DE1299429B

DE1299429B - Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit metallischer Gegenstaende mit einem als Oszillator geschalteten Transistor

Info

Publication number: DE1299429B
Application number: DET31874A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Juranville Henri
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1965-08-20
Filing date: 1966-08-19
Publication date: 1969-07-17
Also published as: ES330403A1; CH443504A; FR1507154A; US3457465A; GB1084348A; SE346628B; BE685330A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit metallischer Gegenstände mit einem als Oszillator geschalteten Transistor, dessen Basis- und Kollektorkreise über jeweils in diesen Kreisen vorgesehene Induktivitäten gekoppelt sind, in dessen Emitterkreis ein Gegenkopplungswiderstand angeordnet und dessen Kollektor mit einem Auslösekreis verbunden ist.
Es sind verschiedene Arten von Anzeigeeinrichtungen mit einem als Oszillator geschalteten Transistor bekannt, die ansprechen, wenn Metalle mit beträchtlicher magnetischer Permeabilität und/oder beträchtlicher elektrischer Leitfähigkeit in ihre Nähe gebracht werden. Dabei wird im allgemeinen von der Maßnahme Gebrauch gemacht, den Rückkopplungsgrad eines Schwingungserzeugers durch Beeinflussung der Kopplung zwischen zwei Rückkopplungsspulen mittels des metallischen Gegenstandes zu verändern.
Die durch den metallischen Gegenstand bewirkte zusätzliche Belastung des Oszillators hat eine Verringerung der Amplitude der Schwingungen zur Folge. Wird der mechanische Gegenstand wieder genügend weit entfernt, so nehmen die Schwingungen wieder ihre maximale Amplitude an. Diese Amplitudenänderungen können gemessen und beispielsweise dazu verwendet werden, einen Ausgangskreis in zwei verschiedene Zustände zu bringen, von denen der erste dem Fall der Schwingungen mit Maximumamplitude und der zweite dem Fall mit verringerter Amplitude entspricht. Die Amplitudenänderung der Schwingungen kann dabei mittels einer Diode oder eines Transistors gemessen und dann durch einen Transistor verstärkt werden, wobei anschließend eine Formung des Ausgangssignals mittels eines Schmitt-Triggers erfolgen kann.
Die wesentlichsten Nachteile der nach dem erwähnten Prinzip arbeitenden bekannten Einrichtungen bestehen darin, daß die zu erzielende Empfindlichkeit für bestimmte Anwendungsfälle nicht ausreichend ist und der Raumbedarf der Einrichtung auf Grund der erforderlichen Gleichstromspeisung relativ groß ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer möglichst einfach und raumsparend aufgebautenVorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit metallischer Gegenstände, die besonders empfindlich und genau arbeitet und in einfacher Weise an unterschiedliche Anwendungsfälle anpaßbar ist.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs angeführten Gattung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Auslösekreis ein an sich bekanntes Relais mit im Vakuum arbeitenden Kontakten vorgesehen ist, dessen Erregerwicklung in der Diagonale einer Gleichrichterbrücke liegt, die über einen Kopplungskondensator direkt mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist, und daß zu dem Gegenkopplungswiderstand ein Gegenkopplungskondensator parallel geschaltet ist.
Vorzugsweise sind der Kopplungskondensator und/oder der Gegenkopplungskondensator zur Regelung der Empfindlichkeit und des Arbeitspunktes einstellbar.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert; in dieser zeigt F i g. 1 das Schaltbild der Vorrichtung, F i g. 2 die Anderung der Kapazität CL als Funktion von CL für konstante Reichweiten und F i g. 3 den für einen gegebenen Schirm geltenden Bereich, in dem ein Funktionieren der Einrichtung erreicht werden kann, wenn sich die Kapazitäten CE und CL ändern.
Im folgenden wird zunächst der insgesamt mit I bezeichnete Oszillator beschrieben. Er besteht aus einem npn-Siliziumtransistor, in dessen Kollektorkreis ein Parallelschwingkreis L2C mit einer Induktivität und einer Kapazität eingeschaltet ist, wobei die Induktivität L2 magnetisch mit einer Induktivität L1 gekoppelt ist, welche im Basiskreis des Transistors liegt. Ein Spannungsteiler R1R2 legt das Potential dieser Basis über L, fest.
Der Emitterkreis weist einen Widerstand RE auf, der den Betrieb bei Temperaturschwankungen stabilisiert, da er einen Gegenkopplungseffekt erzeugt, der den Schwankungen des Kollektorstroms entgegenwirkt. Mit den Klemmen dieses Widerstandes ist eine Kapazität CE verbunden. Sie besitzt bei der Betriebsfrequenz eine geringe Reaktanz, die jedoch bei dynamischem Betrieb zur Erzeugung einer durch änderung der Kapazität einstellbaren Gegenkopplung ausreicht.
Das elektromagnetische Relais und der zugehörige Speisekreis sind in der Fig. 1 mit den Bezugszeichen II versehen. Das Relais wird dabei von einer Spule B gebildet, die einen Schalter mit Klemmen e1, e2 steuert, dessen Lamellen in einer Glasröhre eingeschlossen sind. Eine Kapazität CL verbindet den Kollektor des Transistors T mit der Spule des Relais über eine DiodenbrückePD mit vier Elementen. Diese Kapazität sperrt die Gleichstromkomponente des Transistorstroms, und das Relais wird durch die Wechselstromkomponente gespeist, die dann durch die Diodenbrücke gleichgerichtet wird.
Der Filterkreis ist mit dem Bezugszeichen III versehen. Er besteht aus einer Diode und einem Widerstand RF, die hintereinander in den einphasigen Speisekreis E1, E2 geschaltet sind, und aus einer Kapazität CF, die im Nebenschluß zwischen eine Klemme der Wechselstromquelle und die Anode der Diode geschaltet ist. Für den Fall, daß die Anzeigeeinrichtung mit Gleichstrom gespeist wird, wird eine Speisequelle geeigneter Spannung mit den Punkten Ei und E, verbunden.
Der Schwingkreis L2 C legt praktisch die Betriebsfrequenz des Oszillators fest. Die Selbstinduktivität Lt, welche induktiv mit L2 gekoppelt ist, legt die zur Aufrechterhaltung der Schwingungen in einem System mit geschlossener Schleife nötige positive Rückwirkung an die Basis von T. Damit die Schwingungen ausgehend von einer geringen Störung anwachsen, ist es erforderlich, daß der Verstärkungsfaktor reell ist und den Wert 1 oder einen Wert größer als 1 besitzt. Es ist also nicht möglich, der Kapazität CE einen beliebigen Wert zu geben, da dieser Wert praktisch die Empfindlichkeit der Anzeige einrichtung regelt.
Der einzige Transistor T übt gleichzeitig die Doppelrolle eines Oszillators und eines Verstärkers aus. Aufgabe der den Kollektor von T mit der Diodenbrücke und der Spule des Relais verbindenden Kapazität CL ist es, die Gleichstromkomponente des Stromes zu beseitigen und die Anpassung an die Belastung vorzunehmen. Je größer der Wert dieser Kapazität ist, desto größer ist die an die Belastung abgegebene Energie. Da jedoch der Transistor außerdem die zur Aufrechterhaltung der Schwingungen erforderliche Energie liefern muß, darf die Kapazität CL einen bestimmten Wert nicht überschreiten, über dem der Oszillator blockiert würde.
Daraus folgt, daß die Werte der Kapazitäten CE und CL voneinander abhängig sind, da sie die Verteilung der am Transistor verfügbaren Energie zwischen dem Oszillator und der von dem Relais gebildeten Belastung bewirken. Es wird also angestrebt, das Maximum von Energie bereitzustellen, um einen Regelbereich der Empfindlichkeit der Anzeigeeinrichtung zu erhalten, und aus diesem Grunde wird vorzugsweise ein npn-Siliziumtransistor verwendet. Es könnte jedoch auch ein pnp-Germaniumtransistor mit ausreichender Leistung verwendet werden. Vorteilhafterweise wird hier ein Schalter mit biegsamen Lamellen verwendet, da dieser nur eine geringe Speiseleistung benötigt. Außerdem ist seine Schließspannung in ausreichender Weise von seiner Öffnungsspannung verschieden, so daß der Kontakt ohne Vibration öffnet oder schließt. und zwar unabhängig von der Verschiebegeschwindigkeit des Metallstückes, das vor den Spulen des Oszillators einen Schirm bildet. Es ist offensichtlich, daß auch jedes andere elektromagnetische Relais von beliebiger Art, das die Charakteristiken eines geringen Verbrauchs und eines differentiellen Abstands zwischen der Schließ- und Öffnungsspannung aufweist, den Anforderungen genügen würde.
In der Fig. 2 ist die Anderung der Kapazität CE als Funktion der Kapazität CL dargestellt. So wie die Werte von CE und CL miteinander verbunden sind, entspricht einem Wert von CE ein einziger Wert von CL, für den die Umschaltung der Kontakte des Relais in einer gleichen Position für ein gegebenes metallisches Objekt (Reichweite) erfolgt. In überraschender Weise wurde festgestellt, daß die Kurven, welche diese Änderungen für eine bei gleicher Reichweite und gleichem Objekt eintretende Umschaltung darstellen, im wesentlichen Geraden sind. Diese Anderungsgeraden sind in der Fig. 2 für konstante Reichweiten von 10 bis 12 mm dargestellt. Fig. 3 gibt die Änderungsgrenzen der Kapazitäten CE und CL an. Wie bereits dargestellt wurde, können die Kapazitäten CE und CL bestimmte Werte nicht annehmen. Für den Fall, daß die Kapazität CL ZU gering ist, reicht der an die Spule gelieferte Strom zu ihrer Erregung nicht aus, und für den Fall, daß sie zu groß ist, wird die Belastung für den Oszillator zu groß, und er wird gesperrt. In entsprechender Weise ist bei zu kleiner Kapazität CE die durch die Anwesenheit eines metallischen Körpers zusätzlich auftretende Belastung zur Verringerung der Amplitude der Schwingungen und zur Auslösung der Umschaltung des Relais nicht ausreichend.
In F i g. 3 sind einige der Kurven eines Kennliniennetzes dargestellt, welche die Reichweite als Funktion der Kapazität CL für verschiedene Werte der als Para- meter angenommenen Kapazität CE bei der Speisespannung angeben. Es sind die Kurven a, b, c, d und e zu sehen, die zunehmenden Werten von CE entsprechen, und zwar zunehmenden Werten von 3000 bis 6000 pF, wenn CL von 500 bis 1801) pF variiert wird, wobei sich die Reichweiten um etwa 15 mm verändern.
In dieser Figur wird der Bereich des zufriedenstellenden Funktionierens der Einrichtung bei sich ändernden Werten von CE und CL durch die drei Geraden A, B und C begrenzt.
Die Kurve A begrenzt den Bereich der minimalen Werte von CL, die eine ausreichende Energie zur Steuerung des Relais liefern. Für Werte von CL, die unterhalb der durch diese Kurve definierten Grenzwerte liegen, reicht der Strom in der Spule nicht mehr zur Einschaltung des Relais aus.
Die Kurve B begrenzt den Bereich der maximalen Werte von CL, die ein zufriedenstellendes Arbeiten der Anzeigeeinrichtung gewährleisten. Für Werte von CL, die über dem durch diese Kurve definierten Grenzwert liegen, wird der Oszillator zu sehr belastet, und nach Ausführung eines Anzeigevorganges erreichen die Schwingungen nicht mehr ihre ursprünglichen Amplituden (der differentielle Verlauf der Anzeigevorrichtung ist unendlich geworden).
Die Kurve C begrenzt den Bereich der maximalen Reichweiten. Bei größeren Abständen wird unabhängig von den Werten von CE und CL das Vorhandensein des Objektes nicht mehr angezeigt.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit metallischer Gegenstände mit einem als Oszillator geschalteten Transistor, dessen Basis-und Kollektorkreise über jeweils in diesen Kreisen vorgesehene Induktivitäten gekoppelt sind, in dessen Emitterkreis ein Gegenkopplungswiderstand angeordnet und dessen Kollektor mit einem Auslösekreis verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß im Auslösekreis ein an sich bekanntes Relais (B) mit im Vakuum arbeitenden Kontakten vorgesehen ist, dessen Erregerwicklung in der Diagonale einer Gleichrichterbrücke (PD) liegt, die über einen Kopplungskondensator (CL) direkt mit dem Kollektor des Transistors (T) verbunden ist, und daß zu dem Gegenkopplungswiderstand (RE) ein Gegenkopplungskondensator (CE) parallel geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungskondensator (CL) und/oder der Gegenkopplungskondensator (CE) zur Regelung der Empfindlichkeit und des Arbeitspunktes einstellbar sind.