Бесконтактный выключатель Советский патент 1989 года по МПК H03K17/60 H01H36/00 

I

,I

7/

Изобретение относится к автома- тике и может бьггь использовано в электронных системах слежения за пол.г)жением объекта, например в путевых переключателях, устройствах аварийного контроля и охраны объектов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей бесконтактного выключателя, а именно увеличение дальности его действия и расширение диапазона изменения величины дифференциала хода (ширины петли гистерезиса при включении- выключении бесконтактного выключателя) , путем введения в активный к;о- лебательньй контур автогенератора дополнительной параллельной цепи обратной связи, выполненной на биполяр ном транзисторе с дросселем в цепи эмиттера, и использования ключевого режима биполярного транзистора, что позволяет независимо.устанавливать положение точки включения-выключения бесконтактного выключателя (величину дальности работы) и величину дифференциала хода.

На фиг. 1 приведена принципиальна схема бесконтактного выключателя; на фиг о 2 - зависимость тока выходной шины от положения (зазора) феррито- вого сердечника и объекта контроля при различных значениях величин ин- дуктивностей первого и второго дрос- селей автогенератора.

Весконтактньй выключатель содержит автогенератор 1 магнитоэлектрических колебаний, состоящий из последовательно соединенных контурной об- мотки 2 и обмотки 3 обратной связи, контурного конденсатора 4, полевого транзистора 5, первого дросселя 6, биполярного транзистора 7, второго дросселя 8 и ферритового сердечника 9. Вьюоды 10 и 11 автогенератора йодключены к обкладкам конденсатора 12 фильтра и пшне 13 источника питания и выходной шине 14 соответстве но.

Автогенератор 1. выполнен по схеме индуктивной трехточки с использованием в качестве активного элемента параллельно соединенных полевого 5 и биполярного 7 транзисторов, исток и эмиттер которых соответственно через первьй б и второй 8 дроссели подключены к точке соединения обмоток 2 и 3 и одной из обютадок контур

20

9692

ного конденсатора 4, затвор и база - к объединенным вторым вьгоодам контурной обмотки 2 и контурного конде.нса- е тора 4, а сток и коллектор - к одному из выводов 10 автогенератора 1. Второй вывод обмотки 3 обратной связи подключен к второму вьшоду 11 автогенератора 1.

10

5

5

20

0 5

0

5

0

5

Объект контроля находится на некотором удалении от торца сердечника 9 I и в зависимости от этого расстояния вносит в колебательный контур, образованный контурным конденсатором 4 и контурной обмоткой 2, эквивалентное сопротивление, наличие которого ведет к затуханию колебаний в контуре; Если объект контроля удален от сердечника 9, то сопротивление, вносимое в контур, минимально, добротность контура высока и возникшие колебания имеют большую амплитуду.

Бесконтактный выключатель работает следующим образом.

При включении шины 13 источника питания ток щютекает через канал

полевого транзистора 5, дроссель 6, обмотку 3 обратной связи и выходную шину 14 устройства. Через биполярный транзистор 7 ток в это время не протекает, так как его переход база - эмиттер закорочен через контурнз обмотку 2 и второй дроссель 8, т.е. биполярньй транзистор 7 закрыт. Однако ток, проходящий через канал полевого транзистора 5, протекая через обмотку 3, возбуйздает электромагнитные колебания в параллельном контзфе, обр1азованном койтурной обмоткой 2 и контурным конденсатором 4. Колебания в виде напряжения поступают на затвор полевого транзистора 5, модулируют ток, протекающий через него и,соответственно, через первый дроссель б, которьй таким образом осуществляет отрицательную обратную связь по переменному току, . которая повьшгает входное сопротивление полевого транзистора 5 и уменьшает величину сопротивления, вносимого входной цепью полевого транзистора в колебательньй контзФ, т.е. не снижает его добротности. Биполяр 5ьй транзистор 7 по-прежнему закрыт и не оказывает влияния на условия возбуждения колебаний в контуре. Коэффициент усиления полевого транзистора 5 определяется .величиной индуктивности первого дросселя 6 и ре зависит от

разброса значений крутизны входной характеристики полевого транзистора

При увеличении амплитуды колебаний в контуре до величины, превьппакщей напряжение отпцрания биполярного транзистора 7 (т.е. окало 0,5 В) во время открьгоакидей полуволны колебаний, возникает ток базы транзистора 7, ко торьш вызывает импульс тока коллек- тора биполярного транзистора 7, кото рьй проходит по цепи: шина 13 питания, вьшод 10 автогенератора 1, переход коллектор - эмиттер транзистора 7, второй дроссель 8, обмотка 3 обратной связи, вывод 11 автогенератора 1, выходная шина 14 устройства. Этот импульс тока в обмотке 3 обратной связи подкачивает дополнительное количество энергии в колебательный контур, в результате чего увеличивается амплитуда колебаний, -причем лавинообразно растет ток потребления устройства Затем в результате действия отрицательной обратной связи по переменному току, проходящему по второму дросселю 8, и нелинейности коэффициента усиления биполярного транзистора 7 по току устанавливается стационарньй режим автоколебаний, соответствующий включенному состоянию выключателя, когда через выходную шину 14 протекает значительный ток.

Амплитуда стационарных колебаний определяется величиной вносимых пот терь (вносимое сопротивление) в колебательный контур со стороны объекта контроля и глубиной отрицательной обратной связи и слабо зависит от коэффициента усиления по току транзистора 7, так как в цепи его эмиттера действует глубокая отрицательная связь по переменному току, которая повьш1ает входное сопротивление транзистора 7, что не снижает добротности колебательного контура.

После выхода генератора на стационарный режим работы бесконтактный выг ключатель готов к работе и находится во включенном состоянии (высокий уровень выходного сигнала).

При поднесении объекта контроля к торцу ферритового сердечника 9 в объекте наводятся вихревые токи, при э.трм увеличивается вносимое в колебательный контур сопротивление, уменьшается его добротность, что уменьша15

20

.

Ю

30

ет амплитуду электромагнитных колебаний.

. На фиг. 2 показан вид изменения выходного сигнала при уменьшении зазора между торцом сердечника 9 и объектом контроля. Включение в активный элемент автогенератора 1 параллельно соединенных биполярного 7 и полевого 5 транзисторов позволяет, используя нелинейность их суммарной входной характеристики, получить гис- терезисный характер изменения выходного сигнала при изменении положения объекта контроля. Таким образом, по мере Приближения объекта контроля к сердечнику 9 вносимые потери достигают такой величины, что амплитуда колебаний уменьшается настолько, что не вьтолняются условия самовозбуждения, и колебания лавинообразно срываются. Ток в выходной шине 14 уменьшается. Бесконтактный выключатель выключается. Условия существования 25 колебаний при приближении объекта к сердечнику определяются только биполярным транзистором 7 и вторым дросселем 8.

После срьша колебаний автогенератора 1 биполярный транзистор 7 закрывается и в начальном этапе возникновения колебаний при удалении объекта контроля от сердечника 9 участия не принимает.

При удалении объекта контроля от сердечника 9 снова формируются условия возникновения автоколебаний, причем они не зависят от условий существования автоколебаний при приближении объекта контроля к сердечнику 9, а зависят только от крутизны полевого транзистора 5 и величины индуктивности дросселя 6. Разница в условиях срыва и возникновения колебаний позволяет сформировать гистерезисньй вид характеристики переключения бесконтактного выключателя. Положение ветви включения бесконтактного выключателя устанавливают выбором индуктивности первого дросселя 6, а положение ветви выключения - выбором индуктивности второго дросселя 8. При дальнейшем удалении объекта от сердечника 9 увеличивается добротность 5 контура, амплитуда колебаний в кон- т.уре нарастает и по достижении амплитудой величины, превышающей напряжение отпирания биполярного транзистора 7, включается вторая ветвь гене35

40

45

0

рации через биполярньй транзистор 7. Амплитуда колебаний резко возрастает, после чего из-за нелинейности входной характеристики биполярного транзистора 7 происходит переход в стационарный режим генерации электромагнитных колебаний. Бесконтактный выключатель включается.

шиной питания и выходной тиной выключателя конденсатор фильтра и авто- 1генератор магнитоэлектрических коле- баний, выполненный по схеме индуктивной трехточки, состоящий на активного элемента, магнитной системы, содержащей ферритоввлй сердечник с nor следовательно включенными обмотками

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в электронных системах слежения за положением объекта, например в путевых переключателях, устройствах аварийного контроля и т.д. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно увеличение дальности его действия и расширение диапазона изменения величины дифферешщала хода, за счет использования ключевого режима биполярного транзистора, что позволяет независимо устанавливать положение точек включения и выключения устройства и величину дифференциала хода. Цель достигается путем введения в активный элемент генератора 1 магнитоэлектрических колебаний дополнительно биполярного транзистора 7 и второго дросселя 8. Выключатель содержит также контурную обмотку 2, обмотку 3 обратной связи, контурный конденсатор 4, первый дроссель 6, ферритовый сердечник 9. Въшоды 10 и 11 автогенератора 1 подключены к обкладкам конденсатора 12 фильтра. 2 ил. сл

Стабильность положения точек вклю-ю контурной и обратной связ и, и контур- чения и отключения бесконтактного него конденсатора, причем активньй

выключателя обеспечивается наличием дросселей 6 и 8 в цепях обратной связи по переменному току транзисторов 5 и 7 соответственно, причем положение каждой из ветвей характеристики включения и выключения может быть

элемент содержит полевой транзистор, включенный последовательно с первым дросселем между первым выводом авто- 15 генератора магнитоэлектрических колебаний, соединенного с шиной питания выключателя и точкой соединения обмоток магнитной системы, затвор полевого транзистора соединен с общей точвыбрано независимо путем подбора величины индуктивностей дросселей 6 и 8 соответственно. Возрастает дальность 20 кой контурной обмотки и контурного действия бесконтактного выключателя, конденсатора, а свободный вывод обмот- так как она определяется условием возникновения сзпцествования сравнительно небольших по амплитуде колебаки обратной связи .соединен с вторым выводом автогенератора магнитоэлектрических колебаний, отличаюний (0,5 в), создаваемых полевым тран-25 щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в активный элемент дополнительно введены биполярный транзистор и второй даоссель, причем коллектор биполяр- 30 ного транзистора соединен с первым выводом автогенератора магнитоэлектрических колебаний, база - с затвором палевого транзистора, а эмиттер через второй дроссель точкой соединения Бесконтактный выключатель, содер- g обмоток магнитной системы и вторым

зистором 5. После их возникновения включается биполярный транзистор, который доводит их до требуемой мощности, достаточной для последукидей фиксагщи переключения бесконтактного выключателя.

Формула изобретения

жаищй параллельно включенные между

элемент содержит полевой транзистор, включенный последовательно с первым дросселем между первым выводом авто- 15 генератора магнитоэлектрических колебаний, соединенного с шиной питания выключателя и точкой соединения обмоток магнитной системы, затвор полевого транзистора соединен с общей точ20 кой контурной обмотки и контурного конденсатора, а свободный вывод обмот

кой контурной обмотки и контурного конденсатора, а свободный вывод обмот

ки обратной связи .соединен с вторым выводом автогенератора магнитоэлектрических колебаний, отличаювьшодом контурного конденсатора.