Бесконтактный торцовый переключатель Советский патент 1981 года по МПК H01H36/00 

1

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

Известны схемы бесконтактных путевых выключателей, содержащие транзисторный автогенератор электрических колебаний, датчик положения с контуром индуктивности, выполненный в открытой чашке ферритового сердечника, детектор, триггер и стабилизатор напряжения l .

Однако схемы выключателей подвержены боковому влиянию металлических масс, что ухудшает стабильность точки включения (отключения), , т.е. стабильность точностных характеристик зависит от наличия металлических масс, расположенных на периферии датчика положения. Релейность выходной характеристики недостаточно, что ведет к нестабильности точностных характеристик.Величина нагрузочного сопротивления исполнительного аппарата ограничена. Управление двухкаскадным транзисторньил усилителем осуществляется переменной составляющей напряжения входного сигнала, что требует введения в схему детектора и соответственно дополнительной обмотки индуктивности, размещенной в сердечнике датчика положения, что вызывает увеличение габаритов сердечника и выключателя в це0лом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесконтактный конечный выключатель, который содержит генератор электриSческих колебаний, датчик положения с контуром индуктивности, выполненным в открытой чашке ферритового сердечника, детектор, триггер с усилителем мощности и стабилизатор

0 напряжения, выполненный на основе стабилитрона .

Однако схема выключателя подвержена влиянию металлических масс, расположенных по периферии

5 датчика положения, что ухудшает стабильность точностных характе.ристик, а наличие детектора усложняет схему согласования генератора с триггером.Кроме того, значительный недостаток известных уст0ройств заключается в нарушении однозначности выходного сигнала, когда управляющий элемент находится на грани или в зоне дифференциала хода (разность по пути между точками включения и отключения, т.е. между срывом и возникновением генерации выключателя) при включении напряжения питания или скачкообразном его изменении в допустимом пределе коле ний , а также при воздействии помех по цепи питания от параллельно работающих от того же источника пихания электромагнитных устройств. Цель изобретения - повьаиение устойчивости работы устройства в зоне дифференциала хода, стабильибсти точностных параметров и помехозащищенности схемы. Поставленная цель достигается тем, что переключатель снабжен конденсатором и делителем напряжения, включенным между выводом контура индуктивности датчика положения и анодом стабилитрона стабилизатора напряжения, причем положительная обкладка конденсатора подсоединена к катоду стабилитрона стабилизатора а отрицательная обкладка - к средне точке делителя напряжения. Кроме того с целью повышения ста бильности точки включения (отключения) он снабжен конденсатором утечк причем корпус открытой чашки ферритового сердечника датчика положения соединен с анодом стабилитрона стабилизатора напряжения через конденсатор утечки. При этом, с целью повышения помехозащищенности в базовую цепь : транзистора генератора электрических колебаний включен резистор. на чертеже изображена принципиальная электросхема предлагаемого бесконтактного торцового переключателя . Бесконтактный торцовый переключатель содержит датчик положения, выполненный из контура 1 индуктивно ти, размещенного в открытой чсШке 2 ферритового сердечника, корпус кото рой через конденсатор 3 утечки соединен с анодом стабилитрона 4 пара метрического стабилизатора напряжения Часть 5 контура индуктивности с конденсатором б образует колебательный контур, вывод которого чере последовательно соединенные стабилитрон 7, включенный в прямом напр лении и зашунтированный конденсато ром 8, и резистор 9 подключен в це базы генератора электрических коле ..ний, выполненного на транзисторе 1 К общей точке контура 1 индуктивно ти подсоединены резистор 11, вклю.ченный в эмиттерную цепь транзисто ра 10, и вторая часть 12 контура и дуктивности, подключенная другим выводом через конденсатор 13 к.катоду стабилитрона 4, через делитель напряжения, состоящий из резисторов. 14 и 15, к аноду стабилитрона 4, а также ко входу триггера 16, собранного на транзисторах 17 и 18 с Уюроговым резистором 19. Средняя точка делителя 14, 15 напряжения подсоединена к отрицательной обкладке конденсатора -20, положительная обкладка которого соединена с катодом стабилитрона 4. Рабочая точка транзистора 10 генератора электрических колебаний устанавливается -резистором 21. Транзисторный генератор электрических колебаний и триггер 16 охвачены стабилизирующей ячейкой, состоящей из резистора 22 и стабилитрона 4. Выход триггера 16 согласуется с усилителем мощности, собранным на транзисторе 23, в коллекторную цепь которого подключается сопротивление нагрузки 2,4. Бесконтактный торцовый переключатель работает следующим образом. При подаче напряжения питания и отсутствии в зоне дифференциала хода управляющего элемента, в качестве которого используется контролируемый объект или стальная пластинка, транзистор .10 генератора приоткрывается благодаря резистору 21 смещения. Импульс тока, протекающего через приоткрытый транзистор 10 и часть 12 контура индуктивности, определяемый в основном зёличиной резистора 11, возбуждаетколебательный контур 5,6. Генератор переходит в режим автоколебаний с максимгшьной амплитудой . В режиме автоколебаний по цепи генератора, состоящей из открытого транзистора 10, резистора 11, части 12 обмотки контура индуктивности и делителя 14, 15 напряжения, протекает ток, постоянная составляющая высокочастотных колебаний которого создает на делителе 14, 15 псщение напряжения, превышающее пороговое значение переключающего элемента (триггера) 16, а переменная составляющая блокируется конденсатором 13. При этом триггер 16 переходит в одно из устойчивых состояний; транзистор 17 открыт, а транзистор 18 закрыт. Пороговое значение триггера 16 определяется величиной сопротивления резистора 19 в Э1«1ттерной цепи транзистора 17. Так как усилитель мощности выполней на транзисторе 23 прямой проводимости (р-п-р), а триггер 16 на транзисторах 17 и 18 обратной проводимости (п-р-п), то подключение входа усилителя мощности к выходу триггера обеспечивает хорошие условия согласования схем и позволяет в качестве нагрузки исполь зовать электромагнитные реле с широким диапазоном величин сопротивления обмотки. Транзистор 23 повторяет состояние транзистора 18, т.е. в данном состоянии закрыт, и через нагрузку 24 ток не течет. Включение последовательно с колебательным контуром 5,6 3 цепь базы транзистора 10 стабилитрона 7 в прямом направлении, зашунтированного .конденсатором 8, способствует компенсации температурной погрешности, так как стабилитрон обладает отрицательным ТКН, что позволяет обеспечить стабилизацию точки срабатывания переключателя. Кроме того, шунтирова ние стабилитрона 7 конденсатором 8 обеспечивает релейность срыва и возникновения генерации, уменьшает величину дифференциала хода, а также упрощает схему согласования генератора с триггером 16, что также спо собствует повышению стабильности точ ностных параметров и повышению надежности устройства. При введении управляющего элемент в зону действия электрического поля, образованного на торце чашки 2 ферритового сердечника датчика положени контуром индуктивности в режиме авто колебаний изменяется (уменьшается) амплитуда генерации вследствие внесе ния затухания в колебательный контур 5,6.При определенном расстоянии управляющего элемента от торца части 2 ферритового сердечника амплитуда гене рируемых колебаний скачком уменьшается до величины,при которой триггер 16 .переходит в другое устойчивое состояние. В этом случае вход транзистора 10 база-эмиттер с резистором 11, резистор 21 смещения шунтируется стабилит роном 7 и частью 5 контура индуктивности, благодаря чему транзистор 10 призакрывается. Таким образом, падег ние напряжения на делителе 14, 15 резко уменьшается вследствие уменьше кия в десятки раз тока, протекающего по цепи: плюс источника стабилизированного напряжения - резистор 21 стабилитрон 7 - контур индуктивности 5,12 - делитель 14, 15 - минус стабилизированного напряжения, что приводит к переключению триггера 16 в другое устойчивое состояние; транзистор 17 закрывается, а транзисторы 18 и соответственно 23 открываются, включая нагрузку 24. Это положение управляющего элемента соответствует точке срабатывания переключателя. При возврате управляющего элемент от точки срабатывания на определенное расстояние, вследствие уменьшени вносимого затухания, происходит возрастание амплитуды генерируемых колебаний, а при достижении на делителе 14, 15 напряжения, равного пороговому значению тригтера 16, амплитуда колебаний скачком возрастает до величины, при которой триггер 16 переходит в исходное состояние. Это положение управляющего элемента со- ответствует точке отключения (возврата) переключателя., Разность по пути между точками возврата и срабатывания переключателя составляет зону дифференциала хода. Если управляющий элемент находится в зоне дифференциала хода или в граничных положениях его, имеют место ложные переключения, вызванные наличием помех, скачкообразным изменением питак«цего напрпжения в допустимых пределах (например, в предлагаемом устройстве от 20 до 30 в) и при многократном снятии и повторной подаче питающего напряжения , т.е. переключатели не имеют однозначности переключения (не остаются только в отключенном или только во включенном состоянии). Введение конденсатора 20, отрицательная обкладка которого соединена со средней точкой делителя 14, 15 напряжения, а положительная обкладка - с катодом стабилитрона стабилизатора напряжения, исключает указанный недостаток. Если управляющий элемент находится в зоне дифференциала хода, то при снятии, а затем повторной подаче питакщего напряжения на переключатель импульсов тока по цепи: плюс стабилизированного напряжения - конденсатор 20 - резистор 14 делителя 14,15 напряжения - переход база-эмиттер транзистора 17 - резистор 19 - минус стабилизированного напряжения приоткгялвает транзистор 17 (на несколько мс).При этом делитель 14, 15 напряжения шунтируется п-р переходом база-эмиттер транзистора 17 и последовательно включенным в эммитерную цепь транзистора 17 пороговым резистором 19 триггера 16, что вызывает скачкообразное возрастание амплитуды автоколебаний генератора. Релейно возросшая- амплитуда автоколебаний увеличивает постоянную составляющую тока, протекакнцего через делитель 14, 15, т.е. возросшее падение напряжения на нем, достигшее порогового значения триггера 16, подтверждает включенное состояние триггера 16 (транзистор 17 открыт, транзистор 18 и соответственно транзистор 23 закрыты, нагрузка 24 обесточена). то состояние подтверждается всякий раз при снятии и подаче напряжения на переключатель в любой точке диференциала хода при удалении (возрате) управляющего элемента в точку озврата и далее (затухание, вносимое

в контур переключателя стальной пластинкой, уменьшается).

Если управляющий элемент находится в точке срабатывания переключателя, описанная цепочка создает небольшую задержку (несколько мс) на включение нагрузки 24.

При постоянно поданном напряжении на переключатель конденсатор 20 на работу схемы переключателя влияния не оказывает.

При нахождении управляющего элемент-а в зоне дифференциала хода такие же прюцессы протекают также в случае скачкообразного изменения напряжения питания в заданном интервале или при возникновении помех от электромагнитных аппаратов, питаю-, щихся от того же источника питания. Помехозащищенность схемы переключателя в любом положении управляющего элемента достигается включением в базу транзистора 10 генератора электрических колебаний последовательно с колебательным контуром 5, 6 и стабилитроном 7, зашуйтированным конденсатором 8, резистора 9.

Включение между корпусом чгиики 2 ферритового сердечника и анодом стабилитрона 4 стабилизатора напряжения конденсатора 3 утечки обеспечивает повышение стабильности точки включения (отключения) при подведении контролируемого объекта близко к точке включения. В таком положении, в случае наличия феррюмагнитных масс, расположенных по периферии датчика, положения, может происходить преждевременное срабатывание пере- -. ключателя из-за наличия заряда, образованного между контуром 1 индуктивности датчика положения и чашкой,2 ферритового сердечника. Введение конденсатора 3 утечки снимает этот заряд с поверхности ферритовой чашки, обеспечивая тем самым стаб-ильность точки включения (отключения).

Использование предлагаемого устройства позволит повысить стабильность точностных параметров, исключить влияние ферромагнитных масс, расположенных по периферии датчика положения, обеспечить однозначность выходного сигнала, когда управляющий элемент находится на грани или

в зоне дифференциала хода при многократном отключении и подаче питающего напряжения или при скачкообразном изменении его в допустимом диапазоне колебаний, повысить помехозащищенность схемы, что приводит к повышению надежности устройства в целом.

Формула изобретения

1.Бесконтактный торцовый переключатель, содержащий транзисторный генератор электрических колебаний, датчик положения, контур индуктивности которого выполнен в открытой чашке ферритового сердечника,триггер с усилителем мощности и стабилизатор напряжения рыполненный на основе стабилитрона, отличающий0 с я тем, что ,с целью повышения

устойчивости работы в зоне дифференциала хода, он снабжен конденсатором и делителем напряжения, вк,Шченным между выводом- контура индуктивности датчика положения и анодом

стабилитрона стабилизатора напряжения, причем положительная обкладка конденсатора присоединена к катоду стабилитрона стабилизатора, а отрицательная

обкладка - к средней точке делителя

напряжения.

2.Переключатель по п.1, о т л ич ающий с я тем, что, с целью повышения стабильности точки включения (ртклнз,чения) , он снабжен конденсатором утечки, причем корпус открытой чашки ферритового сердечника датчика положения соединен с анодом стабилитрона стабилизатора напряжения через конденсатор утечки.

0 3.Переключатель по п.1, о т л ичающийся тем, что, с целью повьшения Помехозащищенности, он снабжен дополнительным резистором, включенным в базовую цепь транзисг тора генератора электрических колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 484641,. кл. Н 03, К 17/56, 1972.

2. Каталог фирмы Gebhavd Balluff. ФРГ, Кельн, 1975.