE102011121028B4 (en) * 2011-12-14 2014-10-16 Paragon Ag "Measurement arrangement for determining the distance to an alternating magnetic field source and method for measuring the distance between a magnetic sensor arrangement and an alternating magnetic field source"
GB2503006B (en) 2012-06-13 2017-08-09 Cambridge Integrated Circuits Ltd Position sensing transducer
JP5974231B2 (en) * 2012-09-03 2016-08-23 多摩川精機株式会社 Linear resolver
US20140169987A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Caterpillar Inc. Dielectric Sensor Arrangement and Method for Swashplate Angular Position Detection
DE102014220446A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for the contactless detection of angles of rotation on a rotating component
DE102015215330A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Inductive sensors with operating frequency near the resonance
DE202016003727U1 (en) * 2016-06-14 2016-07-07 Peter Haas inductance arrangement
FI20165494A (en) * 2016-06-14 2017-12-15 Lappeenrannan Teknillinen Yliopisto POSITION SENSOR
US10948315B2 (en) * 2018-12-21 2021-03-16 Industrial Technology Research Institute Magnetic position detecting device and method
DE102019218399A1 (en) * 2019-11-27 2021-05-27 Infineon Technologies Ag INDUCTIVE ANGLE SENSOR WITH DISTANCE DETERMINATION

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2511683C3 (en) * 1975-03-18 1985-06-20 Metrawatt GmbH, 8500 Nürnberg Inductive position transmitter
US5055814A (en) * 1988-05-19 1991-10-08 Ohkura Electric Co., Ltd. Displacement detector
DE68928987T2 (en) * 1989-10-02 1999-11-11 Koninkl Philips Electronics Nv Data processing system with a touch display and a digitizing tablet, both integrated in an input device
FR2682760A1 (en) * 1991-10-22 1993-04-23 Prototype Mecanique Ind Contactless linear or angular displacement sensors
DE4201721C2 (en) * 1992-01-23 1994-06-30 Bosch Gmbh Robert Non-contact encoder
DE4225968A1 (en) * 1992-08-06 1994-02-10 Micro Epsilon Messtechnik Non-contact measuring system and method for non-contact measuring
ATE165659T1 (en) 1994-05-14 1998-05-15 Scient Generics Ltd GIVEAWAY
DE9421122U1 (en) * 1994-11-10 1995-04-27 Siedle Horst Kg Device for determining a respective local position of a body
US5973494A (en) 1996-05-13 1999-10-26 Mitutoyo Corporation Electronic caliper using a self-contained, low power inductive position transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9934170A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1285036A (en) 2001-02-21
WO1999034170A1 (en) 1999-07-08
US6504361B1 (en) 2003-01-07
DE19757689A1 (en) 1999-07-08
JP2002500344A (en) 2002-01-08
DE19757689C2 (en) 2001-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1042649A1 (en) Inductive measuring transducer for paths and system for measuring angles
DE60130700T2 (en) Inductive position sensor
DE2511683C3 (en) Inductive position transmitter
EP0510367B1 (en) Inductive position sensor
EP0990123A1 (en) Eddy current sensor
EP0528199B1 (en) Transducer for inductively producing a measurement signal
EP0557608A1 (en) Coil assembly
WO2006084675A1 (en) Inductive proximity switch based on a transformer coupling factor principle
WO2001086233A1 (en) Inductive measuring transducer
EP2302328A1 (en) Positioning device with multiple crossing transmitter coil assembly
DE112020003606T5 (en) resolver
WO1992013256A1 (en) Device for inductively measuring the state of a stream of electroconductive liquid
EP1151248A1 (en) Displacement and/or angle sensor comprising a meandering measuring winding
EP0144347B1 (en) Active current transformer
WO2005052506A2 (en) Contactless displacement measuring system
DE2812303A1 (en) Iron coreless instrument transformer system with air gap transformer - through whose primary flows current to be measured and which is decoupled from compensation transformer
WO2004003479A2 (en) Sensor coil and displacement sensor
DE2714142A1 (en) DEVICE FOR MEASURING A MAGNETIC FLOW
DE2525076C2 (en) Moving coil instrument
DE2925654A1 (en) TRAVELERS
EP1688710A1 (en) Method for determining a displacement with an inductive position sensor and position sensor as such
DE19752497C2 (en) Eddy current sensor
EP0340317A1 (en) Inductive position sensor
WO2023222329A1 (en) Proximity switch and method for detecting a trigger
DE10312813A1 (en) Inductive position sensor has a control element whose position is detected using an arrangement of transmitter and receiving coils with the former having fewer thicker windings and the latter more thinner windings

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20000606

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB IE IT LI NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20030519

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20070703