用于对测量变量进行测量的器件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于测量被测变量的装置，其中，第一电感(LP，L1)具有添加至其以形成并联谐振电路(P)的电容(CP)并且由微控制器(MK)来激发。耦合至所述第一电感(LP，L1)的测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)由所述微控制器(MK)来测量。因此，可以推断出被测变量，在所述微控制器(MK)之外仅需要很少的部件。

A device used to measure the measured variables

The present invention relates to a device for measuring the measured variables in which the first inductor (LP, L1) has a capacitor (CP) added to it to form a parallel resonant circuit (P) and is excited by a micro controller (MK). The inductance (LS1, LS2, LS3, L2) coupled to the first inductor (LP, L1) is measured by the microcontroller (MK). Therefore, it is inferred that the measured variables need only a few components outside the microcontroller (MK).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对测量变量进行测量的器件
本专利技术涉及一种用于测量被测变量的装置。具体地，所述装置可以是感应式传感器。
技术介绍
感应式传感器通常基于一个或多个感应式器件的系统的由于被测变量而导致的一个或多个特性值的变化。这种感应式器件可以指例如线圈、绕组或电感。可能的特性值具体为：-自电感L，也被简称为电感，-电阻损耗R，所述电阻损耗由绕组的无电抗电阻及其他损耗贡献组成，-复阻抗Z＝jωL+R，其中，j为虚数单位并且ω为角频率，-损耗角δ＝arctan(Re{Z}/Im{Z})，-以及尤其在多个器件之间具有磁耦合的情况下，互感M。互感M可以被间接测量作为一个导体中对尤其是另一个导体中的已知电流起反应的感应电压。引起特性值变化的被测变量可以尤其是位置或长度、角度、力、压力或扭矩。可以通过举例引用的应用是用于汽车制动踏板的位置传感器。对于感应式传感器，在现有技术中，具体存在两种用于电路系统的主要方法以便执行对特性值的电测量：第一种情况下，这是一种谐振系统：具有其可变特性值(经常是电感L)的感应式传感器是振荡器的频率确定网络的一部分。振荡器总是以其自然频率进行振荡，其最重要的影响因素是L。因此，L的测量是致力于可以例如通过对振荡器振荡的周期或者零交叉进行计数来轻易执行的频率测量。第二种情况下，这是一种锁相放大器(也是相敏整流器、同步解调器或者载频放大器)：感应式传感器设置有在固定频率下的激励(电流或者电压)。信号处理电路使用阻抗来测量对应的其他电变量(电流或电压)。信号处理与在所述激励的频率左右对此变量进行窄带滤波一致，随后利用所述激励来确定复振幅和商形成从而确定特性值。这些功能可以通过使用模拟电子学或者主要地使用数字信号处理的手段和软件来实现。这两种方法具有不同的缺点。谐振系统对感应式系统的概念具有限制性，因为每个振荡器仅一次振荡是可能的。多个信号仅可以使用多个独立的振荡器和感应式系统来获得，这显著地增大了传感器利用比率测量或差分测量的支出。另外，感应式系统总是具有频率相关性，即其仅可以针对一个频率以最优方式来进行设计；振荡器的频率范围总是折衷。借助振荡频率的改变，交叉灵敏性可能破坏测量结果，例如，因为电感L除了对被测变量的灵敏性之外还受到另外的频率相关变量的影响。最后，频率测量的最大计数结果与最小计数结果之差必须超过对满足测量精度和测量分辨率的对应要求的最小值。这需要取决于频率的最小测量时间，所述最小测量时间有时根本不可用。相比之下，锁相放大器以恒定频率进行操作，但是也需要在此频率下的激励。这些强制振荡的频率是可自由选择的，但是感应式系统的频率相关性意味着这是针对以谐振进行操作的不一致性，即，利用处于自然频率下的振荡。因此不可能使用以下谐振的优点：作为谐振器进行操作的感应式系统已经是滤波器，因为它能够以其自然频率实现促进测量的特别高的振幅。频率显著不同于此频率的干扰受到滤波作用的抑制。另外，如果所有其他参数保持相同，则用于维持振荡的感应式系统的功率要求在谐振下处于其最低处。对于激励的给定功率，特别高的振幅因此是可能的。这两个优点自然是相同的实质性问题，一者是从测量的角度来看，一者是从激励的角度来看。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于测量被测变量的(与现有技术相比，可替代的、具体为经改进的)装置。根据本专利技术，这是通过如权利要求1所述的装置来实现的。例如，有利的改进可以从从属权利要求中获得。权利要求书的内容通过明确的引用而并入说明书的内容中。本专利技术涉及一种用于测量被测变量的装置。所述装置具有第一电感。所述装置具有被设置用于检测所述被测变量并且耦合至所述第一电感的测量电感。此外，所述装置具有与所述第一电感互连以形成并联谐振电路的电容。此外，所述装置具有电子控制单元。所述电子控制单元直接连接至所述并联谐振电路并且被配置用于以从所述电子控制单元的时钟推导出的激发频率将所述并联谐振电路激发至振荡。此外，所述电子控制单元直接连接至所述测量电感，并且被配置用于使用所述测量电感来测量表明所述被测变量的值。借助于根据本专利技术所述的装置，可以仅使用在谐振电路中的电子控制单元来测量测量电感。这节省了能量，因为谐振电路自动地进行振荡，并且通常，针对损耗的能量只能进行重新调整。强制振荡因此发生。这允许使用谐振的优点并且不受谐振系统的前述限制。使用电子控制单元来实现这些功能节省了成本并简化了系统。谐振电路的激发也可以被称为激励。激发频率也可以被称为激励频率。时钟的推导可以具体地通过内部时钟、以及外部时钟的推导来实现。这具体意味着激发频率独立于并联谐振电路的谐振频率。具体地，所述装置可以被设计为使得其不具有在电子控制单元外部的放大器。这同样节省了成本。通常，提供直接连接排除了电子控制单元与诸如电感或电容、或谐振电路等部件之间的对应放大器。对应放大器可以具体被集成在电子控制单元中。谐振电路接近谐振频率的动作，甚至无需谐振振荡，带来了根据本专利技术所述的四个优点：1.