DE1261679B

DE1261679B - Elektronisches Laengenmessgeraet mit induktivem Messwertaufnehmer

Info

Publication number: DE1261679B
Application number: DE1965F0045235
Authority: DE
Original assignee: FEINPRUEF FEINMESS und PRUEFGE
Current assignee: FEINPRUEF FEINMESS und PRUEFGE
Priority date: 1965-02-15
Filing date: 1965-02-15
Publication date: 1968-02-22

Description

Elektronisches Längenmeßgerät mit induktivem Meßwertaufnehmer Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Längenmeßgerät mit induktivem Meßwertaufnehmer, bestehend aus einem weichmagnetischen Kreis, dessen Induktivität über einen von der Meßgröße abhängigen Luftspalt gesteuert wird und der eine reziproke Abhängigkeit der Induktivität von der Meßgröße besitzt, wobei mit der Meßinduktivität eine feste Vergleichsinduktivität in Reihe geschaltet ist, durch die der Meßstrom fließt und deren Spannung nach Gleichrichtung ein Maß für die Meßgröße bildet.
Die besondere Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse haben den induktiven Meßwertaufnehmern gegenüber den kapazitiven in der elektronischen Längenmessung ganz allgemein zum Durchbruch verholfen. Besonders weit verbreitet sind rotationssymmetrische Differentialtransformatoren mit feststehenden Primär- und Sekundärwicklungen, wobei ein axialverschiebbarer weichmagnetischer Kern den Meßwert reibungsfrei aufnimmt. Die Ausgangsspannung ist dabei der Kernverschiebung in einem großen Bereich streng proportional. Sie hat einen ausgeprägten Nulldurchgang und braucht nicht in einer Brückenschaltung verarbeitet zu werden. Die Ausgangsspannung ist jedoch recht gering. Bei Werten von 0,5 bis 2 mV/,um muß für die allgemein interessierende große Meßwertübersetzung ein Meßwert stärker angeschlossen werden.
Von ähnlichem Aufbau, jedoch als Zweig einer Brückenschaltung, werden Differentialinduktivitäten mit zwei feststehenden Wicklungen und einem axialverschiebbaren weichmagnetischen Kern zur Meßwertaufnahme benutzt. Zwischen Verschiebung und Induktivität besteht ein linearer Zusammenhang, wobei die entgegengesetzte Anderung der beiden einzelnen Induktivitäten restliche Linearitätsfehler kompensiert.
Die bekannten rotationssymmetrischen Bauformen mit innenliegendem axialem Kern haben ihren spezifischen Anwendungsbereich. Sie sind jedoch infolge ihrer langen Bauform nicht in räumlich beengten Verhältnissen brauchbar und versagen, wenn von der Meßvorrichtung keine radiale Kernführung gewährleistet werden kann.
Unempfindlich gegenüber seitlichen Verschiebungen des meßwertaufnehmenden Kernes sind Differentialinduktivitäten, die aus zwei weichmagnetischen feststehenden E-Stücken oder Topfkernen gebildet werden, wobei der magnetische Schluß der beiden Kreise über eine den Meßwert aufnehmende bewegliche, die beiden Polflächen bedeckende weichmagnetische Platte gebildet wird. Die magnetischen Kreise sind ferner so angeordnet, daß die Luftspalte sich entgegengesetzt ändern. Dadurch wird erreicht, daß die reziproke Abhängigkeit der Einzelinduktivität vom Luftspalt dennoch einen linearen Zusammenhang zwischen Kernverschiebung und Brückenspannung liefert. Nachteilig an diesem Meßwertaufnehmer ist die enge Begrenzung der Kernverschiebung, die gleich dem Luftspalt ist.
Induktive Meßwertaufnehmer, deren Induktivität über einen von der Meßgröße abhängigen Luftspalt vor den Polflächen gesteuert wird und deren Meßinduktivität mit einer festen Vergleichsinduktivität in Reihe geschaltet ist, besitzen eine kleine Bauform sowie Unabhängigkeit von seitlichen Auslenkungen und eine unbegrenzte Bewegung nach einer Seite der Meßrichtung. Angenäherte Linearität zwischen Ausgangsspannung und Meßwert wird dabei durch Beschränkung auf nur einen kleinen Teil der reziproken Meßwertinduktivitätskennlinie erreicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Längenmeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau stets einen linearen Zusammenhang zwischen Kernverschiebung und Ausgangsspannung (Meßgröße) gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannung an der Meßinduktivität nach Gleichrichtung und Vergleich mit einer festen Spannung einen steuerbaren Oszillator über dessen Transistor so steuert, daß sie unabhängig von der Größe der Meßinduktivität stets konstant bleibt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß von der Spannung an der Meßinduktivität eine Festspannung abgezogen wird und daß die geringe Spannungsdifferenz über eine geeignet gepolte Diode die Spannung an der Basis des Oszillatortransistors und die Schwingamplitude so weit verkleinert, bis die Spannung an der Meßinduktivität und die Festspannung gleich sind.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Oszillatortransistor selbst als Gleichrichter- anordnung herangezogen wird, besteht darin, daß von der Spannung an der Meßinduktivität eine Festspannung abgezogen wird und daß die geringe Spannungsdifferenz über die leitende Kollektor-B asis-Diode des Oszillatortransistors die Spannung an der Basis und die Schwingamplitude so weit verkleinert, bis die Spannung an der Meßinduktivität und die Festspannung gleich sind.
Auf einfache Weise läßt sich die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung verändern oder justieren, wenn nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Änderung der Empfindlichkeit die mit der Meßinduktivität in Reihe geschaltete Festinduktivität veränderbar ist.
