DE2928034A1

DE2928034A1 - Weggeber

Info

Publication number: DE2928034A1
Application number: DE19792928034
Authority: DE
Inventors: Adrian Peter Morris
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1979-07-11
Publication date: 1980-01-24
Also published as: IT1122087B; JPS5515090A; AU4881079A; IN152222B; DE2928034C2; ES482454A1; FR2431115B1; MX146897A; ZA793368B; AR224626A1; BR7904395A; FR2431115A1; PL123406B1; AU523355B2; JPS627961B2; US4263546A; IT7924219A0; PL216984A1; CA1139393A

Description

LUCAS INDUSTRIES LIMITED
Birmingham, 319 2XF
Großbritannien

Weggeber

Die Erfindung betrifft einen Weggeber bzw. -aufnehmer oder -wandler zum Messen der Verschiebung bzw.des Weges eines Glieds.

Zahlreiche Weggeber sind bekannt, bei denen die Verschiebung bzw. der Weg eines Gliedes in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, das in sichtbarer Weise dargestellt werden kann, damit die Verschiebung und/oder die Lage des Gliedes direkt angezeigt werden kann. Ein Problem bei solchen Weggebern ist die Drift aufgrund von Änderungen der Umgebung, in der der Weggeber arbeitet. Beispielsweise kann eine Zunahme der Temperatur einen verringerten Spalt oder Abstand ergeben, was einen Iriduktivitätswert oder einen Kapazitätswert beeinflussen kann. Der Weggeber muß daher von neuem kalibriert werden_/oder,falls eine Neukalibrierung während des Gebrauches zu vermeiden ist, muß eine Temperaturkompensation vorgesehen sein, die erfordern kann,daß der Weggeber über einen breiten Tempe-

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raturbereich vor dem Gebrauch zu prüfen ist, damit das richtige Kompensationsausmaß erreicht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weggeber anzugeben, der im wesentlichen selbstkompensierend bezüglich Änderungen der Arbeitsumgebung ist.

Gemäß der Erfindung enthält ein Weggeber eine erste Einrichtung, die ein variables Ausgangssignal erzeugt, das sich abhängig von der Lage des Glieds ändert, eine zweite Einrichtung, die ein Bezugssignal erzeugt, das zumindest teilweise von der ersten Einrichtung bestimmt ist, daß jedoch im wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Lage des Gliedes_/ und eine dritte Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangssignals und des Bezugssignals, um eine Anzeige der Lage des Glieds zu erreichen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält ein Weggeber einen spannungsgesteuerten Frequenzgenerator, ein Paar phasenstarrer Schleifen, die jeweils einen Phasenvergleicher und einen spannungsgesteuerten oszillator enthalten, der eine Steuerspannung von dem jeweiligen Vergleicher empfängt, wobei die beiden Vergleicher mit einer Bezugsfrequenz versorgt sind, die von dem Frequenzgenerator erhalten wird, zusätzlich zum Ausgangssignal des jeweiligen spannungsgesteuerten Oszillators, wobei jeder spannungsgesteuerte Oszillator eine Blindwirkung erreichende Zeitsteuerkomponente bzw. eine Zeitsteuer-Blindkomponente enthält, die zugeordnet ist, wobei die Werte der beiden Zeit-

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steuer-Blindkomponenten durch die Lage des Glieds so bestimmt sind, daß, wenn sich das Glied in eine Richtung bewegt,der Blindwiderstand der einen Komponente zunimmt, während der der anderen Komponente abnimmt und umgekehrt, eine Einrichtung zum Erzeugen einer Spannung abhängig von der Summe der Blindwiderstände der Blindkomponenten und unter Zufuhr der Spannung zum spannungs-r gesteuerten Frequenzgenerator, eine Einrichtung zum Vergleichen der Phasen der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren, wobei das Ausgangssignal dieser Einrichtung einem Zähler zuführbar ist, der ein weiteres Eingangssignal von dem Frequenzgenerator empfängt, wobei der Zählerstand bzw. Zählwert . des Zählers eine Anzeige der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der spannungsgesteuerten Oszillatoren ist, wobei die Phasendifferenz selbst eine Anzeige der Differenz der Blindwiderstandswerte der beiden Zeitsteuer-Blindkomponenten und damit der Lage des Gliedes ist.

Der erfindun gsgemäße Weggeber wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im oberen Teil die mechanische Anordnung eines Glieds, dessen Lage zu erfassen ist, während der untere Teil ein äquivalentes elektrisches Schaltbild zeigt;

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

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Fig. 3 Impulsverläufe bezüglich des Betriebs des Weggebers gemäß Fig. 2;

Fig. 4, 5 Schaltbilder eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 ähnlich Fig. 3 Impulsverläufe bezüglich des Weggebers gemäß Fig. 4,5.

In der Zeichnung enthält das Glied 10, dessen Lage erfaßt werden muß, einen Freikolben, der innerhalb einer Bohrung 11 angeordnet ist. Der Kolben und die Bohrung 11 bilden Teil eines Kraftstoffversorgungssystems einer Einspritzpumpe zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine. In Gebrauch wird Kraftstoff einem Ende der Bohrung 11 angeführt, um eine Verschiebung des Kolbens zum anderen Ende der Bohrung 11 zu erreichen und wird in diesem Ende der Bohrung 11 enthaltener Kraftstoff zur Einspritzpumpe verdrängt. Die Bewegung des Kolbens ist daher eine Anzeige der Kraftstoffmenge, die der Einspritzpumpe zugeführt wird.

Wie sich aus dem oberen Teil der Fig. 1 ergibt, besitzen die Enden des Kolbens verringerten Durchmesser und sind in vergrößerten Teilen der Bohrung 11 angeordnet. In den vergrößerten Teilen der Bohrung 11 ist ein Paar von Ringen 12 vorgesehen, deren jeder eine Platte bzw. einen Belag eines Kondensators bildet, dessen andere Platte bzw. dessen anderer Belag durch den benachbarten verringerten Endabschnitt des Kolbens gebildet ist. Die Ringe 12 sind elektrisch von der Wand des vergrößerten Abschnitts der Bohrung 11 isoliert. Der untere Teil der Fig. 1 zeigt

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das elektrische Sehaltbild, wobei diese zwei veränderbare Kondensatoren 13, 14 enthält, wobei eine Platte bzw. ein Belag jedes Kondensators 13, 14 mit Masse bzw. Erde und die anderen Platten bzw. Beläge der Kondensatoren 13, mit äußeren Leitungen 15, 16a verbunden sind, wobei sich zeigt, daß, wenn der Kapazitätswert des einen Kondensators zunimmt, der Kapazitätswert des anderen Kondensators abnimmt. Darüber hinaus bleibt die Summe der beiden Kapazitätswerte konstant, wenn keine Änderung der ArbeitsUmgebung auftritt, beispielsweise eine Änderung der Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs oder eine Änderung aufgrund Temperaturschwankungen des Abstands zwischen den Ringen 12 und den reduzierten Endabschnitten des Kolbens.

Gemäß Fig. 2 sind die beiden Kondensatoren 13, 14 mit einem Paar spannungsgesteuerter Oszillatoren 16 bzw. verbunden. Die Eingangssignale der Oszillatoren 16, 17 umfassen die Spannungen V₁, V-, die an den Ausgängen eines Paars von Tiefpaßfiltern 18,19 erhalten werden, deren Eingänge ihrerseits mit den jeweiligen Ausgängen eines Paars von Phasenvergleichern 20, 21 verbunden sind. Jeder Phasenvergleicher 20, 21 empfängt das Ausgangssignal des zugeordneten Oszillators 16, 17 und die beiden Phasenvergleicher 20, 21, die beiden Tiefpaßfilter 18, 19 und die beiden spannungsgesteuerten Oszollatoren 16, 17 bilden ein Paar phasenstarrer Schleifen A bzw. B.

Weiter ist ein spannungsgesteuerter Frequenzgenerator vorgesehen, der in Form eines Spannungs/Frequenz-Umsetzeis . ausgebildet ist. Das Ausgangssignal dieses Umsetzers 22

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wird einem Frequenzteiler 23 zugeführt und der Ausgang des Frequenzteilers 23 ist mit den anderen Eingängen der Phasenvergleicher 20, 21 verbunden. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 23 ist eine Frequenz, die im folgenden als Bezugsfrequenz bezeichnet wird.

Das Ausgangssignal des Spannungs/Frequenz-Umsetzers wird einem Zähler 24 zugeführt. Die Frequenz dieses Signals ist gleich der Bezugsfrequenz multipliziert mit dem Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 23. Zusätzlich wird dem Zähler24 ein Signal zugeführt, das der Phasendifferenz zwischen den Frequenzen entspricht, die durch die beiden spannungsgesteuerten Oszillatoren 16, 17 erzeugt sind, wobei dies durch einen Phasenvergleicher erreicht wird.

Die Spannungen V₁ und V₂ an den Ausgängen der Tiefpaßfilter 18, 13 werden miteinander addiert unter Verwendung eines Widerstands 26 mit Anzapfungen an dessen entgegengesetzten Enden die Spannungen an den Ausgängen der Tiefpaßfilter 18, 19 über nichtinvertierende Verstärker angelegt sind. Die an der Anzapfung des Widerstands 26 erhaltene Spannung wird über ein Verstärkernetzwerk 27 dem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 22 zugeführt.

Bei Betrachtung des Betriebs dieser Schaltungsanordnung kann jeder Kondensator 13, 14 als die Zeitsteuerkomponente der jeweiligen phasenstarren Schleife A, B bildend angesehen werden, wobei beide Schleifen A, B mit der Bezugs-

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frequenz verriegelt sind. Die Steuerspannung, d. h. die am Ausgang des Tiefpaßfilters 18, 19 jeder phasenstarren Schleife A, B auftretende Spannung ist proportional dem Wert der Kapazität, die den spannungsgesteuerten Oszillator 16, 17 dieser Schleife A, B steuert. Die beiden Spannungen werden miteinander addiert und werden zum Steuern der Bezugsfrequenz verwendet. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen jedes spannungsgesteuerten Oszillators 16, 17 und die Bezugsfrequenz ist proportional dem Wert der Kapazität, die den spannungsgesteuerten Oszillator 16, 17 steuert. Als Ergebnis ist die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der spannungsgesteuerten Oszillatoren 16, 17 ebenfalls abhängig von der Differenz zwischen den Kapazitä tewerten der beiden Kondensatoren 13, 14. Die Phasenvergleicherschaltung gibt ein Ausgangs signal ab, das von der Phasendifferenz abhängt, wobei dieses Signal, das das Signal P gemäß Fig. 2 und gemäß Fig. 3 ist, dem Zähler 24 zugeführt wird. Der Zähler 24 empfängt auch ein Signal, das von der Bezugsfrequenz abhängt, jedoch eine höhere Frequenz aufgrund des Teilungsverhältnisses des Frequenzteilers 23 besitzt. Folglich erzeugt der Zähler 24 einen Zählerstand bzw. Zählwert, der die relativen Werte der beiden Kondensatoren 13, 14 wiedergibt. Bezüglich Fig. 3 ist diese in drei Abschnitte aufgeteilt, deren erster den Fall betrifft, in der der Wert des Kondensators C. größer als der des Kondensators.C₂ ist, deren zweiter derjenige ist, in dem die beiden Werte gleich sind.und deren dritter derjenige ist, in dem der Wert des Kondensators C^ größer als der des Kondensators C₁ ist. Es zeigt sich, daß der Phasenvergleicher 25 so ausgebildet ist, daß das Signal P

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nicht verschwindet, wenn die Werte der beiden Kondensatoren gleich sind, da dies zusätzliche Einrichtungen erfordern würde zur Anzeige auf welche Seite gegenüber der Mittellage der Kolben versetzt bzw. verschoben worden ist.

Bei dem obigen System ändert sich für den Fall, daß eine A'nderungder Summe der beiden Kapazitätswerte aufgrund von Umgebungsänderungen auftritt, die Bezugsfrequenz ebenfalls, um eine Kompensation zu erreichen.

In den Fig. 4, 5 und 6 zeigt Fig. 4 Bauelemente, die denjenigen des Systems gemäß Fig. 2 gleich sind, weshalb diese gleiche Bezugsζeichen aufweisen. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß anders als bei dem vorhergehenden Äusführüngsbeispiel die den spannungsgesteuerten Oszillatoren 16 und 17 zugeführten Steuerspannungen nicht zur Erzeugung der Spannung verwendet werden, die dem spannungsgesteuerten Frequenzgenerator zugeführt wird, d. h. dem Frequenz-Umsetzer 22. Vielmehr wird die Steuerspannung für den Umsetzer 22 von einem Impulstastverhältnis/Spannungs-Umsetzer 29 erhalten, dessen Schaltungsaufbau ausführlich in Fig. 5 dragestellt ist.

Die Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren 16, 17 werden zusammen mit der Bezugsfrequenz einer Logikschaltung 28 zugeführt, die Signale X und Y erzeugt, wobei diese dem Zähler-24 bzw. dem Impulstastverhältnis/Spannungs-Umsetzer 29 zugeführt werden. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen den der Logikschaltung zugeführten una von dieser erhaltenen Signale.

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L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

1. Weggeber zum Messen der Verschiebung bzw. des Weges eines Glieds,

gekennzeichnet durch

eine erste Einrichtung, die ein veränderliches Ausgangssignal erzeugt, das sich abhängig von der Lage des Glieds (10) ändert,

eine zweite Einrichtung, die ein Bezugssignal erzeugt, das zumindest teilweise durch die erste Einrichtung bestimmt ist, das jedoch im wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Lage des Glieds (1O), und

eine dritte Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangssignals und des Bezugssignals,um eine Anzeige bezüglich der Lage des Glieds {10) zu erzeugen.

2. Weggeber,

gekennzeichnet durch einen spannungsgesteuerten Frequenz generator (22, 23),-■ ein Paar phasenstarrer Schleifen (A, B) jeweils einschließlich eines Phasenvergleichers (20, 21) und eines spannungsgesteuerten Oszillators (16, 17), der eine Steuerppannung von dem jeweiligen^asenvergleicher (21, 22) empfängt, wobei die beidenPhasenvergleicher {20, 21) mit einer Bezugsfrequenz versorgt sind, die von dem Frequenzgenerator (22, 23) zusätzlich zum Ausgangssignal des jeweiligen spannungsgesteuerten Oszillators (16, 17) erhalten wird, wobei jeder spannungsgesteuerte Oszillator (16, 17) eine zugeordnete Zeitsteuer-Blindkomponente (13, 14)

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ORIGINAL INSPECTED

besitzt, wobei die Werte der beiden Zeitsteuer-Blindkomponenten durch die Lage des Glieds (10) sobestimmt sind, daß wenn sich das Glied (10) in einer Richtung bewegt, der Blindwiderstand der einen Komponente zunimmt, während der der anderen Komponente abnimmt und umgekehrt,

eine Einrichtung (26, 27, 28, 29) zum Erzeugen einer Spannung abhängig von der Summe der Blindwiderstände der Komponenten (13, 14) und zur Zufuhr dieser Spannung zum spannungsgesteuerten Frequenzgenerator (22, 23),

eine Einrichtung (25, 28) zum Vergleichen der Phasen der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren (16, 17), wobei das Ausgangssignal dieser Einrichtung (25, 28) einem Zähler (24) zuführbar ist, der ein weiteres Eingangssignal vom Frequenzgenerator (22, 23) empfängt, wobei der vom Zähler (24} abgegebene Zählwert eine Anzeige der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der spannungsgv. -steuerten Oszillatoren (26, 17) ist, wobei die Phasendifferenz selbst eine Anzeige der Differenz der Blindwiderstandswerte der beiden Zeitsteuer-Blindkomponenten (13, 14) und damit der Lage des Gliedes (10) ist.

3. Weggeber nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Tiefpaßfilter (18, 19) in denPhasensteuerschleifen (A bzw, B), wobei die Tiefpaßfilter (18, 19) zwischen den Phasenvergleichern (20, 21) und den spannungsgesteuerten Oszillatoren (16, 17) angeordnet sind.

4. Weggeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Spannung abhängig von der Summe der Blindwiderstände der Komponenten (13., 14) eine Einrichtung (26) zum Addieren der an den Ausgängen der Tiefpaßfilter (18, 19) auftretenden Spannungen enthält.

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5. Weggeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß

die Einrichtung einen Widerstand (26) mit Anzapfung enthält, an dessen entgegengesetzten Enden die Spannungen (V.., VU) über Verstärker jeweils angelegt sind und wobei die Anzapfung des Widerstands (26) mit dem spannungsgesteuerten Frequenzgenerator (22, 23) verbunden ist.

6. Weggeber nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleichen der Phasen der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren (16, 17) einen'Phasenvergleicher (15) enthält-

7. Weggeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Spannung abhängig von der Summe der Blindwiderstände der Komponenten (13, 14) eine Logikschaltung (28) und einen '.Impulstastverhältnis/ Spannungs-Umsetzer (29) enthält, wobei die Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren (16, 17) der Logikschaltung (28) zugeführt sind.

8. Weggeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (28) die Einrichtung zum Vergleichen der Phasen der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren (16, 17) bildet.

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