DE1498118C - Induktiver Meßumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Meßumformer mit zwei relativ zueinander bewegbaren, induktiv gekoppelten Umformergliedern, von denen das erste Glied einen Grundkörper aus ferromagnetischem Material und das zweite Glied auf einem Träger, der auf seiner ganzen Länge gleichbleibende magnetische Eigenschaften besitzt, eine Mäanderwicklung aufweist, deren sich quer zur Richtung der Relativbewegung der beiden Glieder erstreckenden Leitungsabschnitte von Mitte zu Mitte einen gleichen Abstand haben und derart in Serie geschaltet sind, daß der Strom in be- ' nachbarten Leitern in entgegengesetzten Richtungen fließt. ...-■."

Bei den bekannten induktiven Meßumformern dieser Art wird die Mäanderwicklung von einem auf den Träger nach Art einer gedruckten Schaltung aufgebrachten Leiter gebildet, dessen Läge beispielsweise nach dem Photoätzverfahren sehr genau bestimmt werden kann. Als Träger findet häufig eine Glasplatte ao Verwendung, die eine hohe Formstabilität aufweist. Auch das erste Glied, das einen Grundkörper aus ferromagnetischem Material aufweisen kann, ist mit einer Anzahl von Wicklungen versehen, die ebenfalls wie die Leiter einer gedruckten Schaltung auf den Grundkörper aufgebracht sind. Auf diese Weise lassen sich sehr hohe Meßgenauigkeiten erzielen. Der Nachteil dieser bekannten Meßumformer besteht jedoch darin, daß die induktive Kopplung zwischen den Wicklungen auf den beiden Gliedern relativ schwach ist, weil sich immer nur einzelne Leiter gegenüberstehen, so daß für die Signalverstär-, kung ein erheblicher Aufwand getrieben werden muß und insbesondere schon sehr schwache Störsignale erhebliche Schwierigkeiten bereiten kön- nen. '

Es sind auch Meßumformer bekannt, bei denen der Grundkörper aus ferromagnetischem Material vorspringende Magnetpole aufweist, die von Wicklungen umgeben sind. Bei diesen bekannten Umformern sind stets zwei Magnetpole zu einem magnetischen Kreis zusammengefaßt, durch den zwei auf dem Grundkörper angeordnete Spulen gekoppelt werden, und es steht diesem Grundkörper als zweites Umformerglied ein ebenfalls ferromagnetischer Körper mit Polen gegenüber, durch die entsprechend der Relativstellung der beiden Umformerglieder der die beiden Spulen koppelnde magnetische Kreis mehr oder weniger gut geschlossen wird. Infolgedessen werden entsprechend der Relativstellung der beiden Grundkörper die auf dem ersten Umformerglied angeordneten Spulen mehr oder weniger stark miteinander gekoppelt, so daß in einer dieser Spulen Sekundärsignale mit lagerabhängiger Amplitude induziert werden. Der Nachteil dieser bekannten An-Ordnungen, die kräftige Signale erzeugen, besteht darin, daß die Meßgenauigkeit von der Genauigkeit abhängig ist, mit der aus den ferromagnetischen Grundkörpern die Pole ausgefräst worden sind, und von der Homogenität des ferromagnetischen Materials. Die Bearbeitung der ferromagnetischen Grundkörper erfordert bei der angestrebten Genauigkeit einen sehr hohen Aufwand und ist trotzdem nicht mit der Genauigkeit möglich, mit der nach dem Photoätzverfahren auf einen Träger Leiter aufbringbar sind. Außerdem läßt sich ein ferromagnctisclics Material nicht absolut homogen herstellen, so daß hier eine unvermeidliche Fehlerquelle besteht, die die Meßgenauigkeit solcher induktiver Meßumformer beeinträchtigt. , ■.·■;■ ·.->.·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Meßumformer zu vermeiden und einen induktiven Meßumformer zu schaffen, der sich bei höchster Genauigkeit durch eine einfache Herstellbarkeit und ein kräftiges Ausgangssignal auszeichnet. ■■'"■■.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst:

a) der Grundkörper des ersten Gliedes ist in an sich bekannter Weise geschlitzt und bildet eine Vielzahl vorspringender Pole, die sich quer zur Richtung der Relativbewegung der Glieder erstrecken; auf dem ersten Glied sind wenigstens zwei Wicklungen angeordnet, von denen jede Leiter aufweist, die in Schlitzen an entgegengesetzten Seiten eines anderen der Pole angeordnet und derart in Serie geschaltet sind, daß der Strom in den beiden Schlitzen in entgegengesetzten Richtungen fließt;

b) die beiden Wicklungen sind in getrennte Schaltungskreise einbezogen, zwischen denen eine Kopplung besteht, durch die Fehler im geometrischen Abstand zwischen diesen beiden Wicklungen kompensiert werden.

Bei dem induktiven Meßumformer nach der Erfindung können die Wicklungen auf dem Grundkörper des ersten Gliedes viellagig ausgebildet sein, so daß sich in Verbindung mit den vorspringenden Polen aus ferromagnetischem Material eine relativ feste Kopplung zu der Mäanderwicklung auf dem zweiten Umformerglied ergibt, durch die ein kräftiges Ausgangssignal erzielt wird. Die durch die Anwendung eines solchen Umformergliedes bewußt in Kauf genommenen Ungenauigkeiten werden auf elektrische Weise kompensiert, so daß sie sich auf das Meßergebnis nicht auswirken, sondern die Meßgenauigkeit durch die mit größter Genauigkeit aufgebrachte Mäanderwicklung auf dem zweiten Umformerglied bestimmt ist. Daher braucht auch der Grundkörper des ersten Umformergliedes nicht mit äußerster Präzision hergestellt zu sein, und es braucht das Material nicht die bestmögliche Homogenität aufzuweisen, so daß sich auch hier Vereinfachungen in der Fertigung ergeben. Beispielsweise könnte der Grundkörper - des ersten Umformergliedes aus magnetischem Metallpulver gepreßt sein.

Die Ausgangsspannung von Meßumformern dieser Art ist der. Quadratwurzel des Volumens der Leiter des ersten Gliedes proportional. Die folgende Tafel zeigt ein Volumenverhältnis von 26:1 und ein Verhältnis der Ausgangssignale von 5:1 zugunsten der erfindungsgemäßen Anordnung. Es ist üblich, den Leiter durch.Ätzen oder Abscheiden als Kupferfolie mit einer Dicke von etwa 0,05 mm auszubilden. Nach der Erfindung wird dieses Kupfer aus dem Luftspalt entfernt, v/odurch das Ausgangssignal weiterhin um etwa 20 ⁰Zo gesteigert wird. Als Beispiel werden in der folgenden Tafel Meßumformer mit einer Periodenlänge von etwa 5 mm verglichen, von denen der eine · nach der herkömmlichen Methode und der andere nach der Erfindung hergestellt ist:

•	Perioden länge	3	Schlitztiefe	Dicke	Breite	4	: Fläche	Volumen verhältnis	Ausgangs signal verhältnis
Wicklung	5 mm 5mm	Pol- und Schlitzbreite	1,25 mm 1,9 mm	0,05 mm 1,6 mm	1,25 mm . 1,0 mm	0,062 mm2 1,6 mm2	1 26	1 5
Geätzt ..:.. Gewickelt	1,25 mm 1,25 mm

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine Draufsicht auf ein vorspringende Pole aufweisendes Umformerglied nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 durch das Umformerglied nach F i g. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt durch das Umformerglied nach F i g. 1 mit einem darüber angeordneten zweiten Umformerglied,

F i g. 4 eine Ansicht einer teilweise geschnittenen Vorrichtung zur Herstellung der Spulen für das erste ao Umformerglied,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 durch die Vorrichtung nach F i g. 4,

F i g. 6 und 7 Schaltbilder zur Darstellung der verschiedenen Möglichkeiten zur Justierung der Kopplung der verschiedenen Wicklungen des Umformergliedes zur Korrektur der trigonometrischen Beziehungen und

Fig. 8 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Angleichung der Ausgangssignale der Wicklungen des ersten Umformergliedes, die es ermöglicht, Unterschiede in der Kopplung zwischen den verschiedenen Wicklungen des ersten Umformergliedes und der Wicklung des zweiten Umformergliedes zu kompensieren.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, weist das erste, einen Schieber 1 bildende Umformerglied einen Träger! und das zweite, ein stationäres Bezugsglied3 bildende Umformerglied einen Träger 4· für die entsprechenden Wicklungen S und 6 auf. Die Träger 2 und 4 bestehen aus Metall, vorzugsweise aus warmgewalztem Stahl. Die Wicklung 6 des Bezugsgliedes 3 wird von einer sehr genauen, geätzten Wicklung gebildet, während die Wicklung 5 des Schiebers 3 eigentlich aus zwei Wicklungen? und 8 besteht, die in räumlicher Quadratur zum Polzyklus der einphasigen Wicklung 6 stehen. Die Wicklung 6 weist parallele Leiterabschnitte auf, die in Serie geschaltet sind und eine Mäanderwicklung bilden. Der Träger 2 weist zwei Öffnungen 19 und 20 auf, die eine Befestigung an einem bewegbaren Maschinenteil ermöglichen. Der Träger 4 des stationären Gliedes besteht beispielsweise aus Einheiten von etwa 250 mm Länge, die an einem stationären Teil der .Maschine in der erforderlichen Anzahl angebracht sind, um die Bewegungen zu überwachen.

Der Träger 2 des Schiebers weist in der dargestellten geradlinigen Form eine Anzahl paralleler Schlitze 9 auf, so daß eine Reihe von parallelen, vorspringenden Polen 10 entsteht. Die äußeren Enden der Pole 10 stehen der Wicklung 6 des stationären Gliedes dicht gegenüber. Das Fehlen von Wicklungen auf den Polflächenil macht es möglich, den Luftspalt 12 zwischen dem stationären Glied und dem Schieber zu verringern, was eine Erhöhung der Ausgangsspannung zur Folge hat, wie es oben erwähnt wurde. Die beiden Wicklungen 7 und 8 des Schiebers weisen je die Form einer Serie von Spulen auf, die in die Schlitze 9 eingelegt sind. In F i g. 1 sind beispielsweise zwei Spulen 13 und 14 für die Wicklung 7 und zwei Spulen 15 und 16 für die andere Wicklung 8 dargestellt. '

Die jeder Wicklung 7 bzw. 8 angehörenden Spulen sind durch Leiter 17 und 18 miteinander verbunden, so daß eine Zuordnung der aktiven Leiterabschnitte entsteht. Nach der Erfindung besteht jeder entsprechende aktive Leiterabschnitt aus einer Anzahl von Drahtabschnitten, die eine Seite einer Spule bilden, die unterhalb der Oberfläche ihres Trägers angeordnet ist und von denen jede Spule einen vorspringenden Pol umgibt, wobei die Polflächen 11 eine Seite des Luftspaltes zwischen den Gliedern 1 und 3 des Wandlers bilden. ''..'■

Die Pole 10 und die Seiten ihrer Wicklungen 13 bis 16 erstrecken sich quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen dem Schieber 1 und dem Bezugsglied 3. , . * ■ '

Jede Wicklung kann acht Abschnitte oder Spulen aufweisen, wobei der Abstand von Spulenmitte zu Spulenmitte gleich ist. Die Spulen sind dabei so miteinander verbunden, daß sie in bezug auf die Mittellinie abgeglichen sind.

Wie aus F i g. 3 der Zeichnung hervorgeht, ist der Abstand der Pole 10 und der Seitenabschnitte der Spulen 13 bis 16 der gleiche wie der Abstand der aktiven Leiter der Bezugswicklung 6.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nicht die Herstellung der Spulen für die Wicklungen 7 und 8. Es sei jedoch diesbezüglich beispielsweise auf eine Vorrichtung 21 nach F i g. 4 hingewiesen. Die Vorrichtung 21 hat die Form eines Domes, dessen inneres Ende 22 beispielsweise in das Futter einer Drehbank od. dgl. einspannbar ist und der ein rechteckiges äußeres Ende oder einen Kern 23 aufweist, auf dem geeignete parallele Abstandshalter 24 angeordnet sind. Das äußere Ende des Kernes 23 ist mit einem Gewinde 25 für eine Befestigungsmutter 26 versehen. Beim Drehen der Vorrichtung 21 wird jeder Abschnitt der Wicklung erzeugt.

Die richtige quadratische Beziehung zwischen den Schieberwicklungen im Falle von zwei Wicklungen, wie sie das dargestellte Ausführungsbeispiel aufweist, oder die" richtige Beziehung zwischen dem geometrischen Abstand der Wicklungen und dem trigonometrischen Eingangssignal im Falle einer anderen' Anzahl von Wicklungen wird durch einen genauen geometrischen Abstand der Windungen oder, wenn erforderlich, durch eine Kopplung zwischen den Wicklungen hergestellt, so daß der elektrische Winkelabstand der Ausgangssignale dieser Wicklungen den gebrauchten trigonometrischen Funktionen entspricht. Diese Kopplung kann durch eine induktive Kopplung 27 nach F i g. 6 oder eine Widerstandskopplung 28 nach F i g. 7 bewirkt werden.

Ungleichheiten zwischen den Kopplungen der mehrteiligen Wicklungen 29 und 30 mit der Bezugswicklung 31 werden durch Mittel 32 und 33 zur Beeinflussung der Amplitude des Ausgangssignals korn-

Claims (2)

pensiert, die in Serie 2x1 den Wicklungen 29 und 30 nach F i g. 8 vorgesehen sind. Mit Hilfe der dargestellten Widerstände 32 und 33 lassen sich die von beiden Wicklungen 29 und 30 ausgekoppelten Signale bei Kopplungsfehlern aneinander angleichen, also in das richtige Verhältnis bringen. Y Patentansprüche:

1. Induktiver Meßumformer mit zwei relativ zueinander bewegbaren, induktiv gekoppelten Umformergliedern, von denen das erste Glied einen Grundkörper aus ferromagnetischem Material und das zweite Glied auf einem Träger, der auf seiner ganzen Länge gleichbleibende magnetische Eigenschaften besitzt, eine Mäanderwicklung aufweist, deren sich quer zur Richtung der Relativbewegung der beiden Glieder erstreckenden Leitungsabschnitte von Mitte zu Mitte einen gleichen Abstand haben und derart in Serie geschaltet sind, daß der Strom in benachbarten Leitern in entgegengesetzten Richtungen fließt, gekennzeichnet durch die Vereinigung as folgender Merkmale:

a) der Grundkörper (2) des ersten Gliedes (1) ist in an sich bekannter Weise geschlitzt und bildet eine Vielzahl vorspringender PoIe(IO), die sich quer zur Richtung der Relativbewegung der Glieder erstrecken, auf dem ersten Glied sind wenigstens zwei Wicklungen (7 und 8 oder 29 und 30) angeordnet, von denen jede Leiter aufweist, die in Schlitzen an entgegengesetzten Seiten eines anderen der Pole angeordnet und derart in Serie geschaltet sind, daß der Strom in den beiden Schlitzen in entgegengesetzten Richtungen fließt;

b) die beiden Wicklungen sind in getrennte Schaltungskreise einbezogen, zwischen denen eine Kopplung (27, 28) besteht, durch die Fehler im geometrischen Abstand zwischen diesen beiden Wicklungen kompensiert werden.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Schaltungskreise eine Abgleichvorrichtung (32) enthält, die es ermöglicht, die ausgekoppelten Spannungen, die die beiden Wicklungen (29,30) liefern, einander anzugleichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen