專利名稱：角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置，特別是極適合于流量控制閥的閥開度的控制中使用的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和使用該溫度信息檢測裝置的位置檢測裝置。
以往，在寮控制閥中，用角度傳感器檢測其閥開度，由作為閥開度控制裝置的定位裝置主體根據上述檢測的閥開度和從外部供給的閥開度設定值計算閥開度的控制量，根據上述控制量自動地調整使閥開度與上述閥開度設定值一致。
圖3是表示現有的流量控制裝置的結構圖，圖中，51是流量控制閥，52是固定空氣調節器53和流量控制閥51的支架，54是由上述空氣調節器53驅動的閥驅動軸，55是突出地設置在上述閥驅動軸54的指定位置的銷釘。56是固定在上述支架52的一部分上的角度傳感器，輸出與流量控制閥51的閥開度即閥門位置相應的位置信號。作為這樣的角度傳感器，可以使用例如特開平11-83422號公報所公開的結構。另外，該角度傳感器56的結構是多個磁阻元件組裝成橋路，輸入電壓加到其一邊相對的2個端子上，而另一邊相對的2個端子作為輸出端子。
57是用于將與上述流量控制閥51的閥門位置相應的開度信息向上述角度傳感器56輸入的反饋控制桿，一端固定在角度傳感器56的轉動軸上另外，在該反饋控制桿57上形成狹縫57a，上述銷釘55可以與該狹縫57a滑動嵌合，將閥驅動軸54的往復運動變換為旋轉運動。58是作為上述閥開度控制裝置的定位裝置主體，與角度傳感器56一起安裝到固定在支架52上的機箱中。59是溫度信息檢測用的傳感器，品質在構成上述定位裝置主體58的基板上。作為用于使空氣調節器53動作的控制空氣的源的壓縮空氣從外部送入該定位裝置主體58中，另外，從位于遠離位置的控制器通過通信傳輸閥開度設定值。另外，從角度傳感器56輸出的與上述流量控制閥51的閥門位置相應的位置信號輸入該定位裝置主體58。
下面，說明其動作。
在定位裝置主體58中，將由角度傳感器56檢測的與流量控制閥51的閥門位置相應的位置信號與從外部供給的閥開度設定值進行比較，根據該比較結果將從壓縮空氣生成的控制空氣送入空氣調節器53，由空氣調節器53驅動閥驅動軸54，進行流體的流量控制，從而將流量控制閥51的閥門位置控制為與上述從外部供給的閥開度設定值一致。
另外，在定位裝置主體58中，在由流量控制閥51進行流量控制的流體的溫度與常溫大不相同時，用于熱傳導，定位裝置主體58和角度傳感器56本身的溫度將從流量控制閥51通過支架52商品到影響，從而將與常溫大不相同，用于構成角度傳感器56的磁阻元件的溫度特性的變化，該角度傳感器的輸出將發生變化。因此，根據配置在定位裝置主體58的基板上的熱敏電阻等溫度補償用的溫度傳感器59的檢測信號進行溫度特性補償計算，用于補償上述角度傳感器56的輸出的變化。例如，可以使用特開平11-194160號公報公開的磁阻元件用放大電路。這時，用于定位裝置主體58和角度傳感器56設置在同一機箱內，所以，可以視為該機箱內的溫度是均勻的。另外，溫度傳感器59也兼作搭載在定位裝置主體58上的電路元件的溫度補償。
在現有的結構中，定位裝置主體58和角度傳感器56安裝在同一機箱內，固定在支架52上，為了測量機箱內的溫度，需要溫度傳感器59。另外，用于設置環境的原因，有時要求僅將定位裝置主體58分離出來設置到別的場所。然而，在定位裝置主體58與角度傳感器56分離的結構中，由上述溫度傳感器59檢測的溫度是定位裝置主體58的基板上的溫度，不能視為與設置場所不同的角度傳感器56的溫度相同。
因此，在定位裝置主體58與角度晨56分離的結構中，必須將與上述溫度補償用的傳感器59相同的溫度傳感器(圖中未示出)重新配置到由角度傳感器56的磁阻元件構成的橋路附近。這樣，就分別需要用于將從角度傳感器56輸出的與流量控制閥51的閥門位置相應的位置信號向定位裝置主體58傳輸的電纜和用于將從重新設置的溫度傳感器輸出的角度傳感器56附近的溫度信息向定位裝置主體58傳輸的電纜，溫度傳感器也需要2個，所以，結構將復雜化。
另外，由定位裝置主體58對從角度傳感器56傳送來的上述位置信號和從上述溫度補償用的傳感器59輸出的溫度信息等進行的信號處理，由A/D變換器將上述位置信號和溫度信息從模擬信號變換為數字信號，通常是通過數字信號處理進行的，所以，進行A/D變換的輸入信號的種類很多，需要使用信道數多的A/D變換器，從而成本將提高。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，目的旨在提供不另外設置溫度傳感器而可以直接求出角度傳感器的溫度的角度傳感器的溫度信息檢測裝置。
本發明的角度傳感器的溫度補償裝置的特征在于具有向橋路供給恒定電流的恒定電流供給單元和根據上述橋路的橋中點電位取得與上述橋路周圍的溫度相應的溫度信息的溫度信息檢測單元。
溫度信息檢測單元的特征在于根據橋路的2個橋站電位的相加結果取得與上述橋路周圍的溫度相應的溫度信息。
本發明的位置檢測裝置的特征在于具有向橋路供給恒定電流的恒定電流供給單元和根據上述橋路的橋站電位取得上述橋路周圍的溫度信息的溫度信息檢測單元。
溫度信息檢測單元的特征在于根據橋路的2個中點電位的相加結果取得上述橋路周圍的溫度信息。


圖1是表示應用本發明實施例1的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置的定位裝置主體與角度傳感器分離的結構的流量控制閥的結構圖。
圖2是用于控制包含本發明實施例1的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置的流量控制閥1的閥開度的系統結構圖。
圖3是表示電位裝置主體與角度傳感器分離的結構的流量控制閥的結構圖。
圖4是表示角度傳感器的主要部分的斜視圖。
圖5是磁阻元件的平面圖。
下面，說明本發明的實施例。
實施例1.
在實施例1中，根據供給恒定電流的角度傳感器的輸出檢測流量控制閥的閥開度。并且，根據上述檢測的閥開度和從外部供給的閥開度設定值自動地進行調整，使上述流量控制閥的閥開度與上述閥開度設定值一致。此外，不另外設置溫度傳感器，而利用上述角度傳感器的輸出進行這時的溫度補償。
圖1是表示應用實施例1的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置的定位裝置主體與角度傳感器分離的結構的流量控制閥的結構圖。與上述現有例圖3比較，在圖1損失的本發明的實施例中，不同的是定位裝置主體8的機箱與角度傳感器6的機箱分離設置和定位裝置主體8的內部結構，而其他結構一致。圖中，1是流量控制閥，3是空氣調節器，2是將流量控制閥1和空氣調節器3相互結合而固定的支架，4是由上述空氣調節器3直線驅動的閥驅動軸。流量控制閥1的閥開度隨閥驅動軸4的上下移動的位置而變化，用以調整流體的流量。5是突出地設置在上述閥驅動軸4的指定位置的銷釘，6是固定在上述支架2的一部分上的角度傳感器，輸出與流量控制閥1的上下移動的位置即閥開度相應的位置信號。另外，該角度傳感器6的結構是多個磁阻元件組裝成橋路，從恒定電流供給單元向一邊相對的2個端子供給恒定電流，而將另一邊的2個端子作為輸出端子。
7是用于使角度傳感器6的轉動軸轉動到與流量控制閥1的閥門位置相應的角度的反饋控制桿，其一端固定在角度傳感器6的上述轉動軸上。另外，在該反饋控制桿7上構成狹縫7a，上述銷釘5可以與該狹縫7a滑動嵌合。利用該反饋控制桿7和閥驅動軸4的銷釘5與其狹縫7a嵌合的機構，閥驅動軸4的直線的往復運動變換為角度傳感器6的上述轉動軸的旋轉運動。
圖4是表示角度傳感器的主要部分的斜視圖。固定在圖中未示出的安裝部件上的角度傳感器40配置安裝在磁路形成體65上的磁鐵61、63，并將該磁路形成體65的中央固定到轉動軸67上。這里，角度傳感器40是磁傳感器，具有加到其兩個方向的磁力線的方向在其面內變化時電阻值發生變化的功能。另外，兩個磁鐵61、63的N、S極配置為其磁力線平行地向角度傳感器40的兩面入射。并且，使轉動軸67旋轉時，兩個磁鐵61、63與磁路形成體65一起在角度傳感器40的周圍轉動，這樣，向角度傳感器40入射的磁力線的方向發生變化，于是，該角度傳感器的電阻值發生變化，從而可以檢測轉動軸67的旋轉角。
圖5是表示磁阻元件40的平面圖。該磁阻元件40是由曲折地形成的4個磁阻元件圖形r1、r2、r3、r4的曲折方向交替地正交而點對稱地在基板49上形成的。并且，在磁場加到例如圖5所示的箭頭A方向時，則與其平行的磁阻元件圖形r1、r4的電阻值最大，同時，與其垂直的磁阻元件圖形r2、r3的電阻值最小。另外，磁場加到圖5所示的箭頭B方向時，情況則正好相反。由這4個磁阻元件圖形r1、r2、r3、r4構成圖2所示的橋路13，同時，將輸入電流加到磁阻元件40的一邊相對的2個端子51、55上，而將另一邊相對的2個端子53、57作為輸出端子。并且，例如像圖4所示的那樣，如果將永久磁鐵61、63配置在上述磁阻元件40的兩側，使固定該永久磁鐵61、63的磁路形成體65的轉動軸67轉動，則兩個永久磁鐵61、63就在磁阻元件40的周圍轉動，從而各磁阻元件圖形r1～r4的電阻值發生變化。
8是作為上述閥開度控制裝置的定位裝置主體。作為用于使空氣調節器3動作的控制空氣的源的壓縮空氣從外部送入該定位裝置主體8，另外，從位于遠離位置的控制器通過通信傳送來閥開度設定值。另外，向角度傳感器6的上述橋路的上述輸入端子供電時，就輸入作為上述輸出端子的輸出的橋中點電位V1、V2。
雖然與本發明沒有直接關系，但是，定位裝置主體8利用4-20mA電流傳輸方式與上述遠離的控制器進行通信，同時，從遠離的控制器接收電力供給。為了補償這樣的電路(圖中未示出)的溫度特性，設置了溫度傳感器9。
圖2是用于控制包含實施例1的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置的流量控制閥1的閥開度的系統結構圖。在圖2中，對于與圖1相同或相當的部分編譯相同的符號，并省略其說明。
圖中，12是發生作用于角度傳感器6的磁場的磁場發生單元，例如是永久磁鐵，可以相對于由磁阻元件構成的上述橋路相對轉動。13是角度傳感器6的上述橋路，在其越相對的邊上配置磁阻元件14、17，在其另一邊的相對的邊上配置磁阻元件15、16。另外，從恒定電流供給單元20向其一邊相對的2個端子供給恒定電流，而將其另一邊相對的2個端子作為輸出端子。
在角度傳感器6中，各磁阻元件的電阻值隨磁場發生單元發生的磁通與各磁阻元件14、15、16、17交叉的角度而變化，從上述輸出端子取出這時的橋中點電位V1、V2。因此，上述磁場發生單元12預先設置根據流量控制閥1的閥開度相對于上述橋路13轉動的機構。該機構是一端固定在角度傳感器6的轉動軸上的反饋控制桿7和閥驅動軸4的銷釘5與其狹縫7a嵌合的結構，這樣，閥驅動軸4的擇往復運動就變換為角度傳感器6的上述轉動軸的旋轉運動，從而磁場發生單元12就相對于上述橋路13轉動。
定位裝置主體8通過4-20mA通信線從外部接收電力供給，同時，與外部進行通信。信號變換單元29從4-20mA輸入信號中取出通信用的信號。在圖2中，取出設定值SP，供給控制單元26。另外，恒定電壓發生源28根據4-20mA輸入信號形成恒定電壓Vcc的電源。圖中雖然未示出，但是，定位裝置主體8內部的電氣結構接收恒定電壓發生源28的電力供給而動作。恒定電流供給電源20向角度傳感器6的橋路13供給恒定電流。作為具體例子，就是采用將差動放大器的輸出供給橋路13的一端而將另一端A向差動放大器的反相輸入側反饋、同時向差動放大器的非反相側輸入基準電壓Vr的結構。電流Ic通過橋路13和電阻器Rc而接地，所以，橋路13與電阻器Rc的連接點A(差動放大器的反相輸入)的電位是Rc·Ic。差動放大器調整輸出使該接地A的電壓保持為基準電壓Vr，所以，Vr＝Rc·Ic成立。由于Vr和Rc一定，所以，Ic也一定。21是A/D變換器，將從角度傳感器6作為模擬信號而輸出的上述橋中點電位V1、V2變換為數字信號。22是用于變換為上述數字信號的橋中點電位V1、V2之差的減法運算單元，23是用于將上述橋中點電位V1、V2相加的加法運算單元(溫度信息檢測單元)。24是根據上述減法運算單元22的輸出檢測控制閥開度的流量控制閥1的閥門位置的位置信息檢測單元。25是根據上述加法運算單元23的輸出檢測角度傳感器6的橋路13的溫度并根據上述檢測的溫度補償上述位置信息檢測單元24檢測的流量控制閥1的閥門位置的溫度補償單元(溫度信息檢測單元)。26是根據上述位置信息檢測單元24輸出的流量控制閥1的閥門位置和從外部的控制器供給的流量抗爭1的閥門位置的外部設定值計算對上述流量控制閥1的閥門位置的控制量并作為控制信號而輸出的控制單元。在本實施例中，22～26的單元全部利用在CPU上動作的程序而實現。27是根據上述控制信號控制噴嘴活門機構、根據壓縮空氣生成控制空氣并供給空氣調節器3的電空變換單元。
下面，說明其動作。
構成角度傳感器6的橋路13的磁阻元件的電阻值，對于磁阻元件14、17，由R/2+(ΔR·cos2θ)/2表示，對于磁阻元件13、15，由R/2-(AR·cos2θ)/2表示。其中，R是磁阻元件的電阻值的最大值與最小值之和，ΔR是上述磁阻元件的電阻值的最大值與最小值之差，θ是磁阻元件的長度方向與磁通交叉的角度。另外，在該橋路13中，(磁阻元件14的電阻值)+(磁阻元件16的電阻值)＝(磁阻元件15的電阻值)+(磁阻元件17的電阻值)，在由橋路13的磁阻元件14、16構成的電路和由磁阻元件15、17構成的電路中分別流過Ic/2的電流。
結果，從角度傳感器6輸出由包含與磁阻元件的溫度有關的成分和與由磁場發生單元12發生的磁通與磁阻元件交叉的角度θ有關的成分的學式表示的橋中點電位V1、V2，即輸出由V1＝(R·Ic/4)-(ΔR·Ic·cos2θ)/4、V2＝(R·Ie/4)+(ΔR·Ic·cos2θ)/4表示的橋中點電位V1、V2。其中，R·Ic/4是與上述磁阻元件的溫度有關的成分，(ΔR·Ic·cos2θ)/4是與上述磁阻元件的溫度和上述角度θ有關的成分。
橋中點電位V1、V2由A/D變換器21變換為數字信號，由減法運算單元22計算上述橋中點電位V1、V2之差，求出與角度θ有關的成分，并將該減法運算結果V1-V2輸入位置信息檢測單元24。在位置信息檢測單元24中，根據該減法運算結果V1-V2求出流量控制閥1的現在的閥門位置。
另一方面，從角度傳感器6輸出的變換為數字信號的上述橋中點電位V1、V2也供給加法運算單元23，由加法運算單元23計算上述橋中點電位V1、V2之和，求出與角度θ無關的加法運算結果V1+V2。與角度θ無關的加法運算結果V1+V2可以表為R·Ic/2，是與上述角度θ無關的僅與有溫度依賴關系的磁阻元件的平均電阻值R/2的溫度變化有關的電壓值，隨上述平均電阻值R/2而變化，這與一般的金屬電阻流過恒定電流時在表觀上是相同的。
與角度θ無關的加法運算結果V1+V2供給溫度修正單元25，根據上述電壓值R·Ic/2求角度傳感器6的橋路13的溫度。并且，決定與角度傳感器6的橋路13的溫度對應的修正值。上述修正值在位置信息檢測單元24中求流量控制閥1的現在的閥開度時的修正中使用，抵消隨角度傳感器6的橋路13的溫度而發生的上述閥開度的誤差。
從位置信息檢測單元24向控制單元26輸出抵消隨各磁阻元件的溫度而發生的誤差的閥門位置信息PV。從外部的控制器向控制單元26供給外部設定值。在控制單元26中，根據上述外部設定值與上述閥門位置信息PV之差生成控制信號，并將上述控制信號向電空變換單元27輸出。在電空變換單元27中，根據上述控制信號控制電磁空氣閥門，根據從別的途徑供給的壓縮空氣生成控制空氣，供給空氣調節器3。在空氣調節器3中，利用上述控制空氣將閥驅動軸4向下擠壓或向上推，將流量控制閥1的閥門位置自動地調整到與上述外部設定值對應的閥開度。
如上所述，按照實施例1，利用從用于檢測流量控制閥1的閥開度的角度傳感器6輸出的橋路13的橋中點電位V1、V2可以檢測上述橋路13的溫度，所以，即使應用于角度傳感器6與定位裝置主體8分離的結構的流量控制閥1時，不另外設置檢測角度傳感器6的溫度信息的溫度傳感器也可以直接檢測角度傳感器6的溫度，作為定位裝置主體8的結構也可以簡化地實現。另外，可以不需要將上述溫度信息向上述定位裝置主體8傳輸的電纜，從而可以使包含配線的結構簡化。
另外，利用從角度傳感器6輸出的橋路13的橋中點電位V1、V2可以直接檢測上述橋路13的溫度，所以，可以提供能夠實現高精度的溫度補償的角度傳感器的溫度補償裝置，另外，可以提供可進行高精度的流量控制的位置檢測裝置。
另外，利用從用于檢測流量控制閥1的閥門位置的角度傳感器6輸出的橋中點電位V1、V2可以檢測上述橋路13的溫度，所以，設置在定位裝置主體8上的A/D變換器21可以僅具有將上述橋中點電位V1、V2變換為數字信號的信道，而不需要如以往那樣將從角度傳感器6輸出的橋中點電位V1、V2變換為數字信號的信道和將從溫度傳感器輸出的溫度信息變換為數字信號的信道，從而可以提供可廉價地構成的角度傳感器的溫度信息檢測裝置和位置檢測裝置。
另外，利用從用于檢測流量控制閥1的閥門位置的角度傳感器6輸出的橋中點電位V1、V2可以檢測上述橋路13的溫度，所以，可以不利用溫度傳感器等硬件而僅利用運算程序等軟件進行處理，從而可以增加裝置的靈活性和通用性。
在上述實施例1中，圖1的定位裝置主體8與角度傳感器6安裝在不同的機箱中，對分離配置的結構說明了應用本發明的例子，但是，本發明的應用范圍不限于此。如果將本發明應用于圖3那樣將定位裝置主體58和角度傳感器56配置在同一機箱中的結構，可以使角度傳感器更正確地進行測量。另外，也可以將角度傳感器56兼作溫度傳感器而省略溫度傳感器59。
如上所述，按照第1發明，不另外設置溫度傳感器便可得到角度傳感器的磁阻元件的溫度信息。
按照第2發明，不另外設置溫度傳感器，根據從橋路的2個橋中點電位的相加結果直接求出的溫度信息可以對上述角度傳感器的輸出進行高精度的溫度補償。
權利要求
1.一種具有由4個磁阻元件構成的橋路和發生對上述橋路作用的磁場的磁場發生單元的角度傳感器的溫度信息檢測裝置，其特征在于具有向上述橋路供給恒定電流的恒定電流供給單元和根據上述橋路的橋中點電位取得與上述橋路周圍的溫度相應的溫度信息的溫度信息檢測單元。
2.一種具有由4個磁阻元件構成的橋路、發生對上述橋路作用的磁場的磁場發生單元和根據上述橋路的橋中點電位檢測上述橋路與上述磁場的相對位置的信息的位置信息檢測單元的位置檢測裝置，其特征在于具有根據上述橋路的橋中點電位取得上述橋路周圍的溫度信息的溫度信息檢測單元和根據溫度信息檢測單元取得的溫度信息生成對檢測的位置進行修正的修正信息的溫度修正單元。
全文摘要
不另外設置溫度傳感器就可以直接求出角度傳感器的溫度，另外，不增加輸入信號的種類就可以得到關于位置的信息和關于溫度的信息。根據向角度傳感器6的橋路13供給恒定電流時的橋中點電位V1、V2檢測僅與溫度有關的成分，根據上述與溫度有關的成分取得角度傳感器6的溫度，利用與上述取得的溫度對應的修正信息，不另外設置溫度傳感器對自動地調整流量控制閥1的閥開度時的角度傳感器6的輸出進行溫度補償。
文檔編號G01D5/18GK1417563SQ0215021
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月5日 優先權日2001年11月5日
發明者野見山隆, 長坂文雄, 赤野信一 申請人:株式會社山武