DE10222618A1 - Arrangement for determining axial shaft position has electrically or magnetically conductive coaxial ring or plate at least partly between coils, evaluation device for coaxial sensor unit signals - Google Patents
Arrangement for determining axial shaft position has electrically or magnetically conductive coaxial ring or plate at least partly between coils, evaluation device for coaxial sensor unit signalsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der axialen Lage einer Welle.The invention relates to an arrangement for determination the axial position of a shaft.
Gemäß dem Stand der Technik (DE 42 13 507 A1) wird eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der axialen Welle eines rotierenden Körpers beschrieben. Sie besteht aus einem mit dem rotierenden Körper starr verbundenen Rad aus weichmagnetischem Material, dessen Rand so gestaltet ist, dass er sich bei Rotation des Körpers periodisch in axialer Richtung relativ zu einem Magnetfeldsensor und ei nem in dessen unmittelbarer Nähe positionierten Magneten hin- und herbewegt. Der Magnetfeldsensor schaltet bei jedem Vorbeigang des Randes, und es entsteht eine Impulsfolge, dessen Tastverhältnis linear und unabhängig von der Tempe ratur mit der axialen Position zusammenhängt.According to the prior art (DE 42 13 507 A1) a device for contactless measurement of the axial Wave of a rotating body described. she consists from a wheel rigidly connected to the rotating body Made of soft magnetic material, the edge of which is designed in this way is that it rotates periodically as the body rotates axial direction relative to a magnetic field sensor and egg magnet in the immediate vicinity moved back and forth. The magnetic field sensor switches on everyone Passing the edge, and there is a pulse train, whose duty cycle is linear and independent of the temp rature is related to the axial position.
Diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung hat den Nachteil, dass eine Mindestrotationsgeschwindigkeit er forderlich ist, dass die Herstellung des Rades mit dem ge formten Rand aufwändig ist, und dass eine sehr genaue Posi tionierung des Magnetfeldsensors gegenüber dem Rad durchge führt werden muss. Darüber hinaus ist die Vortäuschung ei ner erheblichen axialen Bewegung durch eine Verkippung der Achse in der Welle im Lager möglich.This device belongs to the prior art the disadvantage that he has a minimum rotation speed is required that the manufacture of the wheel with the ge shaped edge is complex and that a very accurate posi tionation of the magnetic field sensor compared to the wheel must be led. In addition, the pretense is egg ner significant axial movement by tilting the Axis possible in the shaft in the bearing.
Dieser zuletzt genannte Nachteil wird auch bei den in der EP 0 716 241 A1 beschriebenen Anordnungen zur Bestim mung der axialen Lage einer magnetgelagerten Welle nicht aufgehoben. Hier werden zwar zwei Sensoren, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, benutzt. Das ist aber nur insofern von Vorteil, dass die Ausdehnung der Welle mit einer Temperaturerhöhung bei der Regelung der Po sition der Welle in dem Lager berücksichtigt werden kann. Das gelingt umso besser, je weiter beide Sensoren von ein ander entfernt sind. Gleichzeitig aber wächst mit der Ent fernung beider Sensoren der aus einer Verkippung resultie rende Fehler.This last-mentioned disadvantage is also apparent in the The arrangements described in EP 0 716 241 A1 for determining tion of the axial position of a magnetic shaft canceled. Here are two sensors in axial Direction are spaced apart used. This is but only advantageous in that the extension of the Wave with an increase in temperature when regulating the Po sition of the shaft in the bearing can be taken into account. This works the better the further both sensors go others are removed. But at the same time grows with the Ent Removal of both sensors resulting from a tilt errors.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik (DE 42 15 381 A1) eine Anordnung zur radialen Positionser fassung einer Welle mit zwei Sensoreinheiten, die jeweils zumindest aus einem Paar etwa diametral gegenüberliegender Sensoren bestehen. Aus den Ausgangssignalen der Sensoren eines Paares wird ein Differenzsignal ermittelt, das in der Mittenlage der Welle den Wert "Null" hat. Zur Erhöhung der Redundanz sind für jede Messrichtung zwei Sensorpaare vor gesehen, aus deren Differenzsignalen mit einem Summierer mit umschaltbaren Eingängen ein Mittelwert gebildet wird.It also belongs to the state of the art (DE 42 15 381 A1) an arrangement for radial position ser version of a shaft with two sensor units, each at least from a pair of diametrically opposite Sensors exist. From the output signals of the sensors a pair, a difference signal is determined, which in the The center position of the shaft has the value "zero". To increase the There are two pairs of sensors for each measuring direction seen from their difference signals with a summer a mean value is formed with switchable inputs.
