DE4120806A1 - Inductive proximity switch with oscillator - has two parallel LC oscillation circuits, with series-connected resistor between them - Google Patents
Inductive proximity switch with oscillator - has two parallel LC oscillation circuits, with series-connected resistor between themInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nach Patent DE 40 21 164.The invention relates to an inductive proximity switch according to the The preamble of claim 1 according to patent DE 40 21 164.
Kontakt- und berührungslos arbeitende Initiatoren enthalten gewöhnlich einen Hf-Oszillator in einer Sperrschwingerschaltung mit einem aktiven LC-Schwing kreis, dessen Induktivität als Spule mit gerichtetem Hf-Feld ausgebildet ist. Wird in das Feld ein elektrisch leitendes Medium gebracht, tritt eine Dämpfung im Schwingkreis auf. Bei genügend großer Dämpfung gemäß dem Abstand des Me diums von der Spule des LC-Schwingkreises reißt die Schwingung des Oszillators ab, wobei diese Zustandsänderung innerhalb eines Auswerters in einen Schaltbe fehl umgesetzt wird.Non-contact initiators usually contain one RF oscillator in a blocking oscillator circuit with an active LC oscillation circle, the inductance of which is designed as a coil with a directional RF field. Becomes If an electrically conductive medium is brought into the field, damping occurs in the Resonant circuit on. With sufficient damping according to the distance of the Me diums from the coil of the LC resonant circuit breaks the oscillation of the oscillator from, this change of state within an evaluator in a Schaltbe is implemented incorrectly.
Derartige Schalter besitzen die Eigenschaft, daß der Schaltabstand von den Mate rialeigenschaften und der Beschaffenheit des zu detektierenden Körpers abhängt. Dabei haben zu detektierende Körper aus magnetisch und elektrisch leitfähigem Material einen höheren Schaltabstand, Körper aus magnetisch nichtleitfähigem, aber elektrisch leitfähigem Material einen geringeren Schaltabstand. Je nach Permeabilität und elektrischer Leitfähigkeit des Bedämpfungselementes ändern sich Verlustwiderstand und Induktivität der Sensorspule unterschiedlich stark, wobei z. B. Baustahl (St 37) eine große Erhöhung des Verlustwiderstandes, aber nur eine geringe Abnahme der Induktivität, NE-Metalle wie Al, Cu, eine erheb lich geringere Erhöhung des Verlustwiderstandes, aber eine stärkere Abnahme der Induktivität, bei jeweils gleichem Abstand, bewirken. Deshalb werten Näherungsschalter des Standes der Technik im wesentlichen nur die Änderung des Verlustwiderstandes aus, so daß die Schaltabstände für NE-Metalle sehr viel kleiner sind als für Baustahl. Such switches have the property that the switching distance from the Mate rial properties and the nature of the body to be detected. The bodies to be detected are made of magnetically and electrically conductive Material has a higher switching distance, body made of magnetically non-conductive, but electrically conductive material has a shorter switching distance. Depending on Change the permeability and electrical conductivity of the damping element loss resistance and inductance of the sensor coil differ, where z. B. structural steel (St 37) a large increase in loss resistance, however only a small decrease in inductance, non-ferrous metals such as Al, Cu, a significant Lich less increase in loss resistance, but a greater decrease the inductance, at the same distance, cause. Therefore evaluate Prior art proximity switches essentially only the change the loss resistance, so that the switching distances for non-ferrous metals very much are smaller than for structural steel.
Bei speziellen Anwendungen kann gerade diese Eigenschaft des unterschiedlichen Schaltabstandes für unterschiedliche Materialeigenschaften des zu detektierenden Körpers nachteilig sein. Zur Behebung dieses Nachteils wurde in der DE-A- 39 19 916 ein induktiver Näherungsschalter mit einem Hf-Oszillator mit einem LC-Schwingkreis vorgeschlagen, dem ein weiterer LC-Schwingkreis unter gegenseitiger magnetischer Beeinflussung dergestalt benachbart ist, daß die Spu len der beiden Schwingkreise axial auf einer gemeinsamen Achse sitzend innerhalb von aufeinander aufgesetzten Schalenkernen angeordnet sind. Diese Anordnung bringt wohl eine gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit für un terschiedliche Metalle, sie ist jedoch sehr kritisch hinsichtlich der magnetischen Kopplung der beiden Schwingkreise, die sich nach erfolgter Einstellung nicht ändern darf und damit abhängig vom Abstand der beiden Spulen voneinander. Schon sehr geringe Abstandsänderungen, beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen, können die magnetische Kopplung der beiden LC- Schwingkreise beeinträchtigen.In special applications, this property of the different Switching distance for different material properties of the to be detected Be disadvantageous. To remedy this disadvantage, DE-A- 39 19 916 an inductive proximity switch with an RF oscillator with a LC resonant circuit proposed that another LC resonant circuit under mutual magnetic interference is adjacent so that the Spu len of the two resonant circuits axially sitting on a common axis are arranged within stacked shell cores. These Arrangement probably brings a constant responsiveness for un different metals, but it is very critical with regard to magnetic Coupling of the two resonant circuits, which do not change after adjustment may change and thus depending on the distance between the two coils. Very small changes in distance, for example due to Temperature changes, the magnetic coupling of the two LC Affect resonant circuits.
Durch die DE 37 14 433 C1 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einer Oszillatorschaltung bekannt geworden, mit einem die Frequenz bestimmenden Frequenz-Schwingkreis und mit einem die Verstärkung bestimmenden Imped anzglied, welches einen Impedanzschwingkreis mit einer durch die Annäherung eines metallischen Auslösers beeinflußbaren Sensorspule enthält. Damit der Näherungsschalter für FE- und NF-Auslöser-Metalle den gleichen Schaltabstand aufweist, sollen die Resonanzfrequenz des Oszillatorschwingkreises und der kri tische Impedanzwert des Impedanzgliedes auf die Koordinaten des Schnittpunk tes der für jeweils gleichen Schaltabstand sich ergebenden Impedanz/Frequenz- Kennlinien für einen NF-Auslöser und einen FE-Auslöser abgestimmt sein. Diese Schaltung benötigt allerdings Schwingkreise von hoher Güte und eine ge naue Justierung der kritischen Impedanz der Oszillatorschaltung, wozu ein ge sondertes Verstellglied im Impedanzzweig der Oszillatorschaltung vorgesehen werden muß. DE 37 14 433 C1 is an inductive proximity switch with a Oscillator circuit known, with a frequency determining Frequency resonant circuit and with an impedance that determines the gain attached, which is an impedance resonant circuit with a by approximation contains a metallic trigger influenceable sensor coil. So that Proximity switches for FE and NF trigger metals have the same switching distance has, the resonance frequency of the oscillator circuit and the kri tical impedance value of the impedance element to the coordinates of the intersection tes of the resulting impedance / frequency for the same switching distance Characteristics for an LF trigger and an FE trigger must be coordinated. However, this circuit requires high-quality resonant circuits and a ge exact adjustment of the critical impedance of the oscillator circuit, for which a ge special adjustment element provided in the impedance branch of the oscillator circuit must become.
Durch die DE 40 21 164.9 ist ein induktiver Näherungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden, bei dem das Bauelement oder die Bauelementengruppe ein aus einer Spule und einem Kondensator beste hender LC-Schwingkreis ist, wobei der Emitter und der Kollektor des Oszillator- Transistors mit einem Kondensator überbrückt sind.DE 40 21 164.9 is an inductive proximity switch according to the The preamble of claim 1 has been proposed, in which the component or the component group best of a coil and a capacitor is the LC resonant circuit, the emitter and the collector of the oscillator Transistors are bridged with a capacitor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsschalter der genannten Gattung, wie er durch die DE 40 21 164 gegeben ist, dergestalt weiter zu verbessern, daß dieser praktisch keinen Reduktionsfaktor aber eine hohe gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit für magnetisch leitfähige (Fe-Metalle) und nichtleitfähige (NE-Metalle), aber elektrisch leitfähige, zu detektierende Körper bei Vorliegen des Nenn-Schaltabstandes besitzt, wobei der Näherungsschalter eine kleine Bauform aufweisen und hinsichtlich des Abgleichs völlig problemlos sein soll und eine relativ geringe Güte aufweisen kann. Außerdem soll der Bau eines Näherungsschalters möglich sein, der nur auf hochpermeable Materialien anspricht und ein solcher, der nur auf NE-Metalle anspricht bzw. zwischen NE-Metallen und Fe-Metallen unterscheiden kann.The invention has for its object a proximity switch mentioned genus, as given by DE 40 21 164, continues in this way to improve that this is practically no reduction factor but a high one constant response sensitivity for magnetically conductive (Fe metals) and non-conductive (non-ferrous metals), but electrically conductive, to be detected Has body in the presence of the nominal switching distance, the Proximity switches have a small design and in terms of adjustment should be completely problem-free and can have a relatively low quality. In addition, the construction of a proximity switch should be possible, which only on highly permeable materials and one that only works on non-ferrous metals responds or can distinguish between non-ferrous metals and Fe metals.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.The object is achieved by the features of claim 1 solved. Further embodiments of the invention are ge in the subclaims indicates.
Der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter weist den Vorteil auf, daß der zweite Schwingkreis eine geringe bzw. relativ geringe Güte aufweisen kann, weshalb in mechanischer Hinsicht die Bauform der Spule wesentlich kleiner ist. Da der zweite oder Hilfsschwingkreis nach der Transformation geschaltet ist, ist nur noch ein einziger Abgleichsschritt zum Abgleich des Näherungsschalters not wendig, so daß der Abgleich völlig problemlos ist. Vorteilhaft ergibt die Parallel schaltung der beiden Parallelschwingkreise eine Anordnung, deren Resonanz frequenz f0 zwischen den Resonanzfrequenzen der beiden Einzelschwingkreise liegt. Auf dieser Resonanzfrequenz f0 schwingt der Oszillator.The inductive proximity switch according to the invention has the advantage that the second resonant circuit can have a low or relatively low quality, which is why the design of the coil is significantly smaller in mechanical terms. Since the second or auxiliary resonant circuit is switched after the transformation, only a single adjustment step is necessary to adjust the proximity switch, so that the adjustment is completely problem-free. The parallel connection of the two parallel resonant circuits advantageously results in an arrangement whose resonance frequency f 0 lies between the resonant frequencies of the two individual resonant circuits. The oscillator oscillates at this resonance frequency f 0 .
In vorteilhafter Weise kann die Resonanzfrequenz des ersten (aktiven) Schwing kreises so gewählt werden, daß sie unterhalb der Resonanzfrequenz des zweiten (passiven) Schwingkreises liegt. Bei Annäherung von Baustahl ergibt sich dann eine Erhöhung des Leitwertes im Resonanzpunkt durch eine Erhöhung des Ver lustwiderstandes der Sensorspule des aktiven Schwingkreises, also eine Bedämpfung. Bei Annäherung eines NE-Metalles hingegen sinkt der Leitwert im Resonanzpunkt, da sich durch die Induktivitätserniedrigung die Resonanzfre quenzen annähern, d. h., ein so dimensionierter Oszillator wird entdämpft. Je nach Ausführung lassen sich deshalb induktive Näherungsschalter bauen, die ent weder nur auf NE-Metalle ansprechen oder die zwischen NE- und Fe-Metallen unterscheiden können, wobei somit zwischen guter und schlechter elektrischer und magnetischer Leitfähigkeit unterschieden werden kann.The resonance frequency of the first (active) oscillation can advantageously Circle are chosen so that they are below the resonance frequency of the second (passive) resonant circuit. When steel is approached, the result is an increase in the conductance at the resonance point by an increase in the ver lust resistance of the sensor coil of the active resonant circuit, i.e. one Damping. On the other hand, when a non-ferrous metal approaches, the conductance decreases Resonance point, since the resonance fre approximate sequences, d. that is, an oscillator of this size is damped. Each Therefore, inductive proximity switches can be built after execution, which ent respond only to non-ferrous metals or between non-ferrous and ferrous metals can distinguish, thus between good and bad electrical and magnetic conductivity can be distinguished.
Ist in vorteilhafter Weise hingegen die Resonanzfrequenz des ersten (aktiven) Schwingkreises so gewählt, daß sie oberhalb der Resonanzfrequenz des zweiten (passiven) Schwingkreises liegt, dann bewirken hochpermeable Materialien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Ferrite, amorphe Metalle o. ä., eine starke Erhöhung der Induktivität der Sensorspule des aktiven Schwingkreises, so daß insgesamt der Leitwert der Anordnung im Resonanzpunkt sinkt. Dadurch wird ein so dimensionierter Oszillator entdämpft. Alle gängigen Metalle dagegen bewirken eine Bedämpfung. Damit stellt die Erfindung des weiteren einen Näherungsschalter zur Verfügung, der nur auf hochpermeable Materialien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit anzusprechen imstande ist, nicht hingegen auf gängige Metalle. Ein derartiger Näherungsschalter kann z. B. für spezifische Sicherheitsanwendungen Einsatz finden, bei denen zur Betätigung nur spezifi sche Materialien verwendet werden können. Der beschriebene Näherungsschalter wertet die Änderung der Induktivität der Spule des ersten (aktiven) Schwingkrei ses aus.In contrast, if the resonance frequency of the first (active) The resonant circuit is chosen so that it is above the resonance frequency of the second (passive) resonant circuit, then cause highly permeable materials low electrical conductivity, such as. B. ferrites, amorphous metals or the like, a strong increase in the inductance of the sensor coil of the active resonant circuit, see above that the overall conductance of the arrangement drops at the resonance point. Thereby an oscillator of this size is damped. All common metals against it cause damping. The invention thus further provides one Proximity switches are available that are only available on highly permeable materials is able to respond to low electrical conductivity, but not to common metals. Such a proximity switch can, for. B. for specific Safety applications are used in which only specific cal materials can be used. The described proximity switch evaluates the change in the inductance of the coil of the first (active) resonant circuit ses out.
Eine Verlustwiderstandserhöhung der Spule des ersten (aktiven) Schwingkreises z. B. durch ein Fe-Bedampfungselement bewirkt eine Erhöhung des Leitwertes im Resonanzpunkt f0. Ebenso wirkt sich aber auch eine Induktivitätserniedrigung der Spule des ersten (aktiven) Schwingkreises (z. B. durch ein Betätigungselement aus NE-Metall) aus. Durch eine geeignete Dimensionierung wird erreicht, daß der Leitwert im Resonanzpunkt f0 für alle gängigen Betätigungsmaterialien bei gleichem Abstand etwa gleich groß ist.A loss resistance increase in the coil of the first (active) resonant circuit z. B. by an Fe vaporization element causes an increase in the conductance at the resonance point f 0 . However, a reduction in the inductance of the coil of the first (active) resonant circuit also has an effect (for example through an actuating element made of non-ferrous metal). Appropriate dimensioning ensures that the conductance at resonance point f 0 is approximately the same for all common actuating materials at the same distance.
Der Näherungsschalter besitzt eine erhöhte Ansprechempfindlichkeit auf unter schiedliche Metalle, wobei der Reduktionsfaktor wesentlich verbessert ist, der in vorteilhafter Weise für die gebräuchlichsten Metalle, wie Fe, St37, V2A, Al, Cu, Ms, Zn, Sn, Pb u.ä. oder Legierungen hiervon, praktisch oder fast bei 1 liegt mit sehr geringer Toleranz. Für diese Materialien besitzt der Näherungsschalter prak tisch gleichen Schaltabstand. Der induktive Näherungsschalter ist dadurch so wohl für die Detektion von magnetisch leitfähigen und nichtleitfähigen, aber elektrisch leitfähigen Metall-Gegenständen geeignet.The proximity switch has an increased sensitivity to below different metals, whereby the reduction factor is significantly improved, which in advantageous for the most common metals such as Fe, St37, V2A, Al, Cu, Ms, Zn, Sn, Pb and the like or alloys thereof, practical or almost 1 with very low tolerance. The proximity switch is suitable for these materials table with the same switching distance. The inductive proximity switch is so probably for the detection of magnetically conductive and non-conductive, however electrically conductive metal objects.
Zwischen den Spulen der beiden Schwingkreise ist praktisch keine oder nur eine sehr geringe induktive Kopplung gegeben, weshalb eine Beeinflussung hinsicht lich einer induktiven Kopplung entfällt. Der Einbau des zweiten LC-Schwing kreises in den Näherungsschalter ist völlig unproblematisch, weil sich die beiden LC-Schwingkreise nicht induktiv hinsichtlich ihrer geometrischen Lage und An ordnung beeinflussen, sondern ausschließlich elektrisch.There is practically no or only one between the coils of the two resonant circuits given very low inductive coupling, which is why there is an influence An inductive coupling is not required. Installation of the second LC oscillator circle in the proximity switch is completely unproblematic because the two LC resonant circuits are not inductive with regard to their geometric position and type influence order, but only electrically.
Des weiteren besitzt der erfindungsgemäße Näherungsschalter den Vorteil, daß derselbe ohne Beeinträchtigung seiner vorteilhaften Eigenschaften in eine Metall wand bündig eingebaut werden kann. Furthermore, the proximity switch according to the invention has the advantage that the same without affecting its advantageous properties in a metal can be installed flush with the wall.
In vorteilhafter Weise beträgt der Reduktionsfaktor 1 oder praktisch 1, so daß der Schaltabstand des Näherungsschalters vom Material des zu detektierenden Körpers unabhängig ist und mindestens dem Nenn-Schaltabstand eines Näherungsschalters des Standes der Technik entspricht. Zwischen den beiden Spulen der Schwingkreise besteht keine oder praktisch keine induktive Kopp lung, weshalb die geometrische Anordnung des passiven Schwingkreises zur Be wirkung des Reduktionsfaktors 1 innerhalb des Gehäuses des Näherungsschalters beliebig ist und allein den geometrischen Gegebenheiten des Gehäuses angepaßt werden kann. Die Bauelemente, insbesondere die Spulen, brauchen nicht ähnlich, sondern können beliebig sein; die Güte wie auch die Induktivität der Spule des zweiten LC-Schwingkreises können von den Werten der Oszillatorspu le abweichen; auch brauchen hinsichtlich der Spule des zweiten LC-Schwingkrei ses keine engen Toleranzen eingehalten werden.The reduction factor is advantageously 1 or practically 1, so that the switching distance of the proximity switch is independent of the material of the body to be detected and corresponds at least to the nominal switching distance of a proximity switch of the prior art. There is no or practically no inductive coupling between the two coils of the resonant circuits, which is why the geometric arrangement of the passive resonant circuit for effecting the reduction factor 1 is arbitrary within the housing of the proximity switch and can only be adapted to the geometric conditions of the housing. The components, especially the coils, do not need to be similar, but can be of any type; the quality as well as the inductance of the coil of the second LC resonant circuit can deviate from the values of the oscillator coil; no tight tolerances are required with regard to the coil of the second LC oscillating circuit.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:Brief description of the drawing, showing:
Fig. 1 ein prinzipielles Schaltbild des induktiven Näherungsschalters und Fig. 1 is a schematic diagram of the inductive proximity switch and
Fig. 2 ein Schaltbild unter Verwendung eines herkömmlichen ICs für einen induktiven Näherungsschalter. Fig. 2 is a circuit diagram using a conventional IC for an inductive proximity switch.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.In the figures, the same parts are identified with the same reference numbers.
In der Schaltung der Fig. 1 besteht der Oszillator 1′ in Sperrschwingerschal tung aus einem Oszillator-Transistor 1 - hier mit npn-Übergängen - an dessen Basiszuleitung 13 über einen Basisvorwiderstand 14 der positive Pol 18 einer Spannungsquelle 6 liegt.In the circuit of Fig. 1, the oscillator 1 'in Sperrschwingerschal device consists of an oscillator transistor 1 - here with npn junctions - on its base lead 13 via a base resistor 14, the positive pole 18 of a voltage source 6 .
Der Emitter 7 des Transistors 1 ist über einen Widerstand 8 an die Anzapfung 9 einer Spule 11 gelegt, die parallel zu einem Kondensator 12 geschaltet ist, so daß diese einen LC-Schwingkreis 10 bilden, der aktiv genannt wird, weil seine Schwingungen von einem sich der Spule 11 nähernden metallischen Körper 21 beeinflußt werden. Der Schwingkreis 10 ist vorzugsweise ein Parallelschwing kreis.The emitter 7 of the transistor 1 is connected via a resistor 8 to the tap 9 of a coil 11 which is connected in parallel to a capacitor 12 , so that they form an LC resonant circuit 10 , which is called active because its vibrations differ from one another the metallic body 21 approaching the coil 11 can be influenced. The resonant circuit 10 is preferably a parallel resonant circuit.
Das eine Ende der Spule 11 bzw. des LC-Schwingkreises 10 ist im Leitungs punkt 22 über eine Diode 15 mit der Basiszuleitung 13 des Transistors 1 und mit dem Basisvorwiderstand 14 verbunden. Das andere Ende der Spule 11 ist vom Leitungspunkt 23 aus über einen Widerstand 20 mit dem negativen Pol 19 der Spannungsquelle 6 verbunden. Zwischen dem Pol 18 und dem Leitungs punkt 23 kann ein Kondensator 17 parallel zur übrigen Schaltung liegen.One end of the coil 11 or the LC resonant circuit 10 is connected in the line point 22 via a diode 15 to the base lead 13 of the transistor 1 and to the base resistor 14 . The other end of the coil 11 is connected from the line point 23 via a resistor 20 to the negative pole 19 of the voltage source 6 . Between the pole 18 and the line point 23 , a capacitor 17 may be parallel to the rest of the circuit.
Parallel zum LC-Schwingkreis 10 und zwischen den Leitungspunkten 22 und 23 und somit nach der Transformation ist ein weiterer LC-Schwingkreis 3 angeord net, bestehend aus einer Spule 5 und einem Kondensator 4, die parallel geschal tet sein können, wobei der LC-Schwingkreis 3 einerseits an den Leitungspunkt 23 gelegt ist und andererseits über einen in Reihe liegenden Widerstand 16 auf den Leitungspunkt 22 bzw. mit dem LC-Schwingkreis 10 verbunden ist. Dieser LC-Schwingkreis 3 wird als passiv bezeichnet, da er weder von dem sich der Spule 11 des aktiven Schwingkreises 10 nähernden metallischen Körper 21, noch vom Magnetfeld der Spule 11 (nennenswert) beeinflußt wird.Parallel to the LC resonant circuit 10 and between the line points 22 and 23 and thus after the transformation, another LC resonant circuit 3 is arranged, consisting of a coil 5 and a capacitor 4 , which can be switched in parallel, the LC resonant circuit 3 is on the one hand connected to the line point 23 and on the other hand is connected to the line point 22 or to the LC resonant circuit 10 via a resistor 16 in series. This LC resonant circuit 3 is referred to as passive, since it is influenced neither by the metallic body 21 approaching the coil 11 of the active resonant circuit 10 nor by the magnetic field of the coil 11 (noteworthy).
Die Wirkungsweise des induktiven Näherungsschalters ist folgende:
Wenn sich innerhalb des induktiven Feldes der Spule 11 des aktiven LC-
Schwingkreises 10 kein metallischer Körper befindet, schwingt die Schaltung,
wobei der Oszillator-Transistor 1 am Kollektor 2 eine Phasendrehung der
Schwingungen gegenüber den Emitter 7 bewirkt, die kurze Zeit nach dem Ein
schalten stabil sind. Durch die Parallelschaltung der beiden Parallelschwingkreise
3 und 10 ergibt sich eine Anordnung, deren Resonanzfrequenz f0 zwischen den
Resonanzfrequenzen der beiden Einzelschwingkreise liegt. Auf dieser
Resonanzfrequenz f0 schwingt der Oszillator 1′ ein.
The inductive proximity switch works as follows:
If there is no metallic body within the inductive field of the coil 11 of the active LC oscillating circuit 10 , the circuit oscillates, the oscillator transistor 1 on the collector 2 causing a phase rotation of the oscillations with respect to the emitter 7 , which switch shortly after the on are stable. The parallel connection of the two parallel resonant circuits 3 and 10 results in an arrangement whose resonance frequency f 0 lies between the resonance frequencies of the two individual resonant circuits. At this resonance frequency f 0, the oscillator 1 'oscillates.
Eine Erhöhung des Verlustwiderstandes der Spule 11 des Schwingkreises 10 durch den bedämpfenden metallischen Körper 21 bewirkt in dieser Anordnung direkt eine Erhöhung des Leitwertes im Resonanzpunkt f0. Ebenso wirkt sich aber auch eine Erniedrigung bzw. Erhöhung der Induktivität der Spule 11 aus, wenn die Resonanzfrequenz des aktiven Schwingkreises 10 größer bzw. kleiner als die des passiven ist. Dadurch gewinnt auch die Änderung der Induktivität der Spule 11 durch den metallischen Körper 21 einen starken Einfluß auf den Leitwert der Anordnung im Resonanzpunkt. Durch eine geeignete Dimensio nierung wird somit erreicht, daß der Leitwert im Resonanzpunkt für alle gängigen Materialien des Körpers 21 bei gleichem Abstand etwa gleich groß ist, d. h., es ergeben sich gleiche Schaltabstände, der Reduktionsfaktor ist 1.In this arrangement, an increase in the loss resistance of the coil 11 of the resonant circuit 10 through the damping metallic body 21 directly increases the conductance at the resonance point f 0 . However, a decrease or increase in the inductance of the coil 11 also has an effect if the resonance frequency of the active resonant circuit 10 is greater or less than that of the passive one. As a result, the change in the inductance of the coil 11 through the metallic body 21 also has a strong influence on the conductance of the arrangement at the resonance point. A suitable dimensioning ensures that the conductance at the resonance point for all common materials of the body 21 is approximately the same size at the same distance, ie there are the same switching distances, the reduction factor is 1.
Der zweite LC-Schwingkreis 3 mit Widerstand 16 parallel dem LC-Schwingkreis 10 bewirkt, daß der Reduktionsfaktor für unterschiedliche metallische Werkstoffe des Körpers 21 gleich 1 oder praktisch 1 beträgt. Dabei besteht zwi schen den Spulen 5 und 11 der Schwingkreise 3, 10 keine oder praktisch keine induktive Kopplung, die von Bedeutung wäre, weshalb die geometrische Anord nung des Schwingkreises 3 innerhalb des Gehäuses des Näherungsschalters belie big ist. Bauart und Bauform der Elemente der Schwingkreise, vorzugsweise der Spulen, sind beliebig.The second LC resonant circuit 3 with resistor 16 in parallel with the LC resonant circuit 10 has the effect that the reduction factor for different metallic materials of the body 21 is 1 or practically 1. There is between the coils 5 and 11 of the resonant circuits 3 , 10 no or practically no inductive coupling, which would be important, which is why the geometric arrangement of the resonant circuit 3 within the housing of the proximity switch is big. The design and construction of the elements of the resonant circuits, preferably the coils, are arbitrary.
