Устройство для определения наличия металла

(21) 4225738 (Ж) 08.04,8 (46) 30.10.8 (71) Опытное Бюл ероизводятие технитавто енн ыстрое воссле срыва спечиваетмплитуды иысокую чувчий зазор) тивлением о становление генерации и (большой ра 2 ил вительностьстройства. СюО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ческое предпри Уралчерме матика"(56) Авторское свидетельство СССР У Я 81869, кл. С 01 В 7/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ МЕТАЛЛА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления технологическими процессами. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия.Это достигается путем увеличения рабочего зазора при неизменном режиме генерации устройства. Устройство содержит автогенератор на транзисторе 1 с колебательным контуром, образованным индуктивным преобразователем 2 и кон,ЯО 143423 денсатором 3. В базовую цепь транзистора автогенератора включена обмотка 4 обратной связи, а в его эмиттерную цепь - резистивный злемен 7.Диодный выпрямитель 8, .питающий балластный резистор 9 и пороговый элемент 11, подсоединен к низковольтнойобмотке обратной связи 4. Входноесопротивление порогового элемента 1 1выбирается по крайней мере на порядок выше сопротивления балластногорезистора 9, Поцключение балластногорезистора 9 к низковольтной обмотке4 обратной связи через диодный выпрямитель 8 обеспечивает нелинейнуюнагрузку генератора, возрастающую сувеличением амплитуды колебаний, чтосовместно с применением пороговогоэлемента 11 с высоким входным сопроИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано в системах автоматического управления технологическими 5процессами для определения наличияметалла в заданной точке пространст"ва или для определения взаимного поло"жения металлических тел,Цель изобретения - повышение чув,ствительности и быстродействия устройства путем увеличения рабочего)зазора при неизменном режиме генерации устройства.На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 тоже, с конкретной схемой пороговогоэлемента и выпрямителя.Устройство состоит из автогенератора, содержащего транзистор 1,,индуктивным преобразователем 2 и кон,денсатором 3, обмотку 4 обратнойсвязи, включенную между базой тран;зистора 1 и общей точкой резисторов5 и 6 смещения, и резистивный элемент,7, включенный в эмиттерную цепь транзистора 1, а также выпрямитель 8(диодныймост, показанный на фиг, 1,или диод на фиг. 2), балластный резистор 9, зашунтированный конденсатором 10, и пороговый элемент 11.Обмотка 4 обратной связи магнито,связана с обмоткой индуктивного пре,образователя 2. Цепочка из элементов9-10 подключена к выводу выпрямителя 8 параллельно с пороговым элементом 11. Резисторы 5 и 6 смещения под,ключены вторыми выводами к соответствующим шинам питания.Пороговый элемент 11 может состоять из компаратора 12 (на операционном усилителе) с источником опорногонапряжения в. виде резистора 13, обтекаемого током делителя на резисторах 5 и 6. На схеме фиг. 2 показано также второе звено фильтра, образованное третьим конденсатором 14и резистором 15.Устройство работает следующим образом. 50При подаче питающего напряженияили;,после срыва генерации, вызванного наличием металла в поле индуктивного преобразователя 2) колебательный ЬС-контур 2, 3 генератора 55ничем не нагружен,потери в нем минимальны. Контурное усиление в системе автогенератора существенно превышает единицу, последний самовозбуждается и амплитуда .переменного напряжения на ЬС-контуре 2, 3 быстро (за счет избытка усиления) нарастает, Так как диодный выпрямитель 8, питающий балластный резистор 9 и пороговый элемент 11, подсоединен к базовой обмотке 4, напряжение на которой в рабочем (номинальном) режиме составляет примерно 1-1,5 В, выпрямитель 8 остается закрытым (пороговое напряжение кремниевого диода равно 0,6-0,7 В) до тех пор, пока амплитуда колебаний не достигнет примерно 502 от номинального значения. Начиная с этого первого порогового значения, в ЬС-контуре 2, 3 генератора оказывается подключенной нагрузка, представленная балластным резистором 9, что увеличивает относительную долю потерь при дальнейшем увеличении амплитуды генерации, Контурный коэффициент усиления начинает уменьшаться и при достаточно низкоомном балластном резисторе 9 снижается при некотором значении амплитуды генерации до единицы, а амплитуда стабилизируется на этом уровне.Выбором соотношения начального контурного коэффициента усиления, задаваемого вместе с соотношением витков обмоток (катушки индуктивного преобразователя 2 и обмотки 4 обратной связи) величиной сопротивления резистивного,элемента 7 отрицательной обратной связи в эмиттере транзистора 1 автогенератора, и значения уси- ления при подключенном балластном резисторе 9 задается установившаяся амплитуда генерации, находящаяся в пределах линейной области работы транзистора 1 автогенератора (амплитуда переменного напряжения на коллекторе транзистора 1 должка быть меньше напряжения коллектор - эмиттер) . При этом выпрямленное и сглаженное конденсатором 10 напряжение на балластном резисторе 9 превышает порог срабатывания выходного порогового элемента 11 (операционного усилителя 12 с высокоомным входом).В этом режиме состояние выходного порогового элемента 11 индицирует отсутствие металла в поде катушки индуктивного преобразователя. При приближении металла потери в ЬС-контуре 2, 3 генератора увеличиваются, равновесное значение амплитудьь гене 1434237рации уменьшается и при снижении ее ниже порога срабатывания выходного порогового, элемента 11 последнийпереключается, индицируя появление металла.Так как в этом устройстве срабатывание выходного порогового элемента 11 никак не изменяет режима генерации (пороговый элемент практически не потребляет энергии по входу), то предельное значение его чувствительности определяется только.стабильностью автогенератора (температурной и временной).и может достигать предельных для данного устройства значений.Кроме того, подключение. балластного резистора 9 к маловитковой обмотке 4 обратной связи (соотношение витков коллекторной и базовой обмо" ток ы/ж порядка 5) требует уменьшения его сопротивления по сравнению с подключением к коллекторной цепи в (ю/ ю) раз, т,е. примерно в 25 15-50 раз; в то время.как шунтирующее влияние диода 8, определяемое его обратным током, остается на прежнем уровне. Следовательно, дестабилизирующий эффект, вызванный неидеально- стью выпрямительного диода 8, также уменьшается в (ч/ы) раз. Предлагаемая структура обеспечивает получение рабочего зазора (при той же конструкции и габаритах, что и у прототипа) порядка 10-16 мм (против 5-8 мм у прототипа) при увеличении быстродействия в 1,5-2 раза.Формула изобретенияУстройство для определания наличия металла, содержащее автогенератор на транзисторе с индуктивным преобразователем в колебательном контуре, включенном в коллекторную цепь транзистора, обмотку обратной связи в базовой цепи транзистора, резистивньй элемент в эмиттерной цепи транзистора, выпрямитель и выходной поро- говый элемент,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, в него введены параллельно соединенные балластный резистор и сглаживающий конденсатор, подключенные к выходу выпрямителя параллельно а.пороговым элементом, вход выпрямителя подключен к выводам обмотки обратной связи, входное сопротивление порогового элемента выбрано по крайней мере на порядок выше сопротивления балластного резистора.едактор Л.Пчолинская Корректор ненк Заказ 5542/41 б 80 ное НИИ ве изобре Ж,1303 роизводствецно-полиграфическое предприятие, г, У ул, Проектн ТирГосуда делам осква Подпого комитета СССРний и открытийаушская наб., д, 4