Diese zum Stand der Technik gehörende Anordnung hat den Nachteil, dass sie durch die Vielzahl der Sensoren auf wändig und kostenintensiv ist.Has this arrangement belonging to the prior art the disadvantage that it is due to the large number of sensors is cumbersome and expensive.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Sensoranordnung zur Bestimmung der axi alen Lage einer Welle anzugeben, die einen einfachen, ro busten und kostengünstigen mechanischen Aufbau aufweist und eine gute Linearität besitzt.The technical problem underlying the invention consists of a sensor arrangement for determining the axi to indicate the position of a shaft which is a simple, ro bust and inexpensive mechanical structure and has good linearity.
Dieses technische Problem wird durch Anordnungen mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 ge löst.This technical problem is addressed by arrangements the features of claim 1 or claim 2 ge solves.
Gemäß der Erfindung sind zwei Sensoreinheiten, welche jeweils aus wenigstens einer Zylinderspule bestehen, vorge sehen. Die Sensoreinheiten, das heißt die Zylinderspulen sind koaxial zur Welle und axial bezüglich der Welle zuein ander versetzt angeordnet, das heißt, die Zylinderspulen sind beabstandet voneinander angeordnet. Auf oder in der Welle ist wenigstens ein Ring oder ein Teller und/oder we nigstens eine Nut angeordnet, wobei der Ring, der Teller oder die Nut wiederum wenigstens teilweise zwischen den Zylinderspulen angeordnet ist oder in diese hineinragend ausgebildet ist. Darüber hinaus ist eine Auswerteeinrich tung zur Auswertung der Signale der Sensoreinheiten in Form der Zylinderspulen vorgesehen.According to the invention are two sensor units, which each consist of at least one solenoid, pre see. The sensor units, i.e. the solenoids are coaxial to the shaft and axially with respect to the shaft staggered, that is, the solenoids are spaced apart. On or in the Wave is at least a ring or a plate and / or we at least one groove arranged, the ring, the plate or the groove in turn at least partially between the Cylinder coils are arranged or projecting into them is trained. There is also an evaluation unit device for evaluating the signals of the sensor units in the form of the solenoid coils.
Der Ring, der Teller oder die Nut wird von der Welle in axialer Richtung ausgelenkt. The ring, the plate or the groove is from the shaft deflected in the axial direction.
Vorteilhaft sind die Spulen kurz, mit großem Innen durchmesser und mit einem Außendurchmesser, der nur gering fügig größer als der Innendurchmesser ist, ausgebildet.The coils are advantageously short, with a large inside diameter and with an outer diameter that is only small is larger than the inner diameter.
Beide Spulen werden von einem in Betrag und Phase gleichen Sinusstrom durchflossen. Alternativ wird eine Brückenanordnung aus den beiden Spulen und zwei ohmschen Wi derständen mit einer Sinusspannung gespeist. Die Differenz der Spannungsabfälle wird als Nutzsignal ausgewertet.Both coils are of one in amount and phase flow through the same sine current. Alternatively, one Bridge arrangement of the two coils and two ohmic Wi with a sine voltage. The difference the voltage drops are evaluated as a useful signal.
Der Ring, der Teller oder die Nut bildet elektrisch eine Kurzschlusswicklung. Wenn der Ring, der Teller oder die Nut sich in der Mitte befindet, sind beide Induktivitä ten gleich (Differenzspannung Null). Bei axialer Annäherung an eine Spule wird deren Induktivität kleiner aufgrund der Gegeninduktivität, die Induktivität der anderen Spule wird entsprechend größer. Der Effekt ist bezogen auf eine Spule nichtlinear, durch die Differenzauswertung ergibt sich jedoch ein lineares Nutzsignal.The ring, the plate or the groove forms electrically a short circuit winding. If the ring, the plate or the groove in the middle is both inductance ten equal (zero differential voltage). With axial approach the inductance of a coil becomes smaller due to the Mutual inductance, which becomes the inductance of the other coil accordingly larger. The effect is related to a coil nonlinear, results from the difference evaluation however, a linear useful signal.
