CN207249429U - 高温智能型电容式接近开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开高温智能型电容式接近开关，包括电路部分和机构部分，电路部分设置于机构部分内，电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、差分放大电路、A/D转换器、开关输出电路以及MCU微处理器；电源电路提供电源，电路部分还包括：温度感应电路，温度感应电路与MCU微处理器采用I²C通讯连接，温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且MCU微处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表。本实用新型高温智能型电容式接近开关具有温度补偿、环境变量补偿自动调整功能使得产品受外界干扰的影响变小，更加适合安装在不需经常调整、环境微变的场合。

Description

高温智能型电容式接近开关

技术领域

本实用新型涉及一种接近开关，具体为一种高温智能型电容式接近开关。

背景技术

电容式接近开关的感应电容串接在振荡回路内，一般是RC振荡回路。电源接通时，振荡回路不振荡，当一目标物朝着电容器的电极靠近时，电容器的电容值开始增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振荡和震荡两种信号转换成开关信号，从而起到检测有无物体存在的目的。

一般的电容式接近开关电路使用时容易受环境温度的影响，尤其是在检测液体温度变化大时容易产生温漂，出现判断失误。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种高温智能型电容式接近开关。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

高温智能型电容式接近开关，包括电路部分和机构部分，电路部分设置于机构部分内，电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、差分放大器、A/D转换器、开关输出电路以及MCU微处理器；电源电路提供电源；振荡电路的正弦波信号经F/V转换电路变换后送入差分放大器，放大后的信号连接A/D转换器输入IO，经A/D 转换器转换为数字量后送入MCU微处理器，MCU微处理器的输出 IO与开关输出电路连接，电路部分还包括：温度感应电路，温度感应电路与MCU微处理器采用I²C通讯连接，温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且MCU微处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表。

本实用新型高温智能型电容式接近开关具有温度补偿、环境变量补偿自动调整功能使得产品受外界干扰的影响变小，更加适合安装在不需经常调整、环境微变的场合。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，MCU微处理器的开关控制端与LC振荡开关连接。

采用上述优选的方案，LC振荡开关利用电涡流原理检测有无金属物体；使用时可使用金属感应片靠近感应区域，并通过靠近时间的长短来实现对传感器的设置，实现智能学习功能。

作为优选的方案，MCU微处理器的开关控制端还与一根可与电源线和地线接触的编程线连接。

采用上述优选的方案，通过接触电源线和地线时间的长短，实现对传感器参数设置，实现智能学习功能。

作作为优选的方案，感应电极通过串联电阻连接为振荡电路的电容，感应电极为片状金属材料。

采用上述优选的方案，感应电极相当于电容的一个极板，的当有物体靠近时，改变电极的介电常数，电极电容量增加，从而改变振荡电路的振幅大小。

作为优选的方案，电路部分还包括保护电路，保护电路与开关输出电路连接，保护电路用于实现反极性保护、短路保护以及过载保护。

采用上述优选的方案，保护电路包括：低阻值电阻，NPN型三极管；输出电路输出端串联低阻值电阻，同时该电阻两端并联于NPN 型三极管的发射极和基极；该三极管C极接输出电路的信号输入端，保护电路接入信号处理电路和输出电路，出现短路事件时，低阻值电阻压降增大，超过0.7V时导通该NPN型三极管的发射极和基极；三极管CE极导通，将控制输出电路的信号接地，输出放大电路截止，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

作为优选的方案，MCU微处理器的输出IO还通过限流电阻与三个LED状态指示灯连接，三个LED状态指示灯分别用于报警指示、学习指示和输出指示。

采用上述优选的方案，使得操作人员可以更直观的感受。

作为优选的方案，机构部分包括外壳、前盖、电缆、PCB板、胶塞以及垫片，电路部分集成于PCB板上，且PCB板封装于壳体内，垫片贴于PCB板上，用于保护元器件，前盖插于外壳的前端开口处，且胶塞嵌套于电缆上并安装于前盖的灌胶孔中。

