Бесконтактный торцовый переключатель Советский патент 1986 года по МПК H01H36/00 

Изобретение относится к элементам автоматики и может быть использовано преимущественно в машиностроении, станкострое НИИ для путевого контроля и для контроля положения обрабатываемых деталей или различных узлов и механизмов без непосредственного механического контакта с ними.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

На чертеже изображена принципиальная электросхема бесконтактного торцового переключателя.

Бесконтактный торцовый переключатель содержит транзисторный генератор электрических колебаний 1, управляемый перемещающимся контролируемым объектом или

билитрона 7 стабилизатора напряжения, анод которого через резистор 22 стабилизатора напряжения соединен с выводом 20 для подключения отрицательного полюса источника питания.

При подаче на выводы 19 и 20 напряжения питания и отсутствии в зоне дифференциала хода управляющего элемента колебательный контур генератора 1 возбуждается и генератор 1 переходит в режим авто10 колебаний с максимальной амплитудой. При этом постоянная составляющая тока высокочастотных колебаний создает на резисторе 6 падение напряжения, превышающее пороговое значение порогового элемента 4, определяемое величиной сопротивления резистопереключающей стальной пластиной за счет 15 ра 10, а переменная составляющая блокируется конденсатором 5. Пороговый элемент 4 переходит в одно из устойчивых состояний: первый транзистор 8 открыт, а второй транзистор 9 закрыт. Так как усилитель мощности выполнен на транзисторе 13 прямой проводимости (р-п-р), а пороговый элемент 4 на транзисторах 8 и 9 обратной проводимости (п-р-п), то транзистор 13 будет повторять состояние транзистора 9, т. е. в данном состоянии будет закрыт, и че- 25 рез нагрузку 14 ток не течет. ,

изменения эквивалентного сопротивления датчика положения, выполненного в виде ферритового сердечника 2 с углублением, в котором расположена катушка 3 индуктивности электрических колебаний. Два вывода катушки 3 индуктивности датчика положения подключены к генератору 1, а третий - к входу порогового элемента 4 и через фильтр, выполненный на конденсаторе 5 и резисторе 6, к стабилитрону 7 стабилизатора напряжения, причем через резистор 6 третий вывод подключен к аноду стабилитрона, а через конденсатор 5 - к катоду стабилитрона.

Пороговый элемент 4 выполнен на транзисторах 8 и 9 и первом 10, втором 11 и

20

руется конденсатором 5. Пороговый элемент 4 переходит в одно из устойчивых состояний: первый транзистор 8 открыт, а второй транзистор 9 закрыт. Так как усилитель мощности выполнен на транзисторе 13 прямой проводимости (р-п-р), а пороговый элемент 4 на транзисторах 8 и 9 обратной проводимости (п-р-п), то транзистор 13 будет повторять состояние транзистора 9, т. е. в данном состоянии будет закрыт, и че- 25 рез нагрузку 14 ток не течет. ,

При введении управляющего элемента в зону срабатывания переключателя (зону действия электрического поля, образованного на торце чашки ферритового сердечника датчиком положения) амплитуда генерации

третьем 12 резисторах. Эмиттеры первого 8 30 генератора 1 уменьщается вследствие изме- и второго 9 транзисторов порогового элемента 4 соединены между собой и через первый резистор 10 подключены к аноду стабилитрона 7 стабилизатора напряжения, коллектор первого транзистора 8 и база второго

нения эквивалентного сопротивления катушки 3 индуктивности датчика положения, вызванного внесением затухания в колебательный контур генератора . Одновременно уменьщается постоянная составляющая тока

транзистора 9 также соединены между собой 35 высокочастотных колебаний и падение наи через второй резистор И подключены к катоду стабилитрона 7 стабилизатора напряжения, а коллектор второго транзистора 9 соединен с входом усилителя мощности и через третий резистор 12 подключен к катоду Q стабилитрона 7 стабилизатора напряжения. Усилитель мощности выполнен на транзисторе 13, включенном по схеме с общим эмиттером, в коллекторную цепь которого включено сопротивление 14 нагрузки. Между точкой соединения коллектора первого транзистора 8 с базой второго транзистора 9 порогового элемента 4 и анодом стабилитрона 7 стабилизатора напряжения своими электродами коллектор-эмиттер соответственно подключен транзистор 15, база которопряжения на резисторе б становится меньше порога срабатывания порогового элемента 4 и он переходит в состояние, когда транзистор 8 закрывается, а транзистор 9 открывается. Открываясь, транзистор 9 переводит в проводящее состояние выходной транзистор 13 усилителя мощности и через нагрузку 14, подключенную к. выводам 20 и 21, течет ток.

Положение управляющего элемента, при 45 котором выходной транзистор 13 переходит в проводящее состояние, соответствует точке срабатывания переключателя. При возврате управляющего элемента от точки срабатывания на определенное расстояние (дифференциал хода) вследствие уменьшения вного через резистор 16 подсоединена к средней 50 симого затухания происходит скачкообразточке времязадающей RC-цепи, состоящей из конденсатора 17 и резистора 18. Через конденсатор 17 средняя точка RC-цепи подключена к катоду, а через резистор 18 - к аноду стабилитрона 12. Источник питания подключается к выводам 19 и 20, а нагрузка 14 - к выводам 20 и 21, причем вывод 19 для подключения положительного псхчюса источника питания соединен с катодом ста55

ныи переход схемы переключателя в исходное состояние, т. е. в режим автоколебаний с максимальной амплитудой. Это положение управляющего элемента соответствует точке отключения (возврата) переключателя.

Если управляющий элемент находится в зоне дифференциала хода или в граничных положениях его, то имеет место неоднозначность выходного сигнала при снятии и побилитрона 7 стабилизатора напряжения, анод которого через резистор 22 стабилизатора напряжения соединен с выводом 20 для подключения отрицательного полюса источника питания.

При подаче на выводы 19 и 20 напряжения питания и отсутствии в зоне дифференциала хода управляющего элемента колебательный контур генератора 1 возбуждается и генератор 1 переходит в режим авто0 колебаний с максимальной амплитудой. При этом постоянная составляющая тока высокочастотных колебаний создает на резисторе 6 падение напряжения, превышающее пороговое значение порогового элемента 4, определяемое величиной сопротивления резисто5 ра 10, а переменная составляющая блокира 10, а переменная составляющая блоки

руется конденсатором 5. Пороговый элемент 4 переходит в одно из устойчивых состояний: первый транзистор 8 открыт, а второй транзистор 9 закрыт. Так как усилитель мощности выполнен на транзисторе 13 прямой проводимости (р-п-р), а пороговый элемент 4 на транзисторах 8 и 9 обратной проводимости (п-р-п), то транзистор 13 будет повторять состояние транзистора 9, т. е. в данном состоянии будет закрыт, и че- рез нагрузку 14 ток не течет. ,

При введении управляющего элемента в зону срабатывания переключателя (зону действия электрического поля, образованного на торце чашки ферритового сердечника датчиком положения) амплитуда генерации

генератора 1 уменьщается вследствие изме-

генератора 1 уменьщается вследствие изме-

нения эквивалентного сопротивления катушки 3 индуктивности датчика положения, вызванного внесением затухания в колебательный контур генератора . Одновременно уменьщается постоянная составляющая тока

высокочастотных колебаний и падение на

пряжения на резисторе б становится меньше порога срабатывания порогового элемента 4 и он переходит в состояние, когда транзистор 8 закрывается, а транзистор 9 открывается. Открываясь, транзистор 9 переводит в проводящее состояние выходной транзистор 13 усилителя мощности и через нагрузку 14, подключенную к. выводам 20 и 21, течет ток.

Положение управляющего элемента, при котором выходной транзистор 13 переходит в проводящее состояние, соответствует точке срабатывания переключателя. При возврате управляющего элемента от точки срабатывания на определенное расстояние (дифференциал хода) вследствие уменьшения вносимого затухания происходит скачкообраз

ныи переход схемы переключателя в исходное состояние, т. е. в режим автоколебаний с максимальной амплитудой. Это положение управляющего элемента соответствует точке отключения (возврата) переключателя.

Если управляющий элемент находится в зоне дифференциала хода или в граничных положениях его, то имеет место неоднозначность выходного сигнала при снятии и повторнои подаче питающего напряжения, воздействии импульсных помех от -работающих электромагнитных аппаратов и питающихся от того же источника питания. Это может приводить к ложным срабатываниям системы управления, особенно если она вы- полнена на интегральных микросхемах.

Введение дополнительного транзистора 15, подключенного базой через дополнительный резистор 16 к средней точке RC-цепи а электродами коллектор-эмиттер соответст- венно между точкой соединения коллектора первого транзистора 8 с базой второго транзистора 9 порогового элемента 4 и анодом стабилитрона 7 стабилизатора напряжения, устраняет указанный недостаток.

Пусть управляющий элемент находится в зоне дифференциала хода. Тогда при снятии, а затем повторной подаче питающего напряжения на переключатель импульс тока, длительность которого определяется временем заряда RC-цепи, приоткроет транзистор 15 (до одной мс). Конденсатор 17 RC- цепи заряжается по двум параллельным цепям: 1) плюс стабилизированного напряжения - конденсатор 17 - резистор 18 - минус стабилизированного напряжения; 2) плюс стабилизированного напряжения- конденсатор 17 - резистор 16 - переход база-эмиттер транзистора 15 - минус стабилизированного напряжения.

Открываясь, транзистор 15 шунтирует вход транзистора 9, а это в свою очередь вызывает щунтирование резистора 6, т. е. импульс тока, вызванный зарядом конденсатора 17, форсирует возбуждение колебательного контура генератора 1. При этом постоянная составляющая тока высокочастотных колебаний генератора 1 возрастает, что в свою очередь подтверждает включенное состояние порогового элемента 4 (транзистор 8 открыт, транзистор 9 закрыт). Процесс протекает лавинообразно. Процесс щун- тирующего действия определяется временем заряда конденсатора 17 RC-цепи и не пре- вышает 1 мс.

Таким образом, процесс устойчивого однозначного состояния порогового элемента 4 и соответственно переключателя обеспечивается за счет форсировки генератора 1 переключателя. Это состояние подтверждается всякий раз при снятии и подаче напряжения на переключатель в любой точке дифференциала хода при удалении управляющего элемента в точку возврата, а также при воздействии на схему импуЛьсных помех, Если уп равляющий элемент находится в точке срабатывания переключателя, описанная цепочка создает задержку до I мс на включение нагрузки 14. При постоянно поданном напряжение на переключатель описанная цепочка на работу переключателя влияния не оказывает.

Введение дополнительных транзистора 15 и резистора 16, подключенных в пороговый

элемент 4 и к средней точке RC-цепи переключателя, позволило обеспечить возможность применения малогабаритных высоконадежных керамических конденсаторов в RC-цепи вместо менее надежных и громоздких электролитических конденсаторов, что значительно повыщает надежность работы переключателя.

Использование таких устройств в системах промыщленной автоматики, выполненных на интегральных микросхемах, позволит повысить надежность эксплуатации и сократить простои технологического оборудования

Формула изобретения

Бесконтактный торцовый переключатель, содержащий транзисторный генератор электрических колебаний, датчик положения, выполненный в виде ферритового сердечника с углублением, в котором расположена катушка индуктивности электрических колебаний, пороговый элемент, включающий в себя два транзистора и резисторы, усилитель мощности, времязадающую RC-цепь, стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне и резисторе, фильтр, выполненный на конденсаторе и резисторе, выводы для подключения источника питания и выводы для подключения нагрузок, причем вывод для подключения положительного полюса источника питания соединен с катодом стабилитрона стабилизатора напряжения, анод которого через резистор стабилизатора напряжения соединен с выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, эмиттеры первого и второго транзисторов порогового элемента соединены между собой и через первый резистор порогового элемента подключены к аноду стабилитрона стабилизатора напряжения, коллектор первого транзистора и база второго транзистора порогового элемента соединены между собой и через второй резистор порогового элемента подключены к катоду стабилитрона стабилизатора напряжения, коллектор второго транзистора порогового элемента соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузок и через третий резистор порогового элемента с катодом стабилитрона стабилизатора напряжения, выход транзисторного генератора электриче- ских колебаний соединен с базой первого транзистора порогового элемента, через резистор фильтра с анодом стабилитрона и через конденсатор фильтра с катодом стабилитрона стабилизатора напряжения, вре- мязадающая RC-цепь включена между анодом и катодом стабилитрона стабилизатора напряжения, причем конденсатор RC-цепи соединен с катодом, а резистор RC-цепи - с анодом стабилитрона, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него

512298446

введены дополнительный транзистор и допол-го транзистора соединен с анодом стабили- нительный резистор, причем база дополни-трона стабилизатора напряжения, а его кол- тельного транзистора через дополнительныйлектор - с точкой соединения коллектора резистор подключена к средней точке время-первого и базы второго транзисторов поро- задающей RC-цепи, эмиттер дополнительно-гового элемента.

Изобретение относится к элементам автоматики и может быть использовано для путевого контроля и контроля положения узлов и механизмов без непосредственного контакта с ними. Цель изобретения - повышение надежности работы. При подаче на выводы 19 и 20 напряжения питания и отсутствии в зоне дифференциала хода управляющего элемента колебательный контур генератора (Г) 1 возбуждается и Г 1 переходит в режим автоколебаний с максимальной амплитудой. Постоянная составляющая тока высокочастотных колебаний создает на резисторе 6 падение напряжения, превышающее пороговое значение, определяемое величиной сопротивления резистора 10, а переменная составляющая блокируется конденсатором 5. Пороговый элемент (ПЭ) 4 переходит в одно из устойчивых состояний- транзистор (Т) 8 открыт, а Т 9 закрыт. i Т Так как усилитель мощности выполнен на Т 13 прямой проводимости (р-п-р), а ПЭ 4 - на Т 8 и 9 обратной проводимости (п-р-п), Т 13 повторяет состояние Т 9, т. е. закрыт, и через нагрузку 14 ток не течет. При введении управляющего элемента в зону срабатывания переключателя амплитуда генерации Г 1 уменьшается вследствие изменения эквивалентного сопротивления катушки индуктивности 3 датчика положения, вызванного внесением затухания в колебательный контур Г 1. Уменьщается постоянная составляющая тока высокочастотных колебаний и падение напряжения на резисторе 6 становится меньше порога срабатывания ПЭ 4, он переходит в состояние, когда Т 8 закрывается, а Т 9 открывается и переводит в проводящее состояние Т 13 усилителя мощности, через нагрузку 14 течет ток. Положение управляющего элемента, при котором Т 13 переходит в проводящее состояние, соответствует точке срабатывания переклю - чателя. При отходе управляющего элемента от точки срабатывания на определенное расстояние (дифференциал хода) вследствие уменьшения вносимого затухания происходит скачкообразный переход переключателя в исходное состояние - в режим автоколебаний с максимальной амплитудой. Это положение управляющего элемента соответствует точке отключения переключателя. 1 ил. «4 17 и // /г W-o i (Л 1чЭ N3 СО СХ) 4 и 13 16 . ; D 1в tl О 7 22 CJ it -9 20