Die Erfindung beschreibt einen einfach aufgebauten und kostengünstigen Differential-Wegsensor für axiale Magnetla ger mit guter Linearität über einen großen Wegbereich. Er dient zur Messung der axialen Position einer Welle. Der Sensor eignet sich sowohl für den Anbau an ein freies Wellenende als auch zum Einbau in einer beliebigen axialen Position entlang der Welle.The invention describes a simple structure and cost-effective differential displacement sensor for axial magnet la with good linearity over a large travel range. He is used to measure the axial position of a shaft. The Sensor is suitable both for attachment to a free one Shaft end as well as for installation in any axial Position along the shaft.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekenn zeichnet, dass durch Veränderung der elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften der Welle in axialer Richtung eine gegenläufige Induktivitätsänderung der beiden Spulen bei Auslenkung der Welle längs der gemeinsamen Spulenachse erreicht wird, so dass durch Differenzauswertung ein linea res Sensorsignal gewonnen werden kann.The arrangement according to the invention is characterized records that by changing the electrical and / or magnetic properties of the shaft in the axial direction an opposite change in inductance of the two coils when the shaft is deflected along the common coil axis is achieved so that a linea res sensor signal can be obtained.
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine erfindungsge
mäße Anordnung angegeben:
Bei einem Tellerdurchmesser von elf Millimetern, einer
Tellerdicke von drei Millimetern, einem Spulen-Innendurch
messer von vierzehn Millimetern und einem mittleren axialen
Spulenabstand von sieben Millimetern ergibt sich typisch
ein linearer Wegbereich von vier Millimetern. Bei Speisung
einer Brückenschaltung, welche aus den beiden Spulen und
zwei ohmschen Widerständen gebildet ist, mit einer 20 kHz-
Sinusspannung mit fünf Volt Effektivwert, ist als Diffe
renzspannung ein Signalhub von 100 Millivolt pro Millimeter
zu erwarten.
Beim Durchgang des Ringes, des Tellers oder der Nut
durch die Spulenmitte kehrt sich die Phase der Differenz
spannung um. Durch die Differenzauswertung wird das Nutz
signal weitgehend unempfindlich gegen Störeinflüsse wie zum
Beispiel die Temperatur.An example of an arrangement according to the invention is given below:
With a plate diameter of eleven millimeters, a plate thickness of three millimeters, an inner coil diameter of fourteen millimeters and an average axial coil spacing of seven millimeters, this typically results in a linear travel range of four millimeters. When supplying a bridge circuit, which is formed from the two coils and two ohmic resistors, with a 20 kHz sinusoidal voltage with an effective value of five volts, a signal swing of 100 millivolts per millimeter can be expected as the differential voltage.
When the ring, plate or slot passes through the center of the coil, the phase of the differential voltage is reversed. Due to the difference evaluation, the useful signal is largely insensitive to interference such as temperature.
Wenn sich der Ring, der Teller oder die Nut in der Mitte befindet, hat die Materialtemperatur des Tellers kei nen Einfluss.If the ring, the plate or the groove in the Located in the middle, the material temperature of the plate has kei influence.
Auch in der Umgebung der Mitte ist der Einfluss der Materialtemperatur sehr gering. Deshalb empfiehlt es sich, nur eine Hälfte der Sensorkennlinie zu nutzen. Man vermei det so die Phasenumkehr und die damit verbundene Gefahr von Nichtlinearitäten bei der Auswertung des Signales. The influence of the Material temperature very low. Therefore it is recommended to use only half of the sensor characteristic. Avoid detects the phase reversal and the associated risk of Non-linearities in the evaluation of the signal.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Differentialweg sensors mit zwei aktiven Spulen hat den Vorteil, dass ein einfacher, robuster und kostengünstiger mechanischer Aufbau vorliegt. Vorteilhaft ist auch die sehr gute Linearität über einen sehr großen Wegbereich. Weiterer Vorteil des großen linearen Wegbereiches sind die sehr geringen Anfor derungen an mechanische Toleranzen. Es ist kein Abgleich erforderlich. Als Vorteil ist auch die doppelte Empfind lichkeit gegenüber Sensoren mit nur einer aktiven Spule an zusehen.The inventive design of the differential path sensors with two active coils has the advantage that one simple, robust and inexpensive mechanical construction is present. The very good linearity is also advantageous over a very large path area. Another advantage of large linear path range are the very low requirements changes in mechanical tolerances. It is not a match required. Another advantage is the double sensation compared to sensors with only one active coil watching.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat auch den Vorteil, dass bei geeigneter Ausführung des Spulenkörpers der Sensor bei Turbomolekularpumpen die Vakuumabdichtung übernehmen kann.The arrangement according to the invention also has the advantage that with a suitable design of the coil body, the sensor Vacuum sealing for turbomolecular pumps can.
Darüber hinaus werden vorteilhaft nur passive elektro nische Bauteile verwendet, und es ist damit ein Betrieb in radioaktiver Umgebung möglich.In addition, only passive electro are advantageous African components used, and it is therefore an operation in radioactive environment possible.
Wahlweise kann das Messsignal direkt ausgewertet wer den. Es kann auch alternativ über ein Kabel übertragen wer den.Alternatively, the measurement signal can be evaluated directly the. Alternatively, it can also be transmitted via a cable the.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist vorteilhaft rotati onssymmetrisch aufgebaut, so dass eine Rotation der Welle das Sensorsignal nicht beeinflusst. Material-Inhomogenitä ten am Umfang, die bei Radial-Magnetlagern häufig ein gro ßes Problem darstellen, beeinflussen das Sensorsignal nicht. Die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber radialem Versatz der Welle ist gering.The arrangement according to the invention is advantageously rotati constructed asymmetrically, so that a rotation of the shaft does not affect the sensor signal. Material Inhomogenitä the circumference, which is often a big problem with radial magnetic bearings ß problem, affect the sensor signal Not. The sensitivity of the sensor to radial The shaft is slightly offset.
Die Spulen können in einem Kunststoffspulenkörper an geordnet sein. Der Spulenkörper kann einseitig eine offene Bohrung aufweisen, in die die Welle greift. Es ist jedoch auch möglich, zwei Bohrungen vorzusehen, so dass die Welle durchgreifen kann.The coils can be in a plastic bobbin be ordered. The bobbin can be open on one side Have hole in which the shaft engages. However, it is also possible to provide two holes so that the shaft can take hold.
Die Wellenverlängerung, die in den Spulenkörper greift, kann aus Kunststoff bestehen. Vorteilhaft kann der Ring dann aus Aluminium ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Materialkombinationen möglich.The shaft extension that is in the bobbin grips, can be made of plastic. It can be advantageous Ring can then be made of aluminum. However, there are other material combinations are also possible.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die Positionierung wesentlich einfacher ist als die Positionierung einzelner punktueller Sensoren, wie sie zum Stand der Technik (DE 42 15 381 A1) gehört. Die gemäß der Erfindung verwendeten Sensoreinheiten, die als Zylinderspulen ausgebildet sind, müssen nur noch in axialer Richtung justiert werden, während die zum Stand der Technik gehörenden punktuellen Sensoren sowohl eine axiale als auch eine radiale Justage unumgänglich machen.A particular advantage of the arrangement according to the invention is that positioning is much easier is like the positioning of individual point sensors, as it belongs to the prior art (DE 42 15 381 A1). The sensor units used according to the invention, which as Cylinder coils are formed only in the axial Direction can be adjusted while that to the state of the art belonging point sensors both an axial and make radial adjustment unavoidable.
Ist im Arbeitstemperaturbereich an der Welle die ther mische Ausdehnung von Bedeutung, so wird bei der Regelung die Lage des Achsenpunktes der Welle, der genau in der Mitte zwischen beiden Sensoreinheiten liegt, konstant gehalten.Is the ther in the working temperature range on the shaft mixed expansion of importance, so in the regulation the position of the axis point of the shaft, which is exactly in the The middle between the two sensor units is constant held.
Die Kanten des Ringes, des Tellers oder der Nut können zum einen zwischen den beiden Zylinderspulen in axialer Richtung der Welle gesehen angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kanten des Ringes, des Tellers oder der Nut in dem von jeder Spule jeweils umfassten zylindri schen Raum angeordnet sind.The edges of the ring, plate or groove can on the one hand between the two solenoids in axial Seen in the direction of the shaft. However, it is also possible that the edges of the ring, the plate or the groove in the cylinder which is encompassed by each coil space are arranged.
Die Kanten des Ringes, des Tellers oder der Nut können auch außerhalb der von den Spulen umfassten Räumen und au ßerhalb des Zwischenraumes zwischen den Spulen in axialer Richtung der Welle gesehen angeordnet sein.The edges of the ring, plate or groove can also outside of the spaces covered by the coils and outside ßer the space between the coils in the axial Seen in the direction of the shaft.
Wie schon ausgeführt, kann das Wellenende beispiels weise aus Kunststoff ausgebildet sein und der Ring aus Alu minium. Besonders kostengünstig fertigbar ist eine Wellen verlängerung aus Aluminium mit rechteckförmiger Quer schnittsvergrößerung (Teller).As already stated, the shaft end can, for example be made of plastic and the ring made of aluminum minium. A shaft can be manufactured particularly cost-effectively Extension made of aluminum with a rectangular cross Enlarged section (plate).
Wichtig ist ein Übergang zwischen zwei unterschiedli chen elektrisch leitfähigen Materialien, also beispiels weise ein Metall/Luft-Übergang, ein Metall/Metall-Übergang, wobei die Metalle unterschiedliche elektrische Leitfähig keiten aufweisen, oder ein Übergang zwischen einem Metall und einem nicht elektrisch leitfähigen Material. Auch durch einen Übergang zwischen zwei unterschiedlich magnetisch leitfähigen Materialien ist eine gegenläufige Induktivi tätsänderung in den Sensoreinheiten zu erreichen.A transition between two different is important Chen electrically conductive materials, for example wise a metal / air transition, a metal / metal transition, where the metals have different electrical conductivity features or a transition between a metal and a non-electrically conductive material. Also through a transition between two different magnetic conductive materials is an opposing inductor change in the sensor units.
Der Ring, der Teller oder die Nut mit den dazugehöri gen Sensoreinheiten kann an einer beliebigen Stelle der Welle angeordnet sein. Die Stelle wird nach dem möglichen Platzangebot gewählt. Es ist möglich, den Ring, den Teller oder die Nut am Ende der Welle anzuordnen.The ring, the plate or the groove with the associated sensor units can be placed at any point on the Shaft arranged. The post will be after the possible Space chosen. It is possible the ring, the plate or to arrange the groove at the end of the shaft.
Die erfindungsgemäße Anordnung dient vorteilhaft zur Regelung der axialen Position einer Welle mit Magnetlager. Sie kann für eine Welle mit Magnetlager verwendet werden, die Teil eines Verdichters, Teil einer Flüssigkeitspumpe oder Teil einer Turbomolekularpumpe ist.The arrangement according to the invention advantageously serves Control of the axial position of a shaft with a magnetic bearing. It can be used for a shaft with a magnetic bearing, the part of a compressor, part of a liquid pump or is part of a turbomolecular pump.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden. Further details of the invention can be found in the Unteran sayings are taken.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the He shown, namely:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Ring auf dem Ende einer Welle im Längs schnitt; Figure 1 shows a first embodiment of an arrangement according to the invention with a ring on the end of a shaft in longitudinal section.
Fig. 2 ein geändertes Ausführungsbeispiel; Fig. 2 shows a modified embodiment;
Fig. 3 ein geändertes Ausführungsbeispiel mit einem Teller am Ende der Welle; Fig. 3 shows a modified embodiment with a plate at the end of the shaft;
Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel; Fig. 4 shows a modified embodiment;
Fig. 5 eine Welle mit einer Nut im Längsschnitt; Figure 5 shows a shaft with a groove in longitudinal section.
Fig. 6 eine Welle mit einem eingelassenen Ring im Längsschnitt; Fig. 6 is a shaft having a recessed ring in longitudinal section;
Fig. 7 eine Anordnung von Spulen in einem Spulenkörper aus Kunststoff im Längsschnitt; Figure 7 shows an arrangement of coils in a coil body made of plastic, in longitudinal section.
