ITMI950252A1

ITMI950252A1 - Dispositivo per misurare un percorso o un angolo

Info

Publication number: ITMI950252A1
Application number: IT95MI000252A
Authority: IT
Inventors: Klaus Dobler; Hansjoerg Hachtel
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-08-10
Also published as: ES2107368B1; IT1275139B; FR2716713A1; ES2107368A1; ITMI950252A0; DE4406417A1

Abstract

Si propone un dispositivo atto a misurare un percorso oppure un angolo. Componenti principali del dispositivo proposto sono: una bobina; un elemento attenuatore eseguito in materiale elettricamente conduttivo e mobile relativamente alla bobina; e un dispositivo atto a determinare la induttività della bobina in base alla posizione dell'elemento attenuatore relativamente alla bobina. Almeno una bobina (1) ha approssimativamente la forma di un trapezio le cui basi sono perpendicolari alla direzione del moto relativo della bobina e dell'elemento attenuatore e la cui larghezza varia lungo tale direzione. Almeno un lato di base della bobina (1) corrisponde approssimativamente ad una posizione finale (0) del campo di misura (0, E). Il moto relativo della bobina (1) e dell'elemento attenuatore (2) ha luogo in maniera tale che la sovrapposizione dell'elemento attenuatore (2) nei confronti della bobina (1) diminuisca con il diminuire della deviazione in direzione dell'altra posizione finale (E) del campo di misura.(Figura 1).

Description

D E SC R IZ IO NE

Stato dell ' arte

L'invenzione si riferisce ad un dispositivo di misura del tipo indicato nella rivendicazione principale. Una nota struttura di questo tipo (DE-P5 Z8 15 074) è composta da due coppie di bobine piatte di forma rettangolare disposte sulla parete interna di un portabobine di forma cilindrica, di fronte a cui è montato un elemento interno in materiale conduttivo elettrico (elemento conduttore di corrente) il quale è disposto con possibilità di rotazione all'interno del portabobine, L'elemento conduttore di corrente è formato in modo da coprire, sempre due volte, parte di ogni due bobine disposte affiancate. Se esso viene spostato relativamente al portabobine, viene ad essere modificato - per le bobine che sono affiancate l'una all’altra - il rapporto della parte di superficie della bobina che è coperta dall'elemento conduttore di corrente, e allora la superficie dell'elemento conduttore che è associata ad una prima bobina aumenta nella stessa misura in cui essa diminuisce nella seguente bobina. Corrispondentemente ''iene a variare il rapporto delle induttività delle bobine, rapporto che serve da grandezza fisica per la deviazione dell'elemento conduttore di corrente relativamente al portabobina. Per ottenere un risultato di misurazione il più possibile esente da errori, i segnali di misura delle bobine che sono in opposizione ''erigono addizionati, mentre quelli delle bobine disposte in successione vengono sottratti uno dall'altro. In tal modo, si possono efficacemente attenuare soprattuto influenze di errori di natura meccanica, per esempio mediante un gioco radiale dell'elemento conduttore di corrente.

Inoltre, l'esattezza dei risultati ottenuti con la misurazione è determinata dalla sistematica precisione lineare del sistema di misura che non è suscettibile di miglioramenti anche se si tiene conto dei risultati di misura di più bobine. Da.verifiche effettuate Φ risultato che i sistemi con bobine di rivelazione aventi forma rettangolare presentano in genere un errore di linearità. Pertanto, al fine di utilizzare un tale roto sistema per misurazioni di grande precisione, è necessario un dispositivo di compensazione, cosa che normalmente comporta un dispendio aggiuntivo inaccettabile. Il sistema, innanzi descritto è. Inoltre, adatto solo fino a quando esso venga utilizzato per compiti di misura puramente traslatori in quanto, con la duplice progettazione di bobine di rivelazione ed elemento conduttore,

si arriverebbe ad un sensore di ingombro relativamente grande, realizzato in modo dispendioso.

Un ulteriore sistema di misura convenzionale, del tipo indicato nella rivendi cazione principale (EP-PS 211 901 ), è costituito da due bobine piatte, di forma semicircolare, disposte in un piano su cui ruota un elemento metallico che si sovrappone in maniera esatta alla superficie di una bobina. Se l'elemento metallico viene spostato, la parte di superficie coperta di una bobina aumenta, corrispondentemente alla sua deviazione nella stessa misura in cui nell’altra diminuisce. Come grandezza di misura viene utilizzata l' induttività di bobina rilevata mediante determinazione della frequenza di risonanza della bobina che si instaura in un dato momento. Anche questo sistema è adatto a misure di alta precisione fintantoché gli errori di linearità sistematici dovuti al principio di misurazione non svolgono alcun ruolo.

L 'invenz ione si propone di indicare un dispositivo per la misurazione di percorsi oppure di angoli i cui risultati presentino un'esattezza lineare di tipo perfezionato rispetto ai dispositivi convenzional i.

Lo scopo vigne ottenuto con un dispositivo di misura avente le caratteristiche qualificanti della rivendi cazione principale. Grazie alla vantaggiosa ccnf igurazione delle bobine di misura, la curva caratteristica di uri dispositivo di misura conforme all'invenzione presenta un'eccellente linearità. Per quanto riguarda la fabbricazione dello stesso e la sua attitudine all' impiego, esso presenta tutti i pregi dei dispositivi già noti; in particolare, esso può essere utilizzato sia come sensore edometrico che come sensore goniometrico. se viene utilizzato come sensore goniometrico, le bobine possono essere disposte sia di piatto, nel piano dell'angolo da misurare, sia in forma cilindrica lungo il settore circolare determinato da un angolo ria misurare. un esempio di reaiiesazione del dispositivo di misura proposto riall'invenzione viene illustrato in appresso in modo particolareggiato sulla scorta dei disegni .

Disegni

La figura 1 mostra in forma schematica un dispositivo di misura conforme allo stato dell'arte; la figura 2 è uno schema strutturale di un dispositivo di misura proposto dall'intenzione; nella figura 3 sono messe a confronto qualitativo le curve caratteristiche di un dispositive di misura noto e di uno conforme all'invenzione.

Descrizione dell ’esempio di realizzazione

La figura 1 mostra la struttura di massima di un dispositivo di misura conforme allo stato dell'arte. Esso è costituito da due bobine rettangolari 1, 3 disposte in serie lungo una direzione di deviazione 5. da un attenuatore 2 eseguito in materiale metallico e mobile relativamente alle bobine 1 , 3, e da. un’unità di elaborazione 5 che serve a determinare la posizione dell'elemento attenuatore 2. L’elemento attenuatore 2 è opportunamente formato come staffa a U che cinge le bobine 1, 3 sui due lati, Le sue dimensioni sono studiate in modo da coprire nelle due posizioni terminali 0, E del campo di misura accennato con la scala graduata 4 - ogni volta una delle bobine 1.. 3 in maniera completa o almeno approssimativamente completa. Il dispositivo di misura 1 - F rappresentato nei disegni funziona secondo il principio di misurazione a induzione. se la staffa 2 viene mossa lungo la direzione 5 relativamente alle bobine 1, 3 mentre in queste vi è una corrente alternate, nella staffa 2 vengono indotte correnti parassite. Con ciò viene sottratta energia ai campi magnetici delle bobine 1. 3, per cui le induttività delle bobine 1. 3 subiscono una variazione. La misura della variazione delle induttività serve da grandezza fisica. Il valore dell'induttività. delle bobine dipende qui dalla grandezza di quella parte delle bobine 1, 3 che è appunto coperta dalla staffa 2,

Per rilevare la posizione della staffa 2 si determina nell'unità di elaborazione 5, opportunamente in maniera convenzionale., l'induttività delle bobine 1, 3. In alternativa, il rilevamento della posizione può, però, essere effettuato ad.es. anche mediante determinazione della resistenza delle bobine in corrente alternata.

Da accurate ricerche effettuate si è rilevato che i risultati di misurazione ottenuti con sistemi conformi alla figura i, soprattutto con impiego di bobine 1, 3 a nucleo largo, danno luogo ad errori lineari in parte rilevanti. Ciò è illustrato graficamente nella figura 3 con la curva 7; nella curva è rappresentata l'induttività L [in Microhenry] di una bobina rettangolare 1, come da figura 1, in funzione della deviazione locale 5 [in metri]. Con E è indicata la deviazione massima; si e 52 delimitano la parte, approssimativamente lineare, della curva caratteristica della bobina che è utilizzabile per la misurazione. Per illustrare la differenza, è accennato, mediante la linea discontinua 5, un andamento lineare ideale della curva caratteristica. La differenza dipende sostanzialmente dalla larghezza a del nucleo di una bobina 1, 3; come scostamento tipico dalla linea caratteristica ideale sono stati rilevati valori del 2% circa,

Un perfezionamento sostanzale dell'esattezza lineare della curva caratteristi ca è dato da un dispositivo di misura strutturato come da figura 2 con bobine 1, 3 di forma trapezoidale. Le due bobine 1, 3 sono disposte in modo che la larghezza b dei loro nuclei venga a variare lungo la direzione di deviazione S. Esse si toccano l'un l'altra con le basi lunghe del trapezio, mentre le basi corte formano approssimativamente i limiti 0, E del campo di misura, corrispondentemente alla geometria delle bobine. con una deviazione della staffa 2 - ad ss, dalla posizione finale 0 in direzione della posizione finale E - la larghezza b del nucleo della bobina 1 aumenta con il diminuire della sovrapposizione della staffa, mentre la larghezza b' del nucleo della bobina 3 diminuisce con l'aumentare della sovrapposizione. condizioni analogamente inverse valgono per la deviazione dalla posizione finale E in direzione della posizione finale 0.

Une struttura secondo la figura 2 presenta cosi una relazione non lineare fra la posizione della staffa 2 e la superficie di bobina cbe è coperta. Tuttavia, con una giusta geometria a trapezio, essa produce un'ottima, curva caratteristica lineare delle bobine .

L'angolo alfa, caratteristico per la forma trapezoidale delle bobine 1, 3, viene opportunamente determinato in via sperimentale a seconda della desiderata lunghezza del campo di misura lineare si, s2 e in base alla massima larghezza del nucleo delle bobine. Se, con una rigorosa forma trapezoidale delle bobine 1, 3. non fosse ottenibile una desiderata esattezza lineare, è possibile, per un'ulteriore linearizzazione della curva caratteristica, collegare le facce frontali del trapezio delle bobine, anziché con linee diritte, con curve lievemente concave o convesse.

La configurazione delle bobine proposta dall'invenzione dà, di per sé, una curva caratterist ica lineare per ciascuna bobina 1, 3, Per misurazioni in cui sia possibile ad es. far a meno di una compensazione di deriva con due bobine, si può perciò impiegare anche una struttura di misurazione con una sola bobina. Essa verrebbe derivata, ad esempio, dalla struttura rappresentata nella figura 2 con la omissione della bobina 3.

Claims

R I V E N D IC A Z IO N I 1. Dispositivo per miserare un percorso o un angolo, con almeno una bobina, un elemento attenua-, tore realizzato in materiale elettricernente conduttivo e mobile relativamente alla bobina, e con un apparecchio atto a determinare l'induttività della bobina in base alla posizione dell'elemento attenuatore relativamente alla bobina, caratterizzato dal fatto che almeno una bobina (1) ha approssimativariente la forma di un trapezio le cui basi sono disposte perpendicolarmente alla direzione del moto relativo della bobina e dell'elemento attenuatore e la cui larghezza varia lungo tale direzione. 2- Dispositivo secondo la. rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il lato di base della bobina. (1) corrisponde approssirnativamente ad una posizione finale CO) del campo di misura (0, E) e il moto relativo della bobina (1) e dell'elemento attenuatore (2) si svolge in modo che la sovrapposizione dell'elemento (2) alla bobina (i) diminuisca, con l'aumentare della deviazione in direzione dell’altra posizione finale (E) del campo di misura. 3, Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la larghezza (b) della bobina (1) aumenta con il diminuire della sovrapposizione.dell 'elemento attenuatore (2), 4, Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ad una prima bobina (1) approssimativamente trapezoidale è associata una seconda bobina (3) avente anch'essa approssimativamente la forma di un trapezio la cui larghezza (b') diminuisce con l'aumentare della sovrapposizione dell'elemento attenuatore (2).