FR2664045A1 - RACE DETECTOR, WITH A MEASURING COIL WITH BODY A FERROMAGNETIC MATERIAL. - Google Patents
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Abstract
a) Détecteur de course, avec une bobine de mesure dont le corps est un matériau ferromagnétique. b) caractérisé en ce que le corps (11) consiste en un matériau ferromagnétique et en un matériau conduisant bien l'électricité, mais non ferromagnétique, qui sont disposés selon le même axe dans toute l'étendue du domaine de mesure, et en ce que les effets qui se produisent dans les deux matériaux sont déterminés les uns par rapport aux autres, de telle façon que l'influence de la température est pratiquement constante sur le signal de mesure (U) du moins au voisinage de tout le domaine de mesure. c) L'invention se rapporte aux détecteurs de course., avec une bobine de mesure dont le corps est une matériau ferromagnétique.a) Stroke detector, with a measuring coil whose body is a ferromagnetic material. b) characterized in that the body (11) consists of a ferromagnetic material and of a material which conducts electricity well, but which is not ferromagnetic, which are arranged along the same axis throughout the extent of the measurement range, and in that that the effects which occur in the two materials are determined with respect to each other, in such a way that the influence of the temperature is practically constant on the measuring signal (U) at least in the vicinity of the entire measuring range . c) The invention relates to travel detectors., with a measuring coil whose body is a ferromagnetic material.
Description
i " Détecteur de course, avec une bobine de mesure dont le corps est uni "Stroke detector, with a measuring coil whose body is a
matériau ferromagnétique"ferromagnetic material "
L'invention part d'un détecteur de course avec une bobine de mesure parcourue par un courant al- The invention starts from a travel detector with a measuring coil traversed by a current
ternatif, qui se déplace par rapport à un corps et dont l'amortissement provoqué en fonction de la pro- fondeur d'enfoncement du corps dans la bobine de mesu- re est exploité comme signal de mesure. Par la demande de brevet allemande 31 09 930 0 mise à l'inspection publique, on connaît un dé- tecteur de course, dans lequel la tige-noyau avec la bobine de mesure plonge dans une douille en laiton disposée dans un tube La fréquence du courant alter- natif passant à travers la bobine, est déterminée de15 telle façon que les courants de Foucault ne se déve- loppent qu'à la surface du laiton Ce principe dit des courants de Foucault ici appliqué présente en vérité une faible dépendance par rapport à la température. Mais à des températures différentes, il se produit une20 dérive de la température qui dépend de la profondeur à laquelle est enfoncé le corps plongeur dans la bobine de mesure Cette dérive de température ne peut que difficilement et coûteusement être compensée dans un circuit électrique d'exploitation.25 Le détecteur de course, selon l'invention, This is a method of measuring the motion of the body which is moved in relation to a body and whose damping caused by the depth of the body into the measuring coil is used as a measuring signal. German patent application 31 09 930 0 discloses a running detector, in which the core rod with the measuring coil is immersed in a brass sleeve arranged in a tube. Alternating current passing through the coil is determined such that the eddy currents develop only on the surface of the brass. This principle, said eddy currents applied here, actually has a low dependence on temperature. But at different temperatures, there is a temperature drift which depends on the depth at which the plunger is pushed into the measuring coil. This temperature drift can only with difficulty and costly be compensated in an electrical operating circuit. .25 The stroke detector, according to the invention,
est caractérisé en ce que le corps consiste en un ma- is characterized in that the body consists of a
tériau f erromagnétique et en un matériau conduisant bien l'électricité, mais non ferromagnétique, qui sont disposés selon le même axe dans toute l'étendue du do- fomagnetic material and a material which conducts electricity well, but not ferromagnetic, which are arranged along the same axis throughout the entire range of
maine de mesure, et en ce que les effets qui se pro- of measurement, and that the effects
duisent dans les deux matériaux sont déterminés les in both materials are determined
uns par rapport aux autres, de telle façon que l'in- in relation to each other, in such a way that
f luence de la température est pratiquement constante sur le signal de mesure du moins au voisinage de tout temperature is almost constant on the measurement signal at least in the vicinity of
le domaine de mesure.the measurement domain.
