DE1498118C

DE1498118C - Inductive transmitter

Info

Publication number: DE1498118C
Authority: DE
Inventors: Clajr Lonng Bronxville NY Farrand (V St A )
Original assignee: Inductosyn Corp
Current assignee: Inductosyn Corp
Publication date: 1971-05-13

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. ...-■."The invention relates to an inductive transducer with two relatively movable, inductively coupled converter elements, of which the first element has a base body made of ferromagnetic Material and the second link on a carrier that is constant over its entire length possesses magnetic properties, has a meander winding, which is transverse to Direction of relative movement of the two members extending line sections from the center Center are equidistant and are connected in series in such a way that the current is neighboring ladders flowing in opposite directions. ...- ■. "

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. 'In the known inductive transducers of this type, the meander winding is on formed the carrier in the manner of a printed circuit applied conductor, the length of which, for example can be determined very precisely by the photo-etching process. A glass plate ao is often used as the carrier Use that has a high degree of dimensional stability. Also the first link, which is made up of a basic body may have ferromagnetic material is provided with a number of windings, which also how the conductors of a printed circuit are applied to the base body. In this way very high measuring accuracies can be achieved. The disadvantage of this known transmitter is however, in that the inductive coupling between the windings on the two members is relative is weak, because there are always only single conductors facing each other, so that for the signal amplification, a considerable effort has to be made and, in particular, even very weak interference signals can cause considerable difficulties. 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. , ■.·■;■ ·.->.·Transmitters are also known in which the base body is made of ferromagnetic material has protruding magnetic poles which are surrounded by windings. With these known converters two magnetic poles are always combined to form a magnetic circuit through which two the base body arranged coils are coupled, and it is this base body as the second Converter member is also a ferromagnetic body with poles opposite, through the corresponding to the Relative position of the two converter elements of the magnetic circuit coupling the two coils more or is closed less well. As a result, the relative position of the two Base body, the coils arranged on the first converter element more or less closely with one another coupled so that secondary signals with a position-dependent amplitude in one of these coils be induced. The disadvantage of these known arrangements, which generate powerful signals, is there in that the measurement accuracy depends on the accuracy with which from the ferromagnetic Base bodies, the poles have been milled out, and the homogeneity of the ferromagnetic material. The machining of the ferromagnetic base body requires the required accuracy a very high effort and is still not possible with the accuracy with which after the photo-etching process can be applied to a carrier conductor. In addition, a ferromagnctisclics Do not make the material absolutely homogeneous, so that there is an inevitable source of error that is the Measurement accuracy of such inductive transducers is impaired. , ■. · ■; ■ · .->. ·

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. ■■'"■■. The invention is based on the object of avoiding these disadvantages of the known measuring transducers and of creating an inductive measuring transducer which, with the highest accuracy, is characterized by ease of manufacture and a powerful output signal. ■■ '"■■.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst:This object is achieved according to the invention by combining the following features:

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;a) the main body of the first link is slotted in a manner known per se and forms a A plurality of salient poles extending transverse to the direction of relative movement of the links; at least two windings are arranged on the first link, each of which Has conductors arranged in slots on opposite sides of another of the poles and are connected in series in such a way that the current in the two slots is in opposite directions Directions flowing;

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.b) the two windings are in separate circuits included, between which there is a coupling, due to the errors in the geometric Distance between these two windings can be compensated.

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.In the inductive transducer according to the invention, the windings on the base body of the first link may be formed in multiple layers, so that in connection with the protruding poles ferromagnetic material a relatively tight coupling to the meander winding on the second converter element results, through which a powerful output signal is achieved. The application of a Inaccuracies that are deliberately taken into account in such a converter element are converted into an electrical manner compensated so that they do not affect the measurement result, but rather the measurement accuracy the meander winding applied with the greatest accuracy on the second converter element is determined is. Therefore, the main body of the first converter element does not need to be manufactured with extreme precision to be, and it does not need the material to have the best possible homogeneity, so that here, too, simplifications in production result. For example, the main body could be - the first Converter member be pressed from magnetic metal powder.

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:The output voltage of transducers of this type is the. Square root of the volume of the ladder of the first link proportional. The following table shows a volume ratio of 26: 1 and a ratio of the output signals of 5: 1 in favor of the arrangement according to the invention. It is common practice to etch or deposit the conductor as a copper foil with a thickness of about 0.05 mm. According to the invention, this copper is removed from the air gap by further increasing the output signal by approximately 20 ⁰ Zo. As an example, the following table compares measuring transducers with a period length of about 5 mm, one of which is manufactured according to the conventional method and the other according to the invention:

•• Perioden
längePeriods
length 33 SchlitztiefeSlot depth Dickethickness Breitebroad 44th : Fläche: Surface Volumen
verhältnisvolume
ratio Ausgangs
signal
verhältnisStarting
signal
ratio WicklungWinding 5 mm
5mm5 mm
5mm Pol- und
SchlitzbreitePole and
Slot width 1,25 mm
1,9 mm1.25 mm
1.9 mm 0,05 mm
1,6 mm0.05 mm
1.6 mm 1,25 mm
. 1,0 mm1.25 mm
. 1.0 mm 0,062 mm²
1,6 mm² 0.062 mm ²
1.6mm ² 1
261
26th 1
51
5 Geätzt ..:..
GewickeltEtched ..: ..
Wrapped 1,25 mm
1,25 mm1.25 mm
1.25 mm

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing described and explained in more detail. It shows

Fi g. 1 eine Draufsicht auf ein vorspringende Pole aufweisendes Umformerglied nach der Erfindung,Fi g. 1 is a top plan view of a salient pole exhibiting converter element according to the invention,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 durch das Umformerglied nach F i g. 1,F i g. 2 shows a cross section along the line 2-2 through the converter element according to FIG. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt durch das Umformerglied nach F i g. 1 mit einem darüber angeordneten zweiten Umformerglied,3 shows a longitudinal section through the converter element according to FIG. 1 with one above it second converter element,

