DE2617624A1

DE2617624A1 - Linearisierung fuer induktiven stellungsgeber

Info

Publication number: DE2617624A1
Application number: DE19762617624
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing Grad Puschban
Original assignee: Metrawatt GmbH
Current assignee: Metrawatt GmbH
Priority date: 1976-04-22
Filing date: 1976-04-22
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2617624C2

Description

Linearisierung ftlr induktiven Stellungsgeber
Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Stellungsgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ist eine Weiterbildung und Verbesserung des der Patent-Hauptanmeldung P 2 511 683 zugrunde liegenden Erfindungsgegenstandes.
Die Genauigkeit und Linearität des in der Hauptanmeldung beschriebenen induktiven Stellungsgebers ist verschiedenen Einflußgrößen unterworfen. So sind die Permeabilität-des zwischen Primär-und Sekundärwicklung angeordneten beweglichen Kernes wie auch der ohmsche Widerstand von Primär- und Sekundärwicklung von der Umgebungstemperatur abhängig. Mechanische Abweichungen zwischen der Bewegungsbahn des Kernes und der Spulenebene führen ebenso zu Unlinearitäten wie eine Beeinflussung des Magnetflusses durch Fremdmagneten oder ferromagnetische Stoffe. Wenn solche Einflußgrößen wirksam werden, ist der gewünschte streng lineare Zusammenhang zwischen der Stellung des Kernes und der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung sowie die absolute Größe dieser Spannung nicht mehr gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel zu schaffen, durch die es gelingt, Auswirkungen der genannten Einflußgrößen auf Genauigkeit und Linearität des Stellungsgebers wesentlich herabzusetzen. Diese Aufgabe wird bei einem induktiven Stellungsgeber der eingangs genannten Art durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 den induktiven Stellungsgeber in einer Ausbildung mit zwei Meßwicklungen und einer Referenzwicklung Fig.2 den Verlauf der drei Sekundärwechselspannungen in Abhängigkeit von der Kernstellung Fig.3 das Prinzipschaltbild der Speiseschaltung des induktiven Stellungsgebers Fig.4 eine Ausführungsform der Meß- und Referenzwicklung Fig.5 eine Referenzwicklung mit Linearitäts-Ausgleichs-.,windung Die Hauptanmeldung geht davon aus, daß ein ferromagnetischer Kern 1 zwischen einer mit Wechselstrom gespeisten Primärwicklung 2 und mindestens einer Sekundärwicklung 4 oder 5 beweglich angeordnet ist und sekundärseitig eine Spannung U4 oder U5 abgreifbar ist, deren Wert der Stellung des beweglichen Kernes 1 entspricht. Erfindungsgemäß sieht die Hauptanmeldung vor, daß mindestens eine Windung einer oder auch mehrerer Sekundärwicklungen 4,5 entlang der geradlinigen Bewegungsebene eines von dem Kern 1 gebildeten Luftspaltes ortsfest so angeordnet und bezüglich der von ihr umschlossenen Fläche F so geformt ist, daß abhängig von der Stellung des Kernes 1 ein sich ändernder von der Windung umschlossener Flächenanteil F' innerhalb des Luftspaltes 3, in dem ein von der Stellung des Kernes 1 unabhängiges, vorzugsweise homogenes Magnetfeld ausgebildet ist, so ZU liegen kommt, daß sich ein dem Flächenanteil F' entsprechender Magnetfluß mit der Windung verkettet.
Dabei ist es vorteilhaft, den Kern 1 U-förmig zu gestalten und entlang der Bewegungsebene des zwischen den beiden Schenkeln des Kernes ausgebildeten Luftspaltes 3 mindestens eine keilförmige Sekundärwicklung 5 anzuordnen. Durch die Keilform ändert sich mit der Stellung des Kernes 1 die Teilfläche F' innerhalb der die Sekundärwicklung einen Teil des homogenen Magnetfeldes im Luftspalt erfaßt.
In Fig. 1 sind zwei keilfdrmig Sekundärwicklungen 4 und 5 dargestellt, deren Spannungen U4 und U5 nur Ausbildung einer Mitte- Nullstellung einander überlagert werden können. An der prinzipiellen Wirkungsweise des Stellungsgebers ändert sich dadurch nichts, so daß die folgenden Erläuterungen immer nur eine keilförmige Sekundärwicklung berücksichtigen, wobei diese ihrer Aufgabe entsprechend als Meßwicklung bezeichnet wird.
Um nun Linearitätsverzerrungen durch die eingangs genannten Einflußgrößen zu kompensieren, sieht die Erfindung außer der Meßwicklung.4nqch eine Referenzwicklung 6 vor, die unabhängig von der Stellung des Kernes eine konstante Spannung abgibt.
Die Referenzwicklung ist dabei so ausgebildet, daß sie eine rechteckige Fläche A umschließt, so daß ein von der Stellung des Kernes unabhängiger konstanter Flächenanteil A' mit dem Magnetfluß im Luftspalt verkettet wird. Um sicher zu stellen, daß die Meß- und Referenzwicklung allen Einflußgrößen in gleichem Maße unterworfen werden, haben sie die gleiche Windungszahl und sind möglichst dicht übereinander angeordnet, wobei ihre Spulenköpfe 21,23 (Fig.4) deckungsgleich übereinander liegen.
Fig.2 zeigt den Verlauf der in den Sekundärwicklungen 4,5,6 erzeugten Spannungen U4, U5, U6. Wie man der Darstellung unmittelbar entnehmen kann, ergibt z.B. die Gegeneinanderschaltung von Wicklung 4 und 6 eine einfache Möglichkeit zur Linearisierung, da gleichsinnige und gleich starke Linearitätsabweichungen bei beiden Spannungen sich auf die Differenzspannung nicht auswirken.
Eine noch bessere Verminderung der Einflüsse auf Genauigkeit und Linearität des induktiven Stellungsgebers wird mit der Schaltung nach Fig.3 erzielt. Ein LC-Sinus-Oszillator 11 speist die Primärwicklung 12 mit einer Wechselspannung, deren Amplitude etwa proportional der Speisespannung U15 des OszillatQrs 11 ist. Die auf die Referenzwicklung transformierte Wechselspannung wird über einen Hochpaß 10 zur Unterdrückung von Störspannungen einem aktiven Gleichrichter 13 zugeführt. Die resultierende Spannung U14 wird von einem Regelverstärker 15 mit einer Konstantspannung U16 verglichen. Die sich instellende Ausgang.spannung U15 speist den Oszillator 11. Die Referenzwicklung 6 ist damit Teil eines Regelkreises, der die eingangs genannten Störgrößen entscheidend herabsetzt. Auch der Einfluß von Amplitude und Frequenz der vom Oszillator 11 abgegebenen Wechselspannung Ull sowie Temperatur und Linearitätsfehler, des der Meßwicklung 5 nachgeschalteten Gleichrichters 18 werden durch diese Schaltung vermindert.
Die Meßwicklung 5 liefert nun eine Ausgangsspannung U5, die von den genannten Einflußgrößen weitgehend frei ist. Sie wird in einem aktiven Gleichrichter 17, dessen Aufbau exakt dem Gleichrichter 13 entspricht, gleichgerichtet, verstärkt, gesiebt und bildet schließlich das stellungsproportionale Ausgangssignal UA des induktiven Stellungsgebers.
Das Ausgangssignal UA kann nun trotz aller Maßnahmen noch einen Linearitätsfehler aufweisen, der aber entsprechend Anspruch 6 der Hauptanmeldung durch geringfügiges Verschieben der keilförmigen Windungsteile 22 korrigierbar ist. Eine elegantere und besser überschaubare Korrekturmöglichkeit ergibt sich durch geringfügiges Andern der Windungsfläche A der Referenzwicklung entlang der Kernbahn. Dazu wird die innere Windung 25 der Referenzwicklung 24 (Fig.5) etwas nach innen verlegt, etwa in die Mitte der von Windungen freien inneren Fläche der Referenzwicklung. Die Nennlage dieser Windung wird so verändert, daß der mit dem Luftspalt des Kernes 26 verkettete Flächenanteil A" der Referenzwicklung um soviel größer oder kleiner wird, als der Linearitätsfehler ausmacht. Die damit verbundene Änderung der Ausgangsspannung der Referenzwicklung bedingt über den Regelverstärker 15 eine Änderung der primären Erregerspannung, welche den Linearitätsfehler gerade ausgleicht.
Leerseite

Claims

Patentansprüche j½i.inutiver Stellungsgeber, bei dem ein ferromagnetischer Kern Zwischen einer mit Wechselstrom gespeisten Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung beweglich angeordnet ist und sekundärseitig eine Spannung abgreifbar ist, deren Wert der jewefligen^Stellung des beweglichen Kernes entspricht und daß mindestens eine Windung einer oder mehrerer Sekundärwicklungen entlang der geradlinigen Bewegungsebene eines von dem Kern gebildeten Luftspaltes ortsfest so angeordnet und bezüglich der von ihr umschlossenen Fläche so geformt ist, daß abhängig von der Stellung des Kernes ein sich ändernder, von der Windung umschlossener, Flächenanteil innerhalb des Luftspaltes in dem ein von der Stellung des Kernes unabhängiges, vorzugsweise homogenes Magnetfeld ausgebildet ist, so zu liegen kommt, daß sich ein dem Flächenanteil entsprechender Magnetfluß mit der Windung verkettet (Patent-Hauptanmeldung P 2 511 683), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der aus mindestens einer Windung bestehenden Sekundärwicklung (4,5) die als Meßwicklung dient, eine weitere als Referenzwicklung dienende Sekundärwicklung (6) so angeordnet und geformt ist, daß unabhängig vcn der Stellung des Kernes (1) ein im wesentlichen konstanter Teil A' der von der Wicklung umschlossenen Fläche A mit dem Magnetfluß im Luftspalt (3) des Kernes (1) verkettet ist und daß die Meßwicklung (4,5) und die Referenzwicklung (6) über eine elektrische Schaltung so zusammenwirken, daß Änderungen der durch die die Referenzwicklung erzeugten Spannung (U6) auf Meßwertabweichungen der durch die Meßwicklung erzeugten Spannung (U4, U5) kompensierend wirkt.
2. Induktiver Stellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzwicklung (6,24) nach dem Prinzip der gedruckten Schaltung auf einer Trägerplatte aufgebaut ist und zusammen mit der Meßwicklung (4,25) so ausgeführt und angeordnet ist, daß beide Wicklungen die gleiche Windungszahl besitzen und möglichst unmittelbar, im Bereich der Spulenköpfe (21,23) deckungsgleich, übereinander liegen.
3. Induktiver Stellungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der inneren Windung (25) der Referenzwicklung (24) umschlossene Fläche entlang der Bewegungsebene des Kernes (26) unterschiedlich breit ist, so daß sich der mit dem Luftspalt des Kernes (26) verkettete Flächenanteil A'' ändert.
4. Induktiver Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwicklung (4) und die Referenzwicklung (6) gegeneinander geschaltet sind und an ihren Enden die Differenzspannung (U6-U4) abgreifbar ist.
5. Induktiver Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Referenzwicklung (6) abgegebene Referenzspannung (U6) in einem Regelkreis derart auf einen Oszillator (11) wirkt, daß die von ihm zur Speisung der Primärwicklung (12) abgegebene Wechselspannung (U11) Änderungen der Referenzspannung (U6) entgegenwirkt.
6. Induktiver Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Oszillator (11) erzeugte Wechselspannung (U11) der ihm zugeführten Speisespannung (U15) proportional ist und ein Regelverstärker (15), der die von der Referenzwicklung (6) abgegebene gleichgerichtete Spannung (U14) mit einer Konstantspannung (U16) vergleicht, die Speisespannung (U15) fUr den Oszillator abgibt.
7. Induktiver Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Referenzwicklung (6) und der Meßwicklung (5) erzeugten Wechselspannungen (U5, U6) aktiven Gleichrichtern (13,17) und Hochpässen (10,18) zugeführt sind.