CN101794978B

CN101794978B - 单线防爆行程开关

Info

Publication number: CN101794978B
Application number: CN2010101463411A
Authority: CN
Inventors: 汪孟金; 李玮; 孙浙胜; 朱亮
Original assignee: Ningbo Zhenhai Huatai Electric Factory
Current assignee: Shenzhen Qianhai Shima Fund Management Co., Ltd.
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: CN101794978A

Abstract

本发明涉及一种单线防爆行程开关，由弹性触头K和控制电路组成，当弹性触头K与设备的接地金属E接触时，可以得到控制电压U，将该控制电压U作为控制信号施加到电压比较器上，当弹性触头K与接地金属E接触时，电压U值高于设定的基准电压，电压比较器输出高电平；当弹性触头K与接地金属E断开不接触时，U＝0，I＝0，电压比较器输出低电平；放大电路对电压比较器的输出进行电流放大，再将放大的电流施加到继电器的励磁线圈上，实现继电器动触点的吸合与复位，即实现对系统的开关控制。

Description

单线防爆行程开关

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及防爆和需要远距离传送控制信号的技术领域。

背景技术

机械设备的组件经常需要进行移动或转动，例如车床的刀架或雷达天线的底座等，为了使这些机械设备安全运行，就需要行程开关或限位开关等器件来控制行程。

常见的行程开关或限位开关主要有两类：

第一类为机械结构的行程开关，如中国专利ZL94238218.8中所公开的开关就是这类机械结构的开关。这类机械结构的开关存在以下缺陷：1、笨重、体积大、结构复杂，不能在细长、狭窄、空间受限制的位置使用；2、触点电流大，闭合和断开时会产生电火花，不能在易燃易爆的场合使用；3、控制信号难以远距离传输，难以实行遥控、遥测。

第二类是利用红外光的行程开关，这类开关很大程度上克服了机械开关的不足，但存在以下的缺陷：1、在很多场合红外光容易被遮挡，例如在海用舰载雷达上，海上盐雾会遮挡红外光，在木工机床上，木屑容易遮挡红外光，因此不能使用；2、控制信号的电流较大，至少需要毫安级的电流，远距离传输和遥控均难以实现；3、线路复杂，造价高。

发明内容

本发明的发明内容针对上述行程开关或限位开关的现有技术的不足，而提供一种单线防爆行程开关，由弹性触头和控制电路组成，其特征在于：当弹性触头与设备的接地金属接触时，可以得到控制电压，将该控制电压作为控制信号施加到电压比较器上，当弹性触头与接地金属接触时，控制电压值高于设定的基准电压，电压比较器输出高电平；当弹性触头与接地金属断开不接触时，控制电压为零，控制电流为零，电压比较器输出低电平；放大电路对电压比较器的输出进行电流放大，再将放大的电流施加到继电器的励磁线圈上，实现继电器动触点的吸合与复位，即实现对系统的开关控制。

本发明所采用的技术方案如下：

市政供电的民用220V，50Hz交流电通常具有两条线路：相线L和中线N。一般的机械、电子设备为了用电安全，中线N都与大地相连接。

如图1所示，当弹性触头K与接地金属E(机械、电子设备的一部分)接触时，可以得到控制电压U，只要电阻R足够大，控制电流I就可以小到微安级(例如5μA)，弹性触头K与接地金属E接触时，不会产生电火花。并且，由于二极管D与高阻值电阻R的作用，弹性触头K与接地金属E断开时，弹性触头K对人体是安全的，不会发生触电事故。

将电压为U，电流I为微安级的控制信号施加到高灵敏度的电压比较器上，即可以实现开关控制。当图1中的弹性触头K与接地金属E接触时，电压U值高于设定的基准电压，电压比较器输出高电平；当弹性触头K与接地金属E断开不接触时，U＝0，I＝0，电压比较器输出低电平。

采用放大电路对电压比较器的输出进行电流放大，再将放大的电流施加到继电器的励磁线圈上，就可以实现继电器动触点的吸合与复位，即实现对系统的开关控制。

本发明进一步采取的技术措施为：

将放大电路、电压比较器、继电器正常工作所需的直流稳压电源电路与控制信号电路结合在一起，直流稳压电路既实现整流、稳压的功能，又完成构成控制信号流通回路的作用。

将直流稳压电路、电压比较器、三极管、继电器等电子器件放入密封封装中，该密封封装与作为传感器的弹性触头K之间采用导线连接，提高了安全性。

发明特征：

1、控制信号来自220V，50Hz民用交流电；

2、控制信号经电阻R降压、二极管D整流后获得；

3、传感器为单线弹性触头；

4、单线弹性触头通过与大地连接后获得控制信号；

5、控制信号通过电压比较器输出高电平或低电平。

本发明的优点：

1、弹性触头K与电阻R之间的导线长度无任何限制。因为电阻R为MΩ级的高阻值电阻，长距离导线自身所呈现的电阻与电阻R阻值相比较，可以忽略不计。因此，本发明的弹性触头K与主控盒可以异地安装而无需远传放大器，可以方便地实现遥控。

2、信号电流I为μA级电流，不会产生电火花，安全性能出色。

3、弹性触头K可以做成微型触头，因而本发明可以用于安装空间受限的场合。

4、控制信号采自220V的交流电路，凡电压小于220V的干扰信号对本发明均难以构成干扰，故本发明具有较强的抗干扰能力。

5、本发明只须一条线路(单线路)就获得了控制信号，与需采用双线路才能获得控制信号的普通行程开关相比较，系统的布线与安装均非常便利。

附图说明

图1为本发明获取控制信号的原理图；

图2为本发明的触头结构图；

图3为本发明第一实施例的电路原理图；

图4为本发明第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。但应当理解这里的说明仅以示例形式作为解释说明，并不构成对本发明保护范围的限制。

图1是本发明获取控制信号的原理图。如图1所示，当弹性触头K与接地金属E(机械、电子设备的一部分)接触时，可以得到控制电压U，只要电阻R足够大，控制电流I就可以小到微安级(例如5μA)，弹性触头K与接地金属E接触时，不会产生电火花。并且由于二极管D与高阻值电阻R的作用，弹性触头K与接地金属E断开时，弹性触头K对人体是安全的，不会发生触电事故。

图2为本发明的弹性触头K的结构示意图，由触头部分30，弹性组件38，触头固定组件32，36和导线34组成。

图3为本发明第一实施例的电路原理图。结合图1-图3，主控盒内设有由C₁、R₁组成的降压电路，由D₁-D₄组成的桥式整流电路，以上电路共同作用，可为继电器J、三极管V₁、电压比较器IC₁提供直流稳压电源。

它们的工作过程是：在AC220V交流电正半周时，电流的流通途径为：相线L→C₁、R₁降压电路→D₄→R₂→R_ab(a、b两端向右看的等效负载)→桥路接地→D₂→中线N。

在AC220V交流电负半周时，电流的流通途径为：中线N→D₃→R₂→R_ab→桥路接地→D₁→C₁、R₁降压电路→相线L。

以上的工作过程与电容、电阻降压的直流稳压电元的工作过程相同。

下面将说明由C₁、R₁组成的降压电路，由D₁-D₄组成的桥式整流电路，在本发明中，它们不仅起到了上述整流、降压作用，而且在控制信号产生的过程中，它们也起重要作用。

控制信号的产生过程：如前所述，AC220V交流电在入户前，中线N已经接地，因此图1-3中的导体E已经接地，则其也与中线N连通。所以在AC220V交流负半周时，如果导体E与弹性触头K相接触时，则控制信号电流按下述途径流通：

导体E→弹性触头K→R₈(降压)→D₇(整流)→C₄、C₅(滤波)→R₆(分压)→R₇(获得送至电压比较器IC₁的信号电压)→桥路接地→D₁→C₁、R₁(降压)→相线L。

由此可以看出，在本发明中，C₁、R₁和D₁-D₄组成降压-整流电路，既是产生直流稳压电源的部件，也是产生控制信号的重要部件。

直流电压施加在a、b两端，只要适当地调整R₅、R₀的值，就可以在电压比较器IC₁的2端获得比较器基准电压U₂。同样，只要适当地调整R₆、R₇、R₈的值，就可以获得信号电压U3。当弹性触头K与导体E接触时，U₃＞0；当弹性触头K与导体E脱离不接触时，U₃＝0。

当U₃＞0时，调整R₆、R₇、R₈的值，使得U₃＞U₂，此时电压比较器IC₁的1端输出电平高，三极管V₁导通，继电器J的动触点吸合，其常开触点J_K闭合，负载(继电器、交流接触器、电磁阀等)与AC220V接通。

当弹性触头K与导体E脱离不接触时，U₃＝0。此时电压比较器IC₁的1端为低电平，三极管V₁截止，继电器J的励磁线圈无电流，其常开触点J_K断开，负载(继电器、交流接触器、电磁阀等)与AC220V也断开。

由此可见，通过单线弹性触头K与接地导体E之间的接触与脱离，就达到了继电器常开触点J_K的开关。

需要指出的是：第一，采用常闭触点的继电器也适用于本发明，这对本领域技术人员来说是显而易见的。第二，在本实施例中，负载的电源为AC220V，但在实际应用中，负载的电源可以任意配置，可以是交流电源也可以是直流电源，可以采用220V，也可以是110V、24V、12V等。第三，可以通过增大R₈的阻值，使得控制信号为μA级的电流，这样弹性触头K与接地金属E接触时，不会产生电火花；同时，本发明的主控盒是密封的，继电器的触点也是密封的，因此本发明可以在易燃易爆的场合使用。

图4为本发明第二实施例的电路原理图。如图4所示，采用了两个如本发明第一实施例的单线行程开关，其中方框11和12表示主控盒，弹簧线表示本发明的弹性触头K₁和K₂，K₁₁和K₂₂表示继电器的常闭触点。

图4中的运动平台E，可以理解为往复运动的机械设备，如往复运动的平面磨床工作台，或者作扇形扫描运动的雷达天线底座。

J₀为时间继电器，K₀为J₀的延迟接通开关；J_左、J_右为交流接触器的线圈，K_左1、K_左2、K_左3为受J_左控制的常开触点，K_左4为受J_左控制的常闭触点；K_右1、K_右2、K_右3为受J_右控制的常开触点，K_右4为受J_右控制的常闭触点。

本实施例的控制过程为：

当三相交流电合闸接通时，时间继电器J₀通电并开始延迟计时，此时K₀为断开状态。交流接触器J_左与电源断开不通电，故K_左4闭合。

若此时运动平台E与K₂远离未接触，则K₂₂闭合。此时，由于K_左4与K₂₂均闭合，故J_右与380V交流电源接通，K_右1、K_右2、K_右3接通，K_右4断开，三相电机以ABC相序转动，带动E向右运动，接地导体E与弹性触头K₂接触，从而K₂₂断开，则J_右断电，K_右1、K_右2、K_右3断开，K_右4接通，此时时间继电器J₀延时时间已到，K₀已闭合，从而J_左通电，K_左1、K_左2、K_左3接通，K_左4断开，三相电机以ACB相序转动，带动E向左运动，接地导体E与弹性触头K₁接触，从而K₁₁断开，则J_左断电，而接地导体E与弹性触头K₂非接触，K₂₂接通，则J_右断电。如此周而复始地工作。

其中延时继电器J₀的作用是防止三相交流电合闸时，J_左与J_右同时接通。

最后应该说明，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明的技术方案，所以，本领域的技术人员应当理解，虽然在理解本发明技术方案的基础上，可以对本发明进行修改或等同替换，但一切不脱离本发明的实质和范围的技术方案及改进，均应在本发明的权利要求所涵盖的范围内。

Claims

1.一种单线防爆行程开关，由弹性触头(K)和控制电路组成，

其特征在于：

当弹性触头(K)与设备的接地金属(E)接触时，可以得到控制电压(U)，将该控制电压(U)作为控制信号施加到电压比较器上，当弹性触头(K)与接地金属(E)接触时，控制电压(U)值高于设定的基准电压，电压比较器输出高电平；当弹性触头(K)与接地金属(E)断开不接触时，控制电压(U)为零，控制电流(I)为零，电压比较器输出低电平；

放大电路对电压比较器的输出进行电流放大，再将放大的电流施加到继电器的励磁线圈上，实现继电器动触点的吸合与复位，即实现对系统的开关控制。

2.如权利要求1所述的单线防爆行程开关，其特征在于：

将放大电路、电压比较器、继电器工作所需的直流稳压电路与控制电路结合在一起，直流稳压电路既实现整流、稳压的功能，又完成构成控制信号流通回路的作用。

3.如权利要求1所述的单线防爆行程开关，其特征在于：

负载的电源能够进行不同的配置，可以是交流电源也可以是直流电源，可以采用220V，或是110V、24V、12V。