Бесконтактный торцовый переключатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АЬТЮУСКОМУ С ЕТЕЛЬСТЬУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ss) 807401 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 21.03.78 (21) 2593057/24-07 с присоединением заявки Нх (23) Приоритет—

Опубликовано 2302,81. Бюллетень Ю 7

Дата опубликования описания 23. 02. 81 ($1)М. Кл.з

Н 01 Н 36/00

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй и открытий (53) УДК 621. 314. . 888 (088. 8) А. А. Крупчук и Э. Н. Тишкевич (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Минское специальное конструкторское бюро линий (54 ) БЕСКОНТАКТНЫЙ ТОРЦОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к автома- тическому управлению электрическими системами и может быть использовано преимущественно в машиностроении, станкостроении для путевого контроля и для контроля положения обрабатываемых деталей нли 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 феррнтового сердечника, детектор, триггер и стабилизатор напряжения (11 .

Однако схемы выключателей подвержены боковому влиянию металлических масс, что ухудшает стабильность точ- 20 ки 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 двух- 30 каскадным транзисторным 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 н выключателя в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесконтактный конечный выключатель, который содержит генератор электрических колебаний, датчик положения с контуром индуктивиости, выполненным в открытой чашке ферритового сердечника, детектор, триггер с усилителем мощности и стабилизатор напряжения, выполненный на основе стабилитрона (2 .

Однако схема выключателя подвержена влиянию металлических масс, расположенных по периферии датчика положения, что ухудшает стабильность точностных характе.ристик, а наличие детектора усложняет схему согласования генератора с триггером. Кроме того, значи тельный недостаток известных усч—

807401 ройств 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 колебаний, а также при воздействии помех по цепи питания от параллельно работающих от того же источника питания электромагнитных устройств.

Цель изобретения — повышение устойчивости работы устройства в зоне дифференциала хода, стабильности точностных параметров и помехозащищенности схемы.

Поставленная цель достигается тем, что переключатель снабжен конденсатором и делителем напряжения, 20 включенным между выводом контура индуктивности датчика положения и анодом стабилитрона стабилизатора напряжения, причем положительная обкладка конденсатора подсоединена 25 к катоду стабилитрона стабилизатора, а отрицательная обкладка — к средней точке делителя напряжения.

Кроме того с целью повышения стабильности точки включения (отключения) он снабжен конденсатором утечки, 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.

40 на чертеже изображена принципиальная электросхема предлагаемого бесконтактного торцового переключателя.

Бесконтактный торцовый переключатель содержит датчик положения, выполненный из контура 1 индуктивности, размещенного в открытой чашке 2 ферритового сердечника, корпус кото- 50 рой через конденсатор 3 утечки соединен с анодом стабилитрона 4 параметрического стабилизатора напряжения Часть 5 контура индуктивности с кЬнденсатором 6 образует колебательный контур, вывод которого через последовательно соединенные стабйлитрон 7, включенный в прямом направлении и зашунтированный конденсатором 8, и резистор 9 подключен в цепь базы генератора электрических колеба- Щ .ний, выполненного на транзисторе 10. К общей точке контура 1 индуктивности подсоединены резистор 11, вклю" . ченный в эмиттерную цепь транзистора 10, и вторая часть 12 контура ин- $$ дуктив ности, 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 йороговым резистором 19. Средняя точка делителя 14, 15 напряжения подсоеди-. нена 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 коллакторную цепь которого подключается сопротивление на-. грузки 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 величиной резистора 11, возбуждает колебательный контур

5,6. Генератор переходит в режим автоколебаний с максимальной 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 падение 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 эмиттерной 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 (n-p-n), то подключение входа усилителя мощности к выходу триггера обеспечивает хо807401 рошие условия согласования схем и позволяет в качестве нагрузки использовать 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 в 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 1$ переключателя. Кроме того, шунтирование стабилитрона 7 конденсатором 8 обеспечивает релейность срыва и возникновения генерации, уменьшает величину дифференциала хода, а также 2О упрощает схему согласования генератора с триггером 16, что также способствует повышению стабильности точностных параметров и повышению надежности устройства. 25

При введении управляющего элемента в зону действия электрического поля, образованного на торце чашки 2 ферритового сердечника датчика положения, контуром индуктивности в режиме автоколебаний изменяется (уменьшается) амплитуда генерации вследствие внесения затухания в колебательный контур 5,6.При определенном расстоянии уп равляющего элемента от торца части 2 ферритового сердечника амплитуда гене-З 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, резис- 4() тор 21 смещения шунтируется стабилитроном 7 и частью 5 контура индуктивности, благодаря чему транзистор 10 призакрывается. Таким образом, паде-. ние напряжения на делителе 14, 15 резко уменьшается вследствие уменьшения 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 открыва- $5 ются, включая нагрузку 24. Это положение управляющего элемента соответствует точке срабатывания переключателя.

При возврате управляющего элемента д) от точки срабатывания на определенное расстояние, вследствие уменьшения вносимого затухания, происходит возрастание амплитуды генерируемых колебаний, а при достижении на делителе 14, 15 напряжения, равного пороговому значению триггера 16, амплитуда колебаний скачком возрастает до величины, при которой триггер 16 переходит в исходное состояние. Это положение управляющего элемента соответствует точке отключения (возврата) переключателя., Разность по пути между точками возврата и срабатывания переключателя составляет зону дифференциала хода.

Если управляющий элемен т н аходится в зоне дифференциала хода или в граничных положениях его, имеют место ложные переключения, вызванные наличием помех, скачкообразным изменением питающего напряжения в допустимых пределах (например, в предлагаемом устройстве от 20 до

30 В) и при многократном снятии и повторной подаче питающего напря- жения, 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 питакицего 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 приоткрывает 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, протекающего 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).

Это состояние подтверждается всякий раз при снятии и подаче напряженья на переключатель в любой точке дифференциала хода при удалении (возврате) управляющего элемента в точку возврата и далее (затухание, вносимое

807401 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. !

О

При нахождении управляющего элемента в зоне дифференциала хода такие же процессы протекают также в случае скачкообразного изменения напряжения питания в заданном интервале или при возникновении помех от I5 электромагнитных аппаратов, питаю-. щихся от того же источника питания.

Помехозащищенность схемы переключателя в любом положении управляющего элемента достигается включением в ба- 2О зу транзистора 10 генератора электрических колебаний последовательно с колебательным контуром 5, 6 и стабилитроном 7, зашунтированным конденсатором 8, резистора 9. 25

Включение между корпусом чашки 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 ферромагнитных масс, расположенных по периферии датчика, положения, может происходить -- 35 преждевременное срабатывание пере-ключателя из-за наличия заряда, образованного между контуром 1 индуктивности датчика положения и чашкой.2 ферритового сердечника. Введение кон- 40 денсатора 3 утечки снимает этот заряд с поверхности ферритовой чашки, обеспечивая тем саьым стаЬильность точки включения (отключения).

Использование предлагаемого уст- 45 ройства 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 н 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 переклю чатель, содержащий транзисторный генератор электрических колебаний, датчик положения, контур нндуктивности которого выполнен в открытой ,чашке ферритового сердечника, триггер с усилителем мощности и стабилизатор напряжения выполненный на основе стабилитрона, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повышения устойчивости работы в зоне дифференциала хода, он снабжен конденсатором и делителем напряжения, вкАВченным 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 а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности точки включения (Ртключения), он снабжен конденсатором утечки, причем корпус открытой чашки ферритового сердечника датчика положения соединен с анодом стабилитрона стабилизатора напряжения через конденсатор утечки.

З.Переключатель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения Помехозащищенности, он снабжен дополнительным резистором, включенным в базовую цепь транзистора генератора электрических колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 484641,. кл. Н 03, К 17/56, 1972.

2. Каталог фирмы "Gebhavd Bal1uff". ФРГ, Кельн, 1975.

807401

Ф

Составитель О. Наказная

Редактор О. Малец Техред М.Рейвес Корректор М. Коста

Заказ 303/80 Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул. Проектная, 4