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DE102007047839A1 - Measuring device i.e. manometer, for detecting pressure value, has evaluation unit offsetting detected fine measurement value in value representing physically adjacent measurement value with abrasive measurement value - Google Patents

Measuring device i.e. manometer, for detecting pressure value, has evaluation unit offsetting detected fine measurement value in value representing physically adjacent measurement value with abrasive measurement value Download PDF

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Abstract

The device has a sensor e.g. plastic jacket pipe type sensor, arrangement (4) to detect movement of a measuring element i.e. bourdon tube, of coupled bar magnets (3, 5). The arrangement has a magnetoresistive resistor arrangement (6) to detect fine measurement value of a fine position of the magnets, and an inductor (7) to detect an abrasive measurement value of an abrasive position of the magnets. An evaluation unit offsets the detected fine measurement value in a value representing physically adjacent measurement value with abrasive measurement value and electronically displays the result.

Description

Aus der US 6,064,197 , der WO 2004/094974 und der WO 2006/043078 sind Auswertungen von drehenden Magneten bekannt, die mit Messgeräten gekoppelt sind. Ferner sind sogenannte magneto-resistive Auswertungen aus der DE 19953190 , der EP 0932019 sowie der JP 2003315091 bekannt. Diese Auswertungen bedienen sich jedoch des GMR-Effekts (Giant Magneto Resistance Effect).From the US 6,064,197 , of the WO 2004/094974 and the WO 2006/043078 evaluations of rotating magnets are known, which are coupled with measuring devices. Furthermore, so-called magneto-resistive evaluations of the DE 19953190 , of the EP 0932019 as well as the JP 2003315091 known. However, these evaluations use the GMR effect (Giant Magneto Resistance Effect).

Ferner ist aus der Schrift EP 1260787 eine Auswertung bekannt, die jedoch 2 Sensoren zur Erfassung des MR-Effekts (Magneto-resistiven Effekts) verwendet.Furthermore, from the Scriptures EP 1260787 an evaluation is known, however, uses 2 sensors for detecting the MR effect (magneto-resistive effect).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein physikalisches Messgerät, welches mit nur einem Sensor eine Bewegung eines Messglieds auswerten kann. Die Anordnung hat den Vorteil, dass der Aufbau vereinfacht ist und sich insbesondere ein niedriger Stromverbrauch erzielen lässt.The Invention relates to a method and a physical measuring device, which can evaluate a movement of a measuring element with only one sensor. The arrangement has the advantage that the structure is simplified and In particular, a low power consumption can be achieved.

1 zeigt schematisch ein Messgerät, beispielsweise ein Manometer, das einen Zeiger hat, der den gemessenen Druckwert auf der Skala anzeigen kann. Natürlich ist die Erfindung nicht auf solche Geräte beschränkt, sondern die Erfindung wird lediglich anhand dieses Beispiels näher erläutert. 2 zeigt den Zeiger 2 des Messgeräts, der auf einer gemeinsamen Achse mit einem Magneten 3 befestigt ist. Etwa in der Mitte dieser Zeigerwelle ist ein Zahnrad angedeutet, was anzeigen soll, dass hier mechanisch ein Messwert in irgendeiner Form aufgebracht wird, was dann zur Verstellung des Zeigers führt. Ferner ist in 2 dem Magneten 3 gegenübergeordnet ein Sensor 4 angebracht, der später näher erläutert wird. In 3 ist zu erkennen, dass der Magnet 3 aus einem Halter und einem darin aufgenommenen Stabmagneten 5 (Treibermagnet) besteht. Zusammen mit dem Zeiger dreht sich der Magnet 3 vor dem Sensor 4, so dass sich die Lage der Pole Nord und Süd entsprechend dem Zeigerausschlag gegenüber Sensor 4 verändert. 1 schematically shows a measuring device, such as a manometer, which has a pointer that can display the measured pressure value on the scale. Of course, the invention is not limited to such devices, but the invention will be explained only with reference to this example. 2 shows the pointer 2 of the meter, on a common axis with a magnet 3 is attached. Approximately in the middle of this pointer shaft, a gear wheel is indicated, which should indicate that here a measured value is mechanically applied in any form, which then leads to the adjustment of the pointer. Furthermore, in 2 the magnet 3 opposite a sensor 4 attached, which will be explained later. In 3 it can be seen that the magnet 3 from a holder and a bar magnet received therein 5 (Driver magnet). Together with the pointer, the magnet rotates 3 in front of the sensor 4 , so that the position of the poles north and south corresponding to the pointer deflection relative to sensor 4 changed.

Der Sensor 4 hat eine Anordnung von MR-Widerständen 6, die vorzugsweise um 120° versetzt angeordnet sind. Jeder der gezeigten MR-Widerstände 6 ist eine Vollbrücke, die wiederum aus vier einzelnen MR-Einzelwiderständen besteht, wie in 4A angedeutet ist. Alternativ können auch nur zwei MR-Einzelwiderstände einer Halbbrücke zusammengeschaltet werden, wie dies in 4B angedeutet ist. Jeder der MR-Widerstände bildet einen Subkreis, wobei diese drei Subkreise dreieckförmig gegenüber dem drehbar gelagerten Magneten angeordnet werden. Anzahl und Anordnung mehrerer MR-Widerstände in Brücken- oder Halbbrückenform können variiert werden; z. B. ist auch eine 5-fache Anordnung mit 72° Teilung o. ä. möglich.The sensor 4 has an array of MR resistors 6 which are preferably arranged offset by 120 °. Each of the MR resistors shown 6 is a full bridge, which in turn consists of four individual MR single resistors, as in 4A is indicated. Alternatively, only two MR individual resistors of a half-bridge can be interconnected, as shown in FIG 4B is indicated. Each of the MR resistors forms a subcircuit, these three subcircuits being arranged triangularly with respect to the rotatably mounted magnet. Number and arrangement of several MR resistors in bridge or half-bridge form can be varied; z. B. is also a 5-fold arrangement with 72 ° division o. Ä. Possible.

Wird nun der Magnet gegenüber dieser Widerstandsanordnung verdreht, so verändert sich durch den MR-Effekt der Widerstand der einzelnen Widerstandspfade und damit gleichzeitig die Brückenspannung U/B bzw. die Halbbrückenspannung U/HB der individuellen Subkreise. Indem die einzelnen Subspannungen – alternativ die Subströme der mindestens drei anwesenden Subkreise – miteinander verrechnet werden, lässt sich ein Gesamtwert ermitteln, der die Position der Magnetachse zwischen 0 und 180° vor der Sensoranordnung anzeigt oder dafür repräsentativ ist. Auf diese Weise lässt sich die Position der Zeigerwelle im Bereich von 0 bis 180° vor der Sensoranordnung erfassen.Becomes now the magnet is twisted in relation to this resistor arrangement, The resistance of the MR changes as a result of the MR effect individual resistance paths and thus at the same time the bridge voltage U / B or the half-bridge voltage U / HB of the individual Subkreise. By the individual sub-voltages - alternatively the sub-streams of the at least three subcircles present - with each other be calculated, a total value can be determined the position of the magnetic axis between 0 and 180 ° before indicates or representative of the sensor arrangement is. In this way you can adjust the position of the pointer shaft in the range of 0 to 180 ° before the sensor array detect.

Es kann jedoch unbekannt sein, ob sich der Zeiger 2 in einem oberen oder in einem unteren Halbkreis befindet, denn der Zeiger überstreicht in der Regel einen Messbereich in dem in 1 gezeigten Messgerät, der deutlich größer ist als die erwähnten 0 bis 180°.However, it may be unknown if the pointer is 2 located in an upper or in a lower semicircle, because the pointer usually covers a measuring range in the in 1 shown measuring device, which is significantly larger than the mentioned 0 to 180 °.

Um diese noch fehlende Positionsinformation zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, auf dem Sensor 4 zusätzlich eine Induktivität (Spule 7) vorzusehen, wobei mittels der Induktivität durch Überlagerung eines von der Induktion erzeugten Magnetfelds mit dem Magnetfeld des Treibermagneten 5 mittels Auswertung zweier Messwerte eine Komplettinformation, d. h. die Lage des Zeigers von 0 bis 360° erfasst werden kann. Hierzu wird ein erster Spannungswert gemessen, der aus der Verrechnung der mindestens drei Einzelspannungen U/B oder U/HB besteht. Dieser Messwert wird bei eingeschalteter Induktivität 7 erfasst, so dass deren Magnetfeld dem durch den Stabmagneten 5 erzeugten Feld überlagert ist, und die gemessenen Werte anhebt oder absenkt.In order to obtain this missing position information, the invention proposes, on the sensor 4 in addition an inductance (coil 7 ), wherein by means of the inductance by superposition of a magnetic field generated by the induction with the magnetic field of the driving magnet 5 By means of evaluation of two measured values a complete information, ie the position of the pointer from 0 to 360 ° can be detected. For this purpose, a first voltage value is measured, which consists of offsetting the at least three individual voltages U / B or U / HB. This measured value becomes when the inductance is switched on 7 detected so that their magnetic field by the bar magnet 5 is superimposed on the generated field and raises or lowers the measured values.

Ein zweiter Messwert entsteht durch nochmalige Messung der mindestens drei Einzelspannungen U/B oder U/HB, wobei jedoch diesmal die Induktivität 7 umgepolt betrieben wird. Das von der umgepolten Induktivität 7 erzeugte Feld überlagert ebenfalls das Feld des Stabmagneten 5, hat jedoch eine entgegengesetzte Richtung. Nun kann man die Werte der ersten Messung mit den Werten der zweiten Messung verrechnen, und erhält dadurch die Information, ob der Zeiger im Bereich von 0 bis 180° oder im Bereich von 180 bis 360° steht. Dies kann dadurch gewonnen werden, dass das Magnetfeld der Induktion je nach Richtung das Feld des Stabmagneten, das an den MR-Widerständen erfasst wird, verstärkt oder abschwächt, so dass man daraus erkennen kann, ob der Zeiger im oberen oder unteren Halbkreis des Messgeräts steht und damit hat man nun die komplette Information über die Lage des Zeigers erhalten. Die Lage des 0°-Punkts kann natürlich irgendwo im Kreisweg des Zeigers sein, insofern ist oberer und unterer Halbkreis lediglich eine mögliche Anordnung.A second measured value is obtained by repeated measurement of the at least three individual voltages U / B or U / HB, but this time the inductance 7 reversed is operated. That of the reversed inductance 7 generated field also superimposed on the field of bar magnet 5 but has an opposite direction. Now you can calculate the values of the first measurement with the values of the second measurement, and thereby receives the information whether the pointer is in the range of 0 to 180 ° or in the range of 180 to 360 °. This can be obtained by the fact that the magnetic field of the induction depending on the direction of the field of the bar magnet, which is detected at the MR resistors, amplified or attenuated so that you can tell from whether the pointer is in the upper or lower semicircle of the meter and thus you have now received the complete information about the position of the pointer. Of course, the location of the 0 ° point may be somewhere in the circular path of the pointer, so far upper and lower semicircles are just one possible arrangement.

Der Grundgedanke der Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise in die Praxis umgesetzt werden. So können insbesondere die drei Brückenwerte zunächst in digitale Werte umgewandelt werden, die dann digital miteinander verrechnet werden, sie können aber auch analog verrechnet werden und dann in ein digitales Signal umgewandelt werden. Es ist ebenso möglich, die Brückenwerte parallel abzufragen oder diese stromsparend der Reihe nach abzutasten, wobei die Werte zur Auswertung zunächst zwischengespeichert werden. Eine Abtastung der Brückenwerte kann im Takt von 500 ms oder auch im Bereich von 7 bis 15 kHz liegen. Das Endergebnis, nämlich die Position bzw. der dem physikalischen Messwert proportionale Endinformationswert kann als digitales Signal, als Stromausgang oder Spannungsausgang bereitgestellt werden. Die Wertausgabe kann über eine Pulsweitenmodulation (Pwm), als analoge Spannung oder durch Spannung/Stromumwandlung als Signal von 4 bis 20 mA zur Verfügung gestellt werden. Das 4 bis 20 mA Signal kann aufgrund des niedrigen Stromverbrauchs des Gesamtaufbaus auch in einer einzelnen Schleife im sog. Zweileiterbetrieb bereitgestellt werden. Die Wertausgabe kann auch als Bus- oder als Frequenzausgang bereitgestellt werden.Of the The basic idea of the invention can be applied in various ways the practice will be implemented. In particular, the three bridge values first converted into digital values will be digitally billed to each other, they can but also be charged analogously and then into a digital signal being transformed. It is also possible the bridge values interrogate in parallel or scan them in order to save energy, wherein the values are initially buffered for evaluation become. A sampling of the bridge values can be performed in time with 500 ms or even in the range of 7 to 15 kHz. The end result, namely the position or the proportional to the physical value End information value can be as digital signal, as current output or voltage output can be provided. The value output can be over a pulse width modulation (Pwm), as an analog voltage or through Voltage / current conversion available as signal from 4 to 20 mA be put. The 4 to 20 mA signal may be due to the low Power consumption of the entire construction also in a single loop be provided in the so-called. Two-wire operation. The value output can also be provided as a bus or frequency output.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwertet eine Grobinformation über die Position der Magneten gegenüber den MR-Widerständen und verwendet die Information, um den gemessenen Feinwert der Position richtig einzuordnen.The inventive method utilizes a rough information about the position of the magnets relative to the MR resistors and uses the information to calculate the measured value of the position to classify correctly.

Eine besonders günstige Lösung ist das zuvor beschriebene Überlagern von einem „positiven” und einem „negativen” Magnetfeld über die Messung des Feinwerts bei gleicher oder nahezu gleicher Zeigerposition, um aus dem Unterschied der Fein-Werte auf den Grobwert zu schließen.A particularly favorable solution is the above-described overlay from a "positive" and a "negative" magnetic field the measurement of the fine value with the same or almost the same pointer position, to deduce the difference between the fine values and the coarse value.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Messgerät zur Erfassung eines physikalischen Messwerts, wobei die Bewegung des Messglieds mittels eines angekoppelten Magneten (3, 5) und einer Sensoranordnung (4) erfasst wird, und in ein elektronisches Signal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Anordnung (6) (MR) Magneto-Resisitiver Widerstände zur Erfassung eines Fein-Messwerts der Feinposition des angekoppelten Magneten, und eine zusätzliche Einrichtung (7) zur Erfassung eines Grob-Messwerts der Groblage des Magneten beinhaltet, und dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die den ermittelten Fein-Messwert mit dem Grob-Messwert der zusätzlichen Einrichtung (7) in einen den physikalisch anliegenden Messwert repräsentierenden Wert verrechnet und diesen elektronisch bereitstellt.Measuring device for detecting a physical measured value, wherein the movement of the measuring element by means of a coupled magnet ( 3 . 5 ) and a sensor arrangement ( 4 ) and is converted into an electronic signal, characterized in that the sensor comprises an arrangement ( 6 ) (MR) Magneto-resistive resistors for detecting a fine measurement of the fine position of the coupled magnet, and an additional device ( 7 ) for detecting a coarse measured value of the coarse layer of the magnet, and in that an evaluation unit is provided which determines the determined fine measured value with the coarse measured value of the additional device ( 7 ) are charged to a value representing the physically applied measured value and provided electronically. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Einrichtung zur Erfassung des Grob-Messwerts eine Lichtschranke, einen induktiven Sensor und/oder einen Hall-Sensor umfasst.Measuring device according to claim 1, characterized that the additional means for detecting the coarse reading a light barrier, an inductive sensor and / or a Hall sensor includes. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobwert mittels induktiver Überlagerung ermittelt wird.Measuring device according to claim 1, characterized that the coarse value is determined by means of inductive superposition becomes. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Treibermagneten rotatorisch oder translatorisch an das Messglied angekoppelt ist.Measuring device according to claim 1, characterized in that the movement of the driver magnet is rotational or translatory is coupled to the measuring element. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibermagnet direkt mit der Zeigerachse eines Messwerks gekoppelt ist, das an das Messglied gekoppelt ist.Measuring device according to claim 1, characterized that the driver magnet directly with the pointer axis of a Messwerk coupled, which is coupled to the measuring element. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied ein Bourdonrohr zur Erfassung von Druck ist.Measuring device according to claim 1, characterized that the measuring element is a Bourdon tube for detecting pressure. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Brückenwerte umgewandelt werden in digitale Werte, und dann digital verrechnet werden, oder die drei Brückenwerte analog verrechnet werden, dann in ein digitales Signal umgewandelt werden.Measuring device according to claim 1, characterized that the three bridge values are converted into digital Values, and then digitally offset, or the three bridge values be calculated analogously, then converted into a digital signal. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Brückenwerte parallel abgefragt werden, oder dass sie der Reihe nach abgetastet und zur Auswertung vorab zwischengespeichert werden.Measuring device according to claim 1, characterized that the three bridge values are queried in parallel, or that they are scanned in sequence and buffered for evaluation in advance. Messgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate der Brückenwerte im Takt von 500 ms, oder im Bereich von 7–15 kHz liegt.Measuring device according to claim 8, characterized in that the sampling rate of the bridge values is 500 ms, or in the range of 7-15 kHz. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Position als digitales Signal, als Stromausgang oder Spannungsausgang bereitgestellt ist.Measuring device according to claim 1, characterized that the measured position as a digital signal, as a current output or voltage output is provided. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertausgabe über eine PWM (Pulsweitenmodulation) als analoge Spannung, oder durch Spannungs/Stromumwandlung als 4–20 mA Signal zur Verfügung gestellt wird.Measuring device according to claim 1, characterized that the value output via a PWM (pulse width modulation) as analog voltage, or by voltage / current conversion as 4-20 mA signal is provided. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das 4–20 mA Signal in einer Schleife in 2 Leiter-Betrieb bereitgestellt wird.Measuring device according to claim 11, characterized in that that the 4-20 mA signal is in a loop in 2 wire operation provided. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertausgabe als Bus oder Frequenzausgang erfolgt.Measuring device according to claim 1, characterized that the value output takes place as a bus or frequency output. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor vom Typ KMR der Firma HL Planar ist.Measuring device according to claim 1, characterized the sensor is of the KMR type from HL Planar.
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