DE3916386C2

DE3916386C2 -

Info

Publication number: DE3916386C2
Application number: DE19893916386
Authority: DE
Inventors: Dieter 5880 Luedenscheid De Kriz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1993-04-29
Also published as: DE3916386A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator und einer im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors liegenden Stromquelle, die in Abhängigkeit von einer thermisch mit dem Schwingkreisoszillator gekoppelten Temperaturfühleinrichtung mittels einer Steuereinrichtung derart gesteuert wird, daß der Schaltabstand des Näherungsschalters temperaturstabil 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 besonders negativ auf die Genauigkeit des Näherungsschalters aus.

Aus der DE 35 27 650 A1 ist ein derartiger Näherungsschalter bekannt, bei dem in Abhängigkeit von der durch ein temperaturempfindliches Bauelement erfaßten Temperatur in den Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors mittels einer Stromquelle Strom eingespeist wird, so daß die Kreisverstärkung über die Temperatur konstant ist. Eine solche globale Temperaturkompensation ist jedoch nicht optimal, da die verschiedenen, die Temperaturabhängigkeit des Näherungsschalters bestimmenden Bauteile ein unterschiedliches Temperaturverhalten haben, wobei noch zusätzlich unterschiedliche Temperaturen der Bauteile zu einer falschen Temperaturkompensation führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturkompensation eines derartigen Näherungsschalters zu verbessern und zu optimieren, wobei insbesondere die Steilheit des vorgesehenen Transistors konstant gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperaturfühleinrichtung, die einen thermisch mit dem Schwingkreistransistor gekoppelten, als Transistor ausgebildeten Temperaturfühler aufweist, über die Steuereinrichtung den Kompensationsstrom der Stromquelle ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schwingkreistransistors im Sinne einer Konstanthaltung der Steilheit des Schwingkreistransistors einstellt.

Die Vorteile dieser Lösung bestehen vor allem darin, daß die Temperatur individuell an dem die Temperaturabhängigkeit bewirkenden Bauteil unmittelbar erfaßt wird, so daß dessen bekanntes Temperaturverhalten optimal kompensiert werden kann. Durch Einspeisung eines Kompensationsstroms wird dafür gesorgt, daß die Steilheit des Schwingungstransistors konstant gehalten 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 optimal 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 zeigt

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_B eine Reihenschaltung aus einem Schwingkreis mit einer Schwingkreisspule 1 und Schwingkreiskondensatoren 2a, 2b und einem Schwingkreistransistor T1. Der in Basisschaltung betriebene Schwingkreistransistor T1 ist mit dem Schwingkreis 1, 2a, 2b mitgekoppelt. Der Schwingkreis 1, 2a, 2b und der mitgekoppelte Schwingkreistransistor T1 bilden den Oszillator, und zwar einen sogenannten Colpittsoszillator.

Im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors T1 liegt eine Stromquelle I1, die auf einen für den Betrieb des Schwingkreises 1, 2a, 2b, T1 erforderlichen Grundstrom einstellbar ist. Von einer zweiten einstellbaren Stromquelle I2 wird in den Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors T1 ein Kompensationsstrom eingespeist. Die Größe dieses Kompensationsstroms wird von einer Steuereinrichtung S bestimmt. Die Steuereinrichtung S umfaßt als Sensor für die Temperatur des Schwingkreistransistors T1 einen Transistor T2, der zum Zwecke der Temperaturkopplung auf demselben Halbleiterkristall wie der Schwingkreistransistor T1 angeordnet ist.

Die Steuereinrichtung S umfaßt ferner eine Schaltung, die die individuellen Daten der Transistoren T1, T2, insbesondere das Kennlinienfeld der Steilheit S des Schwingkreistransistors T1 berücksichtigt. Für die Steilheit gilt der bekannte Zusammenhang:

mit

Wird also die Temperatur durch den Transistor T2 festgestellt, dann läßt sich in Abhängigkeit von der Temperatur zur Konstanthaltung der Steilheit S der Strom der Stromquelle I2 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 T1 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 T1. In Abhängigkeit von den Betriebskennwerten, also vom Strom im Emitterkollektorkreis und der Temperatur der Transistoren T1 und T2 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 hier allerdings ein Oszillator in Emitterschaltung.

Claims

1. Induktiver Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator (1, 2a, 2b, T1) und einer im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors (T1) liegenden Stromquelle (I1, I2), die in Abhängigkeit von einer thermisch mit dem Schwingkreisoszillator (1, 2a, 2b, T1) gekoppelten Temperaturfühleinrichtung (T2) mittels einer Steuereinrichtung (S) derart gesteuert wird, daß der Schaltabstand des Näherungsschalters temperaturstabil ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühleinrichtung, die einen thermisch mit dem Schwingkreistransistor gekoppelten, als Transistor ausgebildeten Temperaturfühler (T2) aufweist, über die Steuereinrichtung (S) den Kompensationsstrom der Stromquelle (I2) ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schwingkreistransistors (T1) im Sinne einer Konstanthaltung der Steilheit des Schwingkreistransistors (T1) einstellt.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühleinrichtung, die einen thermisch mit dem Schwingkreistransistor gekoppelten Temperaturfühler (T2) aufweist, bei in Emitterschaltung betriebenem Schwingkreistransistor (T1) über die Steuereinrichtung (S) den Kompensationsstrom der Stromquelle (I2) zusätzlich in Abhängigkeit von einem eingestellten Grundstrom im Sinne einer Konstanthaltung des Stromverstärkungsfaktors des Schwingkreistransistors (T1) einstellt.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (T1, T2) auf demselben Halbleiterkristall ausgebildet sind.