DE3023351A1 - Vorrichtung zur auswertung der impedanzaenderungen einer sensorspule - Google Patents

Vorrichtung zur auswertung der impedanzaenderungen einer sensorspule

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DE3023351A1
DE3023351A1 DE19803023351 DE3023351A DE3023351A1 DE 3023351 A1 DE3023351 A1 DE 3023351A1 DE 19803023351 DE19803023351 DE 19803023351 DE 3023351 A DE3023351 A DE 3023351A DE 3023351 A1 DE3023351 A1 DE 3023351A1
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sensor coil
voltage
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generator
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DE19803023351
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Klaus Dr. 7016 Gerlingen Dobler
Hansjörg 7251 Weissach Hachtel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2688Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Auswertung der Impedanzänderungen einer
  • Sensorspule Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung der Impedanzänderungen einer Sensorspule, die einem Meßobjekt mit variablem Abstand gegenübersteht, mit einem Generator zur Erzeugung einer sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Betriebsspannung für die Sensorspule und mit einem Meßgerät zur Erfassung-der über der Sensorspule entstehenden Teilspannung.
  • Es ist bereits (in R. 5872) vorgeschlagen worden, unter Verwendung des Wirbelstrom-Meßverfahrens im Abstand gegenüber dem aus Metall bestehenden Meßobjekt die Sensorspule derart auszubilden, daß sie spiralförmig in einer zum Meßobjekt parallel verlaufenden Ebene sich erstreckt. Nach diesem Vorschlag soll die Sensorspule an einem Generator betrieben werden, der eine sinusfömrige oder rechteckförmige Ausgangsspannung oder einen dreieckförmigen oder rechteckförmigen Ausgangsstrom liefert. Aufgrund ihrer Arbeitsweise erzeugt diese Auswertevorrichtung auch dann eine Spannung, wenn im Extremfall der Abstand zwischen der Sensorspule und dem Meßobjekt Null ist. Oftmals wird jedoch gefordert, daß bei einem festgelegten Grundabstand von beispielsweise 0,5 mm bei einer Wegmessung eine Meßspannung von OV angezeigt wird.
  • Wenn sich der Abstand vergrößerte soll ein positiver Spannungswert, wenn sich dieser Abstand verkleinert, jedoch ein negativer Spannungswert angezeigt werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Auswertevorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß eine Brückenanordnung vorgesehen, welche die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale aufweist. Der besondere Vorteil besteht darin, daß ohne weiteres eine Nullpunkt-Einstellung vorgenommen werden kann und am Ausgang der Auswertevorrichtung ein Spannungssignal erzeugt wird, das sowohl den Betrag als auch die Richtung der gemessenen Abstandswerte anzeigt.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben und erläutert.
  • In Figur 1 ist das elektrische Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles dargestellt, welches im wesentlichen aus zwei nahezu gleichwertigen Schaltungshälften H1 und H2 zusammengesetzt ist, welche in Figur 1 jeweils mit strichpunktierten Linien umrahmt sind.
  • Die dargestellte Auswertevorrichtung enthält im einzelnen einen Generator G, der eine hochfrequente Wechselspannung liefert (z.B. 20 KHz - 10 MHz), deren zeitlicher Verlauf sinus-, rechteck- oder dreieckförmig ausgebildet sein kann.
  • Der Generator G ist mit seinen Ausgangsklemmen an den Verbindungspunkt M zwischen der bei 2 angedeuteten Induktionsspule eines Wirbelstrom-Sensors und einem bei 12 angedeuteten, veränderbaren Kompensationswiderstand angeschlossen. Die andere Klemme des Generators, dessen Innenwiderstand bei Ri angedeutet ist, liegt über einen ersten Brückenwiderstand 1 an dem bei F angedeuteten ersten Eckpunkt der aus der Geberspule 2 und den Widerstand 12 gebildeten ersten Brückendiagonale, deren zweiter Eckpunkt K über einen zweiten Brückenwiderstand 11 mit dem Generator G verbunden ist.
  • Der erste Eckpunkt F ist über einen Gleichrichter 3 mit einem Speicherkondensator 4 verbunden, an welchen im Verbindungspunkt D ein Entladewiderstand 5 angeschlossen ist, der ebenso wie der Kondensator 4 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt M verbunden ist. An den Entladewiderstand 5 schließt sich im Punkt D ein aus einem Widerstand 6a und einem Kondensator 6b gebildetes Tiefpaßfilter an, durch welches die bei der Gleichrichtung der an der Spule 2 entstehenden Meß-Spannung erzeugten Oberwellen ausgesiebt werden.
  • In spiegelbildlicher Weise ist an den Kompensationswiderstand 12 im Eckpunkt K ein zweiter Gleichrichter 13 angeschlossen, der zum Verbindungspunkt E eines Speicherkondensators 14 und eines Entladewiderstandes 15 führt. Dort schließt sich ein zweites Tiefpaßfilter an, welches aus dem Längswiderstand 16a und dem Querkondensator 16b besteht. Die an den Querkondensatoren 6b und 16b entstehende, praktisch oberwellenfreie Gleichspannung kann mit Hilfe des Kompensationswiderstandes 12 so eingestellt werden, daß das an diese Querkondensatoren angeschlossene Anzeigeinstument Z den Ausschlag 0 zeigt, wenn sich die Sensorspule in dem gewählten Sollabstand befindet, von welchem aus bei der Bewegung des Meßobjektes der Abstand sich verringert oder vergrößert.
  • Vor der Messung muß die Einstellung des Kompensationswiderstandes 12 solange verändert werden, bis an ihm eine Spannung abfällt, die dem Betrage nach gleichgroß ist wie diejenige, die an der Sensorspule 2 abfällt, wenn diese den gewünschten Soll-Abstand zum nichtdargestellten Meßobjekt aufweist. Dies hat dann zur Folge, daß die zwischen den Punkten AC und BC liegenden Spannungen gleichgroß sind, derart, daß dann der Nullabgleich erreicht ist.
  • Wenn sich der Abstand zwischen der Sensorspule 2 und dem Meßobjekt vergrößert, erhöht sich der Spannungsabfall an der Sensorspule 2. Dadurch vergrößert sich die zwischen den Punkten A und C liegende Spannung, so daß sich zwischen A und B eine durch einen Pfeil angedeutete positive Spannung U ausbildet. In analoger Weise entsteht ein negativer Wert U als Meßsignal, wenn sich das Meßobjekt der Sensorspule über den Soll-Abstand hinaus nähert, weil sich dann die am Geber 2 anliegende Spannung verkleinert.
  • Der aus den Bauelementen 9 und 10 bestehende Tiefpaß hat die Aufgabe, eine eventuell vorhandene Restwelligkeit des Meßsignals zu glätten. Dabei besteht die Möglichkeit, die Meßspannung mit Hilfe einer nicht dargestellten Verstärkungsstufe zu verstärken, welche zwischen den Punkten D und E angeschlossen wird und eine eingebaute Tiefpaß-Stufe enthält.
  • Neben der Möglichkeit, den Null-Abgleich an jedem gewünschten Punkt des Meßbereichs vornehmen zu können, weist die oben beschriebene Schaltung den weiteren Vorteil eines einfachen Schaltungsaufbaues, der möglichen Verwendung einer sinus-, dreieck- oder rechteckformigen Trägerspannung sowie einer leicht veränderbaren Meßfrequenz auf.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, daß die beschriebene Meßbrücke keine phasenkritische Gleichrichtung erfordert. Vielmehr wird ein Meßsignal gewonnen, das außer dem Betrag auch die Richtung der Abweichung vom Soll-Abstand angibt.
  • In Figur 2 ist eine Anordnung mit zwei Sensorspulen 2 und 22 dargestellt, welche z. B. die radiale Bewegungen einer Welle 21 erfassen, indem sie während des Meßvorganges ihre Scheinwiderstände gegensinnig verändern.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist das Potentiometer durch den zweiten Geber 22 ersetzt. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß etwaige Meßfehler, die auf Temperaturschwankungen zurückzuführen sind, eleminiert werden. Der Null-Abgleich kann beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 durch Verändern eines der Vorwiderstände 1 oder 11 erfolgen. Wenn vier Sensoren zu einer Vollbrücke zusammengefaßt werden, können zusätzlich anstelle der Vorwiderstände 1 und 11 nicht dargestellte Sensorspulen vorgesehen werden. Dabei besteht die Möglichkeit einen Null-Abgleich dadurch durchzuführen, daß parallel zu einem der mehreren Geber ein veränderbarer Abgleichwiderstand vorgesehen wird.
  • Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, daß die Sensorspulen zu Wirbelstromgebern gehören, die in dem zu überwachenden Meßobjekt Wirbelströme ergeben, welche umso größer sind, je geringer der Abstand zum Meßobjekt ist.
  • Anstelle von solchen Wirbelstromgebern kann man auch induktive Sensoren verwenden, deren Impedanz sich in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Abstand zwischen dem Geber und dem Meßobjekt ändert.

Claims (4)

  1. Ansprüche Vorrichtung zur Auswertung der Impedanzänderungen einer Sensorspule, die einem Meßobjekt mit variablem Abstand gegenübersteht, mit einem Generator zur Erzeugung einer sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Betriebsspannung für die Sensorspule und mit einem Meßgerät zur Erfassung der über der Sensorspule entstehenden Teilspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) über je einen von zwei Vorwiderständen (1, 11) an die Diagonaleckpunkte (F, K) einer Brückenschaltung angeschlossen ist, die in einem Brückenzweig die Sensorspule (2) enthält und an ihren Eckpunkten über je einen von zwei Gleichrichtern (3, 13) an je einen von zwei Speicherkondensatoren (4, 14) mit parallel geschalteten Entladewiderständen (5, 15) angeschlossen sind, wobei die Entladewiderstände untereinander und mit der Sensorspule verbunden und mit ihrem jeweils zweiten Widerstandsende mit jeweils einem der beiden Anschlüsse eines in der anderen Diagonale liegenden Strom- bzw. Spannungsmessers (Z) verbunden sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gleichrichtern (3, 13) und den Anschlüssen des Strom- bzw. Spannungsmessers jeweils eines von zwei Tiefpaßfiltern (6a/6b bzw. 16a/16b) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Generator (G) und dem zweiten Diagonaleckpunkt (K' ein veränderbarer Kompensationswiderstand (12) vorgesehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Generator (G) und dem zweiten Diagonaleckpunkt (K) eine zweite Sensorspule (;2) angeordnet ist, deren Impedanz sich in Abhängigkeit vom Abstand zum Meßobjekt (21) entgegengesetzt zu derjenigen der ersten Sensorspule (2) ändert.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3409306A1 (de) * 1983-03-15 1984-09-20 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Messeinrichtung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1951523B2 (de) * 1969-10-13 1971-12-30 Schoppe & Faeser Gmbh, 4950 Minden Elektrischer messumformer nach dem zwei draht verfahren

Patent Citations (1)

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DE1951523B2 (de) * 1969-10-13 1971-12-30 Schoppe & Faeser Gmbh, 4950 Minden Elektrischer messumformer nach dem zwei draht verfahren

Non-Patent Citations (1)

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Title
Helke: Meßbrücken und Kompensatoren für Wechselstrom *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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