Il a par contre l'avantage que les courbes de mesures fournies à des températures différentes sont pratiquement parallèles sur toute l'étendue du domaine de mesures La dérive de température est ainsi pratiquement constante sur toute l'étendue du domaine de mesure et peut être traitée d'une manière simple On the other hand, it has the advantage that the measurement curves supplied at different temperatures are practically parallel over the whole range of measurements. The temperature drift is thus practically constant over the entire measuring range and can be processed. in a simple way
dans un circuit électrique d'interprétation La f abri- in an electrical circuit of interpretation The shelter
cation du détecteur de course est particulièrement simple, car il faut sur un corps plongeur en matière of the stroke detector is particularly straightforward, as it requires a plunger
ferromagnétique, déposer seulement une couche de ma- ferromagnetic, deposit only one layer of
tière bonne conductrice de l'électricité,, mais non ferromagnétique D'une manière simple, le détecteur de electrical conductor, but not ferromagnetic. In a simple manner, the detector of
course peut être calé sur les rapports de mesure né- The race can be calibrated on the measurement reports
cessaires par la fréquence du courant alternatif ap- required by the frequency of the alternating current
pliqué au détecteur de course.plicated to the stroke detector.
D'autres formes de réalisation et perfec- Other embodiments and perfecti
tionnements avantageux du détecteur de course sont possibles. Suivant une caractéristique de l'invention, le corps est réalisé comme un corps plongeur de forme tubulaire en matière ferromagnétique, qui est entouré Advantages of the travel detector are possible. According to one characteristic of the invention, the body is made as a tubular-shaped plunger of ferromagnetic material, which is surrounded by
extérieurement par une matière conduisant bien l'élec- externally by a material leading well the elec-
tricité, mais non ferromagnétique. tricity, but not ferromagnetic.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the in-
vention, un fourreau est disposé sur le corps, four- vention, a sheath is placed on the body,
reau en une matière conduisant bien l'électricité, water in a material that conducts electricity well,
mais non ferromagnétique.but not ferromagnetic.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the in-
vention, l'un au moins des deux matériaux est disposé vention, at least one of the two materials is
sous forme de couche.in the form of a layer.
Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, la bobine de mesure est disposée sur un Finally, according to another characteristic of the invention, the measuring coil is arranged on a
corps de bobine en matière conduisant mal l'électrici- coil body in matter poorly conducts electricity
té et non ferromagnétique.té and non ferromagnetic.
Un exemple de réalisation de l'invention est représenté aux dessins et sera décrit plus en détail An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail
dans la description qui va suivre.in the following description.
la figure 1 montre une vue en coupe à tra- FIG. 1 shows a cross-sectional view through
vers un détecteur de course, la figure 2 représente un diagramme avec to a running detector, Figure 2 shows a diagram with
la courbe schématique du signal de mesure U en fonc- the schematic curve of the measurement signal U in function
tion de la profondeur d'enfoncement s, quand on tra- depth of penetration, when working with
vaille avec un matériau ferromagnétique ou avec un ma- with a ferromagnetic material or with a
tériau conduisant l'électricité, mais non ferromagné- electricity-carrying but not ferromagnetic
tique, la figure 3 représente un diagramme avec le graphique schématique du signal de mesure U en FIG. 3 represents a diagram with the schematic graph of the measurement signal U in FIG.
fonction de la profondeur d'enfoncement S à différen- according to the depth of depression S at different
tes températures, quand on travaille conformément à your temperatures, when working in accordance with
l'invention avec les deux couches de matériaux. the invention with the two layers of materials.
A la figure 1, on désigne par 10 un détec- In FIG. 1, a detection is
teur de course, dont le corps plongeur 11 est guidé presque sans frottement dans un corps de bobine 12 en stroke member, the plunger 11 of which is guided almost frictionlessly in a bobbin body 12
une matière conduisant mal l'électricité et non ferro- a material leading poorly to electricity and not ferro-
magnétique, par exemple une matière plastique ou de l'acier austénitique Le corps plongeur 11 consiste en un tube 13 en une matière ferromagnétique, sur le côté extérieur de laquelle est fixée une chemise 14 en une magnetic material, for example a plastic material or austenitic steel The plunger 11 consists of a tube 13 made of a ferromagnetic material, on the outer side of which is attached a jacket 14 in one
matière conduisant bien l'électricité mais non ferro- electricity-efficient but non-ferrous
magnétique, par exemple de l'aluminium Mais il est également possible, au lieu d'une chemise, de déposer magnetic, for example aluminum But it is also possible, instead of a shirt, to deposit
une couche de cette matière conduisant bien l'électri- a layer of this material conducts electricity well
cité, mais non ferromagnétique Dans ce cas, il est particulièrement simple de déposer la couche sur le côté extérieur du tube 13, c'est-à- dire sur le côté cited, but not ferromagnetic In this case, it is particularly simple to deposit the layer on the outer side of the tube 13, that is to say on the side
qui est tourné vers le corps de bobine 12 La profon- which is turned towards the coil body 12 The depth
deur d'enfoncement du corps plongeur 11 dans le corps sinker body sink 11 in the body
de la bobine 12 correspond alors à la course à mesu- of the coil 12 then corresponds to the measuring race
rer A la figure 1, on a représenté le corps plongeur 11 dans sa position d'enfoncement maximum Sur le corps de la bobine 12, c'est-à- dire sur le côté tourné à l'opposé du corps plongeur 11, une bobine de mesure In FIG. 1, the plunger 11 is shown in its maximum driving position. On the body of the spool 12, that is to say on the side facing away from the plunger 11, a spool measurement
est enroulée Sur la bobine de mesure 15 est dispo- is wound on the measuring coil 15 is available
sé un fourreau de protection 16 Ce fourreau de pro- a protective sheath 16 This sheath of
tection 16 sert à protéger la bobine 15 de salissures 16 is used to protect the spool 15 from soiling
vis-à-vis du milieu environnant et des champs électro- vis-à-vis the surrounding environment and the electronic fields
magnétiques extérieurs Le fourreau de protection 16 external magnetic The protective sheath 16
pénètre dans deux pièces de carter 17, 18, dont l'é- penetrates into two housing parts 17, 18, whose
cartement ou dont la variation relative d'écartement or whose relative variation in spacing
l'une par rapport à l'autre doivent être déterminés. relative to each other must be determined.