F i g. 4 eine Ansicht einer teilweise geschnittenen Vorrichtung zur Herstellung der Spulen für das erste ao Umformerglied,F i g. 4 is a view of a partially sectioned device for producing the coils for the first ao Converter element,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 durch die Vorrichtung nach F i g. 4,F i g. 5 shows a section along the line 5-5 through the device according to FIG. 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 F i g. 6 and 7 circuit diagrams to illustrate the various options for adjusting the coupling the various windings of the converter element to correct the trigonometric relationships and

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. 8 shows the circuit diagram of a device for matching the output signals of the windings of the first converter element, which makes it possible to identify differences in the coupling between the various windings of the first converter element and the Compensate winding of the second converter element.

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.As can be seen from FIGS. 1 to 3, this has first converter element forming a slide 1 is a carrier! and the second, a stationary reference member 3 forming converter element has a carrier 4 · for the corresponding windings S and 6. The carriers 2 and 4 are made of metal, preferably hot-rolled steel. The winding 6 of the reference link 3 is formed by a very precise, etched winding, while the winding 5 of the slide 3 actually from two windings? and 8, which is in spatial quadrature to the pole cycle of the single-phase Winding 6 stand. The winding 6 has parallel conductor sections which are connected in series and form a meander winding. The carrier 2 has two openings 19 and 20, the fastening on a movable machine part. The carrier 4 of the stationary member is made for example from units of about 250 mm in length, which are attached to a stationary part of the .Maschine in the required number are attached to monitor the movements.

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. 'The carrier 2 of the slide has a number of parallel ones in the straight shape shown Slits 9 so that a series of parallel, projecting poles 10 is formed. The outer ends the poles 10 are close to the winding 6 of the stationary member. The lack of windings on the pole face part makes it possible to create the air gap 12 between the stationary member and the slider decrease, resulting in an increase in the output voltage as mentioned above. The two windings 7 and 8 of the slide each have the shape of a series of coils that are in the slots 9 are inserted. In Fig. 1 are, for example, two coils 13 and 14 for the winding 7 and two coils 15 and 16 for the other winding 8 are shown. '

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. ''..'■ The coils belonging to each winding 7 and 8 are connected to one another by conductors 17 and 18, so that the active conductor sections are assigned. According to the invention, each respective active conductor section consists of a number of wire sections which form one side of a coil which is disposed below the surface of its support and each coil of which surrounds a salient pole with the pole faces 11 one side of the air gap between the members 1 and 3 of the converter form. '' .. '■

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. , . * ■ ' The poles 10 and the sides of their windings 13 to 16 extend transversely to the direction of relative movement between the slide 1 and the reference member 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.Each winding can have eight sections or coils, with the distance from the center of the coil Coil center is the same. The coils are connected to one another in such a way that they are in relation to the center line are matched.

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.As shown in FIG. 3 of the drawing, the spacing of the poles 10 and the side portions is the Coils 13 to 16 the same as the spacing of the active conductors of the reference winding 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.The subject of the present invention is not the production of the coils for the windings 7 and 8. In this regard, however, reference is made, for example, to a device 21 according to FIG. 4 pointed out. the Device 21 has the shape of a dome, the inner end 22, for example, in the chuck of a Lathe or the like can be clamped and which has a rectangular outer end or a core 23, on which suitable parallel spacers 24 are arranged. The outer end of the core 23 is provided with a thread 25 for a fastening nut 26. When turning the device 21 each section of the winding is created.

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.The correct quadratic relationship between the slider windings in the case of two windings, as it has the illustrated embodiment, or the "correct relationship between the geometric Distance between the windings and the trigonometric input signal in the case of another ' Number of turns is determined by a precise geometric spacing of the turns or if required, made by a coupling between the windings, so that the electrical angular distance the output signals of these windings corresponds to the used trigonometric functions. This coupling can be through an inductive Coupling 27 according to FIG. 6 or a resistive coupling 28 according to FIG. 7 can be effected.

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-Inequalities between the couplings of the multi-part windings 29 and 30 with the reference winding 31 are influenced by means 32 and 33 the amplitude of the output signal grain

Claims

pensated, the windings 29 and 30 in series 2x1 according to FIG. 8 are provided. With the aid of the resistors 32 and 33 shown, the signals coupled out from the two windings 29 and 30 can be adjusted to one another in the event of coupling errors, that is to say brought into the correct ratio. Y claims:

1. Inductive transmitter with two inductively coupled ones that can be moved relative to one another Converter members, the first member of which has a base body made of ferromagnetic material and the second link on a support, the magnetic one constant along its entire length Has properties that has a meander winding, which extends transversely to the direction of the Relative movement of the two members extending line sections from center to center one have the same distance and are connected in series in such a way that the current in adjacent Ladders flowing in opposite directions, marked by the union as following features:

a) the base body (2) of the first link (1) is slotted and in a manner known per se forms a multitude of projecting PoIe (IO), which are perpendicular to the direction of relative movement of the links, on the first link at least two windings (7 and 8 or 29 and 30) are arranged, of each having conductors that are in slots on opposite sides of another of the poles are arranged and connected in series so that the current in the two Slots flowing in opposite directions;

b) the two windings are included in separate circuits, between which there is a coupling (27, 28) through the errors in the geometric distance between these two windings are compensated.

2. Transmitter according to claim 1, characterized in that at least one of the two Circuits contains a balancing device (32), which enables the decoupled Voltages that the two windings (29,30) deliver to equalize one another.

1 sheet of drawings