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    • 专利摘要:
    Beieiner elektrischen Schaltung (1), insbesondere für den Betrieb eines Differentialtransformators,der aus mindestens einer ein Magnetfeld erzeugenden Sendespule (L1)gebildet ist, die an eine Spannungsquelle (U1) angeschlossen ist,soll auf die Sendespule (L1) des Differentialtransformators einwirkendeSpannung nach Bedarf, also in Abhängigkeit von einem vorgegebenenAmplitudenwert, an der Sendespule (L1) zu- oder abschaltbar sein,so dass die Sendespule (L1) permanent mit einer nahezu konstantenAmplitude betrieben wird, ohne dass Umwelteinflüsse, wie Luftfeuchtigkeit,Temperatur und Vergussmasse der Sendespule, sowie Fremdgegenstände im Bereichder Sendespule (L1) und/oder die elektrischen Eigenschaften derSpannungsquelle (U1) den Betrieb der Sendespule (L1) negativ beeinflussen.Dieswird dadurch erreicht, dass parallel zu der ersten Spannungsquelle(U1) und der Sendespule (L1) eine zweite Spannungsquelle (U2) geschaltetist, deren Spannungswert gleich oder kleiner bemessen ist als derSpannungswert der ersten Spannungsquelle (U1),dass parallelzu der Sendespule (L1) ein Kondensator (C4) angeordnet ist, diebeide gemeinsam einen Schwingkreis (10) bilden,dass zwischendem Pluspol (2) der ersten Spannungsquelle (U1) und dem Schwingkreis(10) eine schaltbare Stromquelle (S1) angeordnet ist, durch dieWechselstrom erzeugbar ist,dass zwischen dem Pluspol (4) derzweiten Spannungsquelle (U2) und dem Schwingkreis (10) ein Amplitudendetektor(AD) vorgesehen ...
    公开号:DE102004029192A1
    申请号:DE200410029192
    申请日:2004-06-16
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Hans-Peter Dipl.-Ing. Spähn (FH)
    申请人:WENGLOR SENSORIC ELEKTRONISCHE；Wenglor Sensoric Elektronische Gerate GmbH；
    IPC主号:H03K17-95
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung, insbesonderefür denBetrieb eines Differentialtransformators, der aus mindestens einer einMagnetfeld erzeugenden Sendespule gebildet ist, die an eine Spannungsquelleangeschlossen ist.
    [0002] Der DE 102 44 104 A1 istein induktiver Näherungsschalterzu entnehmen, der eine Sendespule und zwei Empfangsspulen aufweist,die gemeinsam einen Differentialtransformator bilden. Dem Differentialtransformatorist hierbei eine Auswerteschaltung nachgeschaltet, durch die Veränderungendes Magnetfeldes im Bereich der Sende- und Empfangsspulen in Bezugauf den Abstand eines Bauteils ermittelbar sind.
    [0003] Alsnachteilig bei einem solchen induktiven Näherungsschalter hat sich herausgestellt,dass aufgrund von Umwelteinflüssen,beispielsweise Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsveränderungen,die Amplitude der Sendespule erheblich gestört wird, wodurch eine exakteErmittlung des Abstandes zwischen dem Differentialtransformatorund einem Bauteil verfälschtwird.
    [0004] Auchwenn Fremdgegenstände,die insbesondere aus Metall hergestellt sind, in den Bereich derSendespule eintauchen, werden die Messergebnisse durch die Veränderungder Amplitude an der Sendespule gestört. Des Weiteren weist jedeSpannungsquelle bestimmte elektrische Eigenschaften auf, die zueinander unterschiedlichausgebildet sein können,so dass durch diese Spannungsquelleneigenschaften die Amplitudean der Sendespule negativ beeinflusst sind.
    [0005] Daherist es erforderlich, jeden induktiven Näherungsschalter in dem individuellenEinsatzbereich zu kalibrieren, um diese Störeinflüsse zu erfassen und zu beheben.
    [0006] Diesich unter Umständenpermanent änderndenBedingungen, die die Amplitude der Sendespule beeinflussen, verfälschen jedochdie Amplitude der Sendespule. Der induktive Näherungsschalter muss folglichoftmals kalibriert werden.
    [0007] Aufgabeder Erfindung ist es daher, eine elektrische Schaltung für den Betriebeines Differentialtransformators, insbesondere eines induktiven Näherungsschalters,bereit zu stellen, die die auf die Sendespule des Differentialtransformatorseinwirkende Spannung nach Bedarf, also in Abhängigkeit von einem vorgegebenenAmplitudenwert an der Sendespule zu- oder abschaltet, so dass dieSendespule permanent mit einer nahezu konstanten Amplitude betriebenwird, ohne dass Umwelteinflüsse, wieLuftfeuchtigkeit, Temperatur und Vergussmasse der Sendespule sowieFremdgegenständeim Bereich der Sendespule und/oder die elektrischen Eigenschaftender Spannungsquelle den Betrieb der Sendespule negativ beeinflussen.
    [0008] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß dadurchgelöst,dass parallel zu der ersten Spannungsquelle und der Sendespule einezweite Spannungsquelle geschaltet ist, deren Spannungswert betragsmäßig gleichoder kleiner bemessen ist, als der Spannungswert der ersten Spannungsquelle,dass parallel zu der Sendespule ein Kondensator angeordnet ist,die beide gemeinsam einen Schwingkreis bilden, dass zwischen demPluspol der ersten Spannungsquelle und dem Schwingkreis eine schaltbare Stromquelleangeordnet ist, durch die ein Wechselstrom erzeugbar ist, dass zwischendem Pluspol der zweiten Spannungsquelle und dem Schwingkreis ein Amplitudendetektorvorgesehen ist, der mit einem Halbwellendetektor verbunden ist unddass der Halbwellendetektor elektrisch mit der schaltbaren Stromquellegekoppelt ist und diese schaltet.
    [0009] Weiterevorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Merkmalender Unteransprüche zuentnehmen.
    [0010] Dadurch,dass die von der ersten Stromquelle ausgesendete Spannung von derschaltbaren Stromquelle in einen Wechselstrom umgewandelt wird,wird in dem Schwingkreis eine Schwingung erzeugt, dessen Amplitudeund Resonanzfrequenz durch den Amplitudendetektor und den Halbwellendetektorpermanent überwachtwerden. Folglich ist vorteilhafter Weise gewährleistet, dass bei Überschreitendes voreingestellten Amplitudenwertes die schaltbare Stromquelleabgeschaltet wird, so dass der Amplitudenwert an der Sendespuleaufgrund der elektrischen Eigenschaften des Schwingkreises wiederunterhalb des voreingestellten Amplitudenwertes sinkt und anschließend dieschaltbare Stromquelle wieder aktiviert ist. Daher bleibt der Amplitudenwert derSendespule nahezu konstant.
    [0011] Dieserkonstante Amplitudenwert wird unabhängig von den Umwelteinflüssen, denelektrischen Eigenschaften der ersten Spannungsquelle und/oder vonFremdgegenständenbeibehalten, denn die Veränderungenim Bereich der Sendespule haben keinen Einfluss auf die Funktionsweise,also auf die Amplitude der Sendespule, da die Amplitude der Sendespuledurch geeignete elektrische Bauteile, beispielsweise den Amplitudendetektorund den Halbwellendetektor, permanent überwacht wird.
    [0012] Durchdie zweite Spannungsquelle wird eine Spannung eingestellt, die demhalben Amplitudenwert der Sendespule entspricht, denn mit Überschreitender an der zweiten Spannungsquelle eingestellten Spannung wird dieschaltbare Stromquelle abgeschaltet, so dass der Schwingkreis keinezusätzliche elektrischeEnergie erhält,und dessen Amplitudenwert überdie Zeit ansteigt. Vielmehr sinkt die Amplitude der Sendespule nacheinigen Durchläufenwieder unter den an der zweiten Spannungsquelle eingestellten Spannungswert,so dass durch die schaltbare Stromquelle, der Schwingkreis wiedermit Energie versorgt wird. Folglich ist eine einfache und schnelleEinstellung des gewünschtenAmplitudenwertes an der Sendespule durch die Veränderung der Spannung der zweitenSpannungsquelle möglich. Dieerste Spannungsquelle kann dabei unverändert gelassen werden.
    [0013] Inder Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel derErfindung dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird. Im einzelnen zeigt:
    [0014] 1 eineallgemeine elektrische Schaltung zur Überwachung und Steuerung derAmplitude einer Sendespule, die einem Differentialtransformatorzugeordnet ist,
    [0015] 2 dasAusführungsbeispielder elektrischen Schaltung gemäß 1 mitden notwendigen elektrischen Bauteilen und deren Verschaltung, und
    [0016] 3 eineZusammenfassung von Messergebnissen der Amplitude der Sendespulegemäß 2 inForm eines Graphen in Abhängigkeitvon der Außentemperatur.
    [0017] In 1 isteine elektrische Schaltung 1 für den Betrieb eines Differentialtransformatorsgezeigt, der aus einer ein Magnetfeld erzeugenden Sendespule L1gebildet ist, die an eine eine Strom liefernde schaltbare StromquelleS1 angeschlossen ist. Der Stromquelle S1 nachgeschaltet ist eineSpannungsquelle U1, welche die Stromquelle S1 mit Energie versorgt.Die schaltbare Stromquelle S1 wird periodisch durch den HalbwellendetektorHD gesteuert, insbesondere durch diesen, an- und ausgeschaltet, so dass ein Wechselstromentsteht, wodurch die Spule L1 zusammen mit dem Kondensator C4,welche zusammen einen Schwingkreis 10 bilden, zu einerSchwingung mit ansteigender Amplitude angeregt wird. Der durch dieSchwingung in der Spule L1 fließendesinusförmigeStrom erzeugt ein sinusförmigespulsierendes Magnetfeld, das fürdie Funktion des induktiven Näherungsschaltersnotwendig ist.
    [0018] Umzu verhindern, dass der Schwingkreis 10 weiterhin von derschaltbaren Stromquelle S1 mit Energie versorgt wird, ist parallelzu der ersten Spannungsquelle U1 eine zweite Spannungsquelle U2angeordnet, die ebenfalls mit dem Schwingkreis 10 elektrischverbunden ist. Der Pluspol P2 der zweiten Spannungsquelle U2 istmit einem Amplitudendetektor AD verbunden, der mit einem Halbwellendetektor HDgekoppelt ist. Beide elektrische Bauteile sind in Form einer Reihenschaltungan den Schwingkreis 10 angekoppelt.
    [0019] Durchden Halbwellendetektor HD wird permanent die Resonanzfrequenz desSchwingkreises 10 überwacht,also der Takt des Schwingkreises 10 abgenommen. Das periodischeZu- und Abschalten der schaltbaren Stromquelle S1 erfolgt durchden Halbwellendetektor, der diese Schaltvorgänge in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenzdes Schwingkreises 10 durchführt.
    [0020] Dasperiodische Schalten der Stromquelle S1 liefert einen Wechselstrom,durch den der Schwingkreis 10 zum Schwingen angeregt wird.
    [0021] Erreichtnunmehr die Amplitude an der Sendespule L1 einen Wert, der doppeltso groß istwie der Betrag der Amplitude an der zweiten Spannungsquelle U2 wirddies durch den Amplitudendetektor AD festgestellt und der HalbwellendetektorHD wird derart beeinflusst, dass durch diesen die schaltbare StromquelleS1 nicht mehr betätigtwird, so dass der Schwingkreis 10 nicht mehr mit Energieversorgt wird.
    [0022] Fällt nunmehrder Amplitudenwert an der Sendespule L1 unter den vorgegebenen Grenzwert, wirddies ebenfalls durch den Amplitudendetektor AD gemessen und derHalbwellendetektor HD wird derart beeinflusst, dass die schaltbareStromquelle S1 durch den Halbwellendetektor HD wieder betätigt wird,so dass die Sendespule L1 erneut mit Energie versorgt wird.
    [0023] Aus 2 istder exakte Schaltplan einer solchen Schaltung 1 zu entnehmen,der nachfolgend nähererläutertwird. Zunächstwird die Funktionsweise der steuerbaren Stromquelle S1 beschrieben.
    [0024] Andie Spannungsquelle U2 ist ein Transistor T2A derart angeschlossen,dass der Pluspol P2 der Stromquelle U2 an den Emitter des TransistorsT2A anliegt. Der Kollektor des Transistors T2A ist mit einem WiderstandR3 verbunden, an dem eine Spannung I3 abfällt, wodurch der Strom I3 indie beiden Emitter der Transistoren T3A und T3B fließt. Diebeiden Transistoren T3A und T3B bilden einen Differenzschalter,der durch die Wechselspannung über denSchwingkreis 10 umgeschaltet wird.
    [0025] Befindetsich die Spannung überden Schwingkreis in der negativen Halbwelle, wird der TransistorT3A durchgeschaltet und der Strom I3 fließt zum Minuspol P3 ab.
    [0026] Befindetsich die Spannung in dem Schwingkreis 10 in der positivenHalbwelle wird der Transistor T3B durchgeschaltet und der StromI3 fließtin einen Stromspiegel 11 und wird dort gespiegelt auf einen Stromspiegel 12.Dieser hat dann die Funktion der steuerbaren Stromquelle S1 in 1.
    [0027] Dadurch,dass der Spannungswert der ersten Spannungsquelle U1 größer bemessenist und vorzugsweise 12 Volt beträgt, als der Spannungswert derzweiten Spannungsquelle U2, der vorzugsweise 5 Volt aufweist, wirdder Schwingkreis 10 derart erregt, dass die SendespuleL1 eine sich permanent vergrößernde Amplitudeaufweist, denn mit jeder Periode wird zusätzlich Energie in den Schwingkreis 10 indiziert,so dass die Amplitude der Sendespule L1 zunimmt. Dies würde jedochdazu führen,dass eine permanent anwachsende Amplitude an der Sendespule L1 vorhandenist, die füreinen induktiven Näherungsschalternicht einsetzbar bzw. nicht verwendet werden kann.
    [0028] Umdaher die Amplitude exakt einzustellen – bei den genannten Spannungswertender Spannungsquellen U1 und U2 beträgt die Amplitude der Sendespuleca. 11 Volt – istdem Schwingkreis 10 eine Sperrdiode T2B vorgeschaltet,die überihren Kollektoranschluss mit einem Widerstand R5 an dem Schwingkreis 10 angeschlossenist. Der Emitteranschluss der Sperrdiode T2B ist mit dem MinuspolP3 übereinen parallel geschalteten Widerstand R1 und einem KondensatorC2 verbunden, die eine Spitzenwertgleichrichtung der Amplitude desSchwingkreises bewirken.
    [0029] DieSperrdiode T2B ist solange geschlossen, wie der Amplitudenwert derSendespule L1 unterhalb von 11 Volt liegt. Steigt der Amplitudenwertan der Sendespule L1 überdiesen Wert an, wird die Sperrdiode T2B leitend, so dass der KondensatorC2 aufgeladen wird. Der Kondensator C2 ist mit dem Basisanschlussdes Schaltransistors T2A verbunden. Ist der Kondensator C2 entladen,ist der Schalttransistor T2A geschlossen und der Strom I1 kann fließen und damitdie steuerbare Stromquelle S1 sowie der Stromspiegel 12 ansteuern.Ist der Kondensator C2 aufgeladen, wird der Schalttransistor T2Ageöffnet undder Strom I1 kann nicht fließen.Damit wird die steuerbare Stromquelle S1 und der Stromspiegel 12 nichtmehr angesteuert und die Amplitude des Schwingkreises 10 wirdwieder kleiner. Die Amplitude wird auf diese Weise auf die SpannungUss ≈ 2 × U2 geregelt.
    [0030] DerWiderstand R5 weist bei dem angegebenen Ausführungsbeispiel einen Spannungsabfallvon 0,5 Volt auf, so dass insgesamt eine Amplitude an der SendespuleL1 von 11 Volt als Grenzwert eingestellt ist, wenn die zweite SpannungsquelleU2 eine Spannung in Höhevon 5 Volt aufweist. Der an der Spannungsquelle U2 eingestellteSpannungswert regelt demnach die maximale Amplitude der Sendespule L1.
    [0031] FallsUmwelteinflüsse,wie beispielsweise Luftfeuchtigkeits- und/oder Temperaturveränderungen,währenddes Betriebes der Sendespule L1 auftreten, tangiert dies die Betriebsweiseder Sendespule L1 nicht, denn diese Umwelteinflüsse bewirken zwar eine Amplitudenveränderungan der Sendespule L1, die jedoch auf den Schaltvorgang lediglichinsoweit eine Auswirkung erzielt, als dass die Sendespule L1 vonder steuerbaren Stromquelle S1 weniger Energie erhält, wennder eingestellte Amplitudenwert überschrittenist. Die Umwelteinflüsse und/oderEigenschaften der Stromquelle U1 wirken sich daher auf die Betriebsweiseder Sendespule L1 nicht aus.
    [0032] In 3 sindMessergebnisse in Form eines Schaubildes dargestellt, aus denenersichtlich ist, dass die Amplitude der Sendespule L1 in Bezug auf dieTemperaturveränderungennahezu konstant verläuft,denn bei einem Temperaturwert von beispielsweise 75 °C liegt ander Sendespule L1 eine Amplitude von 11,2 Volt an; bei einem Temperaturwertvon minus 25 °Cbeträgtdie Amplitude an der Sendespule L1 11 Volt, so dass über einenTemperaturbereich von etwa 100 °Cdie Veränderungder Amplitude in einer Größenordnungvon 0,2 V eingetreten ist.
    [0033] Zwischenden Temperaturbereichen von 50 °Cund 0 °Cverläuftdie Amplitudeverringerung nahezu linear, so dass auch größere Temperaturveränderungenauf die Funktionsweise des induktiven Näherungsschalters nahezu keinenEinfluss haben, wenn der Näherungsschalterin einem üblichenTemperaturbereich betrieben wird.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Elektrische Schaltung (1), insbesonderefür denBetrieb eines Differentialtransformators, der aus mindestens einerein Magnetfeld erzeugenden Sendespule (L1) gebildet ist, die aneine Spannungsquelle (U1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dassparallel zu der ersten Spannungsquelle (U1) und der Sendespule (L1)eine zweite Spannungsquelle (U2) geschaltet ist, deren Spannungswert gleichoder kleiner bemessen ist als der Spannungswert der ersten Spannungsquelle(U1), dass parallel zu der Sendespule (L1) ein Kondensator(C4) angeordnet ist, die beide gemeinsam einen Schwingkreis (10)bilden, dass zwischen dem Pluspol (2) der ersten Spannungsquelle(U1) und dem Schwingkreis (10) eine schaltbare Stromquelle(S1) angeordnet ist, durch die Wechselstrom erzeugbar ist, dasszwischen dem Pluspol (4) der zweiten Spannungsquelle (U2)und dem Schwingkreis (10) ein Amplitudendetektor (AD) vorgesehenist, der mit einem Halbwellendetektor (HD) elektrisch verbundenist, und dass der Halbwellendetektor (HD) elektrisch mit derschaltbaren Stromquelle (S1) gekoppelt ist und diese schaltet.
    [2] Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Amplitudendetektor (AD) als Transistor (T2A) ausgebildetist, dessen Emitter an den Pluspol (4) der zweiten Spannungsquelle(U2) angeschlossen, dessen Basis über den Spitzenwertgleichrichter(T2B) und einem Widerstand (R5) mit dem Schwingkreis (10)verbunden ist.
    [3] Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Halbwellendetektor (HD) als Transistor (T3A und T3B) ausgebildetist, und dass durch den Halbwellendetektor (HD) die Stromquelle(S1) periodisch übereinstimmendmit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (10) geschaltet wird.
    [4] Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Basis des Transistors (T3A) unmittelbar oder über einenWiderstand (R2) mit der Sendespule (L1), der Emitter des Transistors(T3A) mit dem Transistor (T2A) und der Kollektor des Transistors(T3A) mit dem Minuspol der zweiten Stromquelle (U2) elektrisch gekoppeltist und dass die beiden Transistoren (T3A und T3B) eine Differenzschaltung bilden.
    [5] Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,dass dem Transistor (T3B) eine Stromspiegelschaltung (11)nachgeschaltet ist, durch die der periodisch wechselnde Strom aufdie steuerbare Stromquelle (S1) gespiegelt wird.
    [6] Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Stromspiegelschaltung (11) der zweiten Spannungsquelle(U2) auf eine weitere Stromspiegelschaltung (12) einwirkt,die der ersten Spannungsquelle (U1) nachgeschaltet ist.
    [7] Schaltung nach einem oder mehreren der vorgenanntenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (T2A) als Schalter arbeitet,welcher den Strom I1 einschaltet, wenn die Amplitude des Schwingkreises(10) unterhalb der Spannung der zweiten Stromquelle (U2)liegt.
    [8] Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dassder Widerstand (R5) mit dem Schwingkreis (10) elektrischverbunden ist.
    [9] Schaltung nach einem der Ansprüche oder 6 oder 7, dadurchgekennzeichnet, dass durch die Stromspiegelschaltung (11)der zweiten Spannungsquelle (U2) die Stromspiegelschaltung (12)der ersten Spannungsquelle (U1) steuerbar ist.
    [10] Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Emitter der Sperrdiode (T2B) über einen Kondensator (C2)mit dem Minuspol (P3) verbunden ist und dass der Kondensator (C2)an der Basis des Transistors (T2A) angeschlossen ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2008-06-12| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-03-09| R016| Response to examination communication|
    2011-11-15| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2013-04-11| R026| Opposition filed against patent|Effective date: 20120705 |
    2014-06-25| R034| Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final|
    2014-10-30| R034| Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final|Effective date: 20140625 |
    2014-11-13| R206| Amended patent specification|Effective date: 20141113 |
    2019-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410029192|DE102004029192C5|2004-06-16|2004-06-16|Elektrische Schaltung|DE200410029192| DE102004029192C5|2004-06-16|2004-06-16|Elektrische Schaltung|
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