测量距离的电感测量传感器和测量角度的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电感测量传感器，用于确定可以相对于固定外壳移动的物体的位置。本发明专利技术的特征在于，移动体包括测量传感器，该传感器产生在限制区域上延伸的交变磁场；还在于所说交变磁场穿过至少一个与外壳连接的导体回路并沿测量长度延伸。通过电路对正向和反向线路之间的电压差值求平均值并将其馈送到输出。将所说电感传感器用于测量固定外壳和轴之间角度的系统。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术首先涉及一种如权利要求1和2前序部分所述的电感测量传感器。电感测量传感器具有定子和可以相对于定子移动的滑架，具有一个电感传感器元件和相关的电子测定仪器，其输出信号表示的是对托架相对于定子位置的测量。定子具有一个励磁线圈，其在测量距离上延伸并受到交流电流的馈送。该励磁线圈的磁场穿过传感器元件，该传感器元件与托架连接并且是软磁芯和/或线圈的形式；磁场接下来穿过与定子连接的次级绕组，并在此处感应出取决于滑架位置的电压。该次级绕组由一匝组成，通过分散在测量距离中的适当的分接头从其中获得电压成分。将电压成分均分后产生取决于滑架位置的电压。通过电阻器或通过其他电子元件可以完成均分。也可以利用电阻层或电容器板代替离散的元件。在一个具体的优选实施例中，磁场绕组由单匝构成，其中外壳和导杆可以用来作为线圈。通过将传感器元件设计为调谐电路来获得进一步的改进，并且这将极大地减少漏磁场的形成。在这种情况下，通过利用调谐电路作为定义振荡器频率的元件，有利于传感器在该调谐电路的谐振频率下工作。此外，本专利技术还涉及如权利要求13、14和16前序部分中所述的用于测量角度的装置。电感距离/角度传感器的优点在于，对灰尘和其它环境影响具有很低的灵敏度。通常已知差动的电感器，在这些电感器中，软磁芯位于两个线圈中，并且其位置影响两个线圈的电感，因此可以在这两个线圈之间分接出取决于位置的电压，其中两个线圈串联连接并且与AC电压连接。该结构的缺点在于，线圈的实际长度总计为测量距离的至少两倍，此外线圈的机械连接也超出最终位置的测量距离，因此需要至少三倍于测量距离的安装长度。此外，测量结果受绕组电阻的温度反应和所使用磁铁材料的导磁率的影响。此外，已经提出解决方案，其中在线圈中插入短路圆柱或者高导磁率的磁芯，其中线圈的电感变化用来作为对磁芯位置的测量。这些解决方案与差动的变压器相比所具有的优点在于，它们的实际长度短。但是，当延长测量杆时，仍然需要至少两倍的测量距离。此外，绕组电阻和磁芯的温度反应在温度特性上具有更显著的影响。从德国专利DE-A-2511683中知道，通过经由高导磁率的磁芯将电压从磁场绕组引入到测量绕组中，增加匝的密度，来产生合适的测量信号。该方法的优点在于具有短的实际长度。但是其缺点在于，磁场在测量线圈的面积上的分布和测量线圈的结构必须满足严格的要求。此外，从WO 94/03778中已知一个实施例，依靠线圈上的短路环，在线圈区域部分内产生减小的电压降；并且通过来自线圈分接头的电阻器或电容器，形成取决于短路环的位置的信号。由此得到具有短的实际长度的传感器。不利的特点在于绕组电阻和寄生电感的影响。本专利技术的目的在于克服上述装置的缺点，并且提出一种距离传感器，其可以利用简单的方法而构成并且具有高精确度。通过独立权利要求1、2、13、14和16的结构来完成该目的。优选实施例是与这些权利要求有关的从属权利要求的主题。在下文中参照附图对本专利技术的优选实施例进行描述，其中附图说明图1和1a是根据本专利技术的传感器的结构示意图；图2是由该传感器在测量绕组上、在绕组长度上产生的磁通和电压的分布图；图3是以单匝作为磁场绕组的优选实施例；图4a和4b是优选实施例的剖面图，其中减少了有害的漏磁场的影响；图5a和5b表示一个实施例，其中通过磁场绕组的适当设置使得来自漏磁场的耦合影响变得无效；图6表示一个实施例，其具有带附加绕组的测量磁芯和电容器以形成调谐电路；图7是设计方框图，其中使用调谐电路作为限定振荡器电路频率的元件；图8是直接从磁场绕组中分接测量电压的实施例的示意图；图9是根据本专利技术的角度传感器，其具有安装在旋转点的环形线圈和测量磁芯；图10是根据本专利技术的角度传感器的优选实施例，其具有安装在远离旋转点的环形线圈和测量磁芯；图11是具有对称设计的角度传感器，和图12简要表示根据本专利技术的具有平面线圈的角度传感器。图1是根据本专利技术的传感器的示意图。由AC电压源4向磁场绕组1供电，磁场绕组1的线圈部分贯穿传感器的整个长度1。线圈磁芯2由高导磁率材料组成并具有以移动的方式形成的空气缝隙d，使得磁芯穿过线圈1，使得分压器元件3的一部分位于该空气缝隙中。分压器元件3包括导体5，其沿着底部边缘伸展超出分压器元件3；导体8，其在上部边缘延伸超出分压器元件；另一个导体7，其与导体5平行分布；和导电涂层9，其位于导体8和导体7之间并且形成电阻，该电阻沿着整个测量距离分布，位于导体8和7之间，大体上具有比由导体5和8所形成的感应回路的阻抗要高的阻抗。由AC电压源4提供的电流流经线圈1以产生磁通量，该磁通量穿过位于磁芯2部分中的分压器元件3，同时只有一小部分磁通量穿过分压器元件3的其余部分。图2中所示的图表表示磁场场强和测量传感器的整个长度上的电压的理想化分布。该分布没有考虑边缘的影响或漏磁场。磁通量φ在磁芯的区域中产生并且穿过电阻元件9。相对于导体5和7，磁芯2的空气缝隙部分中的磁场随时间的变化在导体8中感应出AC电压U(x)。AC电压U(x)与磁通量φ对面积的积分成比例。结果，在导体8上形成的相对于导体5的电压分布位于位置x上，该电压最初在与磁芯2的接头相反的位置上为零，在由磁芯2覆盖的区域上线性递增，而在磁芯后面直到接头处保持恒量(图2)。遍布在距离1之上的区域中并被初始认为电阻层的电阻形成总电阻R0，R0可以在相对于导体5、或导体8的导体接头处检测到。如果将电阻层看作是由相同大小的单个电阻器组成，这些电阻器并联并每个与不同的电压源相连，然后输出电压变为UA=Rn*Σi=1nUiR=RO*Σi=1nUiRO*n=Σi=1nUin]]>如果允许将n增加到无穷大，其结果为UA=1I*∫x=0lUxdx]]>由于电压分布如图2所示，则这导致的结果是，在输出电压中范围为0＞s＜(1-b)〔原始文本在第8页上的等式〕。UA=UO*b2l+UO*l-s-bl]]>由此产生可移动的磁芯2的位置s和输出电压Ua之间的线性关系。导电涂层可以形成为电阻材料的连续表面；或者可以以足够数量的均匀分布的离散电阻器或电容器表面、或以单个的电容器、或它们的组合的形式形成。由于测量线圈仅由一匝组成，输出电压相当低。需要穿过分压器元件的适当高的磁通量，以便产生可以用于测定的信号，在这种情况中将来自初级线圈1的漏磁通量尽可能小地耦合到分压器元件中。感应电压是频率、在初级线圈1中产生的磁场强度、线圈2的导磁率和横截面、磁芯2的空气缝隙d、以及空气缝隙范围中磁芯面积的函数。为了利用低电流产生高感应电压，选择尽可能高频率是有利的。但是，对于长的移动距离，频率受到绕组电容的限制。此外，合适的线圈的生产相对复杂并且很难将移动磁芯插入到线圈中。通过一种设计可以克服这些困难，在这种设计中，初级线圈设计成单匝的形式，并且与用于产生电源电压的电路匹配，该电源电压依靠变压器来提供。图3表示的是一个优选实施例部分剖掉的示意图。通过变压器11将来自电压源10的电压减小到合适的较低电压。变压器11的次级绕组的一个接头与外壳12连接；另一个接头与导轨13连接，导轨13位于外壳12的内部，与内壁平行，并且在相反的一端与外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感测量传感器，用于确定物体相对于固定外壳运动的位置，其中移动体具有一个测量传感器，其产生在所限制区域上延伸的交变磁场，该交变磁场穿过至少一个与外壳连接的导体回路，在整个测量长度上延伸，并且通过电路对其在正向和反向线路之间的电压差值求平均值并将其传递到输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F格莱克斯纳，
申请(专利权)人：霍斯特塞德尔两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]