DE3926083C2

DE3926083C2 -

Info

Publication number: DE3926083C2
Application number: DE19893926083
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 5880 Luedenscheid De Kriz; Peter 5242 Kirchen De Heer
Original assignee: Christian Lohse Beruehrungslose Schalttechnik 5241 Katzwinkel De GmbH
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1991-09-05
Also published as: DE3926083A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator und einer im Ermitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors liegenden Stromquelle, die in Abhängigkeit von einem thermisch mit der einen ferritischen Kern aufweisenden Schwingkreisspule gekoppelten Temperaturfühler von einer Steuereinrichtung derart gesteuert wird, daß mit ansteigender Temperatur der Schwingkreisspule die Stromquelle aufgesteuert wird und umgekehrt.

Es ist bekannt, daß das Schwingungsverhalten von Schwingkreisoszillatoren abhängig ist von der Umgebungstemperatur. Bei induktiven Näherungsschaltern, die einen Schwingkreisoszillator aufweisen, wird eine hohe Empfindlichkeit verlangt, weil anders der Schalter auf geringfügige Abstandsänderungen des zu erfassenden Zieles nicht genau genug reagiert. Wegen der Temperaturabhängigkeit der Schwingkreisspule ändert sich der Resonanzwiderstand des Schwingkreises mit der Folge, daß die Schaltpunkte des Nährungsschalters nicht temperaturstabil sind. Man hat versucht, diese Temperaturabhängigkeit mittels eines im Rückkopplungszweig des Schwingkreistransistors angeordneten temperaturabhängigen Widerstandes (NTC-Widerstand) zu kompensieren. Eine solche Temperaturkompensation hat mehrere Nachteile:

a) Die Kompensation mittels des temperaturabhängigen Widerstandes ist nicht optimal, weil die temperaturabhängige Widerstandskennlinie der Schwingkreisspule linear ist, die Widerstandskennlinie des temperaturabhängigen Widerstandes aber einer e-Funktion folgt.
b) Die Anfangstoleranzen des temperaturabhängigen Widerstandes sind mit +/- 20% recht groß und seine Langzeitstabilität ist relativ schlecht.
c) Der temperaturabhängige Widerstand befindet sich im HF- durchflosssenen Rückkopplungszweig und muß deshalb in unmittelbarer Nähe des Schwingkreisoszillators angeordnet sein. Eine thermische Kopplung mit der Spule, die die Voraussetzung für eine gute Temperaturkompensation ist, würde deshalb zu für HF zu langen Verbindungsleitungen des Widerstandes führen.
d) Der in der Regel übliche Abgleichwiderstand zur Einstellung des Schaltabstandes, der in Reihe mit dem temperaturabhängigen Widerstand liegt, beeinflußt die Kompensationswirkung des temperaturabhängigen Widerstandes.
e) Da der Abgleichwiderstand HF-durchflossen ist, muß er ebenfalls in der Nähe des Schwingkreisoszillators angeordnet sein. Deshalb kann er nicht mit langen Verbindungsleitungen an das hintere Ende des als Hybridschaltung ausgebildeten Schwingkreisoszillators angeordnet werden, was für einen einfachen Laserabgleich günstig wäre.

Um eine bessere Temperaturkompensation bei einem Schwingkreisoszillator zu bekommen, ist es bekannt (DE 35 27 650 A1), im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors eine Stromquelle anzuordnen, die in Abhängigkeit von einem die Temperatur des Oszillators erfassenden Temperaturfühler mit einer Steuereinrichtung derart gesteuert wird, daß mit ansteigender Temperatur der Schwingkreisspule die Stromquelle aufgesteuert wird und umgekehrt. In diesem Fall ist als Temperaturfühler eine Diode D1 eingesetzt.

Ausgehend von dieser bekannten Temperaturkompensation ist zur weiteren Verbesserung vorgeschlagen worden (DE-Patentanmeldung 39 00 802.9-35), als Temperaturfühler einen Transistor zu verwenden, der vorzugsweise auf dem Ferritkern der Schwingkreisspule angebracht, insbesondere aufgeklebt ist. Der Vorteil einer derartigen Temperaturkompensation besteht darin, daß der Transistor eine lineare Temperaturkennlinie, enge Toleranzen und eine gute Langzeitstabilität hinsichtlich seiner Daten hat, so daß eine bessere Temperaturkompensation als mit einem NTC-Widerstand erreicht werden kann. Aber auch diese Temperaturkompensation ist nicht optimal, weil die Temperatur der Schwingkreisspule über den ferritischen Kern auf den Transistor übertragen werden muß. Günstiger wäre es, die Temperatur unmittelbar zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingkreisoszillator zu schaffen, der hinsichtlich der Temperaturkompensation der Schwingkreisspule gegenüber bekannten herkömmlichen Schwingkreisosziallatoren mit NTC-Widerstand verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Temperaturfühler von dem als ohmschen Widerstand wirkenden ferritischen Kern der Schwingkreisspule gebildet ist, für dessen einer e-Funktion folgende Widerstandskennlinie die Steuereinrichtung eine Linearisierung umfaßt.

Die Erfindung zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Schwingkreisoszillatoren dadurch aus, daß sich durch Benutzung des ohnehin vorhandenen ferritischen Kerns eine unmittelbarere thermische Koppelung zwischen dem Temperaturfühler und der temperaturabhängigen Schwingkreisspule ergibt, was Voraussetzung für eine präzisere Temperaturkompensation ist. Der sonst auftretende Nachteil der Nicht-Linearität kommt bei der Erfindung wegen der Linearisierung nicht zum Tragen. Endlich hat der ferritische Kern nicht die Nachteile großer Anfangstoleranzen und geringer Langzeitstabilität, wie NTC-Widerstände. Im Ergebnis erreicht man mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen auf einfache Art und Weise einen temperaturkompensierten induktiven Näherungsschalter mit hoher Schaltabstandspräzision.

Vorzugsweise sind die Steuereinrichtungen über zwei Meßleitungen unmittelbar an beabstandeten Anschlußpunkten des Ferritkerns elektrisch angeschlossen. Zweckmäßigerweise sollten die Anschlußpunkte diametral gegenüberliegen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines Näherungsschalters,

Fig. 2 eine Schwingkreisspule des Schwingkreisoszillators des Näherungsschalters gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 die Schwingkreisspule gemäß Fig. 2 in Aufsicht und

Fig. 4 eine temperaturabhängige Widerstandskennlinie des Ferritkerns der Schwingkreisspule gemäß Fig. 2 und 3.

Gemäß Fig. 1 liegt an einer Gleichspannungsquelle U_B eine Reihenschaltung aus einem Schwingkreis mit einer in einem topfförmigen Kern K angeordneten Schwingkreisspule L und Schwingkreiskondensatoren C1, C2, einem Schwingkreistransistor T und einer steuerbaren Stromquelle Q. Der in Basisschaltung betriebene Schwingkreistransistor T ist über einen Widerstand R an der Gleichspannungsquelle U_B angeschlossen. Der Schwingkreis L, C1, C2 und der rückgekoppelte Schwingkreistransistor T bilden den Oszillator. Die Stromquelle Q wird von einer Steuereinrichtung ST angesteuert. Anstelle der Stromquelle Q können auch zwei Stromquellen parallel zueinander angeordnet sein, von denen die eine Stromquelle auf den Grundstrom des Oszillators einstellbar ist und die andere einen zusätzlichen Strom in Abhängigkeit von dem temperaturabhängigen Eingangssignal der Steuereinrichtung ST einspeist.

Wie vor allem die Fig. 2 und 3 zeigen besteht die Schwingkreisspule 1 aus der Spule L und dem topfförmigen Kern K. Die Wicklung L ist in dem Topf eingegossen und auf diese Art und Weise thermisch eng mit dem Kern K gekoppelt. Der Kern besteht aus ferritischem Material, das einen temperaturabhängigen nicht linearen Widerstand hat. Das Temperaturverhalten des Widerstandes wird durch folgende Funktion bestimmt:

wobei die Werte R₂₅, K, T₂₅ folgende Bedeutung haben:

R₂₅: Widerstand des Ferritkerns bei 25°C
K: Ferritspezifische Konstante
T₂₅: 273,15 K+25 (absolute Temperatur bei 25°C)
T: 273, 15 K+ϑ_u (°C) (absolute Umgebungstemperatur)

Auf dem Kern K sind an diametral gegenüberliegenden Stellen Meßleitungen F₁, F₂ der Steuereinrichtung ST angeschlossen. Parallel zu dem den elektrischen Widerstand bildenden Kern K liegt ein Überbrückungswiderstand RB. Die Steuereinrichtung ST linearisiert das über die Meßleitungen F₁, F₂ erhaltene temperaturabhängige Signal, so daß die Steuereinrichtung mit einem linearen Ausgangssignal die Stromquelle I₃ ansteuert und damit auf temperaturbedingte lineare Änderungen der Bedämpfung der Schwingkreisspule L im Sinne einer Kompensation reagiert.

Claims

1. Induktiver Näherungsschalter mit einem transistorisierten Schwingkreisoszillator und einer im Emitterkollektorkreis des Schwingkreistransistors (T) liegenden Stromquelle (Q), die in Abhängigkeit von einem thermisch mit der einen ferritischen Kern K aufweisenden Schwingkreisspule (L) gekoppelten Temperaturfühler mit einer Steuereinrichtung (ST) derart gesteuert wird, daß mit ansteigender Temperatur der Schwingkreisspule (L) die Stromquelle (Q) aufgesteuert wird und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler von dem als ohmschen Widerstand wirkenden ferritischen Kern (K) der Schwingkreisspule (L) gebildet ist, für dessen einer e-Funktion folgenden Widerstandskennlinie die Steuereinrichtung (ST) eine Linearisierung umfaßt.

2. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (ST) über zwei Meßleitungen (F₁, F₂) unmittelbar an beabstandeten Anschlußpunkten (P1, P2) des Ferritkerns (K) elektrisch angeschlossen ist.

3. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte (P1, P2) diametral gegenüberliegen.