DE3245501A1

DE3245501A1 - Wegaufnehmer

Info

Publication number: DE3245501A1
Application number: DE19823245501
Authority: DE
Inventors: Klaus Wilhelm Dr.-Ing. 6233 Kelkheim Quirder; Karl Joachim Ing.(grad.) 6238 Friedrichsdorf Rowold
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-06-14

Description

Wegaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer mit einer Meßanordnung aus Spulen und einem Dämpfungselement, durch das die Induktivität der Spulen in Abhängigkeit von derzu vermessenden Wegstrecke veränderbar ist.
Bekannte Anordnungen zur induktiven Wegmessung bestehen im allgemeinen aus zwei Spulen, die elektrisch zu einer Impedanz-Brückenschaltung geschaltet sind. Durch ein Dämpfungselement wird die Impedanz der Spulen verändert.
Das Dämpfungselement wird in Abhängigkeit von der Meßstrecke über die Spulen verschoben oder in die Spulen eingetaucht und hat in der Regel die Länge einer Spule.
Das Differenzsignal in der Mittenlage ist somit Null, während Verschiebungen zu der einen oder anderen Spule mit einem Vorzeichenwechsel einhergehen. Andere Entwicklungen überdecken z.B. immer eine Spule und bringen die Überdeckung der zweiten zur Anzeige. Mit solchen Anordnungen können jedoch große Meßbereiche nicht mit hoher Auflösung gemessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur induktiven Wegmessung zu schaffen, die insbesondere für große, mit hoher Auflösung zu messende Meßbereiche geeignet ist.
Diese Aufgabe ist durch vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß über die gesamte zu vermessende Wegstrecke n Spulen vorgesehen sind, wobei n eine Zahl größer 2 ist, und daß jeweils benachbarte Spulen während des Meßvorgangs schrittweise, zyklisch zu einer Meßbrücke schaltbar sind. Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 erläutert.
Durch die erfindungsgemäße Segmentierung des Meßbereiches in eine Vielzahl von Spulen kann im Prinzip jede beliebige Meßlänge realisiert werden, ohne auf die hohe Auflösung, wie sie Meßsysteme mit kurzen Spulen aufweisen, verzichten zu müssen.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Vereinfachung: Fig. 1 den erfindungsgemäßen Wegaufnehmer zur Bestimmung der Kolbenposition in einem Zylinder und Fig. 2 die Schaltungsanordnung für die einzelnen Meßspulen.
Nach Fig. 1 werden bei dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer über die gesamte zu vermessende Wegstrecke eine Vielzahl von Spulen 1 vorgesehen. Diese Spulen werden in einem Spulengehäuse 2 übereinander angeordnet. Die Länge der einzelnen Spulen kann gleich oder unterschiedlich sein.
Am unteren Teil des Spulengehäuses 2 wird der Anfang und das Ende jeder Einzelspule (1) herausgeführt. Das Spulengehäuse 2 wird zu dem als Dämpfungsrohr 3 ausgebildeten Dämpfungselement zentrisch ausgerichtet und am freien Zylinderende befestigt. Dadurch kann die Stellung des Dämpfungsrohres 3 in seiner relativen Lage zu dem Zylinder 4 erfaßt werden. In der, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht die Meßspulenanordnung aus 18 Einzelspulen. Die Zahl der Spulen kann im Zusammenhang mit der zu vermessenden Wegstrecke variiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des induktiven Wegaufnehmers nach der Erfindung werden die benachbarten Spulen während des Meßvorgangs schrittweise zu einer Brücke geschaltet.
In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung mit n Einzelspulen 1 kann dies in verschiedener Weise erfolgen. Z.B.
wird die erste Spule mit der zweiten Spule, die zweite Spule mit der dritten Spule usw. sowie die Spule n-1 mit Spule n zu einer Halbbrücke geschaltet. Nach einer weiteren Ausführungsform wird die erste Spule als eine Viertelbrücke festgehalten und dann zyklisch fortlaufend mit Spule 2, Spule 3 usw. und Spule n zu einer Halbbrücke geschaltet. Vorzugsweise beträgt die Länge des Dämpfungselements 2 bei einer solchen Verschaltung mindestens die Länge einer Einzel spule.
Die Spulen können auch gruppenweise in Reihe geschaltet sein und die benachbarten Spulengruppen können dann wie oben erläutert, jeweils zu Halbbrücken geschaltet werden.
So wird z.B. die erste, in Reihe geschaltete Spulengruppe als eine Viertelbrücke festgehalten und dann fortlaufend mit weiteren in Reihe geschalteten Gruppen von m Spulen zu einer Halbbrücke geschaltet. Bei diesen Ausführungen beträgt die Länge des Dämpfungselementes 2 zweckmäßigerweise mindestens die Länge einer Spulengruppe.
Die Zusammensetzung der Meßbrücke bzw. die Verknüpfung der Einzel spulen zu einer Halbbrücke oder die Reihenschaltung von mehreren Spulen zu Spulengruppen erfolgt in dem Schaltmatrix/Multiplexer 5. Durch Programmvorgabe kann durch den Mikrocomputer 6 eine Matrixansteuerung erfolgen. Die Schaltungsmatrix 5 enthält vorzugsweise alle Möglichkeiten zu verschiedenen Arten der Brückenschaltung. Nach Verknüpfung der Spulen zu halben Brücken in der Schaltmatrix 5 werden diese im Brückenverstärker 7 zur Vollbrücke ergänzt und die Differenzspannung verstärkt. Der Analog/Digitalwandler 8 setzt die Spannung in binäres Wort um. Information vom Mikrocomputer 6 kann z.B. weiter zur Maschinensteuerung und dergleichen herangezogen werden. Durch einen Digital/Analogwandler 9 können die ermittelten Werte auch zur Anzeige gebracht werden. Vorzugsweise sind integrierte Temperatursensoren 10 vorhanden, um eventuelle temperaturbedingte Meßfehler zu kompensieren.
Die Auswerteelektronik kann so gestaltet werden, daß die Spulennummer oder Adresse, an der bzw. an denen die Kanten des Dämpfungselementes stehen, das Grobmaß ist und die Spannungsdifferenzen der relevanten Brückenschaltungen das Feinmaß. Mit dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer kann damit zuerst grob festgestellt werden, wo etwa das Dämpfungselement steht. Dann erfolgt die Programmierung so, daß nur noch die relativen Bewegungen des Dämpfungselementes zur Umschaltung der Spulenpaare führen. Das heißt, daß nach der Grobfeststellung der Lage des Dämpfungselementes nur in dem Bereich, wo das Dämpfungselement sich befindet, die Spulen zyklisch geschaltet werden.
Basierend auf den mit herkömmlichen Wegnehmer erzielbaren Auflösungen in kleinen Meßbereichen - Nennwege von 2 mm bis 10 mm - ermöglicht die vorliegende Erfindung durch das Aneinanderreihen von mehreren Spulen der o.g. Bau länge, diese Genauigkeit über einen großen Meßbereich, d.h. Nennwege von z.B. 2 x 1 mm bis 10 x 1 mm, mit 1 = 1,2,3,...

Claims

Patentansprüche Wegaufnehmer Wegaufnehmer mit einer Meßanordnung aus Spulen und einem Dämpfungselement, durch das die Induktivität!der Spulen in Abhängigkeit von der zu vermessenden Wegstrecke veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte zu vermessende Wegstrecke n Spulen (1) vorgesehen sind, wobei n eine Zahl größer 2 ist, und daß jeweils benachbarte Spulen (1) während des Meßvorgangs schrittweise, zyklisch zu einer Meßbrücke schaltbar sind.
2. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spule 1 mit Spule 2, Spule 2 mit Spule 3 ... usw., Spule (n-2) mit Spule (n-1) und Spule (n-1) mit Spule n zu einer Halbbrücke schaltbar sind.
3. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spule 1 als eine Viertelbrücke festgehalten ist und mit Spule 2, Spule 3, ... usw., Spule (n-1) und Spule n zu einer Halbbrücke schaltbar ist.
4. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils m Spulen gruppenweise in Reihe und benachbarte Spulengruppen zu einer Halbbrücke schaltbar sind.
5. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m Spulen in Reihe schaltbar und als eine Viertelbrücke festgehalten sind und mit weiteren, in Reihe geschalteten Gruppen von m Spulen zu einer Halbbrücke schaltbar sind.