电压达到峰值并且因此对于端口引脚的危险消失。2.通过电感的电流显著上升，因此在感应式系统中产生了与更强信号同义的更多磁通量。3.通过电感的电流几乎变为正弦，这从电磁兼容性的角度来看是有利的并且对于下游信号处理是有利的。4.供电线中到谐振电路的电流下降，因为谐振电路的阻抗特别高，接近谐振。这允许利用具有较低载流能力的较少端口引脚或输出级来产生激励。为保护端口引脚免受在可容许范围之外电压的影响，互补激励是有利的，因为其引起电源电压平均值附近的振荡。在这种情况下，同样为电源电压一半的振幅是可能的或者可容许的；取决于微控制器的规格，还超出例如高达电源电压+0.5V的一半。由于输出级的内部电阻，端口引脚上的电压通常不再是方波电压。在端口引脚接近参考地电势或电源电压的情况下，在输入侧进行操作的激励通常不会提供任何可比较的选项，因为添加到这些电压的任何激励(AC电压)是在可容许范围之外，甚至在较低振幅上。电子控制单元可以被理解为是指例如微处理器或者微控制器。在这种情况下，微控制器可以被理解为具体是指以下器件：所述器件不仅包括微处理器的功能，而且还包括集成在芯片上的读写存储器(RAM)、至少一种类型的只读存储器(ROM、EPROM、EEPROM、闪存等)、模数转换器(ADC)和/或定时器和端口部件。这种器件通常不需要外部存储器来进行操作，并且可以在没有外部电路系统的情况下执行程序，并且可以利用ADC来执行测量，并且可以经由端口引脚来输出由软件或者由定时器部件确定的数字信号。为此，微控制器通常仅设置有电压和时钟供应以及当接通时的复位脉冲。在现代器件的情况下，还可以并入时钟振荡器和一片复位逻辑，从而使得通常仅从外部供应电源电压。然而，电子控制单元还可以是一种包括微处理器的安排，所述微处理器具有诸如存储器和时钟电源的外部电路的微处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器(PLC)或集成电路(IC)的外部电路的微处理器。针对测量，通常使用电子控制单元或微控制器的模数转换器。在大多数微控制器中，ADC经由多路复用器连接至多个端口引脚，在所述端口引脚上可以对电压进行测量。用作输入的端口引脚的数量以及所述输入连接至ADC的顺序通常是可配置的。连接至多路复用器的端口引脚因此作为输入可用于执行多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量被测变量的装置，所述装置具有：‑第一电感(LP，L1)，‑测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)，所述测量电感被设置用于检测所述被测变量并且耦合至所述第一电感(LP，L1)，‑电容(CP)，所述电容与所述第一电感(LP，L1)互连以形成并联谐振电路(P)，以及‑电子控制单元(MK)，‑其中，所述电子控制单元(MK)直接连接至所述并联谐振电路(P)并且被配置用于以从所述电子控制单元的时钟推导出的激发频率将所述并联谐振电路(P)激发至振荡，并且‑其中，所述电子控制单元(MK)直接连接至所述测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)并且被配置用于使用所述测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)来测量表明所述被测变量的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.11 DE 102015215331.2;2015.08.11 DE 10201521.一种用于测量被测变量的装置，所述装置具有：-第一电感(LP，L1)，-测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)，所述测量电感被设置用于检测所述被测变量并且耦合至所述第一电感(LP，L1)，-电容(CP)，所述电容与所述第一电感(LP，L1)互连以形成并联谐振电路(P)，以及-电子控制单元(MK)，-其中，所述电子控制单元(MK)直接连接至所述并联谐振电路(P)并且被配置用于以从所述电子控制单元的时钟推导出的激发频率将所述并联谐振电路(P)激发至振荡，并且-其中，所述电子控制单元(MK)直接连接至所述测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)并且被配置用于使用所述测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)来测量表明所述被测变量的值。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于-所述并联谐振电路(P)连接至所述电子控制单元(MK)的第一端口引脚和第二端口引脚，所述第二端口引脚被供应以关于所述第一端口引脚被反相的时钟。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于-所述并联谐振电路(P)-与所述第一端口引脚并联连接至多个另外的第一端口引脚，所述多个另外的第一端口引脚同步连接至所述第一端口引脚，和/或-与所述第二端口引脚并联连接至多个另外的第二端口引脚，所述多个另外的第二端口引脚同步连接至所述第二端口引脚。4.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于-所述并联谐振电路(P)所连接至的端口引脚具有推挽输出级或三态输出级。5.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于-所述激发频率与所述并联谐振电路(P)的谐振频率相差不超过25％，优选地不超过20％，特别优选地不超过15％，甚至更优选地不超过10％。6.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于-所述测量电感(LS1，LS2，LS3，L2)的第一极连接至所述电子控制单元(MK)的端口引脚并且第二极连接至与所述电子控制单元(MK)的电源电压的至少大约一半相对应的电势。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于-借助于分压器来产生与所述电子控制单元(MK)的电源电压的至少大约一半相对应的所述电势。8.如权利要求6和7中任一项所述的装置，其特征在于-借助于平滑电容器(C1)来产生与所述电子控制单元(MK)的电源电压的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·安克尔，
申请(专利权)人：大陆特韦斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE