DE3916386A1

DE3916386A1 - Temperaturstabiler induktiver naeherungsschalter

Info

Publication number: DE3916386A1
Application number: DE19893916386
Authority: DE
Inventors: Dieter Kriz
Original assignee: Christian Lohse Beruehrungslose Schalttechnik 5241 Katzwinkel De GmbH; LOHSE CHRISTIAN SCHALTTECH
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-11-22
Also published as: DE3916386C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator und einer im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors liegenden Stromquelle, die auf den Grundstrom der Schwingkreisspule einstellbar ist.

Für verschiedene Schaltabstände benötigt ein induktiver Näherungsschalter verschiedene Schwingkreisspulen. Damit der Schwingkreisoszillator schwingt, ist es erforderlich, den Schwingkreis mit einem ausreichend großen Grundstrom zu versorgen.

Es ist bekannt, daß das Schwingungsverhalten transistorisierter Schwingkreisoszillatoren von der Umgebungstemperatur abhängt. Da bei induktiven Näherungsschaltern eine hohe Empfindlichkeit verlangt wird, weil anders der Näherungsschalter auf geringfügige Abstandsänderungen des zu erfassenden Zieles nicht genau genug reagiert, wirkt sich die Temperaturabhängigkeit negativ auf die Genauigkeit des Näherungsschalters aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der weitgehend temperaturunabhängig auf die zu erfassenden Ziele reagiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors eine Steuereinrichtung angeschlossen ist, die in den Emitterkollektorkreis einen Kompensationsstrom einspeist, dessen Größe von der Temperatur des Schwingkreistransistors derart abhängt, daß der Schaltabstand des Näherungsschalters temperaturstabil ist.

Nach einer ersten bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuereinrichtung den Kompensationsstrom ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schwingkreistransistors im Sinne einer Konstanthaltung der Steilheit des Schwingkreistransistors einstellt. Diese Ausgestaltung ist besonders dann geeignet, wenn der Oszillator in Basisschaltung betrieben wird. Die Art der Steuerung des eingespeisten Kompensationsstroms ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur beruht auf dem linearen Zusammenhang der Steilheit und der Temperatur. Deshalb läßt sich diese Art der Steuerung zumindest bei in Basisschaltung betriebenen Oszillatoren verwirklichen.

Bei in Emitterschaltung betriebenen Oszillatoren ist es dagegen günstiger, für die Einstellung des Kompensationsstroms zusätzlich den Grundstrom zu berücksichtigen. Man hat hier die Erfahrung gemacht, daß Schaltabstandsänderungen des Näherungsschalters für verschiedene Grundströme bei verschiedenen Temperaturänderungen unterschiedlich sind, weil der Stromverstärkungsfaktor des Schwingkreistransistors nicht nur eine nicht lineare Abhängigkeit von der Temperatur, sondern auch vom Kollektorstrom hat. Durch die Berücksichtigung des für die jeweilige Schwingkreisspule eingestellten Grundstroms und der Temperatur bei dem in den Emitterkollektorkreis eingespeisten Kompensationsstrom läßt sich deshalb erreichen, daß bei jedem Grundstrom der Schaltabstand temperaturstabil ist.

Die Berücksichtigung der Temperatur durch die Steuereinrichtung läßt sich auf einfache Art und Weise dadurch verwirklichen, daß die Steuereinrichtung als Fühler für die Temperatur einen thermisch mit dem Schwingkreistransistor gekoppelten Transistor aufweist. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die thermische Kopplung vorzugsweise dadurch verwirklicht, daß der Schwingkreistransistor und der Transistor der Steuereinrichtung auf demselben Halbleiterkristall ausgebildet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei induktive Näherungsschalter darstellenden Schaltbildern näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Näherungsschalter, bei dem die Steilheit des Schwingkreistransistors konstant gehalten wird und

Fig. 2 einen Näherungsschalter, bei dem der Stromverstärkungsfaktor des Schwingkreistransistors konstant gehalten wird.

Bei beiden Ausführungsbeispielen liegt an einer Gleichspannungsquelle U _BA eine Reihenschaltung aus einem Schwingkreis mit einer Schwingkreisspule 1 und Schwingkreiskondensatoren 2 a, 2 b und einem Schwingkreistransistor T 1. Der in Basisschaltung betriebene Schwingkreistransistor T 1 ist mit dem Schwingkreis 1, 2 a, 2 b mitgekoppelt. Der Schwingkreis 1, 2 a, 2 b und der mitgekoppelte Schwingkreistransistor T 1 bilden den Oszillator, und zwar einen sogenannten Colpittsoszillator.

Im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors T 1 liegt eine Stromquelle I 1, die auf einen für den Betrieb des Schwingkreises 1, 2 a, 2 b, T 1 erforderlichen Grundstrom einstellbar ist. Von einer zweiten einstellbaren Stromquelle I 2 wird in den Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors T 1 ein Kompensationsstrom eingespeist. Die Größe dieses Kompensationsstroms wird von einer Steuereinrichtung S bestimmt. Die Steuereinrichtung S umfaßt als Sensor für die Temperatur des Schwingkreistransistors T 1 einen Transistor T 2, der zum Zwecke der Temperaturkopplung auf demselben Halbleiterkristall wie der Schwingkreistransistor T 1 angeordnet ist.

Die Steuereinrichtung S umfaßt ferner eine Schaltung, die die individuellen Daten der Transistoren T 1, T 2, insbesondere das Kennlinienfeld der Steilheit S des Schwingkreistransistors T 1 berücksichtigt. Für die Steilheit gilt der bekannte Zusammenhang:

mit

Wird also die Temperatur durch den Transistor T 2 festgestellt, dann läßt sich in Abhängigkeit von der Temperatur zur Konstanthaltung der Steilheit S der Strom der Stromquelle I 2 und damit der Kollektorstrom IC derart steuern, daß die Steilheit S konstant bleibt. Im Ergebnis erhält man auf diese Art und Weise einen temperaturabhängigen Schaltabstand für den Näherungsschalter.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 darin, daß im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors T 1 ein Meßorgan M angeordnet ist, das einen Meßwert für den Strom im Emitterkollektorkreis an die Steuereinrichtung S liefert. In diesem Fall umfaßt die Steuereinrichtung S das Kennlinienfeld des Stromverstärkungsfaktors β des Schwingkreistransistors T 1. In Abhängigkeit von den Betriebskennwerten, also vom Strom im Emitterkollektorkreis und der Temperatur der Transistoren T 1 und T 2 sorgt die Steuereinrichtung S dafür, daß bei jedem für die Schwingkreisspule gewählten Grundstrom der Näherungsschalter einen temperaturstabilen Schaltabstand hat.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Erfindung bei einem Oszillator in Basisschaltung verwirklicht; günstiger ist allerdings, einen Oszillator in Emitterschaltung.

Claims

1. Induktiver Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator (1, 2 a, 2 b, T 1) und einer im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors (T 1) liegenden Stromquelle (I 1), die auf den Grundstrom der Schwingkreisspule (1) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors (T 1) eine Steuereinrichtung (S) angeschlossen ist, die in den Emitterkollektorkreis einen Kompensationsstrom einspeist, dessen Größe von der Temperatur des Schwingkreistransistors (T 1) derart abhängt, daß der Schaltabstand des Näherungsschalters temperaturstabil ist.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (S) ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schwingkreistransistors (T 1) den Kompensationsstrom im Sinne einer Konstanthaltung der Steilheit des Schwingkreistransistors (T 1) einstellt.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (S) zusätzlich in Abhängigkeit von dem eingestellten Grundstrom den Kompensationsstrom im Sinne einer Konstanthaltung des Stromverstärkungsfaktors des Schwingkreistransistors (T 1) einstellt.

4. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (S) für die Einspeisung des Kompensationsstroms eine am Emitterkollektorkreis einstellbare Stromquelle (I 2) aufweist.

5. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (S) als Fühler für die Temperatur einen thermisch mit dem Schwingkreistransistor (T 1) gekoppelten Transistor (T 2) aufweist.

6. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (T 1, T 2) auf demselben Halbleiterkristall ausgebildet sind.