SI23519A - Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo - Google Patents
Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo Download PDFInfo
- Publication number
- SI23519A SI23519A SI201000306A SI201000306A SI23519A SI 23519 A SI23519 A SI 23519A SI 201000306 A SI201000306 A SI 201000306A SI 201000306 A SI201000306 A SI 201000306A SI 23519 A SI23519 A SI 23519A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- force
- magnetic
- magnetic field
- permanent magnet
- field probe
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Cilj izuma je magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo. Sila je zato vhod in električni signal je izhod. Magnetni sistem sestavljajo: sonda magnetnega polja (103, 203), ki meri absolutno magnetno polje, prvi permanentni magnet (102,202) s fiksnim položajem glede na sondo magnetnega polja (103, 203) in drugi permanentni magnet (101, 201), ki spreminja svoj položaj glede na pritisnjeno silo (107, 207).
Description
Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo
Predmet izuma je magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo. Predlagani izum spada v področje magnetnih sistemov, podrobneje v področje brezkontaktnih magnetnih sistemov s sondo polja za merjenje magnetnega signala in za ustvarjanje izhodnega signalnega odziva v odvisnosti od sile. Sila je torej vhod in električni signal je izhod.
Opis stanja tehnike
Razni brezkontaktni magnetni sistemi za merjenje sile na tržišču se uporabljajo v gospodinjskih aparatih, motornem inženiringu itd. V takih sistemih je eno (ali več) gibljivo telo, ki na en ali drug način vpliva na magnetno poljsko jakost na mestu sonde polja. Magnetna sonda polja, to je Hallov element, generira električni izhodni signal, ki se ga zlahka naknadno obdela.
Glavni problem brezkontaktnih magnetnih sistemov je nelinearnost. Na primer, enostavni magnetni sistem, ki ga sestavljata le en permanentni magnet in sonda polja. Tak sistem se lahko uporabi kot senzor zračnega tlaka. Običajno je tu zatesnjena membrana in vzmet, ki deluje nasprotno sili. Namesto vzmeti se uporablja tudi elastična membrana /1/. Pritisnjeni tlak prisili magnet, kije pritrjen na vzmet, da se premakne bližje k sondi magnetnega polja. Razmerje med pritisnjenim tlakom in razdaljo med sondo magnetnega polja in trajnim je linearno, ker je vzmet, ki se zoperstavi sili tlaka, linearna. Magnetno polje v odvisnosti od razdalje med magnetom in sondo je v bistvu nelinearno.
Za linearni električni izhod je potrebno vpeljati kompliciran linearizacijski algoritem. To pomeni dodatne stroške, ker je potrebno izvesti kalibracije za vsak ločen magnetni sistem. Sprememba temperature direktno vpliva na meritve, ker temperaturni koeficient magneta ni zanemarljiv. To zahteva tudi algoritem za temperaturno kompenzacijo magneta.
Ozadje izuma
Cilj izuma je predlagati sistem, ki ima izboljšano linearno obnašanje izhodnega električnega signala. To zmanjša zapletenost linearizacije in s tem končnih stroškov. Istočasno se izboljša temperaturna odvisnost zaradi narave sistema.
Brezkontaktni magnetni sistem bi moral ostati enostaven, lahek za sestavljanje in z omejenim - tako malo kot je možno - številom komponent. Predlagan merilni princip mora dovoljevati relativno lahko uvedbo v končni sistem, ki je primeren za produkcijo.
Opis
Predlagan brezkontaktni sistem transformira mehansko silo v električni signal. Sila je torej vhod
-2in električni signal je izhod.
Izum bo sedaj razložen bolj detajlno z opisom izvedbe in sklicujoč se na priložene risbe, ki predstavljajo:
Risba 1: sistem po izumu,
Risba 2: graf, ki predstavlja razmerje med magnetno silo (Fm) in razdaljo med gibljivim magnetom in sondo polja (x),
Risba 3: graf, ki predstavlja razmerje med izhodom (out) sonde magnetnega polja in razdaljo med gibljivim magnetom in sondo polja,
Risba 4: graf, ki predstavlja razmerje med izhodom (out) sonde magnetnega polja in magnetno silo (Fm)
Risba 5: magnetni sistem, ki uporablja magnetno privlačno silo
Risba 6: graf, ki predstavlja razmerje med magnetno silo (Fm) in razdaljo med gibljivim magnetom in sondo polja (x),
Risba 7: graf, ki predstavlja razmerje med izhodom (out) sonde magnetnega polja in razdaljo med gibljivim magnetom in sondo polja,
Risba 8: graf, ki predstavlja razmerje med izhodom (out) sonde magnetnega polja in magnetno silo (Fm)
Sistem, kot je prikazan na risbi 1 in risbi 5 sestavljajo tri osnovne komponente:
- sonda magnetnega polja, ki meri absolutno magnetno polje,
- prvi permanentni magnet s fiksnim položajem glede na sondo magnetnega polja,
- drugi permanentni magnet, ki spreminja svoj položaj glede na pritisnjeno silo.
Sonda magnetnega polja in prvi permanentni magnet imata fiksen medsebojni položaj. Drugi permanentni magnet se giblje ustrezno pritisnjeni sili glede na prvi permanentni magnet in sondo magnetnega polja. Permanentna magneta sta usmerjena tako, da je magnetna sila med njima privlačna ali usmerjena tako, da je magnetna sila med njima odbojna.
Hallov element je zelo primerna naprava za merjenje magnetnega polja in se ga zato lahko uporablja kot sondo magnetnega polja. Je zelo občutljiv na spremembe jakosti magnetnega polja. Lahko zazna zelo majhne spremembe magnetnega polja in je zato primeren za sisteme, kjer so gradienti magnetnega polja majhni. Njegov izhod je napetost, ki je linearno odvisna od magnetnega polja.
Obstaja mnogo materialov, ki so primerni za izdelavo Hallovega elementa, vendar je stroškovno najbolj učinkovit silicij. Omogoča enostavno in ekonomsko integracijo ter je
-3kompatibilen s standardnimi polprevodniškimi proizvodnimi procesi. Z integracijo v standardne CMOS procese se lahko uporabi v tako imenovanih pametnih senzorjih.
Uporaba magnetne odbojne sile
Sonda 103 magnetnega polja je prikazana v magnetnem sistemu 100 na risbi 1. Nameščena je v bližini fiksnega permanentnega magneta 102. Permanentni magnet 102 proizvaja fiksno magnetno polje na mestu sonde 103 magnetnega polja.
Drugi permanentni magnet 101 je nameščen na drugi strani sonde 103 magnetnega polja tako, da je sonda 103 magnetnega polja med 102 in 101. Magnetni poli obeh permanentnih magnetov so obrnjeni eden proti drugemu tako, da obstaja odbojna sila. Razdalja 104 med sondo 103 magnetnega polja in drugim permanentnim magnetom 101 je odvisna od velikosti in magnetizacijske jakosti obeh permanentnih magnetov ter območja vhodne sile 107.
Mehanska sila 107 potiska drugi permanentni magnet 101 v smeri 106 proti sondi magnetnega polja in prvemu permanentnemu magnetu 102. Gibanje drugega permanentnega magneta naj bo mehansko omejeno na eno os samo v smeri 106.
Naraščajoča sila 107 zmanjša razdaljo 104 med drugim permanentnim magnetom 101 in sondo magnetnega polja 103 in tudi razdaljo do prvega permanentnega magneta 102. Zmanjšana razdalja med permanentnima magnetoma 101 in 102 pomeni tudi povečanje odbojne sile med magnetoma. Ravnotežje magnetnega sistema je doseženo, ko sta si enaki vhodna mehanska sila 107 in odbojna magnetna sila. Območje gibanja drugega permanentnega magneta je omejeno na 105. Razdalja 105 je manjša od 104, ker najmanjša razdalja lahko varira zaradi mehanskih in magnetnih nestabilnosti.
Oba permanentna magneta 102, 101 in območje spremenljive razdalje 105 so izbrani glede na jakost in območje vhodne sile.
Uporaba magnetno privlačne sile
Magnetni sistem 200, ki uporablja magnetno privlačno silo, ima enake komponente kot magnetni sistem, ki uporablja magnetno odbojno silo, z izjemo, da sta si nasprotna magnetna pola permanentnih magnetov obrnjena eden proti drugemu kot je prikazano na risbi 5.
Mehanska sila 207 vleče permanentni magnet 201 v smeri 206 proč od sonde magnetnega polja 203 in tudi proč od drugega permanentnega magneta 202, ki ima fiksen položaj. Naraščajoča sila povečuje razdaljo med dvema permanentnima magnetoma 201 in 202. Magnetna privlačna sila se z razdaljo spreminja in ravnotežje je doseženo, ko sta si mehanska sila in magnetna privlačna sila enaki. Minimalna razdalja je 204 in maksimalna je 205.
Oba permanentna magneta 202, 201 in območje spremenljive razdalje so izbrani glede na jakost in območje vhodne sile.
Gibanje drugega permanentnega magneta mora biti omejeno le na eno os, to je na os, ki
-4sovpada z magnetizacijskim vektorjem obeh permanentnih magnetov. Velika prednost magnetnega sistema, ki uporablja magnetno privlačno silo je, da sta permanentna magneta samo-centrirna. Vsak odmik gibljivega magneta 201 od osi avtomatsko potegne magnet proti osi. Mehansko vodilo, ki preprečuje kakršnokoli gibanje proč od osi, kot je to v sistemu, ki uporablja magnetno odbojno silo, ni potrebno. To pomeni, da ni nikakršnega trenja magneta z vodilom ali katerimkoli drugim mehanskim delom, ki preprečuje odmik od osi.
Delovanje magnetnega sistema
Uporaba magnetno odbojne sile
Zunanja mehanska sila prisili drugi permanentni magnet 101, da se pomakne bližje k sondi magnetnega polja 103 in fiksnemu permanentnemu magnetu 102. Za vsako razdaljo med gibljivim magnetom in sondo polja sta mehanska sila in magnetna odbojna sila enaki, če naj bo sistem stabilen.
Razmerje med magnetno silo Fm in razdaljo x med gibljivim magnetom 101 in sondo polja 103 je prikazano na risbi 2. To je nelinearna funkcija. Razdalja med xmin in xmax je razdalja 105, katere območje je posledica območja zunanje sile.
Razmerje med izhodom sonde 103 magnetnega polja in razdaljo med gibljivim magnetom 101 in sondo polja 103 je prikazano na sliki 3. Ravno tako je to nelinearna funkcija.
Ker je vhod magnetnega sistema zunanja mehanska sila in je izhod električni izhod sonde magnetnega polja, je razmerje med tema dvema spremenljivkama prikazano na risbi 3. Razmerje je zelo blizu linearnega. Odstopanja od linearnosti so majhna in so plod neidealnosti. Linearno razmerje je prikazano na risbi 4.
Temperaturni koeficient poceni magnetov običajno ni zanemarljiv. Če imata oba magneta negativni temperaturni koeficient, se magnetno polje zmanjšuje z naraščajočo temperaturo. Rezultat je tudi zmanjšana odbojna sila in razdalja med obema magnetoma se zmanjša na razdaljo, kjer je magnetna sila spet enaka zunanji sili. Zaradi te situacije ostane izhod sonde magnetnega polja relativno nespremenjen, ker mora biti prisotno enako magnetno polje za dano magnetno silo, to je, mora biti enako zunanji magnetni sili.
Za položaj xmax z risbe 3 mora biti pritisnjena začetna zunanja sila, ker mora nasprotovati magnetni sili med dvema permanentnima magnetoma. To se lahko reši s šibko vzmetjo, začetno zunanjo mehansko silo, itd. Čeprav pa mora biti med delovanjem magnetna sila dominantna.
Uporaba magnetno privlačne sile
Sistem 200, ki uporablja magnetno privlačno silo, kot je prikazano na risbi 5, delujeenako kot magnetni sistem, ki uporablja magnetno odbojno silo, samo daje polariteta gibljivega magneta 201 spremenjena.
Risba 6 se nanaša na sistem, ki uporablja magnetno privlačno silo in prikazuje razmerje
-5med magnetno silo in razdaljo x, ki je nelinearno. Sila ima maksimalno vrednost pri xmin in najnižjo pri xmax. Risba 7 kaže razmerje med izhodom sonde magnetnega polja in razdaljo x, kije ravno tako nelinearno. Dve nelinearnosti kompenzirata ena drugo in razmerje med magnetno silo kot vhodom in električnim izhodom sonde magnetnega polja 203 je zelo blizu linearnemu. Linearno razmerje je prikazano na risbi 8.
Ravno tako ima temperaturni koeficient permanentnih magnetov malo ali nič vpliva na električni izhod sonde magnetnega polja.
Za položaj xmin iz risbe 7 mora biti pritisnjena začetna zunanja sila, ker mora nasprotovati magnetni sili med dvema permanentnima magnetoma 201 in 202 (risba 5). To se lahko reši z vzmetjo, začetno zunanjo mehansko silo, itd. Čeprav pa mora biti med delovanjem magnetna sila dominantna.
Referenčni patenti [1] EP 1420237 - Robustno zapisovanje tlaka z vključenim permanentnim magnetom in Hallovim pretvornikom; Izumitelj BUERGER FRANK in ostali; Datum publikacije; 19.5.2004 [2] EP 2021738 - Linearni magnetni senzor položaja z izboljšano linearnostjo izhodne karakteristične krivulje; Izumitelj: WOLF MARCO in ostali; Datum publikacije; 6.12.2007 [3] EP 0884572 - Pretvornik tlaka; Izumitelj BOGNAR FRANCOIS in ostali; Datum publikacije: 16.12.1998
Claims (3)
1. Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšanima linearnostjo in temperaturnim koeficientom, ki vsebuje:
- sondo magnetnega polja (103, 203) s fiksnim položajem, ki meri absolutno magnetno polje in ustvari izhodni električni signalni odziv v odvisnosti od sile, kjer je s tem sila vhod in električni signal izhod,
- prvi permanentni magnet (102, 202) s fiksnim položajem glede na sondo magnetnega polja (103, 203); in
- drugi permanentni magnet (101, 201), ki spreminja svoj položaj glede na prvi permanentni magnet (102,202) in do sonde magnetnega polja (103,203) glede na pritisnjeno silo (107,207), pri čemer je gibanje drugega permanentnega magneta (101,201) mehansko omejeno le na eno os v smeri (106, 206).