采用上述优选的方案，结构简单，组装便捷。

作为优选的方案，外壳为扁平的长方体或圆柱体。

采用上述优选的方案，封装后的密封效果更佳。

作为优选的方案，在所述PCB板的背面全部敷铜，该铜片与所述振荡电路连接，形成感应电极。

采用上述优选的方案，结构更优化，使得高温智能型电容式接近开关更小型化。

作为优选的方案，在外壳上设有一个或多个固定孔和/或固定槽，且在固定孔和/或固定槽的内壁上设有一个或多个均匀分布的加强筋。

采用上述优选的方案，安装便捷，且加强筋可以提升外壳整体的机械强度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的高温智能型电容式接近开关的电路图。

图2为本实用新型实施例提供的高温智能型电容式接近开关的结构示意图。

其中：外壳1、前盖2、电缆3、PCB板4、胶塞5、垫片6。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

为了达到本实用新型的目的，高温智能型电容式接近开关的其中一些实施例中，高温智能型电容式接近开关，包括电路部分和机构部分，电路部分设置于机构部分内，电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、差分放大器、A/D转换器、开关输出电路以及MCU微处理器；电源电路提供电源；振荡电路的正弦波信号经F/V 转换电路变换后送入差分放大器，放大后的信号连接A/D转换器输入 IO，经A/D转换器转换为数字量后送入MCU微处理器，MCU微处理器的输出IO与开关输出电路连接，电路部分还包括：温度感应电路，温度感应电路与MCU微处理器采用I²C通讯连接，温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且MCU微处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表，MCU微处理器烧写有编译好的程序，负责接收温度数据。

工作时MCU结合温度感应电路的数据通过查表实现对应的温漂补偿，尤其在高温时保持稳定的工作点，从而在用户设定好的参数内实现感应距离稳定，输出稳定。

本实用新型高温智能型电容式接近开关具有温度补偿、环境变量补偿自动调整功能使得产品受外界干扰的影响变小，更加适合安装在不需经常调整、环境微变的场合。MCU微处理器内部存储器为FLASH 存储器，该FLASH存储器还存储记录设置数据、学习数据。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，MCU微处理器的开关控制端与LC振荡开关连接。

采用上述优选的方案，LC振荡开关利用电涡流原理检测有无金属物体；使用时可使用金属感应片靠近感应区域，并通过靠近时间的长短来实现对传感器的设置，实现智能学习功能。传感器设置有学习功能，来调节本装置的感应距离和工作状态。学习功能使其自动学习并屏蔽背景干扰，令电容近接开关的穿透功能更易精确和方便实现，避免了人工调整带来的误差和不方便。

进一步，MCU微处理器的开关控制端还与一根可与电源线和地线接触的编程线连接。

采用上述优选的方案，通过接触电源线和地线时间的长短，实现对传感器参数设置，实现智能学习功能。传感器设置有学习功能，来调节本装置的感应距离和工作状态。学习功能使其自动学习并屏蔽背景干扰，令电容近接开关的穿透功能更易精确和方便实现，避免了人工调整带来的误差和不方便。

进一步，电源电路包括3～36V直流电源，串联磁珠，并设置滤波电容并联于直流电源上，且直流电流源通过TVS管接地，优化EMC 设计及抗电磁干扰能力。

进一步，振荡电路为石英晶体振荡电路，其频率为2MHZ，振荡电路元器件选用低温漂精密器件，保证了振荡电路的温度稳定性。振荡电路串联电阻、电容后连接至感应电极，感应电极由片状的金属材料制成。感应电极相当于电容的一个极板，的当有物体靠近时，改变电极的介电常数，电极电容量增加，从而改变振荡电路的振幅大小。

进一步，F/V转换电路是以多路二选一模拟开关芯片为核心，该芯片9号引脚接在晶振输出端，为芯片提供2MHZ工作频率。14、15 引脚连接振荡电路的振荡电容以及感应电极。多路二选一模拟开关芯片通过不断的开关采取振荡电路振荡电压，经RC滤波后送入差分放大器。芯片2、12号引脚分别连接差分放大器的两个输入端。

进一步，上述差分放大器是以集成运放搭建的，运放的3、5 号引脚作为输入引脚连接上述F/V转换电路的两个输出，1号引脚输出差分放大后的信号，同时1号引脚串联电阻后将输出电压反馈至同相输入端3号引脚。

进一步，上述温度感应电路采用温度采集芯片，可检测±1℃的温度变化，并将实时温度传送至MCU，温度采集芯片与MCU采用 I²C通讯。

进一步，上述LC开关的振荡电路的频率是300KHZ，振荡电路带有温敏电阻，补偿振荡电路元器件温漂，可使得振幅在高温时不变。利用电涡流的原理检测金属物体的靠近，用户可通过金属感应片靠近感应区，通过靠近时间的长短来设置传感器的工作状态。

进一步，电路部分还包括保护电路，保护电路与开关输出电路连接，保护电路用于实现反极性保护、短路保护以及过载保护。

采用上述优选的方案，保护电路包括：低阻值电阻，NPN型三极管；输出电路输出端串联低阻值电阻，同时该电阻两端并联于NPN 型三极管的发射极和基极；该三极管C极接输出电路的信号输入端，保护电路接入信号处理电路和输出电路，出现短路事件时，低阻值电阻压降增大，超过0.7V时导通该NPN型三极管的发射极和基极；三极管CE极导通，将控制输出电路的信号接地，输出放大电路截止，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

进一步，MCU微处理器的输出IO还通过限流电阻与红黄绿三个同颜色LED状态指示灯连接，三个LED状态指示灯分别用于报警指示、学习指示和输出指示。

采用上述优选的方案，LED状态指示灯用于指示传感器的工作状态，使得操作人员可以更直观的感受。本实用新型带有温度报警功能，当温度感应电路路采集温度超出-25℃～120℃时，会闪烁红色LED报警。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，机构部分包括外壳1、前盖2、电缆3、PCB板4、胶塞5以及垫片6，所述电路部分集成于PCB 板上，且PCB板4封装于壳体内，垫片6贴于PCB板4上，用于保护元器件，前盖2插于外壳1的前端开口处，且胶塞5嵌套于电缆3 上并安装于前盖2的灌胶孔中。

采用上述优选的方案，结构简单，组装便捷。PCB板4穿插在外壳1内。垫片6贴于PCB板4上，用于保护元器件。前盖2插在外壳1的前端开口处，盖住PCB板4凸出部分。前盖2开口透明窗口观察PCB板上LED状态指示灯的颜色，安装完毕后从前盖2灌胶孔中灌入透明胶体。胶塞5环绕于电缆3上并塞在前盖2的灌胶孔中，密闭胶体。外壳1灌入透明胶体，并用胶塞密封。胶体在不同温度下性能，使得传感器机构稳定，并保障防水防尘能力。电缆为多芯线设计，耐高温PUR材质，且胶塞5套在所述电缆上，用于内部胶体密封。

进一步，外壳1为扁平的长方体或圆柱体，且当外壳1为扁平的长方体时，外壳的宽度沿从外壳尾端向所述外壳前端逐渐减小。

采用上述优选的方案，外壳1为扁平的长方体时，封装后的密封效果更佳，外壳1为圆柱体时，结构更简单，安装更便捷。

进一步，在PCB板4的背面附有铜片，该铜片与振荡电路连接，形成感应电极。

采用上述优选的方案，结构更优化，使得高温智能型电容式接近开关更小型化。

进一步，在外壳1上设有一个或多个固定孔和/或固定槽，且在固定孔和/或固定槽的内壁上设有一个或多个均匀分布的加强筋。

采用上述优选的方案，安装便捷，且加强筋可以提升外壳整体的机械强度。

进一步，在外壳1上还设有多个间隔分布的安装凸起和安装凹槽，且安装凸起和安装凹槽截面呈梯形，提高本实用新型安装的牢固性。

进一步，在外壳1的内壁上设有设有多个散热条，用于散热。散热条上设有多个散热通孔。

本实用新型的有益效果在于：

1、温度检测，可实时检测周围的温度，依据实验所得制成数据表，MCU依据数据表作出温漂补偿，稳定传感器电路的工作状态。可提高传感器在复杂温度条件下，尤其是高温条件下的稳定性。

2、远程设置升级，既可以通过学习线远程学习，在不方便使用远程学习线时，可通过金属感应片来学习设置传感器，提供两种学习方式供用户选择。

3、学习功能，通过远程学习线以及感应金属片设置，学习，可灵活运用于不同介电常数的液体液位检测或其他应用场合。

4、采用长方形扁平壳体设计，在本传感器的主要应用场合液位检测时，比起普通圆柱形传感器，提供了更为便捷的安装方式。

本实用新型提供远程学习和金属感应片两种学习功能，尤其是远程学习功能，可以自动学习并屏蔽背景干扰，令电容近接开关的穿透功能更易精确和方便实现，避免了人工调整带来的误差和不方便，在使用场景相同时可实现批量学习设置；可以自由设定空状态、满状态、锁定解锁，锁定功能可防止误操作；采用高精度A/D转换，很大程度上提高了感应精度；耐高温、具有温度报警功能；具有反极性保护、短路保护、过载保护多种保护功能；温度补偿、环境变量补偿自动调整功能使得产品受外界干扰的影响变小，更加适合安装在不需经常调整、环境微变的场合。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.高温智能型电容式接近开关，包括电路部分和机构部分，所述电路部分设置于所述机构部分内，所述电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、差分放大器、A/D转换器、开关输出电路以及MCU微处理器；所述电源电路提供电源；

所述振荡电路的正弦波信号经所述F/V转换电路变换后送入所述差分放大器，放大后的信号连接所述A/D转换器输入IO，经所述A/D转换器转换为数字量后送入所述MCU微处理器，所述MCU微处理器的输出IO与所述开关输出电路连接，其特征在于，所述电路部分还包括：温度感应电路，所述温度感应电路与所述MCU微处理器采用I²C通讯连接，所述温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且所述MCU微处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表。

2.根据权利要求1所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述MCU微处理器的开关控制端与LC振荡开关连接。

3.根据权利要求2所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述MCU微处理器的开关控制端还与一根可与电源线和地线接触的编程线连接。

4.根据权利要求3所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述振荡电路串联电阻后连接至感应电极，所述感应电极为片状金属。

5.根据权利要求4所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述电路部分还包括保护电路，所述保护电路与所述开关输出电路连接，所述保护电路用于实现反极性保护、短路保护以及过载保护。

6.根据权利要求5所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述MCU微处理器的输出IO还通过限流电阻与三个LED状态指示灯连接，三个LED状态指示灯分别用于报警指示、学习指示和输出指示。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述机构部分包括外壳、前盖、电缆、PCB板、胶塞以及垫片，所述电路部分集成于所述PCB板上，且所述PCB板封装于所述外壳内，所述垫片贴于所述PCB板上，用于保护元器件，所述前盖插于所述外壳的前端开口处，且所述胶塞嵌套于所述电缆上并安装于所述前盖的灌胶孔中。

8.根据权利要求7所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，所述外壳为扁平的长方体或圆柱体。

9.根据权利要求8所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，在所述PCB板的背面全部敷铜，形成铜片，该铜片与所述振荡电路连接，形成感应电极。

10.根据权利要求9所述的高温智能型电容式接近开关，其特征在于，在所述外壳上设有一个或多个固定孔和/或固定槽，且在所述固定孔和/或所述固定槽的内壁上设有一个或多个均匀分布的加强筋。