DE3144283A1 - Measuring device - Google Patents

Measuring device

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DE3144283A1 DE19813144283 DE3144283A DE3144283A1 DE 3144283 A1 DE3144283 A1 DE 3144283A1 DE 19813144283 DE19813144283 DE 19813144283 DE 3144283 A DE3144283 A DE 3144283A DE 3144283 A1 DE3144283 A1 DE 3144283A1
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Abstract

A measuring device exhibits a fixed probe (6) and a soft-iron body (1) which can be moved relative to the probe. Opposite the probe (6), two permanent magnets (4, 5) are attached to the soft-iron body so that the probe (6) is located in the magnetic field of the two permanent magnets (4, 5). The permanent magnets (4, 5) have a different width over their length. As a result, the probe (6) is exposed to a different magnetic flux when the permanent magnets (4, 5) move along the probe (6). <IMAGE>

Description

MeßeinrichtungMeasuring device

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung9 welche relativ zueinander beweglich einen Permanentmagneten und eine Sonde zur Magnetfeldmessung hat Eine solche Meßeinrichtung kann zum Beispiel zur Weg- oder Winkelmessung9 aber auch zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmessung dienen.The invention relates to a measuring device9 which relatively A permanent magnet and a probe for measuring magnetic fields can be moved relative to one another Such a measuring device can be used, for example, to measure distance or angle9 can also be used to measure rotational speed or speed.

Gelangt ein stromführender Halbleiter in ein Magnetfeld9 so werden seine elektrischen Ladungsträger je nach Feldstärke des Magnetfeldes mehr oder weniger stark seitlich abgedrängt. Diese als Hall Effekt bekannte Erscheinung 1äRt sich für Meßeinrichtungen nutzen, wenn man einen solchen Halbleiter entlang eines Magneten bewegt und dabei einen vom Halbleiter ausgehenden Querstrom mißt Abgesehen von der Nutzung des Hall-Effektes ist es seit Jahrzehnten bekannt, die Widerstandserhöhung des Wismuts im magnetischen Feld für meßtechnische Zwecke heranzuziehen.If a current-carrying semiconductor gets into a magnetic field9 so will its electrical charge carriers more or less depending on the strength of the magnetic field strongly pushed sideways. This phenomenon, known as the Hall effect, becomes apparent for measuring equipment use if you put such a semiconductor along a magnet moves and thereby measures a cross-current emanating from the semiconductor Using the Hall effect, it has been known for decades to increase resistance of bismuth in the magnetic field for metrological purposes.

Um zur Wegmessung entlang eines Weges eine unterschiedliche, auf die Sonde wirkende Feldstrke zu erzielen9 bietet es sich an, den Abstand des Magneten von der Sonde entlang des Weges zu variieren. Nachteilig dabei ist, daß der maximal mögliche Bereich, in dem der Sensor beeinflußt werden kann, relativ klein ist. Durch Abstandsänderungen zwischen Magnet und Sensor kann man deshalb keine längere Strecken, wie zum Beispiel den Füllstand in einem Behälter messen.In order to measure the distance along a path, a different, on the To achieve effective field strength 9 it makes sense to keep the distance of the magnet from the probe to vary along the way. The disadvantage here is that the maximum possible range in which the sensor can be influenced is relative is small. You can therefore change the distance between the magnet and the sensor Do not measure long distances, such as measuring the level in a container.

Ein möglicher Ausweg bestünde darin, eine unterschiedlich hoch aufmagnetisierte Scheibe an dem Sensor vorbei zu führen. Leider hat die Praxis gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung eine gewisse magnetische Instabilität eintritt und die Luftspaltinduktion im Laufe der Zeit geringer wird. Dies ließe sich zwar vermeiden, wenn man die Scheibe bis zur Sättigung magnetisiert und anschließend über die Länge unterschiedlich entmagnetisiert. Man müßte hierzu jedoch einen unverhältnismäßig hohen Arbeitsaufwand betreiben.A possible way out would be to have a magnetized at different levels Guide the disc past the sensor. Unfortunately, practice has shown that with one such an arrangement a certain magnetic instability occurs and the air gap induction decreases over time. This could be avoided if you had the disc Magnetized to saturation and then demagnetized differently over the length. However, this would require a disproportionately high amount of work.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der mit möglichst geringem technischem Aufwand wegabhängige elektrische Signale erzeugbar sind.The invention is based on the object of a measuring device of to develop initially mentioned type, with the lowest possible technical Effort path-dependent electrical signals can be generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegehenen Maßnahmen gelöst.According to the invention, this object is addressed by what is set out in claim 1 Measures resolved.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich auf einfache Weise durch Breitenänderung des Magneten eine über seine Länge unterschiedliche Feldstärke erzeugen läßt, so daß die Position der Sonde aufgrund des von ihr erzeugten elektrischen Meßwertes sehr genau bestimmt werden kann. Aufgrund dieses Merkmales sind auch zur Erzielung hoher Meßgenauigkeit keine hohen Fertigungsgenauigkeiten bei der Herstellung der Meßeinrichtung erforderlich. Die erfindungagemäße Meßeinrichtung eignet sich vorzugsweise zur Füllstandsmessung in einem Behälter, sie kann jedoch auch als Winkelgeber oder Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmeßeinrichtung eingesetzt werden.The main advantage of the invention is that on simply by changing the width of the magnet a different length over its length Can generate field strength, so that the position of the probe due to the generated by her electrical measured value can be determined very precisely. Because of this feature are also not high manufacturing accuracies in order to achieve high measurement accuracy required in the manufacture of the measuring device. the according to the invention Measuring device is preferably suitable for level measurement in a container, However, it can also be used as an angle encoder or speed or speed measuring device can be used.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist besonders billig, wenn sie wie im Anspruch 2 angegeben gestaltet ist. Der Dünnschichtmagnet kann zum Beispiel durch Aufsputtern oder Aufdampfen aber auch durch Aufwalzen einer Folie erzeugt werden.The manufacture of the measuring device according to the invention is special cheap if it is designed as specified in claim 2. The thin film magnet can, for example, by sputtering or vapor deposition, but also by rolling a Foil can be generated.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Permanentmagnet über seiTe Länge in der Breite stetig und gleichmäßig zunimmt. Eine solche Ausgestaltung eignet sich besonders zur exakten Wegmessung zweier relativ zueinander beweglicher. Teile, beispielsweise zur Füllstandsmessung.An advantageous embodiment of the invention is that the Permanent magnet increases steadily and evenly in width over its length. One Such a configuration is particularly suitable for the exact distance measurement of two relative more flexible to each other. Parts, for example for level measurement.

Für manche Anwendungsfälle kann es auch vorteilhaft sein, die Breite des Permanentmagneten über seine Länge zwar stetig, jedoch unterschiedlich stark zu verändern. Diese Ausgestaltung kann zum Beispiel zur Füllstandsmessung in einem Tank mit über seine Höhe unterschiedlichen Querschnitt zweckmäßig sein. Man kann dabei zum Beispiel die Breite des Permanentmagneten so gestalten, daß die auf einen Schwimmer aufgebrachte, entlang des Permanentmagneten bewegliche Sonde stets ein den Füllstandsänderungen im Tank proportionales Signal abgibt, indem die Breitenänderung des Permanentmagneten über seine Länge da gering ist, wo der Tank geringen Querschnitt hat und dort groß ist, wo der Querschnitt des Tanks ebenfalls groß ist Um einen hohen magnetischen Fluß und geringe Streuung und damit hohe Meßgenauigkeit zu erzielen, ist die im Anspruch 5 angegebene Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft.For some applications it can also be advantageous to use the width of the permanent magnet is steady over its length, but with different strengths to change. This refinement can, for example, be used for level measurement in one Tank with a different cross-section over its height may be expedient. One can for example, make the width of the permanent magnet so that the on one Always on the probe attached to the float and movable along the permanent magnet emits a signal proportional to the level changes in the tank by changing the width of the permanent magnet is small over its length where the tank has a small cross-section has and is large there where the cross-section of the tank is also large to achieve high magnetic flux and low scatter and thus high measurement accuracy, the embodiment of the invention specified in claim 5 is advantageous.

Die im Anspruch 6 angegebene Ausgestaltung der Erfindung dient dazu, eine Meßeinrichtung zur Erzeugung eines sinusförmigen Signals zu schaffen. Sie kann deshalb gut als Drehzahlmeßeinrichtung benutzt werden.The embodiment of the invention specified in claim 6 serves to to provide a measuring device for generating a sinusoidal signal. she can can therefore be used well as a speed measuring device.

Die im Anspruch 7 angegebene vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dient dazu, bei einer Meßeinrichtung zur Drehzahlbestimmung ein möglichst starkes Meßsignal zu erhalten.The advantageous embodiment of the invention specified in claim 7 is used in a measuring device for determining the speed of rotation as strong as possible To get measurement signal.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausfuhrungsmöglichkeiten zu.The invention allows numerous possible embodiments.

Zu ihrer Verdeutlichung ist eine Ausführungsform schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete Meßeinrichtung, Figur 2 eine Abwicklung eines in der Meßeinrichtung gemäß Figur 1 angeordneten Permanentmagneten, Figur 3 eine Abwicklung einer anderen Ausführungs form eines Permanentmagneten für die erfindungsgemäße Meßeinrichtung.An embodiment is shown schematically in FIG Drawing shown and is described below. Figure 1 shows one Cross section through a measuring device designed according to the invention, FIG. 2 a development a permanent magnet arranged in the measuring device according to FIG. 1, FIG 3 a development of another embodiment of a permanent magnet for the measuring device according to the invention.

Die in Figur 1 dargestellte Meßeinrichtung besteht aus einem Weicheisenkörper 1,welcher um eine Achse 2 drehbar ist. In dem Weicheisenkörper 1 ist von der oberen Stirnseite her eine umlaufende Nut 3 vorgesehen. An den beiden Nutflanken ist jeweils ein Permanentmagnet 4, 5 angebracht.The measuring device shown in Figure 1 consists of a soft iron body 1, which can be rotated about an axis 2. In the soft iron body 1 is from the upper A circumferential groove 3 is provided on the end face. On the two groove flanks is in each case a permanent magnet 4, 5 attached.

Die Permanentmagnete 4, 5 stellen konzentrische Ringe dar, die so magnetisiert sind, daß die Feldlinien radial von dem einen Permanentmagneten 4 zum anderen Permanentmagneten 5 verlaufen. 7wischen den Permanentmagneten 4, 5 ist eine Sonde 6 zur Magnetfeldmessung, beispielsweise einer Hall-Sonde angeordnet.The permanent magnets 4, 5 represent concentric rings that are so are magnetized that the field lines radially from the one permanent magnet 4 to other permanent magnets 5 run. 7 between the permanent magnets 4, 5 is one Probe 6 for measuring magnetic fields, for example a Hall probe arranged.

Figur 2 zeigt eine Abwicklung des Permanentmagneten 4e Man erkennt, daß die Breite des Permanentmagneten 4 über seinen Umfang gleichmäßig abnimmt. Der Permanentmagnet 5 ist identisch wie der Permanentmagnet 4 gestalt. Diese Ausbildung hat zur Folge, daß die Stärke des auf die Sonde 6 einwirkenden elektrischen Feldes sich stetig ändert wenn der Weicheisenkörper 1 sich um die Achse 2 dreht und die Sonde 6 dabei feststeht.Figure 2 shows a development of the permanent magnet 4e It can be seen that the width of the permanent magnet 4 decreases uniformly over its circumference. Of the Permanent magnet 5 is identical in shape to permanent magnet 4. This training has the consequence that the strength of the electric field acting on the probe 6 changes steadily when the soft iron body 1 rotates around the axis 2 and the Probe 6 is fixed.

Statt der Keilform kann es für andere Anwendungsfälle zweckmäßig sein, eine andere Form, beispielweise eine sinuslinienförmige Gestaltung zu wählen7 wie das in Figur 3 dargestellt ist. Die Meßeinrichtung braucht desweiteren nicht notwendigerweise ein drehendes Teil zu haben, vielmehr kann auch ein Bauteil mit dem erfindungsgemäß gestalteten Permanentmagneten geradlinig entlang einer Sonde bewegt werden, so daß das Maß dieser Bewegung bestimmbar ist.Instead of the wedge shape, it can be useful for other applications to choose another shape, for example a sinusoidal shape7 such as which is shown in FIG. Furthermore, the measuring device does not necessarily need To have a rotating part, rather a component with the according to the invention designed permanent magnets are moved in a straight line along a probe, so that the extent of this movement can be determined.

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Claims (7)

Ansprüche 1. Meßeinrichtung, welche relativ zueinander beweglich einen Permanentmagneten und eine Sonde zur Magnetfeldmessung hat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Permanentmagnet (4p 5) eine über seine Länge veränderliche Breite hat. Claims 1. Measuring device which can be moved relative to one another has a permanent magnet and a probe for measuring magnetic fields, d u r c h it is noted that the permanent magnet (4p 5) has one over its length has variable width. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h q e -k e n n z e i c h n e t , daß der Permanentmagnet (4v 5) ein Dünnschichtmagnet auch hochkoerzitivem Werkstoff ist. 2. Measuring device according to claim 1, d a d u r c h q e -k e n n z e i c h n e t that the permanent magnet (4v 5) is a thin film magnet also hochkoerzitivem Material is. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 5 daß der Permanentmagnet (4, 5) über seine Länge sich in der Breite stetig und gleichmaBig verändert. 3. Measuring device according to claim 1 or one of the following, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 5 that the permanent magnet (4, 5) has its Length changes continuously and evenly in width. 4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden5 d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t D daß der Permanentmagnet (4, 5) über seine Länge sich in der Breite stetig, jedoch unterschiedlich stark verändert. 4. Measuring device according to claim 1 or one of the following 5 d ad u r c h e k e n n n z e i c h n e t D that the permanent magnet (4, 5) has its Length changes steadily in width, but changes to different degrees. 5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Permanentmagnet (42 als geschlossener Ring auf der Mantelfläche eines Rotors (Weicheisenteil 1) angeordnet ist und seine Breite sinuslinienartig variiert.5. Measuring device according to claim 1 or one of the following, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the permanent magnet (42 as a closed Ring on the outer surface of a rotor (soft iron part 1) is arranged and its Width varies like a sinus line. 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zu dem Permanentmagneten (4) ein zweiter, gleichgeformter, jedoch jeweils entgegengesetzt magnetisierter Permanentmagnet (5) angeordnet ist, und die Sonde (fi) sich zwischen diesen Permanentmagneten (4, 5) befindet.6. Measuring device according to claim 1 or one of the following, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that parallel to the permanent magnet (4) a second, identically shaped, but each oppositely magnetized permanent magnet (5) is arranged, and the probe (fi) is between these permanent magnets (4, 5) is located. 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Rotor (Weicheisenkern 1) konzentrisch zueinander zwei als geschlossene Ringe ausgebildete Permanentmagnete (4, 5) und dazwischen die Sonde (6) angeordnet sind.7. Measuring device according to claim 1 or one of the following, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that concentric on the rotor (soft iron core 1) to each other two permanent magnets (4, 5) designed as closed rings and between the probe (6) are arranged.
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