2. Sistem po zahtevku 1, pri čemer sta omenjena drugi permanentni magnet (101, 201) in prvi permanentni magnet (102,202) orientirana tako, da je magnetna sila med njima bodisi odbojna ali privlačna.
3. Magnetni sistem po zahtevku 2 s permanentnima magnetoma, orientiranima tako, da je magnetna sila med njima privlačna, kar zagotavlja avtomatsko samocentriranje.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201000306A SI23519A (sl) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo |
| AT362011A AT510532A1 (de) | 2010-10-05 | 2011-01-12 | Magnetsystem zur absolutkraftmessung mit verbesserter linearität |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201000306A SI23519A (sl) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI23519A true SI23519A (sl) | 2012-04-30 |
Family
ID=45992905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201000306A SI23519A (sl) | 2010-10-05 | 2010-10-05 | Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT510532A1 (sl) |
| SI (1) | SI23519A (sl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012101081B4 (de) | 2012-02-09 | 2023-08-31 | Univerza V Ljubljani Fakulteta Za Elektrotehniko | Verfahren und Vorrichtung zur Krafterfassung |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4026153A (en) * | 1975-08-08 | 1977-05-31 | Pall Corporation | Magnetic pressure indicator with sampling ports |
| DE8120655U1 (de) * | 1981-07-15 | 1982-02-18 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Drucksensor |
| US6670805B1 (en) * | 2000-09-22 | 2003-12-30 | Alliant Techsystems Inc. | Displacement sensor containing magnetic field sensing element between a pair of biased magnets movable as a unit |
| DE102004011591A1 (de) * | 2004-03-10 | 2005-09-29 | Robert Bosch Gmbh | Verbindungselement |
| DE102005016432B3 (de) * | 2005-04-05 | 2006-11-16 | Bizerba Gmbh & Co. Kg | Kraftmeßvorrichtung |
| DE102006024680B4 (de) * | 2006-05-26 | 2016-04-28 | Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg | Positionsmeßvorrichtung |
| JP2009229453A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | 圧力検出装置及び圧力検出方法 |
-
2010
- 2010-10-05 SI SI201000306A patent/SI23519A/sl not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-01-12 AT AT362011A patent/AT510532A1/de not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT510532A1 (de) | 2012-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0629834B1 (en) | Displacement sensor | |
| KR101325542B1 (ko) | 자력 센서 | |
| US20070120556A1 (en) | Magnetic position sensor for a mobile object with limited linear travel | |
| EP1367401A4 (en) | ELECTRICITY SENSOR AND OVERCURRENT PROTECTION DEVICE THEREWITH | |
| EP3084456A1 (en) | Magnetic field sensor and method for sensing relative location of the magnetic field sensor and a target object along a movement line | |
| NO20073692L (no) | Skyvedor med et magnetisk driftsystem med et banemalesystem | |
| KR101352308B1 (ko) | 센서 회로 | |
| EP2438391B1 (en) | Temperature tolerant magnetic linear displacement sensor | |
| EP1977207B1 (en) | Accurate pressure sensor | |
| US7710107B2 (en) | Force or field balance device and method for measuring position | |
| SI23519A (sl) | Magnetni sistem za merjenje absolutne sile z izboljšano linearnostjo | |
| US7199578B2 (en) | Measurement device including a hall sensor disposed in a magnetic tube | |
| CN216718524U (zh) | 一种高精度低温漂开环式霍尔电流传感器 | |
| WO2007053519A3 (en) | Non-destructive evaluation via measurement of magnetic drag force | |
| Roumenin et al. | Linear displacement sensor using a new CMOS double-hall device | |
| CN115469251A (zh) | 一种全集成闭环霍尔传感器装置 | |
| CA2023677A1 (en) | Acceleration sensor and acceleration sensing system | |
| Wang et al. | Electromagnetic position measurement system immune to ferromagnetic disturbances | |
| CN105606877B (zh) | 一种闭环tmr电流传感器 | |
| CN204303770U (zh) | 一种芯片黏着检测装置 | |
| EP3892973A3 (en) | Force sensor | |
| MX2023001332A (es) | Aparato magnetico de deteccion de posicion de puerta. | |
| EP1176325A2 (en) | Magnetic bearing apparatus | |
| JP2002277308A (ja) | 液面レベル検出装置 | |
| KR101185095B1 (ko) | 자기 온도 보상 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20120507 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20140603 |