Бесконтактный торцовый переключатель

(51)5 Н 01 Н 36/00 ЕНИ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКО ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ 21) 4836244/21 (22) 07.05,90 (46) 30.04.93. Бюл. (71) Минское спец бюро автоматичес (72) А,А.Крупчук, В (56) Авторское сви Ь 911131, кл. Н 01Интегральная 1, БК 0.348,838 ТУ. альное конструкторскоеих линийА,Колодичдетельство СССРН 36/00, 1982,микросхема КР 1017 ХА(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ТОРЦОВЫЙ ПЕРЕКЛ ЮЧАТЕЛ Ь(57) Изобретение относится к автоматическамууправлению электрическими системами 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.Изобретение относится к эвтоматиче- ,(фиг. ) соответствуют значециала хода переключателяскому управлению электрическими системами нию дифференциалаи к входу дпя измененияи может быть использовано преимуществен- при подключении к вхо 15но в машиностроении, станкостроении для петли гистерезиса преобразователя 1 резипутевого контроля и для контроля положе стара 14 с неинве . 6нвертирующего выхода 6 комния механизмов или отдельных его узлов паратора 4 а 29 -бкривая - при отсутствииез непосредственного механического кон- такого подключения,такта с ними. Бесконтактный торцовый переключаЦепью изобретения является увеличе- тель работает следующим образом.ние надежности, 10 При подаче напряжения питания и оти е лагаемог бНа фиг.1 изображена электросхема сутствиивзонесрабатыванияупрп авляющегооторого используетсяр д . о бесконтактного торцового элемента в качестве которопереключателя; на фиг.2 - зависимости из- контролируемы бемыи о ьект ипи стальная пламенения петли гистерезиса (дифференциа- стинка, автогене ато 2ла хода) переключателя от условий 15 автоколебаний с максимальной амплиткоммутацииавтогене ато а, дой, При этом инвертирующий выход 5 комксимальнои амплитуБесконтактный торцовый иерекпюча- паратора 4 находится в неи овтель со е жит ид р реобразоватепь 1, вкл 1 оча- состоянии (закрыт), транзистор 17 выходноющий последовательно соединенные го усилителя мощности заперт и через со автогенератор 2, детектор 3 и компаратор 4 20 противление нагрузки 21 ток не течет. В тос двумя выходами 5 и б - инвертирующим и же время неинвертирующий выход б компанеинвертирующим, Для функционирования ратора 4 находится в проводящем состояавтогенератора 2 преобразователя 1 в нем нии (открыт) и че епредусмотрены входы и выходы дпя иод- подключается к входу 15 автогенератораключения внешних цепей обратной связи. В 25 для изменения петли гистерезиса переклюэтом случае амплитуда автоколецепь отрицательной обратной связи 7, 8 ав- чатепя, В этом сл чратора возрастает иотогенератора 2 подключен колебательный баний автогенера ор 2контур 9, 10. Катушка индуктивности коле- сравнению со случаем, когда эта связь отбательного контура размещена в открытой сутствует, Степень увеличения амплитудычашке ферритового сердечника 11, что пред автоколебаний можно регулировать иодбоставляет собой датчик положения перекпю- ром величины резистора 14,чателя. В цепь положительной обратной При введении уиравляющеключен резистор 13 цепи обрат- в зону действия электромагнитного поля,го элементаной связи, обеспечивающей требуемый ре- образованного на торце чашки 11 фе итожим работы автогенератора, 35це чашки ферритового сердечника датчика положения контун и в режиме автоколеДля изменения петли гистерезиса неин- ром индуктивност 9вертирующий выход б компаратора 4 через баний, изменяется (уменьшается) амплидополнительный резистор 14 подключен к туда генера ии ввхо 15 авходу автогенератора 2, Инвертирующий ханий в колебательный конт 9 10,выхо 5 компа атьныи контур 9, О, Присто 16 пд р тора 4 через базовый рези определенном расстоянир подключен к базе транзистора 17 элемента от торца чашки 11 ферритовогот янии управляющегоамплитуда генерируемых колевыходного усилителя мощности, эмиттер ко- сердечника амплитио 1торого через последовательно соединенные баний уменьшаешается до величины, при котодиод 8 в прямом направлении и балласт- рой компаратор 4р переходит в другоен й резистор 19 соединен с положительной 45 устойчивое соств е состояние; инвертирующийшинои 20 питания преобразователя 1 и под- выход 5 откроткрывается, а неинвертирующийключен к плюсу источника питания, а в коллек- выход б зак ькрь вается, так как инвертирую,А21.Ме в хтор подключается сопротивление нагрузки щий выход 5 согп асован с входом усилителяшина 22ежду выходом детектора 3 и общей мощности,тотранзист 17истор также открываопротиаление нагрузки 21 теи питания подключен интегрирую ется и через сопрот ащий конденсатор 23, Кроме того, к шине 22 чет ток, В этомэтом случае неинвертирующийподключены одни выводы первого дополни- выход 6 че 14тельных и второго 25 конденсаторов 24 и 25 оказываед через резистор практически неказывает влияния на работу автогенератодругой вывод первого конденсатора 24 сое- ра 2, Это полто положение управляющего эпемендинен с металлическим корпусом 26 пере та соответствув тствует точке срабатыванияключателя, а другой вывод второго переключателя.конденсатора 25 подключен к иоложитепь- При возврате авозврате управляющего элементаВн енний шине 20 питания преобразователя 1. от точки срабнутренний стабилизатор 27 напряжения расстояние вследствие уменьшения вн иимеет один вход и три выхода,педствие уменьшения вносимого затухания происходит возрастание амIплитуды автоколебаний, а при достижении питания и нагрузки, Между корпусом и схенапряжения, равного пороговому значению мой переключателя образуется определенкомпаратора 4, амплитуда колебаний воз- ная емкость, А так как входные цепи растает до величины, при которой компа- автогенератора 2 преобразователя 1 доратор 4 переходит в исходное состояние 5 статочно высокоомные, то между корпу(инвертирующий выход 5 закрывается, а не- сом переключателя и входным цепями инве тирующий выход 6 открывается), Это автогенератора 2 образуется эффективная положение управляющего элемента соот- дифференцирующая цепь, через которую и ветствуетточкеотключениявозврата)пере- воздействуют помехи, вызывающие срыв ключателя, 10 генерации.автогенератора 2 и изменениеРазность по пути между точками воз- коммутационногосостоянияпереключателя врата и срабатывания переключателя со- как в зоне дифференциала хода к точке отставляет зону дифференциала хода ключения (возврата), так и за ней, КонденсаВведениерезистора 14,подключенного тор 24 выполняет роль блокировочного и кнеинвертирующемувыходубкомпаратора 15 замыкает через себя наводимые импульс и к входу 15 автогенератора 2 для измене- ные высокочастотные помехи на общую ши-ния петли гистерезиса переключателя, позво- ну питания 22, Конденсатор 25 с резистором лило увеличить значение дифференциала" 19 образует сглаживающий ВС-фильтр, захода. В этом случае увеличение амплитуды: . щищающий переключатель от электромагколебаний автогенератора 2 равносильно 20 нитных помех, проникающих по цепи смещению точки отключения переключа- питания. Подключение к инвертирующему теля от чувствительного элемента датчика выходу 5 компаратора 4 выходного усилите-положения, т.е. расширению петли гистере-ля мощности, выполнеиног 6 на транзисторе зиса зонц дифференциала хода), Это явля, включенном по схеме с общим эмитте-ется следствием того, что в данном случае 25 ром, база которого через резистор 16 подменяются условия самовозбуждения авто- ключен к выходу 5 компаратора 4, а генератора 2 таким образом, что отрица- . змиттер через последовательно соедииейтельная обратная связь 7, 8 преобладает. ные диод 18 в прямом направлении и резиПоатомудля возникновения генерации ав- стор 19 соединен с положительной шиной тогенерэтора 2 необходимо ослабить эту Зб 20 питания преобразователя 1 и подключен связь за счет уменьшения демпфирования к положительной шине источника пИтания, колебательного контура 9, 10 датчика по- позволило повысить надежность переклюложения, т.е, снйжения вносимого затуха-, чателя за счет повышения нагрузочкой спония путем дальнейшего. отвода управляю-собности, расширения пределов питающего щего элемента от чувствительной поверхно-. 35 напряжения, обеспечения защиты переклюсти датчика положения (от точки срабатыва- . чателя отизменейия полярности питающего ния). :напряжения, обеспечения снижения падеГрафически на Фиг.2 приведены зависи- ния напряжений на переключателе в открымости изменения петли гистерезиса пере-. томсостоянии.ключателя для двух случаев: кривая 28 - 4 О В условиях .эксплуатацйи верхнее знапетля гистерезиса, когда к йеинвертирую- : чвние.напряжения источника питания мощему выходу 6 компаратора 4 и к входу 15 "жет достигать 3035 В, что превышает автогенератора 2 подключен резистор 14 и . предельный уровень напряжения ф 7 Е) схекривая 29 - петли гистерезиса, когда рези- мй преобразователя 1. Йреобразователь 1 стор 14 неподключен,т.е, отсутствует. В случае 45 содержит внутренний стабилизатор 27 наотсугствия цепочки 6-14-15 вышеописанное пряжения и может работать при значении явление отсутствует и дифференциал ходапитающего напряжения 5 В прй малом по- петли гистерезиса) переключателя опреде- . требляемом токе (порядка 12 мА), Поэтому ляется в основном величиной петли гисте- для расширения значения верхнегоуровня резиса компараторз 4. 50 напряжения питания переключателя вПодключение к общей шине 22 питания цепь питания включен резистор 19, значе-, . и к корпусу 26 переключателя, а также к ние которого выбирается таким образом, плюсовой шине питания 20 преобразовате- чтобы нижний предел напряжения питания ля 1 преобразователякокденсаторов 24 и 25 . не превышал 12 В. Включение в положи- обеспечивает помехоустойчивость схемы 55 тельную шину 20 питания преобразователя переключателя. Преобразователь 1 пере диода 18 впрямомнаправленииобеспечиКлючателя подвержен воздействию им- вает как защиту преобразователя, так и запульсных и электромагнитных помех, щиту транзистора 17 усилителя мощности воздействующих на корпус переключателя от перемены полярности питающего напряи на провода для подключения напряжения жения, 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 воткрытом состоянии (между электродами эмиттер-коллектор транзистора 17), т.е. уровень сигнала "1" возрастает, а уровень сигнала "0". - . уменьшается. Особо это важнопри значительных -колебаниях питавщего напряжения и при реализации на переключателях логических функций, напримьр, схеРезистор 16, определяющий ток базытранзистора 17 усилителя мощности, выбирается таким образом, чтобы увеличить нагрузочную способность переключателя посравнению с инвертирующим выходом 5.компаратора 4 а несколько рааИспользование таких устройста в системах промышленной автоматики, выполненнцх как на релейно-контактной аппаратуре,так и на интегральных микросхемах, позволит повысить надежность эксплуатации исократить, простои технологического оборудования.По сравнениа с прототийом, предлагаемое. изобретенйе позволяет разработатьаппарат с, высокими зксплуатэциойными свойствами:повышенной надежности засчет обеСпечения помехоустойчивости схемы переключателя от воздействия на нее поцепи питания импульсных и злектромагнитных помех, что йсключает ложные.срабаты; взния переключателю при воздействииуказанных помех и скачкообразного изменения питающего напряжения От 20;до3035 В; увеличения: нагрузочной способнОсти переключателя от 50 до 200 мА, бла- "годаря чему возрастает. не тольканадежйость работы переклЮчателя, но и расширяется-область применения их для работы каК с логическими элементами, так и с 48элвктромагнитйцми реле, применяемыми астайкбстроении; расширения петли гистерезнса дифференциала хода) с 0,01 до 0,030,5 мм, обеспечивая тем самым надежную коммутацию цепей управления при изменении температуры окружающей среды от -25 до +70 С и напряжения питания от 20 до 3035 В, расширения верхнего значения предела питающего напрякения с 27 до 3035. В; обеспечения защиты переключателя от перемены полярности питающего напряжения и коммутационных перенапряжений в цепи нагрузки переключателя, возникающих при отключении индуктивной нагрузки. При этом предотвращается выход из строя переключателей в условиях эксплуатации и.сокращаются простои технологического оборудования.Формула изобретения 1. Бескойтактный торцовый переключа- тель, содержащий установленные в металлическом корпусе преобразователь, включающий в себя автогенератор с колебательным контуром во внешних цепяхобратной связии входом изменения петли гисгерезиса, детектор, входом подключенный к вцхо. ду автогенератора и выходом - ко входу компаратора с йнвертируещим. и неинаертирующим выходами,:интегрирующий конденсатор, резистор цепи обратной связи и шины питания, от лич в в щ ий с я тем, что, с целью увеличения вадежностивведены два дополнительных конденсатора и Резистор, причем одни выводы дополнительных конденсаторов подключены к общей шине питания, другой вывод первого дополнительйог 6 конденсатора соединен с металлическим корпусом, другой вывод второго дополнительного конденсатора с положительной шиной питания, а дополни- телныЙ резйстор подклюен между неин- вер 1 ируащим выходом компаратора и входом для изменения петли гистерезиса.2. Иервкл 1 очатель по:п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что дополнительно введен ацходнбй усилитель мощности, выполненный нэтранзисторе, включенйомпо схеме с общим змиттором, база которого через базовый резистор подключена к инвертйрующему выходу компаратора, змиттер соедийен с положительной шиной источника питания и через последовательно соединенные прямовключенный диод и балластный резистор - с положительной шиной питания преобразователя, а коллектор йодключен в цепь нагрузки.1812569сР алщолъи.3,2 оставитель Л, Багян ехред М,Моргентал Корректор М. Ткач едакт каз 1577 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101