DE1261679B

DE1261679B - Electronic length measuring device with inductive transducer

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.Electronic length measuring device with inductive transducer Die The invention relates to an electronic length measuring device with an inductive transducer, consisting of a soft magnetic circuit, the inductance of which has a value of the measured variable dependent air gap is controlled and a reciprocal dependence the inductance of the measurand, with the measuring inductance being a fixed Comparison inductance is connected in series, through which the measuring current flows and whose voltage after rectification forms a measure for the measured variable.

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. The inductive one has the particular insensitivity to environmental influences Transducers compared to capacitive ones in electronic length measurement generally made a breakthrough. Rotationally symmetrical ones are particularly widespread Differential transformers with fixed primary and secondary windings, whereby an axially displaceable soft magnetic core picks up the measured value without friction. The output voltage is strict to the core displacement in a wide range proportional. It has a pronounced zero crossing and does not need to be in one Bridge circuit to be processed. However, the output voltage is quite low. For values of 0.5 to 2 mV / .mu.m, the large measurement value translation of general interest is required a measured value can be connected more strongly.

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. Of a similar structure, but as a branch of a bridge circuit, are Differential inductances with two fixed windings and one axially displaceable soft magnetic core used to record measurements. Between displacement and inductance there is a linear relationship, with the opposite change of the two residual linearity errors compensated for individual inductances.

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. The well-known rotationally symmetrical designs with internal axial core have their specific area of application. However, they are as a result their long design cannot be used in confined spaces and fail, if no radial core guidance can be guaranteed by the measuring device.

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. Insensitive to lateral shifts of the measured value recording The core consists of differential inductances, which consist of two soft magnetic fixed ones E-pieces or pot cores are formed, with the magnetic closure of the two Circles over a movable one that takes up the measured value and covers the two pole faces soft magnetic plate is formed. The magnetic circuits are also arranged in such a way that that the air gaps change in opposite directions. This ensures that the reciprocal The dependence of the individual inductance on the air gap still has a linear relationship between core displacement and bridge tension. Disadvantage of this transducer is the narrow limit of the core displacement, which is equal to the air gap.

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. Inductive transducers, the inductance of which is controlled by one of the Measured variable dependent air gap is controlled in front of the pole faces and their measuring inductance connected in series with a fixed reference inductance have a small Design as well as independence from lateral deflections and unlimited movement to one side of the measuring direction. Approximate linearity between output voltage and measured value becomes reciprocal by limiting it to only a small part Measured value inductance characteristic reached.

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. The invention is therefore based on the object of an electronic To create length measuring device of the type mentioned, with a simple structure always a linear relationship between core displacement and output voltage (Measured variable) guaranteed.

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. According to the invention, this object is achieved in that the voltage at the measuring inductance after rectification and comparison with a fixed voltage controls a controllable oscillator via its transistor so that it is independent of the size of the measuring inductance always remains constant.

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. An advantageous embodiment of the invention is that a fixed voltage is subtracted from the voltage at the measuring inductance and that the small voltage difference across a suitably polarized diode the base of the oscillator transistor and the oscillation amplitude reduced so much, until the voltage at the measuring inductance and the fixed voltage are the same.

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. Another embodiment of the invention in which the oscillator transistor even as a rectifier arrangement is used, consists in that a fixed voltage is subtracted from the voltage at the measuring inductance and that the small voltage difference across the conductive collector-base diode of the Oscillator transistor, the voltage at the base and the oscillation amplitude so far decreased until the voltage across the measuring inductance and the fixed voltage are the same are.

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. The sensitivity of the circuit arrangement can be determined in a simple manner change or adjust if according to a further embodiment of the invention to change the sensitivity the one connected in series with the measuring inductance Fixed inductance is changeable.

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.The following fundamental relationships apply to the length measuring device according to the invention, where L is the measuring inductance, D is the gap width, U is the voltage at the measuring inductance, I is the current in the measuring inductance and L0 is the inductance at the gap thickness Do: According to the invention, the voltage at the measuring inductance L is used to control the oscillator in such a way that the voltage U remains constant.

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. The measuring current 1 calls at the connected in series with the measuring inductance L. Fixed inductance La results in an output voltage Ua proportional to the gap width D, which is independent of the frequency.

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. For the output voltage Ua, Ua = jwLa.I - D.U La Lo applies. Thu through the measure according to the invention is achieved that the voltage across the measuring inductance is always constant, so that the measuring current, which changes with the measuring inductance, is the Gap thickness is always proportional and thus also the voltage of the reference inductance is directly proportional to the measurand. The output voltage Ua is so large that they are displayed immediately without the interposition of amplifiers can be.

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. The invention is shown in the drawing on the basis of two exemplary embodiments illustrated. 1 shows a first circuit arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a second circuit arrangement according to the invention, compared with FIG. 1 changed oscillator arrangement and rectification of the voltage at the measuring inductance.

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. In the drawing, the inductive transducer with the Air gap called inversely proportional measuring inductance. It is fed by the coupling winding 3 of the controllable oscillator 10 to 13. The measuring current I the Measuring inductance 2 also flows through the series connected with measuring inductance 2 fixed reference inductance 1 and causes a voltage drop Ua there. the Voltage at the measuring inductance 2 is via the diode 4, the resistor 5 and the Capacitor 6 rectified and connected to the fixed supply voltage voltage U0 through the Base of the oscillator transistor 10 compared so that the voltage amplitude the measuring inductance 2 is always constant and equal to U0, regardless of the size the measuring inductance.

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. By corresponding rectification via diode 7, resistor 8, capacitor 9 becomes that which is proportional to the gap in the measuring inductance and thus to the measured variable DC output voltage Ua obtained.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird die Ausgangsspannung Ua an einer Induktivität 1 gewonnen. Sie ist unabhängig von der Meßfrequenz. In the circuit arrangement according to FIG. 1, the output voltage Obtained at an inductance 1, among other things. It is independent of the measuring frequency.

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. The controllable oscillator is formed from the transistor 10, the is fed back via the winding 11 in the emitter. The one from the inductance 12 and the capacitor 13 existing frequency-determining resonant circuit is of high Goodness to largely reduce the harmonics caused by the peak rectification to filter out.

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. In the circuit arrangement according to FIG. 2 with an even simpler structure forms the measuring inductance 2 connected in series with the fixed inductance 1 with capacitor3 'the frequency-determining resonant circuit. The rectification of the Voltage at the measuring inductance 2 takes place via the collector-base diode of the Capacitor 5 'feedback oscillator transistor 4' instead. This compares The voltage obtained with the constant supply voltage via the resistor 6 ' Uo, so that the voltage amplitude at the measuring inductance 2 is equal to the supply voltage U0 is. The caused by the measuring current at the fixed inductance 1, the The output voltage Ua, which is proportional to the measuring gap, is transmitted via the diode 7, the resistor 8 and the capacitor 9 rectified and is available as a direct voltage Ua for further processing to disposal.

Claims

Claims: 1. Electronic length measuring device with inductive Measuring transducer, consisting of a soft magnetic circuit, its inductance is controlled via an air gap dependent on the measured variable and the one is reciprocal Dependence of the inductance on the measured variable has, with the measuring inductance a fixed reference inductance is connected in series, through which the measuring current flows and whose voltage after rectification forms a measure for the measured variable, thereby characterized in that the voltage across the measuring inductance (2) after rectification and comparison with a fixed voltage (U0) a controllable oscillator (10 to 13) controls via its transistor so that it is independent of the size of the measuring inductance (2) always remains constant.

2. Electronic length measuring device according to claim 1, characterized in that that a fixed voltage (U0) is subtracted from the voltage at the measuring inductance (2) and that the small voltage difference via a suitably polarized diode (4) the voltage at the base of the oscillator transistor (10) and the oscillation amplitude reduced until the voltage at the measuring inductance (2) and the fixed voltage (U0) are equal.

3. Electronic length measuring device according to claim 1, characterized in that that from the voltage at the measuring inductance (2) a fixed voltage (U0) is deducted and that the small voltage difference across the conductive collector-base diode of the oscillator transistor (4 ') the voltage at the base and the oscillation amplitude reduced until the voltage at the measuring inductance (2) and the fixed voltage (U0) are equal.

4. Electronic length measuring device according to claims 1 to 3, characterized marked, that to change the sensitivity with the measuring inductance (2) series-connected fixed inductance (1) can be changed.

Considered publications: German Patent Specifications No. 941,322, 1,555; Philips catalog "Industrial Electronics", 1965, pp. 228 to 231, 275 to 277.