Über einen Widerstand 20 innerhalb z. B. der negativen Spannungszuleitung 19 kann das Ausgangssignal UA bzw. Meßsignal zur Auslösung eines Schaltvorgan ges abgegriffen werden. Ebenso ist es möglich, am Emitter 7 des Oszillator- Transistors 1 die Schwingspannung UA′ des Oszillators 1′ abzugreifen und über einen an einem Ausgang 31 angeschlossenen Demodulator zu demodulieren und durch einen Komparator in ein Schaltsignal umzusetzen. Ebenso kann bei geän derter Dimensionierung die Diode 15 durch einen Kondensator ersetzt werden. Via a resistor 20 within z. B. the negative voltage supply line 19 , the output signal U A or measurement signal can be tapped to trigger a switching operation. It is also possible to tap the oscillating voltage U A 'of the oscillator 1 ' at the emitter 7 of the oscillator transistor 1 and to demodulate via a demodulator connected to an output 31 and to convert it into a switching signal by means of a comparator. Likewise, the diode 15 can be replaced by a capacitor with changed dimensioning.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit einem herkömmlichen IC 24 zum Aufbau eines induktiven Näherungsschalters. Aufbau und Anordnung der Schwingkreise 3, 10 entsprechen denjenigen in Fig. 1, insbesondere ist auch hier der passive Schwingkreis der Transformation nachgeschaltet und beide Schwingkreise 3, 10 über den Widerstand 16 verbunden. Der IC beinhaltet einen Oszillator 25 mit einem Abgleichwiderstand 29, der an Masse 30 gelegt ist, sowie nachfolgend einen Demodulator 26 und einen Komparator 27, an dessen Ausgang 28 das Ausgangssignal UA ansteht. Fig. 2 shows a circuit with a conventional IC 24 for the construction of an inductive proximity switch. The structure and arrangement of the resonant circuits 3 , 10 correspond to those in FIG. 1, in particular the passive resonant circuit is also connected downstream of the transformation and both resonant circuits 3 , 10 are connected via the resistor 16 . The IC contains an oscillator 25 with a trimming resistor 29 , which is connected to ground 30 , and subsequently a demodulator 26 and a comparator 27 , at whose output 28 the output signal U A is present.
Der erfindungsgemäße Näherungsschalter ist insbesondere zur Detektion von NE- und Fe-Metallen ohne Reduktionsfaktor oder von hochpermeablen Materialien oder von NE-Metallen oder zur Unterscheidung zwischen NE-Me tallen und Fe-Metallen geeignet.The proximity switch according to the invention is in particular for the detection of Non-ferrous and Fe metals without a reduction factor or of highly permeable Materials or of non-ferrous metals or to differentiate between non-ferrous metals tallen and Fe metals suitable.
Liste der BezugszeichenList of reference numbers
1 Oszillator-Transistor
1′ Oszillator
2 Kollektor
3 passiver LC-Schwingkreis
4 Kondensator
5 Spule
6 Spannungsquelle
7 Emitter
8 Emitterwiderstand
9 Anzapfung
10 aktiver LC-Schwingkreis
11 Spule
12 Kondensator
13 Basiszuleitung
14 Basisvorwiderstand
15 Diode
16 Widerstand
17 Kondensator
18, 19 Pole der Spannungsquelle
20 Widerstand zum Abgriff des Ausgangssignals
21 zu detektierender, metallischer Körper
22, 23 Leitungspunkte
24 IC für einen induktiven Näherungsschalter
25 Oszillator
26 Demodulator
27 Komparator
28 Ausgang
29 Abgleichswiderstand des Oszillators
30 Masse
31 Ausgang
UA, UA′ Ausgangssignale
f₀ Resonanzfrequenz 1 oscillator transistor
1 ′ oscillator
2 collectors
3 passive LC resonant circuits
4 capacitor
5 coil
6 voltage source
7 emitters
8 emitter resistance
9 Tapping
10 active LC resonant circuit
11 coil
12 capacitor
13 basic supply
14 basic series resistor
15 diode
16 resistance
17 capacitor
18, 19 poles of the voltage source
20 Resistor for tapping the output signal
21 metallic body to be detected
22, 23 line points
24 IC for an inductive proximity switch
25 oscillator
26 demodulator
27 comparator
28 exit
29 Oscillator trimming resistance
30 mass
31 exit
U A , U A 'output signals
f₀ resonance frequency
Claims (5)
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