DE2944502C2

DE2944502C2 -

Info

Publication number: DE2944502C2
Application number: DE2944502A
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing.(Grad.) 7141 Oberriexingen De Wessel; Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Engel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-11-03
Filing date: 1979-11-03
Publication date: 1989-02-09
Also published as: JPH04256Y2; US4352032A; FR2468885A1; JPS5674611A; GB2062252A; DE2944502A1; FR2468885B1; JPH038716U

Description

Die Erfindung betrifft eine Quotienten-Auswerteschaltung für einen Kurzschlußring-Weggeber oder -Winkelgeber, der auf einem Eisenkern eine Vergleichsspule mit fest eingestellter Induktivität und eine Meßspule mit einer Meßinduktivität trägt, die in Abhängigkeit von einem Weg oder einem Winkel - insbesondere eines Kraftfahrzeug-Steuergerätes - durch einen gegenüber dem Eisenkern verstellbaren Kurzschlußring veränderbar ist.

Aus der DE-OS 29 24 092 ist ein Kurzschlußring-Weggeber mit zwei jeweils U-förmigen Eisenteilen, von denen jedes auf einem seiner beiden Schenkel eine Spule trägt und einen Kurzschlußring aufweist, der zum Verändern der Induktivität der zugehörigen Spule entlang dem Schenkel verstellbar ist, bekannt. Mittels einer Auswerteschaltung wird eine Rechteckschwingung erzeugt, deren Frequenz sich mit der Induktivität der veränderlichen Spule ändert.

Aus der DE-OS 22 48 059 ist ein Meßumformer für elektrische Geber bekannt, in dem der Quotient zweier durch Geber erfaßbarer Meßgrößen bestimmt und gegebenenfalls mit weiteren Konstanten oder Variablen verknüpft wird. Dabei werden dem Meßumformer zwei jeweils von Meßgrößen beaufschlagte Geber vorgeordnet, deren Impedanz durch eine Meßgröße veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Auswerteschaltung zu schaffen, mit welcher der Quotient aus der veränderbaren Induktivität im Vergleich zu der fest eingestellten Induktivität gebildet werden kann.

Hierzu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die die variable Induktivität aufweisende Meßspule in dem vom Ausgang eines Operationsverstärkers zu dessen invertierendem Eingang führenden Stromkreis angeordnet ist und daß die Vergleichsspule mit dem gleichen Eingang verbunden und an eine periodisch an- und abschwellende Spannung, vorzugsweise an eine wenigstens annähernd symmetrische Halbwellen aufweisende Dreieck-Spannung angeschlossen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel für eine Quotienten-Auswerteschaltung, welche in der Zeichnung in ihren Schaltbildern näher dargestellt ist.

Die dargestellte Auswerteschaltung dient dazu, entsprechend dem Prinzip des Gebers das Verhältnis zwischen der veränderbaren Induktivität Ls einer in der Zeichnung bei Zs dargestellten Meßspule gegenüber der fest eingestellten Induktivität Lo einer auf dem gleichen Eisenkern wie die Meßspule angeordneten Vergleichsspule Zo zu ermitteln. Hierzu ist die Meßspule Zs zwischen dem Ausgang eines Operationsverstärkers O 1 und dessen invertierendem (Minus-)Eingang angeordnet, während die Vergleichsspule Zo ebenfalls an diesem Eingang angeschlossen und mit ihrem anderen Wicklungsende an eine periodisch an- und abschwellende Eingangsspannung Ue angeschlossen ist. Die am Ausgang des Operationsverstärkers O 1 entstehende Ausgangsspannung Ua steht zur Eingangsspannung Ue im gleichen Verhältnis wie die veränderbare Induktivität Ls zur Vergleichsinduktivität Lo:

Die Eingangsspannung Ue kann in einfacher Weise als symmetrische Wechselspannung der in Fig. 2 dargestellten Art mit Hilfe des Dreieckgenerators nach Fig. 2 erzeugt werden. Nach Fig. 2 ist als Dreieck-Spannungsgenerator ein zweiter, als Integrator geschalteter Operationsverstärker O 2 vorgesehen, an dessen die Dreieck-Eingangsspannung Ue liefernden Ausgang ein Kondensator C angeschlossen ist, der mit seiner anderen Elektrode an dem Minuseingang des Operationsverstärkers O 2 liegt, während der Plus-Eingang des Operationsverstärkers O 2 an einem aus zwei Widerständen 1 und 2 gebildeten, an der Betriebsspannung U _B liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist. Der Minuseingang des Operationsverstärkers O 2 ist an den Ausgang eines dritten, als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers O 3 (mit vorzugsweise kleiner Restspannung) über einen Widerstand 3 angeschlossen. Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers O 3 steht über einen Widerstand 4 mit dessen Plus-Eingang in Verbindung. Zwischen diesem Plus-Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers O 2 liegt ein Widerstand 5, während der Minus-Eingang des dritten Operationsverstärkers O 3 an einen über der Betriebsspannung U _B liegenden, aus den beiden Widerständen 6 und 7 gebildeten Spannungsteiler angeschlossen ist.

Die in Fig. 2 dargestellte, vom zweiten Operationsverstärker O 2 gelieferte Dreieck-Wechselspannung Ue läuft geradlinig zwischen den beiden durch die Betriebsspannung und den Spannungsteiler 6, 7 eingestellten Extremwerten hin und her und kann für die Auswertung wie eine harmonische Sinus-Schwingung angesehen werden. Die Amplitude der Spannung Ue ist unabhängig von der Belastung konstant, aber proportional zur angelegten Speisespannung U _B. Somit erübrigt sich eine Amplitudenregelung und Stabilisierung der Speisespannung. Die Ausgangsspannung Ua des ersten Operationsverstärkers O 1 ist dann proportional zur Meßinduktivität Ls, ändert sich bei veränderlicher Betriebsspannung jedoch ebenfalls proportional zu dieser.

Ein idealer Vollweg-Gleichrichter mit einem Glättungskondensator führt zu einer zu dem zu messenden Weg oder Winkel proportionalen Gleichspannung, die unabhängig von Temperatur- und von den Magnetfeld-Einflüssen eines den Weg einstellenden Stellwertes ist.

In der in Fig. 3 wiedergegebenen Zusammenstellung der Gesamtschaltung sind die vorher erläuterten Schaltungsgruppen nach Fig. 1 und Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 versehen. In Fig. 3 ist außerdem ein Vollweg- Gleichrichter vorgesehen, zu welchem ein vierter Operationsverstärker O 4 gehört, dessen Minus-Eingang über einen Widerstand 8 an den Ausgang des zur Quotientenbildung Ls/Lo verwendeten ersten Operationsverstärkers O 1 angeschlossen ist. An den Ausgang des vierten Operationsverstärkers O 4 sind zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Dioden D 1 und D 2 angeschlossen, von denen die Diode D 1 mit ihrer Kathode am Minus-Eingang des Operationsverstärkers direkt angeschlossen und die Diode D 2 mit dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers O 4 über einen Widerstand 9 verbunden ist. Für die Addition der anderen Halbwelle und zur Glättung der beiden gleichgerichteten Halbwellenzüge ist ein fünfter Operationsverstärker O 5 vorgesehen, der mit seinem Minus-Eingang über einen Widerstand 10 an die Diode D 2 und über einen Widerstand 11 an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers O 1 sowie über einen weiteren Widerstand 12 und einen zu diesem parallel liegenden Glättungskondensator C 2 mit dem Ausgang des fünften Operationsverstärkers O 5 verbunden ist. Dabei muß der Widerstand 11 den doppelten Wert vom Widerstand 10 besitzen, Widerstand 8 und 9 gleich sein, damit beide Halbwellen in gleicher Größe am Summenpunkt von O 5 eingehen. Am Ausgang des fünften Operationsverstärkers kann daher eine Gleichspannung U ₌ abgegriffen werden, die proportional zum Verhältnis der Induktivitätswerte Ls/Lo, d. h. proportional zu dem zu messenden Verstellwert ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Quotienten-Auswerteschaltung besteht darin, daß in linearer Zusammenhang zwischen der veränderlichen Induktivität Ls und der Ausgangsspannung über einen großen Induktivitätsbereich erreicht wird, wobei Temperatur- und Magneteinflüsse praktisch ausgeschaltet sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwischen den als Integrator arbeitenden Operationsverstärker O 2 und die Vergleichsspule Zo ein Spannungsfolger zur Erniedrigung der Belastung am Ausgang des Operationsverstärkers O 2 eingeschaltet. Dieser Spannungsfolger besteht aus einem sechsten Operationsverstärker O 6, dessen Plus-Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers O 2 direkt verbunden ist, während sein Minus-Eingang mit seinem Ausgang und der Vergleichsspule Zo unmittelbar verbunden ist. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, weitere Quotienten-Auswerteoperationsverstärker der bei O 1 angedeuteten Art an die am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers O 2 entstehende, symmetrische Dreieck-Spannung anzuschließen, die ebenfalls zur Quotientenbildung zwischen anderen induktiven Stellungsgebern und einer zugehörigen Referenz-Induktivität dienen.

Claims

1. Quotienten-Auswerteschaltung für einen Kurzschlußring-Weggeber oder -Winkelgeber, der auf einem Eisenkern eine Vergleichsspule mit fest eingestellter Induktivität und eine Meßspule mit einer Meßinduktivität trägt, die in Abhängigkeit von einem Weg oder Winkel - insbesondere eines Steuerorgans einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine - durch einen gegenüber dem Eisenkern verstellbaren Kurzschlußring veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die variable Induktivität (Ls) aufweisende Meßspule (Zs) in einem vom Ausgang eines Operationsverstärkers (O 1) zu dessen invertierendem Eingang führenden Stromkreis angeordnet ist und daß die Vergleichsspule (Zo) mit dem gleichen Eingang verbunden und an eine periodisch an- oder abschwellende Spannung angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Erzeugung einer Dreieck-Spannung (Ue) als periodisch an- oder abschwellender Spannung dienender Generator vorgesehen ist, der einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker (O 2) enthält, bei welchem zwischen dem Minus-Eingang und dem Ausgang ein Kondensator (C) angeordnet ist, sowie einen als Komparator wirkenden dritten Operationsverstärkers (O 3) aufweist, dessen Minus-Eingang an einer festen Vergleichsspannung liegt und dessen Plus-Eingang über einen Widerstand (5) an den Ausgang des Integrators sowie mit seinem Ausgang über je einen von zwei Widerständen (3, 4) mit seinem eigenen Plus-Eingang und mit dem Minus-Eingang des Integrators (O 2) verbunden ist. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des als Integrator arbeitenden zweiten Operationsverstärkers (O 2) und der Vergleichsspule (Zo) ein Spannungsfolger (O 6) angeordnet ist. 4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (O 1) ein Zweiweg-Gleichrichter (O 4) und eine mit diesem verbundene Glättungsschaltung (O 5) vorgesehen ist, wobei an den Ausgang des als Operationsverstärker ausgebildeten Gleichrichters (O 4) zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Dioden (D 1, D 2) angeschlossen sind und mit einer der Dioden über einen Widerstand (10) der Minuseingang des als Glättungseinrichtung vorgesehenen fünften Operationsverstärkers (O 5) angeschlossen ist. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch an- oder abschwellende Spannung (Ue) konstant und unabhängig von der Belastung in die Schaltung eingegeben wird und proportional der Betriebsspannung (U _B) ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die periodisch an- oder abschwellende Spannung (Ue) mehrere Auswerteschaltungen angeschlossen sind.