L'une des pièces de carter, la pièce 17 est fixée so- One of the parts of the casing, the part 17 is fixed so-
lidement et de façon solidaire sur le panneau de pro- and in solidarity with the panel of pro
tection 16 au moyen de prolongements en forme de flas- 16 by means of flange-shaped extensions.
ques L'autre pièce de carter 18 est mobile, mais The other housing part 18 is movable, but
fixée solidairement sur le corps plongeur 11 Une rai- fixed integrally on the plunger body 11
nure annulaire 19 est formée dans la pièce de carter 18 et une autre dans le corps plongeur 11; dans ces rainures est encastrée une bague d'arrêt 21 Le corps plongeur 11 est, de cette façon, déplacé en fonction du coulissage de la pièce de carter 18 Le détecteur annular race 19 is formed in the housing part 18 and another in the plunger 11; in these grooves is embedded a stop ring 21 The plunger 11 is, in this way, moved according to the sliding of the housing part 18 The detector
de course 10 peut être utilisé sur un élément pneuma- 10 may be used on a pneumatic element
tique ou hydraulique, dans lequel le corps plongeur, puis la bielle de piston du piston et le corps de la bobine sont conçus comme cylindres hydrauliques On peut penser à son application par exemple à un disque d'embrayage. Dans ce qui suit, on va expliquer en détail d'abord chacun des effets de mesure, c'est-à-dire la façon dont l'effet de mesure sera exploité seulement sur un matériau ferromagnétique ou seulement sur un A hydraulic or hydraulic system in which the plunger body, then the piston rod of the piston and the body of the coil are designed as hydraulic cylinders can be thought of its application for example to a clutch disc. In what follows, we will first explain in detail each of the effects of measurement, ie how the measuring effect will be exploited only on a ferromagnetic material or only on a
matériau conduisant bien l'électricité, mais non fer- material that conducts electricity well, but not
romagnétique Si la bobine 15 est parcourue par un romagnetic If the coil 15 is traversed by a
courant alternatif et si le champ magnétique alterna- alternating current and if the alternating magnetic field
tif de la bobine 15 agit sur un matériau conduisant bien l'électricité, mais non ferromagnétique, alors seul agit l'effet dit de courant de Foucault Du fait des courants de Foucault qui se forment à la surface du matériau conduisant bien l'électricité mais non If the coil 15 acts on a material that conducts electricity well, but not ferromagnetic, then only the so-called eddy current effect occurs. Due to the eddy currents that form on the surface of the material, which conducts electricity well, no
ferromagnétique, il se produit une diminution de l'in- ferromagnetic, there is a decrease in
ductance de la bobine de mesure 15, de telle sorte que ductance of the measuring coil 15, so that
la valeur de la tension de mesure U décroît Plus en- the value of the measuring voltage U decreases
suite le matériau pénètre dans la bobine de mesure 15, plus est grande la formation de courants de Foucault, car on dispose alors de plus de surface De la sorte, on obtient les courbes de mesure désignées par 25, 26, the material penetrates into the measuring coil 15, the greater is the formation of eddy currents, since more surface is then available. In this way, the measurement curves designated 25, 26 are obtained.
27 à la figure 2, courbes qui présentent une pente né- 27 in Figure 2, curves that present a negative slope
gative Les trois courbes de mesure 25, 26, 27 repré- The three measurement curves 25, 26, 27 represent
sentent la fonction à chacune des températures diffé- feel the function at each of the different temperatures
rentes, la courbe 26 correspondant par exemple à une température Tl = 20 , la courbe 25 à une température supérieure T 2 = 1100 et la courbe 27 à une température inférieure T 3 = 40 ' Les valeurs des températures se rents, the curve 26 corresponding for example to a temperature Tl = 20, the curve 25 at a higher temperature T 2 = 1100 and the curve 27 at a lower temperature T 3 = 40 'The values of the temperatures are
rapportent à la température ambiante régnant au voisi- relate to the prevailing ambient temperature in the
nage du détecteur de course 10 A partir de la repré- stroke detector 10 From the repre-
sentation schématique sur le diagramme selon la figure 2, on peut voir que l'influence de la température est schematic diagram of Figure 2, it can be seen that the influence of temperature is
variable dans toute l'étendue du domaine de mesure. variable throughout the range of measurement.
Plus le corps plongeur 11 est enfoncé dans la bobine de mesure 15, plus sont grands les écarts du signal de The more the plunger 11 is pushed into the measuring coil 15, the larger the deviations of the signal of
mesure par rapport à la courbe 26 qui doit être cons- measure with respect to curve 26 which must be
idérée comme la courbe d'étalonnage sur le diagramme identied as the calibration curve on the diagram
montré à la figure 2 Cette erreur de mesure qui in- shown in Figure 2 This measurement error which in-
tervient sous l'action des différences de température n'est pas directement proportionnelle à la profondeur tervient under the action of temperature differences is not directly proportional to the depth
d'enfoncement S et ne peut que difficilement être com- S and can hardly be
pensée dans un circuit d'exploitation. thought in an operating circuit.
Si, au contraire, la bobine de mesure 15 est parcourue par un courant alternatif, et si seulement If, on the contrary, the measuring coil 15 is traversed by an alternating current, and if only
une matière magnétique lui fait vis-à-vis, alors l'ex- a magnetic material makes him vis-à-vis, then the former
ploitation du signal de mesure repose sur l'effet dit operation of the measurement signal is based on the so-called
ferromagnétique ou inductif Le champ magnétique al- ferromagnetic or inductive The magnetic field
ternatif des bobines parcourues par le courant alter- ternative of the coils traversed by the alternating current
natif agit sur la surface de la matière ferromagnéti- native acts on the surface of the ferromagnetic material
que Du fait des propriétés ferromagnétiques, lors de l'effet ferromagnétique, la profondeur d'enfoncement du corps plongeur 11 dans la bobine de mesure 15 en Because of the ferromagnetic properties, during the ferromagnetic effect, the depth of insertion of the plunger 11 into the measuring coil 15 into
devenant de plus en plus grande, produit une augmenta- becoming larger, produces an increase in
tion de l'inductance de la bobine Ceci signifie que les courbes de mesure 28, 29 et 30 du diagramme selon la figure 2, présentent une pente positive Les trois courbes de mesure pour l'effet ferromagnétique sont prises aux mêmes températures Tl, T 2, T 3 que lors de l'effet à courant de Foucault Mais il faut, à cet égard, signaler qu'avec une matière ferromagnétique This means that the measuring curves 28, 29 and 30 of the diagram according to FIG. 2 have a positive slope. The three measurement curves for the ferromagnetic effect are taken at the same temperatures T 1, T 2 , T 3 that during the eddy current effect But it is necessary, in this respect, to point out that with a ferromagnetic material
aussi bien l'effet ferromagnétique que l'effet à cou- both the ferromagnetic effect and the
rant de Foucault agissent Pendant, comme indiqué ci- during, as indicated below,
dessus, l'effet à courant de Foucault, il se produit une diminution de l'inductance de la bobine de mesure et l'effet ferromagnétique provoque une augmentation de l'inductance de la bobine Celui des deux effets qui prévaut, dépend en premier lieu de la fréquence du courant alternatif, qui parcourt la bobine 19 Plus la above, the eddy current effect, there is a decrease in the inductance of the measuring coil and the ferromagnetic effect causes an increase in the inductance of the coil Which of the two effects prevails, depends in the first place of the frequency of the alternating current, which runs through the coil 19 Plus the
fréquence est alors élevée, plus est importante l'ac- frequency is high, the greater the importance of
tion de l'effet à courant de Foucault Les courbes re- tion of the eddy current effect.
présentées à la figure 2 sont établies pour des fré- presented in Figure 2 are drawn up for
quences identiques, par exemple de 5 000 Hz La varia- identical queries, for example 5000 Hz.
tion de l'inductance de la bobine en fonction de l'ef- inductance of the coil as a function of the effect
fet ferromagnétique dépend à nouveau de la profondeur d'enfoncement s En outre, on n'a pas, de nouveau, une influence linéaire de la température sur le signal de mesure U On peut voir, à partir de ce diagramme, que The ferromagnetic effect is again dependent on the depth of depression. In addition, there is no further linear influence of the temperature on the measurement signal U. From this diagram it can be seen that
pour une plus grande profondeur d'enfoncement, l'er- for greater depth of penetration, the erosion
reur de mesure provoquée par la température, à la tem- temperature caused by temperature, at the same time
pérature T 2 et à la température Tl, se modifie en temperature T 2 and at the temperature Tl, changes in
fonction de la profondeur d'enfoncement. depending on the depth of penetration.
Comme on l'a déjà évoqué ci-dessus, il n'existe pas pour une matière ferromagnétique, une As already mentioned above, for a ferromagnetic material there is no
zone de fréquence, dans laquelle intervienne exclusi- frequency zone, in which only
vement l'effet ferromagnétique ou exclusivement l'ef- the ferromagnetic effect or exclusively the ef-
fet à courant de Foucault Si l'on détermine les para- eddy current fuse If we determine the parameters
mètres, c'est-à-dire les propriétés du matériau du corps plongeur, par exemple l'épaisseur de couche des deux matériaux employés et la valeur de la fréquence du courant alternatif, qui parcoure la bobine 15, on peut obtenir un tracé presque parallèle des courbes de meters, that is to say the properties of the material of the plunger, for example the layer thickness of the two materials used and the value of the frequency of the alternating current, which goes through the coil 15, one can obtain a trace almost parallel of the curves of
mesure à des températures différentes Ce tracé paral- measured at different temperatures This parallel plot
lèle est possible dans la pratique presque dans toute l'étendue du domaine de mesure C'est seulement dans les deux zones extrêmes que se produisent des dérives In practice, it is possible in almost the whole extent of the measuring range. Only in the two extreme zones do drifts occur.
dites de point zéro, qui peuvent être compensées rela- zero point, which can be offset against
tivement facilement dans un circuit électrique d'ex- easily in an electrical circuit of
ploitation En outre, dans la forme de réalisation du détecteur de course 10, la bobine 15, vue dans le sens In addition, in the embodiment of the travel detector 10, the coil 15, viewed in the direction
axial, est réalisée plus longue que le domaine de dé- axial, is performed longer than the range of de-
placement du corps plongeur 11 De la sorte, il est possible de ne pas tenir compte, pour la production du signal de mesure, des champs magnétique non homogènes qui se produisent dans la zone marginale de la bobine In this way, it is possible to ignore, for the production of the measurement signal, inhomogeneous magnetic fields that occur in the marginal area of the coil.
de mesure 15.measuring 15.
Pour les courbes de mesure 31, 32, non re- For measuring curves 31, 32, not
présentées à la figure 3, alors qu'un corps plongeur 11 est saisi par une bobine de mesure 15, c'est aussi shown in FIG. 3, while a plunger 11 is grasped by a measuring coil 15, it is also
bien l'effet à courants de Foucault que l'effet ferro- the eddy current effect that the ferro-
magnétique qui règnent Comme les deux effets présen- As the two effects present
tent des pentes différentes et des variations en fonc- different slopes and variations depending on
tion de la température opposées, on peut, de la sorte, réaliser une compensation des températures Il va de soi qu'il est alors également possible de travailler avec plusieurs bobines au lieu de la bobine de mesure unique représentée à la figure 1 En outre, il est In this way, it is also possible to work with several coils instead of the single measuring coil shown in FIG. he is
également possible de disposer l'une sur l'autre plu- It is also possible to arrange one over the other
sieurs bobines de mesure, qui sont reliées ensuite measuring coils, which are then connected
électriquement les unes avec les autres de façon cor- electrically with each other in a cor-
respondante dans un circuit d'exploitation Dans un exemple de réalisation, on a utilisé comme matériau ferromagnétique, par exemple de l'acier non allié avec une épaisseur de couche de 2,5 mm et comme matériau In an exemplary embodiment, a ferromagnetic material, for example unalloyed steel with a layer thickness of 2.5 mm, was used as the material.
conduisant bien l'électricité, mais non ferromagnéti- driving electricity, but not ferromagnetism
que, de l'aluminium avec une épaisseur de couche de that, aluminum with a layer thickness of
lmm à une fréquence du courant alternatif de 5 000 Hz. lmm at an alternating current frequency of 5000 Hz.
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