專利名稱：尤其用于可通過驅(qū)動器操縱的閥的位置調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述用于可通過驅(qū)動器操縱的閥的位置調(diào)節(jié)器。
由歐洲專利申請EP 0637713A1已知這種可通過驅(qū)動器操縱的閥所用的位置調(diào)節(jié)器。閥裝在管通中并通過與閥座配合作用的封閉體一個相應(yīng)的升程控制介質(zhì)的流通。一個氣動驅(qū)動器通過一連桿與封閉體連接。連桿上連接一杠桿，它作用在一個作為位置調(diào)節(jié)器的位置傳感器的電位器上。該電位器檢測調(diào)節(jié)機構(gòu)的實際位置。在位置調(diào)節(jié)器的一個調(diào)節(jié)單元內(nèi)，將此實際位置與一可預(yù)定的額定位置比較。根據(jù)獲知的偏差，調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生一個用于控制氣動驅(qū)動器的調(diào)節(jié)信號。額定值通過一個規(guī)格化的信號，例如4至20mA接口或數(shù)字式數(shù)組電報總線預(yù)先存入位置調(diào)節(jié)器中。也就是說，位置調(diào)節(jié)器的任務(wù)是將預(yù)定的調(diào)節(jié)機構(gòu)位置額定值轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈩訅毫π盘?，這一信號輸入氣動驅(qū)動器并造成連桿處于相應(yīng)的位置。
此外已知蝶形閥，其中蝶式活門的打開角借助一個旋轉(zhuǎn)式電位計檢測。在這種情況下位置調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個用于回轉(zhuǎn)驅(qū)動器的調(diào)節(jié)信號，該回轉(zhuǎn)驅(qū)動器操縱蝶式活門。
由于它們簡單和廉價的技術(shù)，往往采用滑塊電位器檢測位置，這種電位器的優(yōu)點是在電流消耗低的情況下比較簡單地產(chǎn)生一個可計算的電調(diào)節(jié)信號。例如一個用3V工作的10KΩ電位器最多只消耗300μA。調(diào)節(jié)機構(gòu)的往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動，通過相應(yīng)的連接件，例如通過旋轉(zhuǎn)桿和可以切換的齒輪傳動裝置，傳給電位器的旋轉(zhuǎn)軸，以及由滑塊引出的分壓傳給一個模擬或數(shù)字式調(diào)節(jié)單元的模擬入口?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動器轉(zhuǎn)角的檢測范圍通常最大為120°。對于往復(fù)式驅(qū)動器，檢測范圍最大15mm。直線運動同樣可借助一個轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)換為一個最大120°轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動。
在許多生產(chǎn)過程和動力工程的領(lǐng)域中，設(shè)備的無故障運行取決于所用調(diào)節(jié)閥完好的工作。因故障部件引起的設(shè)備或部分設(shè)備停止運行，會嚴重降低設(shè)備生產(chǎn)能力和可能的利用系數(shù)。因此，減少停機時間和提高設(shè)備可靠性，是設(shè)備經(jīng)濟地運行的重要目的。
為了檢測旋轉(zhuǎn)位置或直線位置經(jīng)常采用的電磁式滑塊電位器，基于其結(jié)構(gòu)，在長期工作穩(wěn)定性方面由于接觸道磨損和氧化以及在抗振強度方面都存在缺點。經(jīng)過較長期的準靜態(tài)工作，它的滑塊傾向于粘結(jié)。由于機械摩擦，滑塊和電阻層隨時間的推移磨損，或由于老化和氧化改變了其性能。在電磁式滑塊電位器中，旋轉(zhuǎn)運動或直線運動借助一貫通的軸傳遞。因此，防止環(huán)境影響的恰當?shù)耐鈿ぐ夥浅?fù)雜，而且其本身也涉及老化和磨損問題。
由EP 0680614B1已知一種用于檢測物體角度位置的設(shè)備。在此專利文件中說明的按大磁阻(GMR-)效應(yīng)的傳感器，由交替的硬磁性和軟磁性金屬層組成。這些層分別只有幾個原子層厚并涂覆(aufgesputtert)在硅載體材料上。這些傳感器的電阻與作用的磁場方向有密切的關(guān)系。因此用GMR傳感器能良好地檢測磁鐵角度位置的變化。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種尤其用于可通過驅(qū)動器操縱的閥的位置調(diào)節(jié)器，它的特點在于在生產(chǎn)成本低的同時改善了對干擾的不敏感性。
為達到此目的，前言所述類型的位置調(diào)節(jié)器具有在權(quán)利要求1特征部分中所述特征。在從屬權(quán)利要求中說明了這種位置調(diào)節(jié)器有利的進一步發(fā)展。
采用本發(fā)明克服了傳統(tǒng)電位器的缺點，因為采用了一種不接觸的電位器，它主要由一個磁鐵和一個磁阻傳感器組成。這種新型位置傳感器即使在靜態(tài)也能提供調(diào)節(jié)機構(gòu)準確的實際位置。輸出信號原本就很少的非線性也易于補償。在磁鐵與磁阻傳感器之間可按簡單的方式安裝隔板，以實現(xiàn)包封并因而防止環(huán)境影響。因此，此位置傳感器對污物和惡劣的環(huán)境極不敏感。磁鐵可在傳感器外殼的外部方便地固定在往復(fù)式或回轉(zhuǎn)式驅(qū)動器上，使其磁力線通過外殼壁作用在磁阻傳感器上。在傳感器外殼內(nèi)可組合一個計算電路，它根據(jù)磁阻傳感器的電阻變化，產(chǎn)生一個與磁鐵的轉(zhuǎn)角或直線行程成比例的電壓，并因而向調(diào)節(jié)單元提供一個與實際位置相應(yīng)的對干擾影響不敏感的信號。
按簡單的方式可在磁鐵與傳感器之間保持一個最小距離，以便尤其在GMR傳感器的情況下避免損壞硬磁性層，因為在這種傳感器類型中，磁場強度不允許超過15KA/m。通過這種新型位置傳感器的這種非接觸式原理，免除了滑塊電位器刮擦或粘結(jié)的問題。在電位計受到持續(xù)振動的應(yīng)用情況下，這種非接觸原理呈現(xiàn)出如在準靜態(tài)時同樣的優(yōu)點，在準靜態(tài)時電位器位置長時間不改變，而滑塊電位器的滑塊由于在行程內(nèi)小的調(diào)節(jié)擾動而被埋入電阻層并有可能在那里被鉤住。若磁鐵構(gòu)成與調(diào)節(jié)機構(gòu)連接的位置傳感器的運動部分，則它無需機械套管(mechanische Durchfuehrung)便可通過其在磁阻傳感器內(nèi)的磁場與調(diào)節(jié)運動耦合。通過相應(yīng)的連接件，可用簡單的方式保證運動部分準確地作旋轉(zhuǎn)或直線運動。
若磁鐵設(shè)計為永久磁鐵，則可以實現(xiàn)特別簡單的結(jié)構(gòu)，因為磁鐵不需要供電以及不增加位置傳感器的電流需求。
若采用一個所謂的各向異性磁阻傳感器，則可以獲得一種有利地顯著增大電阻的磁阻傳感器。在層的磁化相對于在傳感器層內(nèi)流動的測量電流的流動方向旋轉(zhuǎn)時，在這種傳感器類型中產(chǎn)生電阻改變，這種改變可以是普通的各向同性電阻的幾個百分點。從而使測量信號有足夠大的信號噪聲比。
若使用所謂的大磁阻(GMR-)傳感器，則帶來的優(yōu)點是，電阻改變在一個大的范圍內(nèi)與場強無關(guān)以及僅僅對磁場的方向靈敏地作出反應(yīng)。電阻與磁場方向的關(guān)系類似于余弦函數(shù)并因而在一個大的范圍內(nèi)近似直線。
按有利的方式，此同一種傳感器結(jié)構(gòu)既適用于作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的附件也適用于作為往復(fù)驅(qū)動器的附件，無需進行結(jié)構(gòu)性改變。為此，GMR傳感器按這樣的方式裝在外殼的邊緣區(qū)內(nèi)，即，此同一種傳感器為了檢測相對轉(zhuǎn)動至少能近似定位于在此情況下所設(shè)的磁鐵的旋轉(zhuǎn)軸線上，以及為了檢測相對移動可與在此情況下所設(shè)的一個磁鐵一起定位在一個基本上垂直于上述旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)。其中在傳感器與面朝磁鐵的外殼壁之間的距離優(yōu)選地約為5mm。由此保證遵守在磁鐵與傳感器之間所要求的最小距離。由于可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)和往復(fù)驅(qū)動器所以降低了后勤和倉儲管理的成本，因為只須儲存一種類型的GMR傳感器。
若在GMR傳感器的外殼內(nèi)安裝一溫度補償電路，則在溫度波動時可達到更高的測量精度。為了特別有效地補償溫度，GMR傳感器的電橋電阻可同時利用來作為溫度補償電路的測量電阻。由此完全消除了測量電阻與GMR傳感器之間的熱耦合問題。
按一種有利的方式，將GMR傳感器裝在印刷電路板的一側(cè)并將溫度補償電路設(shè)在同一塊印刷電路板的另一側(cè)。因此通常有比GMR傳感器構(gòu)件的外殼更大的外殼的溫度補償電路構(gòu)件，不一定要設(shè)在GMR傳感器與位置傳感器外殼面朝磁鐵的外側(cè)之間以及不影響它們的間距。所以在GMR傳感器構(gòu)件外殼的上邊緣與外殼外側(cè)之間允許有更小的距離。
若在GMR傳感器的外殼上設(shè)一個輔助定心裝置用于在裝配時調(diào)整磁鐵與傳感器的相對位置，則可用小量的費用實現(xiàn)磁鐵相對于GMR傳感器的準確定位。此輔助定心裝置可設(shè)計為一個能裝在磁鐵上并在裝配后重新取走的成型件，在裝配時它形狀封閉地裝入GMR傳感器外殼上的槽內(nèi)。在磁鐵和GMR傳感器固定后，重新取走此成型件。
運動部分與傳感器外殼在機械上形狀封閉的設(shè)計，保證了磁鐵與傳感器在空間位置上準確地配置。在這里兩個部分結(jié)合成一完整的位置傳感器可力封閉地(kraftschluessig)進行。按另一種方案，位置傳感器也可以構(gòu)成機械上一體的完整的位置傳感器塊，它包括具有磁鐵的運動部分、GMR傳感器和電子計算裝置(Auswerteelektronik)，并保證在磁鐵與GMR傳感器之間有規(guī)定的間距。原則上既能在機械上又能在電學(xué)上與運動部分完全分開的有源電子計算裝置，可以用小的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)一種對于電和機械的干擾影響能方便地予以屏蔽、能抗干擾且堅固耐用的位置傳感器電子裝置。其中磁鐵本身無需機械地穿過一隔板到達GMR傳感器外殼，而可與GMR傳感器處于一個共同的屏蔽室內(nèi)，該屏蔽室可防止靜電和電磁干擾。為了在極端干擾區(qū)內(nèi)使用，一個也包圍著磁鐵的相應(yīng)的外部屏蔽裝置可設(shè)計為一種可在需要時補充的構(gòu)件。
為了使調(diào)節(jié)單元不承受在位置傳感器調(diào)節(jié)機構(gòu)處可能存在的高溫，按有利的方式可將調(diào)節(jié)單元設(shè)在與GMR傳感器的外殼分開的第二外殼內(nèi)。在這種情況下，位置傳感器和調(diào)節(jié)單元通過一種用于傳輸調(diào)節(jié)機構(gòu)實際位置的媒介，例如通過電纜，互相連接起來。直線運動或旋轉(zhuǎn)運動的檢測直接在驅(qū)動器或調(diào)節(jié)機構(gòu)上通過在傳感器外殼內(nèi)的位置傳感器來進行，傳感器外殼用相應(yīng)的連接組件固定。傳感器外殼也可由一個位置傳感器的外殼構(gòu)成，在此用于分開的結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)只裝有位置傳感器的電路部分。位置調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)單元可離開一些距離地例如安裝在裝配管上或類似的輔助裝配裝置上，并通過電纜接頭與位置傳感器連接和通過一根或兩根氣動管道與氣動驅(qū)動器連接。若調(diào)節(jié)機構(gòu)的環(huán)境條件超過針對此調(diào)節(jié)單元的規(guī)定值，則比較合理的是將位置傳感器和調(diào)節(jié)單元裝在分開的外殼內(nèi)。這種情況例如發(fā)生在，由于熱流動介質(zhì)使閥或驅(qū)動器處于高溫下；在閥或驅(qū)動器處于強烈搖擺或振動的情況下；或，當在閥或驅(qū)動器處只存在較小的位置用于安裝整個位置調(diào)節(jié)器時。
此新型位置調(diào)節(jié)器的另一些優(yōu)點包括，由于其低的功率需求和能方便地集成的保護電路可使用于有爆炸危險的地區(qū)；寬的供電電壓公差范圍；由于組合有屏蔽裝置和EMI過濾器可將外部的干擾影響減少到最低程度；在饋電電流小的情況下使溫度影響降到最小程度；磁滯的最小化及其穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性作為在磁鐵與GMR傳感器之間的轉(zhuǎn)角以及場強的函數(shù)。
由于GMR傳感器的同型元件的參數(shù)差異(Exemplarstreuung)造成的磁滯和小量非線性的小的波動，在應(yīng)用于作為位置調(diào)節(jié)器中的位置傳感器時是無關(guān)緊要的。當實際位置應(yīng)作為信息通過位置調(diào)節(jié)器輸給設(shè)備的另一些部件時，輸出信號可根據(jù)已知的該GMR傳感器的線性和磁滯特性線方便地修正和有效地過濾。為此，在需要時可將GMR傳感器由給定元件的特性所決定的(exemplarspezifischen)修正數(shù)據(jù)儲存在位置調(diào)節(jié)器的一個微控制器內(nèi)。為了簡化線性及磁滯誤差的修正，針對給定元件檢測以及儲存五個在標準條件下提取的特征支持值就夠了，這些支持值例如可位于特性線最大斜度變化的位置上。為了準確地修正，全部有所要求分辯率的特性線也可以儲存在一可連續(xù)讀出的、借助GMR傳感器轉(zhuǎn)交的以及通過識別標記與GMR傳感器相配置的存儲介質(zhì)內(nèi)。存儲介質(zhì)的內(nèi)容可例如在裝配GMR傳感器時輸入微控制器內(nèi)。
下面借助附圖所示本發(fā)明的實施方式詳細說明本發(fā)明及其擴展設(shè)計和優(yōu)點。附圖中

圖1表示一調(diào)節(jié)閥；圖2表示一位置傳感器的線路方框圖；圖3表示一個用于溫度補償?shù)碾娐?；圖4表示一個放大和偏移調(diào)整電路；圖5表示帶有圖3和圖4所示電路的扁平組件；圖6表示用于圖5所示扁平組件的金屬屏蔽罩；圖7表示金屬屏蔽罩展開后的俯視圖；圖8表示金屬屏蔽罩展開后的側(cè)視圖；圖9表示一個GMR傳感器的外殼；圖10表示用于圖9所示外殼的擋蓋；圖11表示角度位置傳感器的下側(cè)視圖12表示圖11所示角度位置傳感器的側(cè)視圖；圖13表示直線位置傳感器的下側(cè)視圖；以及圖14表示圖13所示直線位置傳感器的側(cè)視圖。
按圖1，在一個未進一步表示的工程技術(shù)設(shè)備的管道1中加裝一閥2，它通過一個與閥座3配合工作的封閉體4相應(yīng)的升程運動控制介質(zhì)5的流通。該升程由一氣動驅(qū)動器6產(chǎn)生并借助一閥桿7傳給封閉體4。驅(qū)動器6通過一支架8與閥2的外殼連接。在支架8上安裝一位置傳感器9，該位置傳感器在輸入側(cè)通過一個在閥桿7上導(dǎo)引的連接段10檢測升程并產(chǎn)生一個與該升程相應(yīng)的模擬的輸出信號11。在氣動驅(qū)動器6內(nèi)有一塊基本上水平延伸的薄膜，該薄膜將一個上部腔與一下部腔隔開。下部腔通過管道12與調(diào)節(jié)單元13連接，調(diào)節(jié)單元裝在一個與位置傳感器9的外殼分開的外殼中。在上部腔內(nèi)裝有一彈簧，它逆下部腔的壓力作用并在無壓力狀態(tài)下將閥2關(guān)閉。通過控制在調(diào)節(jié)單元13中的閥，可以將經(jīng)管道14供入的具有壓力P的進氣通過管道12引入下部腔內(nèi)，或經(jīng)管道15向周圍排氣。調(diào)節(jié)單元13將通過信號11獲得的在調(diào)節(jié)技術(shù)中可稱為調(diào)節(jié)機構(gòu)的閥桿7的實際位置，與通過數(shù)據(jù)接口16從數(shù)組總線17輸入的額定值進行比較，并通過相應(yīng)地調(diào)整在管道12中的氣流，調(diào)節(jié)可能存在的調(diào)節(jié)差。連接段10通過一杠桿臂實現(xiàn)，該杠桿臂插在兩個裝在閥桿7的銷釘之間并因而跟隨閥桿7的往復(fù)運動。一塊固定在此杠桿上的磁鐵18可轉(zhuǎn)動地支承在位置傳感器9的其中還包括一GMR傳感器的外殼內(nèi)，并通過杠桿使磁鐵作與閥桿7的升程對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動。位置傳感器9固定在支架8上并因而承受有可能高的環(huán)境溫度，而調(diào)節(jié)單元13可遠離支架8固定在不那么惡劣的環(huán)境中，例如固定在一根圖1中未表示的裝配管內(nèi)。由此擴展了通常含有氣動控制用靈敏閥的位置調(diào)節(jié)器的使用范圍。
圖2表示一個集成在位置傳感器9(圖1)中帶有GMR傳感器的計算電路的原理簡圖。原則上GMR傳感器取決于磁場方向的電阻改變的計算電路，由一個用于向測量電橋供電和用于溫度補償?shù)碾娐?0(它本身還包含測量電橋)以及一個用于信號預(yù)處理的電路21組成，該信號預(yù)處理包括對由電路20提供的電橋輸出信號dU形成偏置(offsetbildung)和增強。電路21產(chǎn)生一個例如數(shù)值范圍從0.1至2.5V的輸出信號22，它代表調(diào)節(jié)機構(gòu)的實際位置。此輸出信號22與圖1中的信號11對應(yīng)。在圖2中未表示另一些電路部分，例如EMI過濾器和冗余的電流和電壓限制器，它們處于電路的連接支線內(nèi)，用于抗干擾和避免可能招致爆炸危險的不可允許的工作狀態(tài)。整個計算電路的特點在于小于300μA的特別小的電流需求。
圖3是電路20(圖2)的詳細圖，電路20用于對GMR傳感器30進行溫度補償和供電。GMR效應(yīng)限決于溫度。電橋輸出電壓dU可用下列公式近似dU(α,T)=12·ΔRR0(T0)·[1+TkΔR/Ro_hn·(T-T0)+TkΔR/Ro_Q·(T-T0)2]·Ub(T)·cos(α)+UoffdU(T)~Ub·[f(T)]]]>式中α-在磁場方向與GMR傳感器之間的夾角，T-GMR傳感器30的溫度，T0-20℃R0-20℃時的電阻，TkΔR/R0-lin和TkΔR/R0-Q-補償溫度，以及Uoff-偏置電壓。
為了防止GMR傳感器30的電橋輸出電壓dU隨溫度下降，相應(yīng)地提高電橋的供電電壓Ub。這一功能通過圖3中所示的電路實現(xiàn)。此電路在沒有電阻Rkomp的情況下意味著是電流Ib恒定的電源，該電流通過一個電阻R1和在一個分壓器處的電壓調(diào)整，該分壓器由電阻R4和R5以及R3構(gòu)成。分壓器被饋予一電壓Vref＝2.5V。因為GMR傳感器電橋的電阻Rsen隨溫度增大，但在電橋輸出處隨磁場方向改變的電壓dU大約下降兩倍，所以此電壓增高不足以通過恒定電源使電橋輸出電壓dU的幅值與溫度無關(guān)地保持為常數(shù)。因此，此電壓增高通過借助于電阻Rkomp的正反饋按這樣的方式調(diào)整，即，使得通過此正反饋平衡在傳感器電橋處傳感器效應(yīng)的衰減。GMR傳感器30的電橋電阻在此本身用作溫度傳感器。為了最佳地補償溫度，Rkomp按下式確定Rkomp=Rsell(T0)·(R3R4+R3R5+R4R5)R1(R4+R5)·1(1C-1D)]]>(1[1-50TkΔR/Ro_lin+2500TkΔR/Ro_Q]-1[1+60TkΔR/Ro_lin+3600TkΔR/Ro_Q])]]>其中C＝[1-50TkΔR/Ro_lin+2500TkΔR/Ro-Q][I-50TkRsen_lin+2500TkRsen_Q]D＝[1+60TkΔR/Ro_lin+3600TkΔR/Ro_Q][I+60TkRsen_lin+3600TkRsen_Q]
此電路的特點在于，在恰當選擇電阻R1、R3、R4和R5的情況下，在溫度補償有高精度的同時，電流消耗量特別低。
GMR傳感器30(圖3)的輸出信號dU與圖4中表示的對其進行放大和偏置調(diào)整的電路匹配。一個用供電電壓Ucc＝3V工作的運算放大器40，與一個包括電阻Roff和R9在內(nèi)并在其上被施加有一個基準電壓Uref＝2.5V的分壓器一起，共同用于偏置調(diào)整。在運算放大器40輸出側(cè)獲得的輸出電壓被輸送給一個差分放大器41，該差分放大器用于調(diào)整放大。該差分放大器41同樣用供電電壓Ucc＝3V工作。以此方式，將存在的微分信號dU從約3mV放大到1.2V并提高到1.3V的平均電位。對應(yīng)于圖1中的信號11的一個輸出信號42具有從0.1至2.5V的數(shù)值范圍。一個放大器電阻Rgain按這樣的方式確定其大小，即，使GMR傳感器30(圖3)輸出信號dU的數(shù)值范圍可比照輸出信號42的數(shù)值范圍。此電路的特點仍在于特別小的電流消耗。在該位置傳感器與一用于將電路部分工作所需的電能與信息信號共同傳輸?shù)臄?shù)組總線結(jié)合使用時，這一點尤為重要。即便在位置調(diào)節(jié)器采用一個4至20mA的接口時，電路部分低的電流消耗也有其特殊意義，因為這種位置調(diào)節(jié)器只須約4mA的工作電流就夠了。
圖5表示一個GMR傳感器50和一個計算電路在一塊印刷電路板52上空間布局方案。GMR傳感器50裝在本圖中為了更清楚地說明表示成透明的印刷電路板52背對的下側(cè)上，而計算電路的構(gòu)件51則裝配在上側(cè)。由此做到在確定GMR傳感器50的上邊緣與外殼外側(cè)之間的距離時不必考慮計算電路較高的構(gòu)件51。在印刷電路板52的前緣處配備四個焊片53，電纜55的電纜端54焊在焊片上。電纜的兩根芯線用于輸出出口信號(圖1中的11)，另外兩根芯總用于向位置傳感器的電子電路部分供電。
作為所述帶有一個GMR傳感器50的實施方式的替換方案，傳感器也可設(shè)計為所謂的各向異性磁阻傳感器。計算電路的電路原理可與之無關(guān)地保持不變。
如此裝備的扁平組件56裝入一金屬屏蔽罩60內(nèi)，該屏蔽罩在圖6中表示其處于折疊狀態(tài)，而在圖7和8中表示處于展開狀態(tài)。
在這些圖中用同樣的附圖標記表示相同的部分。為了位置正確地安放扁平組件56，設(shè)有三個焊接用插銷61、62和63，它們插入印刷電路板52上與此對應(yīng)的孔內(nèi)并在那里在裝配時焊接。在焊接印刷電路板52后，折疊好金屬屏蔽罩和將電纜55嵌入接線片64、65和66內(nèi)并在那里用夾緊力固定。在GMR傳感器50的所在區(qū)內(nèi)，金屬屏蔽罩60內(nèi)開設(shè)一個基本上半圓形的缺口67，以便磁場能穿過金屬屏蔽罩60并達到GMR傳感器50。缺口68用于金屬屏蔽罩60在外殼90內(nèi)的準確定位，外殼90表示在圖9中。缺口68在插入外殼90時被推套在一肋上，在圖9中該肋被外殼上側(cè)覆蓋。在完成定心后，此肋處于缺口68的槽69內(nèi)。GMR傳感器50的外殼90例如用塑料或非鐵磁性的能使扁平組件56免受環(huán)境影響的材料制成。與此同時，此外殼90提供位置傳感器在使用地點固定的可能性。為了方便地固定在標準化的連接裝置上，設(shè)有兩個螺釘?shù)陌惭b孔91和92以及在外殼90上裝有一定位銷93。在圖9中定位銷93被遮蓋，僅在從下方描述外殼的圖11和13中可以看到。由于這些固定的可能性，在任何情況下均可實現(xiàn)位置傳感器相對于調(diào)節(jié)機構(gòu)的穩(wěn)定的配置。
在裝備有扁平組件56并折疊好的金屬屏蔽罩60插入外殼90中后，外殼90用一個在圖10中表示的擋蓋100封閉，該擋蓋具有與外殼內(nèi)側(cè)對應(yīng)的導(dǎo)片101至104。
基于電磁相容性的理由，亦即為避免計算電路受電磁干擾的影響和防止電磁波的輻射，金屬屏蔽罩60裝在扁平組件56與外殼90之間。作為所表示的實施方式的替換方案，電磁屏蔽通過塑料外殼的金屬化或通過使用添加金屬纖維的塑料實現(xiàn)。不過在這種情況下所采用的材料不應(yīng)影響GMR傳感器的工作，在GMR傳感器的區(qū)域內(nèi)不存在鐵磁特性。
扁平組件56為了更好地受保護和為了在有爆炸危險的區(qū)域內(nèi)使用，可在外殼90內(nèi)加一種絕緣填料。
用于連接位置傳感器與調(diào)節(jié)單元的四芯電纜55可根據(jù)使用狀況設(shè)計為簡單屏蔽或雙重屏蔽。電纜屏蔽與扁平組件56和/或金屬屏蔽罩60的電連接可按簡單的方式實現(xiàn)。
在圖11至14中表示了磁鐵相對于外殼90的空間位置。為了檢測轉(zhuǎn)角，一塊磁鐵94大體在中央處于外殼90內(nèi)一個基本上半圓形槽95的下方。槽95意味著是一個輔助定心裝置，用于調(diào)整磁鐵94與GMR傳感器50的相對位置，GMR傳感器處于外殼90內(nèi)。為此，在槽95內(nèi)可放入一個形狀閉合的定位工具，工具內(nèi)裝有磁鐵94。在將磁鐵固定安裝在一個圖11和12中未進一步表示的運動部分上之后，磁鐵94被定心并可取走定位工具。磁鐵94的旋轉(zhuǎn)軸線在圖11中垂直于圖紙平面。磁鐵94的可旋轉(zhuǎn)性用箭頭96表示。在圖12中該旋轉(zhuǎn)軸線通過磁鐵94的中心沿水平方向延伸。圖13和14表示用于檢測直線運動的磁鐵97的布局。直線運動用一移動箭頭98表示。磁鐵97在這里與裝在外殼90內(nèi)部的GMR傳感器50一起基本上處于一個垂直于上述旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)，這一平面平行于圖13的圖紙平面。仍可通過設(shè)計為與槽95和與磁鐵97形狀封閉的定位工具，較容易地使磁鐵準確定位。通過選擇GMR傳感器50在其外殼90內(nèi)的布局，使得此同一個GMR傳感器既適用于檢測轉(zhuǎn)角又適用于檢測直線運動，無需對其外殼作結(jié)構(gòu)性改變。磁鐵94和97裝在以及為了防止環(huán)境影響澆注在一個圖中未表示的塑料件內(nèi)。磁鐵94和97在圖中未表示的運動部分中的導(dǎo)引在結(jié)構(gòu)上與具體的安裝條件相適應(yīng)，所以調(diào)節(jié)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)或直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之對應(yīng)的磁鐵94或97的旋轉(zhuǎn)或直線運動。
權(quán)利要求
1.一種尤其用于可通過驅(qū)動器(6)操縱的閥(2)的位置調(diào)節(jié)器，它包括一個用于檢測調(diào)節(jié)機構(gòu)(7)實際位置的位置傳感器(9)和一個調(diào)節(jié)單元(13)，后者用于將實際位置與可預(yù)定的額定位置進行比較并產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號，其特征在于作為位置傳感器(9)采用一塊磁鐵(18)和一個磁阻傳感器(50)，它們對應(yīng)于調(diào)節(jié)機構(gòu)(7)的運動可彼此相對轉(zhuǎn)動或移動。
2.按照權(quán)利要求1所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述磁鐵(18)設(shè)計為永久磁鐵。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述傳感器設(shè)計為所謂的各向異性的磁阻傳感器。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述傳感器設(shè)計為所謂的大磁阻(GMR-)傳感器。
5.按照權(quán)利要求4所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述GMR傳感器(50)按這樣的方式裝在外殼(90)的邊緣區(qū)內(nèi)，即，為了檢測相對運動，此傳感器(50)至少能近似定位于在此情況下所設(shè)的磁鐵(94)的旋轉(zhuǎn)軸線上；以及，為了檢測相對移動，此傳感器可與在此情況下所設(shè)的磁鐵(97)一起定位在一個基本上垂直于上述旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求5所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于在所述GMR傳感器(50)的外殼內(nèi)裝有一溫度補償電路。
7.按照權(quán)利要求6所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述GMR傳感器(30)的電橋電阻是溫度補償電路的測量電阻。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述GMR傳感器(50)裝在印刷電路板(52)下側(cè)，而溫度補償電路則設(shè)在該印刷電路板的上側(cè)。
9.按照權(quán)利要求5至8中任一項所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于在所述GMR傳感器(50)的外殼(90)上設(shè)有一個輔助定心裝置(95)，用于在裝配時調(diào)整磁鐵(94、97)與傳感器(50)的相對位置。
10.按照權(quán)利要求5至9中任一項所述的位置調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)單元(13)設(shè)在與GMR傳感器(50)的外殼(90)分開的第二外殼內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其用于可通過驅(qū)動器操縱的閥的位置調(diào)節(jié)器，它包括一個用于檢測調(diào)節(jié)機構(gòu)(7)實際位置的位置傳感器(9)和一個調(diào)節(jié)單元(13)，后者用于將實際位置與可預(yù)定的額定位置進行比較并產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號。作為位置傳感器采用一塊有磁阻傳感器，優(yōu)選地有GMR傳感器的磁鐵(18)。此位置傳感器(9)與傳統(tǒng)的滑塊電位器相比對污物和磨損不太敏感。因此這種位置調(diào)節(jié)器故障率低。
文檔編號G05B19/29GK1422369SQ01807596
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月4日
發(fā)明者沃爾夫?qū)た巳R門斯, 克勞斯·菲布爾科恩, 格哈德·克萊伯特, 克勞斯·路德維格, 安德烈－海因里希·邁恩霍夫, 霍爾格·施馬迪克 申請人:西門子公司