Für das erfindungsgemäße Längenmeßgerät gelten folgende grundsätzliche Beziehungen, wobei mit L die Meßinduktivität, mit D die Spaltbreite, mit U die Spannung an der Meßinduktivität, mit I der Strom in der Meßinduktivität und mit L0 die Induktivität bei der Spaltstärke Do bezeichnet ist: Erfindungsgemäß wird mit der Spannung an der MeßinduktivitätL der Oszillator so gesteuert, daß die Spannung U konstant bleibt.
Der Meßstrom 1 ruft an der mit der Meßinduktivität L in Serie geschalteten FestinduktivitätLa eine der Spaltbreite D proportionale Ausgangsspannung Ua hervor, welche unabhängig von der Frequenz ist.
Für die Ausgangsspannung Ua gilt Ua=jwLa.I--D.U La Lo . Do Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß die Spannung an der Meßinduktivität stets konstant ist, so daß der mit der Meßinduktivität sich ändernde Meßstrom der Spaltstärke stets proportional ist und damit auch die Spannung der Vergleichsinduktivität der Meßgröße direkt proportional ist. Die Ausgangsspannung Ua ist dabei so groß, daß sie unmittelbar ohne Zwischenschaltung von Verstärkern zur Anzeige gebracht werden kann.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit gegenüber der Fig. 1 geänderter Oszillatoranordnung und Gleichrichtung der Spannung an der Meßinduktivität.
In der Zeichnung ist mit 2 der induktive Meßwertaufnehmer mit dem Luftspalt invers proportionaler Meßinduktivität bezeichnet. Sie wird gespeist von der Ankoppelwicklung 3 des steuerbaren Oszillators 10 bis 13. Der Meßstrom I der Meßinduktivität 2 fließt außerdem durch die mit der Meßinduktivität 2 in Reihe geschaltete feste Vergleichsinduktivität 1 und ruft dort einen Spannungsabfall Ua hervor. Die Spannung an der Meßinduktivität 2 wird über die Diode 4, den Widerstand 5 und den Kondensator 6 gleichgerichtet und mit der festen Versorgungsspan- nung U0 durch die Basis des Oszillatortransistors 10 so verglichen, daß die Spannungs amplitude an der Meßinduktivität 2 stets konstant und gleich U0 ist, unabhängig von der Größe der Meßinduktivität.
Durch entsprechende Gleichrichtung über Diode 7, Widerstand 8, Kondensator 9 wird die dem Spalt in der Meßinduktivität und damit der Meßgröße proportionale Ausgangsgleichspannung Ua gewonnen.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird die Ausgangsspannung Ua an einer Induktivität 1 gewonnen. Sie ist unabhängig von der Meßfrequenz.
Der steuerbare Oszillator wird gebildet aus dem Transistor 10, der über die Wicklung 11 im Emitter rückgekoppelt wird. Der aus der Induktivität 12 und dem Kondensator 13 bestehende frequenzbestimmende Schwingkreis ist von hoher Güte, um die durch die Spitzengleichrichtung entstehenden Oberwellen weitgehend auszufiltern.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 mit noch einfacherem Aufbau bildet die mit der Festinduktivität 1 in Serie geschaltete Meßinduktivität 2 zusammen mit Kondensator3' den frequenzbestimmenden Schwingkreis. Die Gleichrichtung der Spannung an der Meßinduktivität 2 findet über die Kollektor-Basis-Diode des über Kondensator 5' rückgekoppelten Oszillatortransistors 4' statt. Dieser vergleicht über den Widerstand 6' die gewonnene Spannung mit der konstanten Versorgungsspannung Uo, so daß die Spannungsamplitude an der Meßinduktivität 2 gleich der Versorgungsspannung U0 ist. Die durch den Meßstrom an der festen Induktivität 1 hervorgerufene, dem Meßspalt proportionale Ausgangsspannung Ua wird über die Diode 7, den Widerstand 8 und den Kondensator 9 gleichgerichtet und steht als Gleichspannung Ua zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektronisches Längenmeßgerät mit induktivem Meßwertaufnehmer, bestehend aus einem weichmagnetischen Kreis, dessen Induktivität über einen von der Meßgröße abhängigen Luftspalt gesteuert wird und der eine reziproke Abhängigkeit der Induktivität von der Meßgröße besitzt, wobei mit der Meßinduktivität eine feste Vergleichsinduktivität in Reihe geschaltet ist, durch die der Meßstrom fließt und deren Spannung nach Gleichrichtung ein Maß für die Meßgröße bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an der Meßinduktivität (2) nach Gleichrichtung und Vergleich mit einer festen Spannung (U0) einen steuerbaren Oszillator (10 bis 13) über dessen Transistor so steuert, daß sie unabhängig von der Größe der Meßinduktivität (2) stets konstant bleibt.
2. Elektronisches Längenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Spannung an der Meßinduktivität (2) eine Festspannung (U0) abgezogen wird und daß die geringe Spannungsdifferenz über eine geeignet gepolte Diode (4) die Spannung an der Basis des Oszillatortransistors (10) und die Schwingamplitude so weit verkleinert, bis die Spannung an der Meßinduktivität (2) und die Festspannung (U0) gleich sind.
3. Elektronisches Längenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Spannung an der Meßinduktivität (2) eine Festspannung (U0) abgezogen wird und daß die geringe Spannungsdifferenz über die leitende Kollektor-Basis-Diode des Oszillatortransistors (4') die Spannung an der Basis und die Schwingamplitude so weit verkleinert, bis die Spannung an der Meßinduktivität (2) und die Festspannung (U0) gleich sind.
4. Elektronisches Längenmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anderung der Empfindlichkeit die mit der Meßinduktivität (2) in Reihe geschaltete Festinduktivität (1) veränderbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 941 322, 1 555; Philips Katalog »Industrie Elektronik«, 1965, S. 228 bis 231, 275 bis 277.