DE3210890C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für einen Weg­ geber nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der GB-A 20 05 844 ist ein induktiver Weggeber bekannt, bei dem ein verschiebbares Teil die Induktivität einer zweiteiligen Spulen­ anordnung beeinflußt, wobei eine Induktivitätserhöhung der einen Spule mit einer Induktivitätsabsenkung der anderen Spule verbunden ist. Die beiden Spulen sind jeweils in Reihe zu Widerständen ge­ schaltet. Die beiden Reihenschaltungen werden periodisch an eine Ver­ sorgungsspannung geschaltet, wodurch jeweils ein Strom auftritt, dessen Anstiegsgeschwindigkeit von der Induktivität der jeweiligen Spule abhängt. Die beiden ansteigenden Ströme bewirken an den beiden Widerständen jeweils ansteigende Spannungen, die in den beiden Kom­ paratoren mit vorgegebenen Schwellen verglichen werden. Die an den beiden Komparatoren auftretenden Ausgangsspannungssprünge werden einer Torschaltung zugeführt, die am Ausgang einen Impuls abgibt, dessen Dauer der zeitlichen Differenz der Schaltsignale der Kompara­ toren entspricht. Diese Impulsdauer ist daher ein Maß für die beiden Induktivitätsänderungen und somit für den Weg des die Induktivität der Spulenanordnung beeinflussenden Teils.

Der in der GB-PS 15 53 779 beschriebene Weggeber enthält ebenfalls zwei Spulen, die als Transformator geschaltet sind, dessen Kopplungs­ grad von einem Teil, dessen Weg zu messen ist, verändert wird. Es ist eine Regelschleife vorgesehen, die den durch die Primärwicklung des Transformators fließenden Strom auf einen Wert nachführt, der auf der Sekundärseite stets die gleiche induzierte Spannung zur Folge hat. Dieser Strom ist innerhalb gewisser Grenzen proportional zum Kopplungsgrad und damit zum Weg des den Kopplungsgrad beeinflussenden Teils.

Aus der US-PS 37 23 862 ist eine induktive Weggeberanordnung bekannt, wobei die induktive Anordnung frequenzbestimmendes Teil in einer schwingfähigen Schaltung ist. Es ist eine Signalrückkopplung vorge­ sehen, die dafür sorgt, daß die Verstärkung des gesamten Oszillators im wesentlichen konstant bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung für einen induktiven Weggeber anzugeben, bei der mit einfachen Mitteln unabhängig von Umgebungseinflüssen ein genauer Meßwert erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß Temperatur­ fehler und vom Weg abhängige Linearitätsfehler kompensierbar sind. Da­ durch ist es möglich, unabhängig voneinander einzelne negative Ein­ flüsse getrennt zu korrigieren und somit die Genauigkeit von induktiven Gebern zu erhöhen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch einge­ gebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist, in die Schwingschaltung eine Spannungsquelle anzuordnen, die in Abhängigkeit eines Temperatursignales oder in Abhängigkeit der Frequenz der Schwing­ schaltung ihren Spannungswert verändert. Dadurch wird erreicht, daß die obere Kippspannung der Schwingschaltung verschoben wird. Dies bietet eine einfache Möglichkeit, um eine Korrektur der Schwingfrequenz und damit des Weggebersignales vorzunehmen. Als Schwingschaltung findet vor­ teilhafterweise ein Schmitt-Trigger Verwendung, dessen Schwingfrequenz durch ein Zeitglied gebildet ist, das aus der veränderlichen Induktivi­ tät und einem Widerstand gebildet ist. Dies bildet eine besonders ein­ fache und günstige Möglichkeit, um das Signal des induktiven Gebers in eine Frequenz umzuwandeln, die leicht digital weiterverarbeitbar ist. Die Korrektur gestaltet sich besonders einfach, wenn die Spannungs­ quelle in Reihe mit dem Zeitglied geschaltet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung der Schwingfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgt, wobei der Korrekturwert in Abhängigkeit vom Weg gewichtet ist. Durch diese Maßnahme lassen sich auch Temperaturfehler kompensieren, die zusätzlich vom Weg abhängig sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für induktive Weggeber,

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbeispiel einer Geberschaltung nach der Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 eine stabilisierte Spannungsversorgung gekennzeich­ net, so daß die Schaltungsanordnung auch mit einer grob stabilisierten Gleichspannung von beispielsweise 16 bis 18 Volt versorgt werden kann. Der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 folgt ein Schwingverstärker 2, der als Schmitt-Trigger geschaltet ist. An den Ausgang des Schwingver­ stärkers 2 ist eine variable Induktivität 3 angeschlossen. Das andere Ende der variablen Induktivität 3 führt zum Rückkopplungseingang des Schwingverstärkers 2. Weiterhin ist an die variable Induktivität 3 ein Widerstand 4 angeschlossen, der zusammen mit der variablen Induktivi­ tät 3 ein Zeitglied bildet. Eine gesteuerte Spannungsquelle 5, die von der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 gespeist wird, versorgt das Zeitglied mit einer geeigneten Spannung. Am Ausgang des Schwingver­ stärkers 2 ist ein Rechtecksignal abgreifbar, dessen Frequenz von der veränderlichen Induktivität 3 bestimmt ist. Das Ausgangssignal des Schwingverstärkers 2 ist des weiteren einem als Monoflop wirkenden Ver­ stärker 6 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 6 ist über einen Wider­ stand 7 mit dem Steuereingang der Spannungsquelle 5 verbunden. Weiter­ hin ist ein Temperaturgeber 9 mit einem Verstärker vorgesehen, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand 8 ebenfalls mit dem Steuereingang der gesteuerten Spannungsquelle 5 verbunden ist.

Die Induktivität 3 wird beispielsweise durch einen Weggeber verändert. Dieser Weggeber kann beispielsweise als Kurzschlußringweggeber oder aber als induktiver Weggeber mit verschiebbarem Eisenkern ausgebildet sein. Das Umsetzen der veränderlichen Induktivität in eine Frequenz durch die Schwingschaltung 2 geschieht beispielsweise in einer Schmitt-Trigger- Schaltung. Beim Über- bzw. Unterschreiten einer Schwelle schaltet der Schmitt-Trigger um, so daß einmal die Induktivität 3 des induktiven Gebers zu- bzw. abgeschaltet wird. Das Zeitglied mit der Induktivität 3 und dem Widerstand 4 besitzt eine eigene Spannungsquelle 5, die in Ab­ hängigkeit von Weg und Temperatur nachgeführt wird und so die Abweichun­ gen des Gebers kompensiert. Durch eine Veränderung der Steuerspannung durch die gesteuerte Spannungsquelle 5 wird erreicht, daß der Auf- bzw. Entladevorgang in der Induktivität 3 geringfügig anders verläuft. Dies hat im wesentlichen eine Frequenzänderung zur Folge, so daß temperatur- bzw. wegbedingte Änderungen im Gebersystem korrigiert werden können.

In Fig. 2 ist eine ausführliche Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt. Eine Gleichspannungsquelle ist an den Kollektor eines Transistors 11 angeschlossen, an dessen Emitter eine stabilisierte Gleich­ spannung abgreifbar ist. Die Basis des Transistors 11 ist zu einem sta­ bilisierten Spannungs-IC 12 geführt, dessen weiterer Eingang mit der Masse der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht. An den Emitter des Transistors 11 ist ein Widerstand 13 angeschlossen, der seinerseits mit einem Widerstand 14 in Reihe geschaltet ist. Der andere Eingang des Wi­ derstands 14 ist mit der Masse verbunden. Der Abgriff zwischen den Wi­ derständen 13 und 14 führt zum negativen Eingang eines Operationsverstär­ kers 15. An den Emitter des Transistors 11 ist des weiteren ein Wider­ stand 16 angeschlossen, der über die Kollektor-Emitterstrecke eines Tran­ sistors 18 mit der Masse verbunden ist. An den Kollektor des Transi­ stors 18 ist des weiteren ein Widerstand 17 geführt, der seinerseits mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 15 führt einerseits zu einem Ausgang A, an dem das Ausgangssignal der Geberschaltung abgreifbar ist. Des weite­ ren führt der Ausgang des Operationsverstärkers 15 zu jeweils einem Widerstand 19 und 21, die ihrerseits über Widerstände 20 bzw. 22 mit der Masse verbunden sind. Die Basis des Transistors 18 ist zwischen den Widerständen 19 und 20 angeschlossen, während die Basis eines Tran­ sistors 23 zwischen den Widerständen 21 und 22 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 23 ist an Masse geführt. Der Kollektor des Transistors 23 führt zu einer veränderlichen Induktivität 24, die die Spule des induktiven Weggebers bildet. Der Ausgang der Induktivität 24 führt einerseits zum nichtinvertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 15, andererseits über einen Widerstand 25 zum Emitter eines Transistors 26. Der Kollektor des Transistors 26 steht mit dem Emitter des Transistors 11 in Verbindung.

An den Emitter des Transistors 26 ist die Reihenschaltung eines Wider­ standes 27 mit einem Widerstand 28 angeschlossen, wobei der Wider­ stand 28 gegen Masse geschaltet ist. Der Abgriff zwischen dem Wider­ stand 27 und dem Widerstand 28 führt zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 33, dessen Ausgang mit der Basis des Transi­ stors 26 in Verbindung steht.

An den Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist ein Kondensator 29 ange­ schlossen, dessen weiterer Anschluß zu einem Operationsverstärker 32 führt. Eine Diode 30 und ein Widerstand 31 sind vom Eingang des Opera­ tionsverstärkers 32 zur Masse geschaltet. Der Ausgang des Operations­ verstärkers 32 führt zu einem Widerstand 35 und einem Widerstand 36, wo­ bei der Widerstand 35 zum nichtinvertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 33, der Widerstand 36 zum Ausgang eines Operationsverstär­ kers 38 führt. Die Widerstände 35 und 36 sind durch einen Widerstand 34 überbrückt. An den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstär­ kers 33 ist des weiteren ein Kondensator 37 amgeschlossen, der zur Masse­ leitung geführt ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstär­ kers 38 ist über einen Widerstand 39 mit dem Emitter des Transistors 11 verbunden. Weiterhin führt von diesem Eingang eine Diode 42 zur Masse­ leitung. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 38 ist einerseits über den Widerstand 41 mit der Masseleitung und andererseits über den Widerstand 40 mit dem Emitter des Transistors 11 verbunden.

Die Wirkungsweise der Geberschaltung sei anhand des Diagramms nach Fig. 3 näher erläutert. Um auch bei langen Versorgungsleitungen ein ein­ wandfrei stabilisiertes Gleichspannungssignal zu erhalten, ist der Stabilisierungs-IC 12 und der Längstransistor 11 vorgesehen. Dadurch kann unabhängig von der Versorgungsleitung der Geber mit einer grob stabili­ sierten Gleichspannung versorgt werden. Es erwies sich dabei als vorteil­ haft, wenn die gesamte Geberauswerteschaltung in der Nähe des Gebers untergebracht ist. Das Umsetzen der veränderlichen Induktivität 24 in eine Frequenz geschieht mittels einer Schmitt-Trigger-Schaltung mit dem Operationsverstärker 15. Durch die Widerstände 13, 14, 16 und 17 werden zwei Schaltschwellen 45 und 46 erzeugt. Liegt nämlich der Ausgang des Operationsverstärkers 15 in der Nähe der positiven Versorgungsspannung, so sind die beiden Transistoren 18 und 23 leitend. Durch die Parallel­ schaltung der Widerstände 14 und 17 liegt dann die untere Schwellspan­ nung 46 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15. Die Spannung zwischen dem Widerstand 25 und der Induktivität 24 ist nun zu­ erst hoch und sinkt langsam ab, da der Transistor 23 leitend ist. Der Abfall an diesem Punkt erfolgt mit einer e-Funktion, wobei die Zeitkon­ stante durch die Werte des Widerstandes 25 und der Induktivität 24 be­ stimmt ist. Beim Unterschreiten der unteren Schwellspannung schaltet der Operationsverstärker 15 um. Die Transistoren 18 und 23 sperren, und die Widerstände 16 und 17 liegen dem Widerstand 13 parallel. Am negativen Eingang des Operationsverstärkers 15 liegt daher die obere Schwellen­ spannung 45 an. Die Aufladung der Induktivität 24 erfolgt wiederum nach einer e-Funktion, wobei jedoch die Zeitkonstante nicht nur durch den Wert des Widerstandes 25 und der Induktivität 24 gegeben ist, sondern auch noch durch die Spannung, die am Emitter des Transistors 26 anliegt. Ist diese Steuerspannung U _St hoch, so erfolgt der Aufladevorgang der Induktivität 24 schneller, als wenn die Steuerspannung niedriger ist. In Fig. 3 ist in durchgezogenen Linien das Ausgangssignal A bei einer hohen Steuerspannung dargestellt, während in strichpunktierten Linien das Ausgangssignal bei niedriger Steuerspannung dargestellt ist. In Ab­ hängigkeit von der Steuerspannung, die mittels des Transistors 26 ein­ stellbar ist, kann daher die Ausgangsfrequenz der Schmitt-Trigger- Schaltung geändert werden, wobei im wesentlichen die ansteigende Flanke des Ausgangssignals geändert wird, während die abfallende Flanke kon­ stant bleibt.

Insbesondere Kurzschlußring-Gebersysteme haben einen Temperaturgang, der sich aus einem wegabhängigen und einem wegunabhängigen Anteil zu­ sammensetzt. Wird nun die Spannungsversorgung des Zeitgliedes mit dem Widerstand 25 und der Induktivität 24 in Abhängigkeit von dem Weg und der Temperatur nachgeführt, so können die Abweichungen des Gebers kompen­ siert werden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal erfaßt, dessen Frequenz sich durch die Änderung der Induktivität 24 in Abhängigkeit vom Weg ändert und dem Verstärker 32 zugeführt. Die temperaturabhängige Spannung wird in der Diode 42 erzeugt und mittels eines Differenzver­ stärkers in einer Brückenschaltung mit den Widerständen 39, 40 und 41 und der als Tenperatursensor dienenden Diode 42 gemessen. Das Verhältnis von wegabhängigem und wegunabhängigem Temperaturgang sowie die Einflüsse des wegabhängigen und des temperaturabhängigen Signals werden durch die Widerstände 34, 35 und 36 bestimmt, wobei die Widerstände 35 und 36 durch den Verstärker 32 mit konstanter Pulsbreite getaktet werden, wobei die Pulsbreite durch die veränderliche Ausgangsfrequenz und damit durch die Stellung des Weggebers bedingt ist.

Die Summenspannung wird im Kondensator 37 aufintegriert und durch den Operationsverstärker 33 verstärkt. Der Ausgang des Operationsverstär­ kers steuert seinerseits die Basis des Transistors 26 und dient zur weg- und temperaturabhängigen Einstellung der Steuerspannung.

In einer vereinfachten Schaltungsausführung kann die Steuerspannung auch nur in Abhängigkeit vom Weg oder in Abhängigkeit von der Tempera­ tur verändert werden. Durch die dann gegebene Schaltungsanordnung ist es möglich, mechanische und elektrische Fehlerkomponenten sowie Exem­ plarstreuungen bei induktiven Gebern zu kompensieren. Bei induktiven Kurzschlußringgebern treten mechanische Temperaturfehler oder wegabhän­ gige Fehler z. B. durch die Druckfeder und das Gehäuse auf, während elektrische Komponenten des Fehlers im wesentlichen durch die Ausge­ staltung des Kurzschlußrohres und der induktiven Wicklungen bedingt sind. Um eine noch bessere Anpassung zu erzielen, ist es unter Umstän­ den günstig, die Widerstände 40 oder 41 und die Widerstände 35 und 36 einstellbar zu machen. Hierdurch ist es möglich, einen unabhängigen Abgleich einzelner negativer Einflüsse zu erzielen.

Claims (6)

1. Elektrische Schaltungsanordnung für einen Weggeber, mit einer in ihrer Induktivität in Abhängigkeit vom zu messenden Weg veränderbaren Anordnung, die ein frequenzbestimmendes Teil einer schwingfähigen Schaltung ist, deren Frequenzänderung am Ausgang ein Maß für den Weg ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalrückführung (6, 7, 29, 32, 35) und/oder Mittel (42) zur Temperaturerfassung zumindest der induktiven Anordnung (24) sowie Mittel (5; 26) vorgesehen sind, die die Frequenz der Schwingschaltung (2, 3, 4; 15, 23, 24, 25) in Ab­ hängigkeit vom Ausgangssignal bzw. der Temperatur beeinflussen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel (5; 26) zur Beeinflussung der Frequenz eine steuerbare Spannungsquelle (26) ent­ halten.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Schmitt- Trigger (15) als Teil der Schwingschaltung (2, 3, 4; 15, 23, 24, 25), dessen Schwingfrequenz durch ein Zeitglied gebildet ist, das aus der induktiven Anordnung (24) und einem Widerstand (25) gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Spannungsquelle (26) in Reihe mit dem Zeitglied (24, 25) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Mischanordnung (34, 35, 36), in der das Temperatursignal und das Wegsignal überlagert sind, wobei das Mischsignal in einem Integrier­ glied (37) aufintegriert ist und dieses Signal zur Steuerung der Spannungsquelle (26) dient.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Änderung der Schwingfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur er­ folgt, wobei der Korrekturwert in Abhängigkeit vom Weg gewichtet ist.