Fig. 8 eine Anordnung gemäß Fig. 7 mit einem zu sätzlichen Aluminiumgehäuse im Längs schnitt;Cut 8 is an arrangement shown in FIG 7 with a sätzlichen to aluminum housing in longitudinal..;
Fig. 9 eine Prinzipschaltung des Sensors und der Auswerteelektronik. Fig. 9 shows a basic circuit of the sensor and the evaluation electronics.
Fig. 1 zeigt eine Welle (1) mit einem elektrisch lei tenden Ring (2), der zwischen zwei koaxial zur Welle (1) angeordneten Zylinderspulen (3, 4) angeordnet ist. Die Zy linderspulen (3, 4) sind in geringem Abstand axial versetzt angeordnet. Der Ring (2) ist auf einem Ende (5) der Welle (1) angeordnet. Fig. 1 shows a shaft ( 1 ) with an electrically lei tend ring ( 2 ) which is arranged between two coaxial with the shaft ( 1 ) arranged solenoids ( 3 , 4 ). The Zy cylinder coils ( 3 , 4 ) are axially offset at a short distance. The ring ( 2 ) is arranged on one end ( 5 ) of the shaft ( 1 ).
Gemäß Fig. 2 ist der Ring (2) in einer zu dem Wellen ende (5) beabstandeten Position der Welle (1) angeordnet.According to Fig. 2 of the ring (2) is arranged (5) spaced position of the shaft (1) in an end to the waves.
Gemäß Fig. 3 ist der Teller (2), der am Wellenende (5) der Welle (1) angeordnet ist, aus dem gleichen elektrisch leitfähigen Material wie die Welle (1) ausgebildet.Referring to FIG. 3, the plate (2), which is arranged at the shaft end (5) of the shaft (1), formed from the same electrically conductive material as the shaft (1).
Fig. 4 zeigt einen Teller (2), dessen Kanten (6) in von den Zylinderspulen (3, 4) umfassten Räumen (7) angeord net sind. Alternativ können die Kanten (6) zwischen den Zy linderspulen (3, 4) angeordnet sein, wie es in Fig. 4 ge strichelt dargestellt ist. Fig. 4 shows a plate ( 2 ), the edges ( 6 ) of the solenoids ( 3 , 4 ) enclosed spaces ( 7 ) are net angeord. Alternatively, the edges ( 6 ) can be arranged between the cylinder coils ( 3 , 4 ), as is shown in dashed lines in FIG. 4.
Gemäß Fig. 5 weist die Welle (1) eine Nut (8) auf. Die Kanten (9) der Nut (8) sind außerhalb der von den Spulen umfassten Räume (7) und auch außerhalb des Zwischenraumes zwischen den Spulen (3, 4) angeordnet.Referring to FIG. 5, the shaft (1) has a groove (8). The edges ( 9 ) of the groove ( 8 ) are arranged outside the spaces ( 7 ) encompassed by the coils and also outside the space between the coils ( 3 , 4 ).
Fig. 6 zeigt eine Welle (1), in die der Ring (2) ein gelassen ist. Der Ring (2) hat eine von der Welle (1) ab weichende elektrische oder magnetische Leitfähigkeit. Fig. 6 shows a shaft ( 1 ), in which the ring ( 2 ) is left. The ring ( 2 ) has a different electrical or magnetic conductivity from the shaft ( 1 ).
Der Ring gemäß Fig. 6 kann auch den gesamten Quer schnitt (nicht dargestellt) der Welle (1) ausfüllen.The ring of FIG. 6 can also be the entire cross section (not shown) of the shaft (1) filled in.
Fig. 7 zeigt die Spulen (3, 4), die in einem Spulen körper (10) angeordnet sind. Der Spulenkörper (10) weist eine offene Bohrung (11) auf, durch die die Welle (1), die den Ring (2) trägt, eingeführt wird. Dieser Spulenkörper (10) kann zum Beispiel bei Turbomolekularpumpen die Vakuum abdichtung übernehmen. Fig. 7 shows the coils ( 3 , 4 ), which are arranged in a coil body ( 10 ). The coil former ( 10 ) has an open bore ( 11 ) through which the shaft ( 1 ) which carries the ring ( 2 ) is inserted. This coil former ( 10 ) can, for example, take over the vacuum seal in turbomolecular pumps.
Gemäß Fig. 8 ist der Spulenkörper (10) mit den Senso ren (3, 4) in einem Aluminiumgehäuse (12) angeordnet, um die Beeinflussung durch eine elektrisch leitende Umgebung oder eine elektromagnetisch gestörte Umgebung zu verhin dern. Sämtliche Teile sind rotationssymmetrisch ausgeführt.According to Fig. 8, the coil body (10) with the Senso ren (3, 4) disposed in an aluminum housing (12) for minimizing the interference by an electrically conductive environment or an electromagnetically disturbed environment countries to verhin. All parts are rotationally symmetrical.
Fig. 9 zeigt eine Prinzipschaltung des Sensors und der Auswertelektronik. Beide sind wahlweise in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet oder für den Betrieb beispiels weise in radioaktiver Umgebung über ein beispielsweise drei Meter langes Kabel verbunden. Fig. 9 shows a basic circuit of the sensor and the evaluation electronics. Both are optionally located in the immediate vicinity or connected for operation, for example in a radioactive environment, using a cable that is, for example, three meters long.
Der aus dem Sinusgenerator (80 kHz, 3 VEff) gelieferte Strom wird über zwei 300 Ω-Widerstände symmetrisch auf die Spulen verteilt. Die Widerstände sind sensorseitig ange ordnet, damit Unsymmetrien im Kabel möglichst wenig Ein fluss haben. Die 560 Ω-Widerstände am Ausgang sind erfor derlich, um die durch die Kabelkapazität Ader/Schirm erfol gende Signalanhebung zu kompensieren.The current supplied by the sine generator (80 kHz, 3 V RMS ) is distributed symmetrically over the coils via two 300 Ω resistors. The resistors are arranged on the sensor side so that asymmetries in the cable have as little influence as possible. The 560 Ω resistors at the output are necessary in order to compensate for the signal increase caused by the cable capacitance wire / screen.
Die Differenzspannung wird über ein verdrilltes Adern paar übertragen, um Gleichtaktstörungen zu eliminieren. Die einseitig auf Masse liegenden Innenschirme (13, 14) ver ringern das Übersprechen. Ein beidseitig auf dem Gehäuse (17, 18) aufgelegter Außenschirm (15, 16) gewährleistet die elektromagnetische Verträglichkeit.The differential voltage is transmitted via a twisted pair to eliminate common mode interference. The inner screens ( 13 , 14 ) lying on one side on ground reduce crosstalk. An outer shield ( 15 , 16 ) placed on both sides of the housing ( 17 , 18 ) ensures electromagnetic compatibility.
In der Auswerteschaltung bildet ein Differenzverstär ker (19) mit jeweils 10 kΩ Eingangswiderstand das Rohsignal für den Positions-Istwert. Trotz hoher Verstärkung werden an dessen Offseteigenschaften keine hohen Anforderungen gestellt, da nur der Wechselspannungsanteil weiter verar beitet wird. Dieser wird mit üblichen Verfahren (Präzi sionsgleichrichter oder Synchrongleichrichter mit nachfol gendem Tiefpass höherer Ordnung) in eine zur Position pro portionale Gleichspannung umgewandelt. In the evaluation circuit, a differential amplifier ( 19 ), each with 10 kΩ input resistance, forms the raw signal for the actual position value. Despite the high gain, there are no high demands on its offset properties, since only the AC voltage component is processed further. This is converted into a proportional proportional voltage to the position using conventional methods (precision rectifier or synchronous rectifier with subsequent low-pass filter of higher order).
11
Welle
wave
22
Ring oder Teller
Ring or plate
33
Zylinderspule
solenoid
44
Zylinderspule
solenoid
55
Wellenende
shaft end
66
Kante des Ringes oder Tellers
Edge of the ring or plate
77
von Zylinderspulen (of solenoids (
33
, .
44
) umfasster Raum
) enclosed space
88th
Nut
groove
99
Kanten der Nut
Edges of the groove
1010
Spulenkörper
bobbins
1111
Bohrung
drilling
1212
Gehäuse
casing
1313
Innenschirm
inner shield
1414
Innenschirm
inner shield
1515
Außenschirm
external shield
1616
Außenschirm
external shield
1717
Gehäuse der Auswerteschaltung
Housing of the evaluation circuit
1818
Gehäuse des Sensors
Housing of the sensor
1919
Differenzverstärker
differential amplifier
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