DE1302191B

DE1302191B -

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Publication number: DE1302191B
Application number: DET32896A
Authority: DE
Priority date: 1960-11-24
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR1345555A

Description

wobei die Schalthysterese durch eine zusätzliche Verstimmung des Gitterschwingkreises über einen mit diesem und dem Relaisanker gekoppelten Kondensator erzielt wird.

bei dem der Oszillator mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung dieses Transformators stehen über je

Die Betriebsfrequenz der Diskriminatorschaltung ist größer als die Grundfrequenz des Hochfrequenzgenerators. Da die gleichgerichteten Klemmspannungen der beiden Parallelresonanzkreise gegen-5 einandergeschaltet sind, tritt vor- dem Annähern eines das elektrische Feld der Kondensatoren beeinflussenden Körpers an dem Ausgang der Diskriminatorschaltung keine Spannung auf. Durch Annäherung eines metallischen Körpers an die Kondensatoren Ausgangsspannung eines in der Frequenz nicht ver- io werden die Parallelresonanzkreise verstimmt. Es veränderbaren, selbsterregten Oszillators mit Anoden- größert sich die Kapazität der Kondensatoren, und und Gitterschwingkreis durch Verstimmung des die Betriebsfrequenz der Diskriminatorschaltung wird Gitterschwingkreises verändert; als elektronisches kleiner, und zwar so klein, daß sie die Grundfrequenz Schaltelement mit Kippcharakteristik dient ein Thyra- des Hochfrequenzgenerators unterschreitet. Hierbei tron, in dessen Ausgang das Relais angeordnet ist, 15 wird die Abstimmkurve der Diskriminatorschaltung

durchlaufen, so daß an ihren Ausgangsklemmen die entsprechenden Spannungen auftreten. Bei diesem bekannten Annäherungsschalter muß also die Verstimmung der beiden Parallelresonanzkreise so groß

Es ist ferner ein Annäherungsschalter bekannt 20 sein, daß ihre Betriebsfrequenz die Grundfrequenz (ETZ, Ausgabe B, Bd. 4, 1952, Heft 9, S. 247, Bild 6), unterschreitet. Kleinere Verstimmungen haben deshalb auf diesen bekannten Annäherungsschalter keinen Einfluß. In dieser Auslegeschrift ist noch die Möglichkeit erwähnt, mit elektrischen Feldern arbeieinen Gleichrichter mit zwei hintereinandergeschalteten 25 tende Annäherungsschalter zu verwenden, deren Kondensatoren in Verbindung. Der eine Kondensator Frequenz durch Kapazitätsänderungen verändert wird, ist mit der Kathode einer Röhre und der andere Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den

Kondensator über einen Widerstand mit dem Gitter bekannten Annäherungssehalter der eingangs beder Röhre verbunden. Zwischen dem Verbindungs- zeichneten Art — möglichst einfach und raumsparend punkt der beiden Kondensatoren und dem Mittel- 30 sowie erschütterungsunempfindlich — so auszubilden, punkt der Sekundärwicklung des Transormators liegt daß seine Ansprechempfindlichkeit wesentlich erhöht ein Parallelresonanzkreis, dessen Kondensator regel- wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dabar ist. Befindet sich im magnetischen Feld der Spule durch gelöst, daß der Oszillator ein mit einem Trandes Parallelresonanzkreises kein magnetisierbarer oder sistor versehener, einen Parallelresonanzkreis mit elektrisch leitender Körper, dann sind die Spannungen 35 dessen Eigenfrequenz beaufschlagender Hartley-Oszilder beiden Kondensatoren gleich, und die Gitter- lator ist, der einseitig an dem einen Pol einer konspannung der Röhre ist Null. Beim Hineinbringen stanten Speisespannungsquelle angeschlossen ist und eines magnetisierbaren oder elektrisch leitenden Kör- bei dem der an dem einen Ende des Parallelresonanzpers in das magnetische Feld dieser Spule erfolgt kreises liegende Emitter des Oszillator-Transistors wegen der Änderung der Selbstinduktivität der Spule 40 über eine die positiven Halbwellen der Schwingungen und damit der Eigenfrequenz des Parallelresonanz- abschneidende Diode mit dem Eingang eines mit kreises eine Phasenverschiebung der Spannung am Transistoren versehenen, ebenfalls an der konstanten Parallelresonanzkreis, wodurch die -beiden Konden- Speisespannungsquelle liegenden Schmitt-Trigger versatoren ungleich aufgeladen werden. Die Differenz der bunden ist, der bei Änderung der Schwingfrequenz beiden Kondensatorspannungen ruft eine Änderung 45 des Hartley-Oszillators durch Hineinbringen eines des Anodenstromes der Röhre hervor, wodurch das magnetisierbaren oder elektrisch leitenden Körpers Relais betätigt wird. Da der Betätigungsstrom für das
Relais von der Differenz beider Kondensatorspannungen abhängt, muß die Phasenverschiebung der
Spannung am Parällelresonanzkreis und damit auch 50
die sie bewirkende Änderung der Selbstinduktivität
der Spule relativ groß sein, um den zur Betätigung des
Relais notwendigen Anodenstrom zu erhalten. Die
Änsprechempfindlichkeit dieses bekannten Annäherungsschalters ist also relativ klein. Außerdem wird 55 eines Metallköipers viel stärker verändert als bei Verder bekannte Annäherungsschalter noch durch den Wendung eines Oszillators mit einer einzigen Spule, so Transformator vergrößert. daß der erfindungsgemäße Annäherungsschalter eine

Es ist auch bereits ein Annäherungsschalter mit sehr große Ansprechempfindlichkeit aufweist. Diese einem durch einen Kondensator verstimmbären Ansprechempfindlichkeit wird noch dadurch wesent-Schwingkreis bekannt, der dauernd durch eine feste 60 lieh erhöht, daß durch die besondere Anordnung des Grundfrequenz erregt ist (deutsche Auslegeschrift Parallelresonanzkreises seine hohe Resonanzschärfe in 1084 815); gemäß einem Ausführungsbeispiel sind vorteilhafter Weise ausgenutzt wird. Durch die Ändabei zwei Parallelresonanzkreise zu einer Diskrimi- derung der Schwingfrequenz bei Annäherung sowohl natorschaltung vereinigt. Durch eine feste Grund- eines magnetisierbaren als auch eines elektrisch leifrequenz eines Hochfrequenzgenerators werden die 65 tenden Körpers an die Spule des Hartley-Oszillators beiden Parallelresonanzkreise erregt, die verschiedene wird die Amplitude der dem Schmitt-Trigger über die Eigenfrequenzen aufweisen, die symmetrisch zu der Diode zugeführten negativen Halbwellen gegenüber Betriebsfrequenz der Diskriminatorschaltung liegen. der Amplitude der Halbwellen im Resonanzzustande

in das Magnetfeld der angezapften Oszillator spule unter Betätigung des Relais in seinem Ausgang in seine zweite stabile Stellung kippt.

Da sich beim Hartley-Oszillator die wirksame Gesamtinduktivität aus den Induktivitäten der beiden Einzelspulen zu beiden Seiten des mittleren Anzapfpunktes und ihren Gegeninduktivitäten zusammensetzt, wird diese Gesamtinduktivität bei Annäherung

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des Parallelresonanzkreises stark reduziert, so daß Im Parallelresonanzkreis 2 sind ein veränderlicher das am Ausgang des Schmitt-Triggers liegende Relais Kondensator 14 und eine Spule'15 parallel geschaltet sicher betätigt wird. Der Schmitt-Trigger hat den und mit dem positiven Pol 13 der Stromquelle verVorteil, daß er auf Spannungsschwellwerte anspricht. bundsn. Der Kondensator 14 wird so eingestellt, daß Es genügt hierbei schon eine geringe Änderung der 5 sich der Stromkreis bei normaler Oszillatorfrequenz Eingangsspannung des Schmitt-Triggers und damit in Resonanz befindst.

auch eine geringe Änderung der Selbstinduktivität Der Schmitt-Trigger 3 ist mit Transistoren 17 und 18 der Spule des Oszillators, um eine sichere Betätigung versehen. Die Basis 19 des Transistors 17 ist mit dsm des Relais zu erreichen, zumal der Schmitt-Trigger Emitter 16 des Transistors 5 über eine Diods 20 so dem Relais starke Rechteckimpulse zuführt. Infolge io verbunden, daß die positiven Halbwellen weggedes Wegfalls von Elektronenröhren und der Ver- schnitten werden. Zwischen der Basis 19 und den wendung von Transistoren kann der erfindungsgemäße positiven und negativen Polen 13 und 10 ist ein aus Annäherungsschalter relativ klein und erschütterungs- den Widsrständsn 21 und 22 bestehender Spannungsunempfindlich ausgebildet werden. teiler vorgesehen, der die Vorspannung dsr Basis 19

