Бесконтактный торцовый переключатель Советский патент 1993 года по МПК H01H36/00 

ю ел о

ю

Изобретение относится к автоматическому управлению электрическими системаА ми и может быть использовано в устройствах для контроля положения механизмов, Цель изобретения - увеличение надежности. Бесконтактный торцовый переключатель содержит преобразователь 1, включающий автогенератор 2, детектор 3, компаратор 4, колебательный контур 9, 10 с ферритовым сердечником 11. дополнительный резистор 14 и выходной усилитель мощности на транзисторе 17. Введение дополнительных конденсаторов 24, 25 и резистора позволило обеспечить помехоустойчивость схемы устройства и увеличить дифференциал хода, что обеспечивает высокую надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Pur.i

Изобретение относится к автоматическому управлению электрическими системами и может быть использовано преимущественно в машиностроении, станкостроении для путевого контроля и для контроля положения механизмов или отдельных его узлов без непосредственного механического контакта с ними.

Целью изобретения является увеличение надежности,

1 На фиг.1 изображена электросхема предлагаемого бесконтактного торцового переключателя; на фиг.2 - зависимости изменения петли гистерезиса (дифференциэ- ла хода) переключателя от условий коммутации автогенератора,

Бесконтактный торцовый переключатель содержит преобразователь 1, включающий последовательно соединенные автогенератор 2, детектор 3 и компаратор 4 с двумя выходами 5 и 6 - инвертирующим и неинвертирующим, Для функционирования автогенератора 2 преобразователя 1 в нем предусмотрены входы и выходы для подключения внешних цепей обратной связи. В цепь отрицательной обратной связи 7, 8 автогенератора 2 подключен колебательный контур 9, 10. Катушка индуктивности колебательного контура размещена в открытой чашке ферритового сердечника 11, что представляет собой датчик положения переключателя. В цепь положительной обратной связи 12 включен резистор 13 цепи обратной связи, обеспечивающей требуемый режим работы автогенератора.

Для изменения петли гистерезиса неинвертирующий выход б компаратора 4 через дополнительный резистор 14 подключен к входу 15 автогенератора 2. Инвертирующий выход 5 компаратора А через базовый резистор 16 подключен к базе транзистора 17 выходного усилителя мощности, эмиттер которого через последовательно соединенные диод 18 в прямом направлении и балластный резистор 19 соединен с положительной шиной 20 питания преобразователя 1 и подключен к плюсу источника питания, а в коллектор подключается сопротивление нагрузки 21. Между выходом детектора 3 и общей шиной 22 питания подключен интегрирую- щий конденсатор 23. Кроме того, к шине 22 подключены одни выводы первого дополнительных и второго 25 конденсаторов 24 и 25, другой вывод первого конденсатора 24 соединен с металлическим корпусом 26 переключателя, а другой вывод второго конденсатора 25 подключен к положительной шине 20 питания преобразователя 1. Внутренний стабилизатор 27 напряжения имеет один вход и три выхода.

и

Кривые 28 (фиг.2) соответствуют значению дифференциала хода переключателя при подключении к входу 15 для изменения петли гистерезиса преобразователя 1 рези5 стора 14 с неинвертирующего выхода б компаратора 4, а кривая 29 - при отсутствии такого подключения.

Бесконтактный торцовый переключатель работает следующим образом.

Ю При подаче напряжения питания и отсутствии в зоне срабатывания управляющего элемента, в качестве которого используется контролируемый объект или стальная пластинка, автогенератор 2 переходит в режим

45 автоколебаний с максимальной амплитудой. При этом инвертирующий выход 5 компаратора 4 находится в непроводящем состоянии (закрыт), транзистор 17 выходного усилителя мощности заперт и через со20 противление нагрузки 21 ток не течет. В то же время неинвертирующий выход 6 компаратора 4 находится в проводящем состоянии (открыт) и через резистор 14 подключается к входу 15 автогенератора 2

25

45

для изменения петли гистерезиса переключателя. В этом случае амплитуда автоколебаний автогенератора 2 возрастает по сравнению со случаем, когда эта связь отсутствует. Степень увеличения амплитуды

30 автоколебаний можно регулировать подбором величины резистора 14,

При введении управляющего элемента в зону действия электромагнитного поля, образованного на торце чашки 11 феррито35 вого сердечника датчика положения контуром индуктивности 9 в режиме автоколебаний, изменяется (уменьшается) амплитуда генерации вследствие внесения затуханий в колебательный контур 9, 10. При

40 определенном расстоянии управляющего элемента от торца чашки 11 ферритового сердечника амплитуда генерируемых колебаний уменьшается до величины, при которой компаратор 4 переходит в другое

устойчивое состояние: инвертирующий

выход 5 открывается, а неинвертирующий выход 6 закрывается, А так как инвертирующий выход 5 согласован с входом усилителя мощности, то транзистор 17 также открывз50 ется и через сопротивление нагрузки 21 те чет ток, В этом случае неинвертирующий выход 6 через резистор 14 практически не оказывает влияния на работу автогенератора 2. Это положение управляющего элемен55 та соответствует точке срабатывания переключателя.

При возврате управляющего элемента, от точки срабатывания на определенное расстояние вследствие уменьшения вносимого затухания происходит возрастание амплитуды автоколебаний, а при достижении напряжения, равного пороговому значению компаратора 4, амплитуда колебаний возрастает до величины, при которой компаратор 4 переходит в исходное состояние 5 (инвертирующий выход 5 закрывается, а неинвертирующий выход 6 открывается). Это положение управляющего элемента соответствует точке отключения (возврата) переключателя.10

Разность по пути между точками возврата и срабатывания переключателя составляет зону дифференциала хода.,

Введение резистора 14, подключенного к неинвертирующему выходу 6 компаратора 15 4 и к входу 15 автогенератора 2 для измене- : ния петли гистерезиса перекл ючатёля, позво- лило увеличить значение дифференциала хода. В этом случае увеличение амплитуды колебаний автогенератора 2 равносильно 20 смещению точки отключения переключателя от чувствительного элемента датчика положения, т.е. расширению петли гистерезиса (зоны дифференциала хода). Это является следствием тогд, что в данном случае 25 меняются условия самовозбуждения автогенератора 2 таким образом, что отрицательная обратная связь 7, 8 преобладает. Поэтому для возникновения генерации автогенератора 2 необходимо ослабить эту ЗЙ связь за счет уменьшения демпфирования колебательного контура 9, ТО датчика положения, т.е. снижений вносимого зэтуха- ;; . ния путем дальнейшего отвода управляю щего элемента от чувствительной поверхно- 35 сти датчика положения (от точки срабатываНИЯ).. .: . .-. .. -. : . . ;. ,;.,-,.;.;... :.;;

Графически на фиг.2 приведены зависимости изменения петли гистерезиса переключателя для двух случаев: кривая 28 - 40 петля гистерезиса, когда к неинвертирую- : щему выходу 6 компаратора 4 и к входу 15 автогенератора 2 подключен резистор 14 и ; кривая 29 - петли гистерезиса, когда резистор 14 не подключен, т.е. отсутствует. В случае 45 отсутствия цепочки 6-14-15 вышеописанное явление отсутствует и дифференциал хода (петли гистерезиса) переключателя определяется в основном величиной петли гистерезиса компаратора 4.Я)

Подключение к общей шине 22 питания и к корпусу 26 переключателя, а также к плюсовой шине питания 20 преобразователя 1 преобразователя конденсаторов 24 и 25 . обеспечивает помехоустойчивость схемы 55 переключателя. Преобразователь 1 переключателя подвержен воздействию импульсных и электромагнитных помех, воздействующих на корпус переключателя и на провода для подключения напряжения

питания и нагрузки. Между корпусом и схемой переключателя образуется определенная емкость. А так как входные цепи автогенератора 2 преобразователя 1 достаточно высокоомные, то между корпусом переключателя и входным цепями автогенератора 2 образуется эффективная дифференцирующая цепь, через которую и воздействуют помехи, вызывающие срыв генерации автогенератора 2 и изменение коммутационного состояния переключателя как в зоне дифференциала хода к точке отключения (возврата), так и за ней. Конденсатор 24 выполняет роль блокировочного и замыкает через себя наводимые импульсные высокочастотные помехи на общую шину питания 22. Конденсатор 25 с резистором 19 образует сглаживающий RC-фильтр, за Щ щающий переключатель от электромагнитных помех, проникающих по цепи питания. Подключение к инвертирующему выходу 5 компаратора 4 выходного усилителя мощности, выполненного на транзисторе 17, включенном по схеме с общим змитте ром, база которого через резистор 16 подключена к выходу 5 компаратора 4, а эмиттер через пойледоватёльно соединенные диод 18 в прямом направлений и резистор 19 соединен с положительной шиной 20 питания преобразователя t и подключен к положительной шине источника питания, позволило повысить надёжность переключателя за счет повышения нагрузочной способности, расширения пределов питающего напряжения, обеспечения защиты переключателя от изменения полярности питающего напряжения, обеспечения снижения падения напряжения на переключателе в Открытом СОСТОЯ НИИ. } - :;:; .,, ; , - . ... - :лУ В условиях эксплуатации верхнее значениё напряжений источника питания может достигать 30...35 В, что превышает предельный уровень напряжения (27 Е) схемы преобразователя 1. Преобразователь 1 содержит внутренний стабилизатор 27 напряжения и может работать при значении питающего напряжения 5 В при малом по- .требляемом токе (порядка 12 мА). Поэтому для расширения значения верхнего уровня напряжения питания переключателя в цепь питани.я включен резистор 19, значение которого выбирается таким образом, чтобы нижний предел напряжения питания не превышал 12 В. Включение в положительную шину 20 питания преобразователя 1 диода 18 в прямом направлении обеспечивает как защиту преобразователя, так и защиту транзистора 17 усилителя мощности1 от перемены полярности питающего напряжения. При перемене полярности напряже-

ния из-за отсутствия тока, протекающего через преобразователь 1, невозможно открывание транзистора 17 в инверсном режиме и, следовательно, выход его из строя предотвращается. При таком включении диода 18 обеспечивается минимальное падение напряжения на переключателе в открытом состоянии (между электродами эмиттер-коллектор транзистора 17), т.е. уровень сигнала 1 возрастает, а уровень сигнала О - уменьшается. Особо это важно при Значительных колебаниях питающего напряжения и при реализаций на переключателях логических функций, например, схё;.мы.Й.;KP; -:V -У-Х.;- ---:- :,. :. . .:;... :J - Резистор 1б, определяющий ток базы TpiaHSHCTOpa 17 усилителя мощности, выбирается таким образом, чтобы увеличить на-4 грузочную способность переключателя по. сравнению с инвертирующим выходом 6

. компаратора 4 в нёсколькд раз.

ИспользоЁЗНйетакихустрЬйств в системах промышленной автоматики, выполйен- йых как на релейно-кбнтактйой аппаратурё, так и на интегральных микросхемах, позволит повысить надёжность эксплуатации и сократить.простои технологического оборуДаваний. :: :;. v:.:-.7 ;::Л --;..-Г : .: По сравнению с npbtofnnpM, предлагаемое изобретение позволяет разработать аппарат с.у высокими эксплуатационными свойствами повыщенной надежности за .счет обеспечения помёхоустЬйчивости схемы переключателя от еоздейстеия на нее по цеИи питанияимпульсй-ых иэлектромагнитных помех, что исключаетложные срабаты- вания переключатели при вбздёйствйи указанных помех и скачкообразного йзмё нения питаюЧдего нэпряжеййя бт 20;до ЗО...ЗВ В; увеличений- нагрузочной способ- HdCTM nepeicritoMatenfl от 50 до 200 мА, бла- гЬдаря чему возрастает не только йадёжнрсть работы т)ёрекл1бчатели, но и расшмряетсй область применения их для .бота как с логйчебкйми элементами, та к и с

йлёктрориагнитными реле, применяемыми в станкостроении; расширения петли йсте реййса (дифференциала хода) с 0,01 до 0,03.„0,5 мм, обеспечивая тем самым надёжную коммутацию цепей управления при

изменений температуры окружающей среды от -25 до +70°С и напряжения питания от 20 до 30...35 В; расширения верхнего значения предела питающего напряжения с 27 до 30...35 В; обеспечения защиты переключателя от перемены полярности питаю- щего напряжения и коммутационных перенапряжений в цепи нагрузки переключателя, возникающих при отключении индуктивной нагрузки. При этом предотвращается выход из строя переключателей в условияхЭксплуатации и.сокращаются простои технологического оборудования.

Формула изобретения

связи и входом изменения петли гастерези- сз, детектор, входом подключённый к выходу аетогенератора и выходом-ко входу компаратора с инвертирующим w неянаер- тирующим выходами, интегрирующий конденсатйр, резмстер цепи обратиой связи м шину питания, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, с цельюi увеличений «йдёжнйсти, вбё- Дёйу два дополедтелшах конденсатора и резистор, ггричем одни еиеоды дополнительйых кбнденеаторов пбдключены к общей шине питаний, другой вывод первого дополниУельМого KbHfleftcatbpa соединен с металлическим корпусом, другой вывод Bfброго доГ1олнительйого конденсатора с

положйтепьгной шиной питания, а дополнительный pesvicfop подключен между йёйн- верТируйЩим йыходоМ компаратора и входом для изменения петли гистерезиса. 2. Переклгочатель пот, 1, о t. /i и ч а ю ,

щи и с я тем, что дополнительно введен

йыходной усилитель мощности, выполнен- мый «isтранзисторе, включенном ;по схеме с общим змиттрром, база которого через байовый резистор подключена к йнвертйруютему вы ходу ком ria ратора, зм итте р Соединён и ггблбжительнЬй шиной источники питаййй и через последовательно соеди- ненные прямовключенный диод и бйлластный резистор - с положительной

шиной питаний преобразователя, а коллектор подключен в цепь нагрузки.

te2