Es ist ferner ein elektronischer Antrieb für Uhren 15 bestimmt. Der Kollektor 23 des Transistors 17 ist mit bekannt (schweizerische Patentschrift 344 681), der dsm negativen Pol 10 über einen Kollektorbelastungseinen mit einem Transistor versehenen Oszillator auf- widerstand 24 und der Emitter 25 mit dsm positiven weist, der abweichend von den dortigen Ausf ührungs- Pol 13 über einen veränderlichen Widerstand 26 verbeispielen auch ein Hartley-Oszillator sein kann. Da- bundsn, durch den die Vorspannung dss Emitters 25 bei wird jedoch durch die Annäherung eines Dauer- ao eingestellt wird, um in geeigneter Weise dsn Schmittmagneten keine Änderung der Frequenz, sondern Trigger 3 zu betätigen. Die Basis 27 des Transistors 18 lediglich ein Anschwingen des Oszillators durch eine ist mit dsm Kollektor 23 des Transistors 17 über einen Kopplungsverbesserung erzielt. Basiswiderstand 28 und mit dem positiven Pol 13 über

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der einen Vorwiderstand 29 verbunden. Der Emitter 39

Zeichnung erläutert werden. Es zeigt 25 steht mit dsm Emitter 25 des Transistors 17 in lei-

Fig.l eine Schaltung des erfindungsgemäßen tendsr Verbindung.

Schalters, Ein Relais 4, das eine Belastung für dsn Kollektor 32

F i g. 2 ein Diagramm über die Beziehung zwischen darstellt, ist mit dsm Kollektor 32 verbunden. Der

der Annäherungsentfernung und der Selbstinduktion Schmitt-Trigger 3 hat d;n Zweck, dem Relais 4 recht-

einer Oszillatorspule und 30 eckige Wellen zuzuführen, die aus kontinuierlichen

F i g. 3 ein Diagramm über die Beziehung zwischen . Stromwellen ausgesiebt werdsn.

der Frequenz eines Parallelresonanzkreises und seiner Wenn die Eingangsspannung, die dsr Basis 19 zu-

Schwingungsamplituden. geführt wird, negativ größer ist als die Vorspannung

Wie F i g. 1 zeigt, besteht der erfindungsgemäße dss Emitters 25, fließt dsr Kollektorstrom durch dsn

Schalter aus einem Hochfrequenzoszillator 1, einem 35 Kollektor 23, und dsr Transistor 17 ist eingeschaltet.

Parallelresonanzkreis 2, einem Schmitt-Trigger 3 und Dadurch wird die Spannung dsr Basis 27 dss Tran-

einem Relais 4. sistors 18 positiv, so daß dsr Strom im Kollektor 32

Der Hochfrequenzoszillator 1 ist ein Hartley-Oszil- unterbrochen und dsr Transistor 18 und mit ihm das

lator, der einen Transistor 5 und einen Parallel- Relais 4 abgeschaltet sind.

resonanzkreis aufweist, der, aus einer Spule 6 und 40 In F i g. 1 ist die Stromquelle weggelassen. Da sich einem Kondensator 7 besteht. Die Spule 6 hat den eine Änderung d;r Spannung der Stromquelle sehr Zweck, die Annäherung magnetisierbarer oder elek- stark auf die Funktion dss erfindungsgemäßen Schaltrisch leitender Körper festzustellen. Der mittlere ters auswirkt, muß ein geeigneter Spannungsstabilisator Anzapfpunkt der Spule 6 ist mit dem negativen Pol 10 vorgesehen werden. Wenn die Leistungsaufnahme dss einer Stromquelle verbunden. 11 und 12 sind Span- 45 Relais 4 groß ist, sollte ein Stromverstärker an dsn nungsteilerwiderstände, die mit dem positiven Pol 13 Schmitt-Trigger 3 angeschlossen werdsn, um eine und dem negativen Pol 10 der Stromquelle verbunden große Ausgangsleistung zu erhalten,
sind. Die negativen Spannungen, die durch diese Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dsr An-Widerstände bestimmt sind, werden der Basis 9 des näherungsentfernung / und dsr entsprechendsn Selbst-Transistors 5 zugeführt und bestimmen die Arbeits- 50 induktion L der Spule 6 insgesamt. Wenn sich dsr bedingungen dieses Transistors 5. f estzustellends Körper nicht genügend nahe an dsr

Die Kreisfrequenz des Hochfrequenzoszillators 1 ist Spule 6 befindet, ist die Selbstinduktivität dsr Spule 6

durch folgende Formel gegeben: L₀. Dann ist die Oszillatorfrequenz

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55 /0 =

C(L₁ +L₂ + 2M) 2^1/Lo-C

Darin ist C die statische Kapazität des Konden- wobei L₀ = L₁ + L₂ + 2 M ist.

sators 7, L₁, L₂ sind die Selbstinduktivitäten der beiden Da dsr Parallelresonanzkreis 2 so eingestellt ist,

Teile der Spule 6 zu beiden Seiten des Anzapfpunktes, 60 daß er mit der Frequenz /₀ schwingt, hat die Schwin-

M ist die Gegeninduktivität der Spule 6. Dieser gungsamplituds G dss Parallelresonanzkreises 2 ihr

Oszillator oszilliert annähernd mit seiner Resonanz- Maximum bei 0 erreicht (F i g. 3). Die Spannung dsr

frequenz. Basis 19 des Transistors 17 ist negativ größer als die

Da C, L₁ und L₂ sehr klein gewählt sind, ist die Spannung des Emitters 25, und dsr Transistor 18 ist

Kreisfrequenz sehr hoch. Deshalb ändert sich die 65 abgeschaltet, wobei das Relais 4 nicht wirksam wird.

Selbstinduktivität der Spule 6 bei Annäherung von Wenn sich der Spule 6 eine magnetische Substanz,

sowohl magnetisierbaren als auch elektrisch leitenden z. B. Eisen, nähert, nimmt die Selbstinduktivität dieser

Körpern sehr stark. Spule ausgehend von L₀ allmählich zu, während die

Oszillatorfrequenz ausgehend von /₀ allmählich abnimmt. Wenn die Frequenz mit Zunahme der Selbstinduktivität L stufenweise bis J₁ abnimmt, sinken plötzlich die Schwingungsamplitude G des Parallelresonanzkreises 2 und die negative Spannung der Basis 19 des Transistors 17, wobei der Transistor 17 abgeschaltet wird. Der Kollektorstrom fließt durch den Kollektorstromkreis des Transistors 18, und das Relais 4 wird eingeschaltet.

Wenn sich eine nichtmagnetische Substanz, z. B. Kupfer oder Messing, dem Schalter nähert, nimmt die Selbstinduktivität L der Spule 6 entsprechend der Abnahme der Entfernung / ab. Wenn durch die Abnahme der Selbstinduktivität die Frequenz bis /₂ ansteigt, sinkt plötzlich die Schwingungsamplitude G des Resonanzkreises 2 wie im Falle einer magnetischen Substanz. Die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers 3 sinkt ebenfalls plötzlich, und die Ausgangsleistung im Kollektorstromkreis des Transistors 18 setzt das Relais 4 in Tätigkeit. Jedoch ist in diesem Falle die Änderung der Selbstinduktivität L der Spule 6 mit der Änderung der Entfernung/ kleiner als die Änderung, die bei Annäherung einer magnetischen Substanz erhalten wird. Die kritische Entfernung ist ungefähr 10 mm, während im Falle einer nichtmagnetischen Substanz, z. B. Kupfer oder Messing, die kritische Entfernung ungefähr 8 mm bei einer Frequenz von 1000 kHz ist.

Die für den Hartley-Oszillator benutzten Transistoren sind vom p-n-p-Typ. Natürlich können aber auch Transistoren des n-p-n-Typs verwendet werden.

Wie aus vorstehendem klar hervorgeht, wird als Empfänger ein Hartley-Oszillator verwendet, wobei nicht nur eine magnetische, sondern auch eine nichtmagnetische Substanz den Schalter aus einer relativ großen Entfernung in Tätigkeit setzen kann. Ferner ist der Schalter gemäß der Erfindung kleiner, leichter und billiger als die bekannten Schalter.

; Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs gesehen.

Claims

Patentanspruch:

Annäherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Ausgangsspannung durch Änderung der Induktivität einer Oszillator spule mittels eines in das Feld dieser Spule hineinbringbaren Körpers derart verändert wird, daß ein von der Ausgangsspannung des Oszillators gesteuertes elektronisches Schalt-

i=> element mit Kippcharakteristik und Schalthysterese ein Relais betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein mit einem Transistor (5) versehener, einen Parallelresonanzkreis (2) mit dessen Eigenfrequenz beaufschlagender Hartley-Oszillator ist, der einseitig an dem einen Pol (10) einer konstanten Speisespannungsquelle angeschlossen ist und bei dem der an dem einen Ende des Parallelresonanzkreises (2) liegende Emitter (16) des Oszillator-Transistors (5) über eine die positiven Halbwellen der Schwingungen abschneidende Diode (20) mit dem Eingang eines mit Transistoren (17,18) versehenen, ebenfalls an der konstanten Speisespannungsquelle liegenden Schmitt-Trigger (3) verbunden ist, der bei Änderung der Schwingfrequenz des Hartley-Oszillators durch Hineinbringen eines magnetisierbaren oder elektrisch leitenden Körpers in das Magnetfeld der angezapften Oszillatorspule (6) unter Betätigung des Relais (4) in seinem Ausgang in seme zweite stabile Stellung kippt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen