DE4427283C1

DE4427283C1 - Inductive proximity switch

Info

Publication number: DE4427283C1
Application number: DE19944427283
Authority: DE
Inventors: Dieter Kriz
Original assignee: KA Schmersal GmbH and Co KG
Current assignee: KA Schmersal GmbH and Co KG
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2014-08-03

Abstract

The proximity switch has a dished ferrite core (6) containing two coils (L1,L2) of an oscillation circuit (2), connected to an oscillator (1), with an evaluation circuit (7) determining the oscillator damping. The two coils are connected in-series opposition, both having the same winding count, with an electronic switch (5) for selectively switching one coil out of operation. Pref. the electronic switch is operated periodically, or manually and uses two bipolar transistors, or two insulated-gate bipolar transistors.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an inductive proximity switch the preamble of claim 1.

Bei induktiven Näherungsschaltern dieser Art können verschie dene Funktionsstörungen auftreten, die u. a. auch durch gerätinterne Stö rungen hervorgerufen werden können. So können beispielsweise Bauteile altern oder ausfallen und weitere interne Fehler auftreten, die nicht unbedingt einen Gerätausfall bedeuten, sondern nur zu Abweichungen von vorbestimmten Grenzen, etwa des Schaltabstandes, führen können. Eine Funktionsüberwachung ist aber bei induktiven Näherungsschaltern insofern nicht möglich, als nicht differenziert werden kann, ob die Oszillator- Amplitudenänderung, die von einer Auswerteschaltung des Näherungsschal ters festgestellt wird, von einer gewollten Zielbeeinflussung oder einer internen Störung herrührt, da die Auswirkungen auf den Oszillator in beiden Fällen gleich sind.With inductive proximity switches of this type, various dene malfunctions occur that u. a. also due to internal interference can be caused. For example, components age or fail and other internal errors occur that are not necessarily mean a device failure, but only to deviations from predetermined limits, such as the switching distance, can lead. A Functional monitoring is in this respect with inductive proximity switches not possible than cannot be differentiated whether the oscillator Change in amplitude by an evaluation circuit of the proximity scarf ters is determined by a deliberate target influencing or a internal interference arises because the effects on the oscillator in both cases are the same.

Ein Näherungsschalter der eingangs genannten Art ist aus der DE 40 32 001 C2 bekannt, bei der in einem topfartigen Ferritkern eine Indikator- und eine hiervon unterschiedliche Kompensatorspule vorgesehen sind, wobei erstere eine möglichst großen Abstand zum Ferritkern zur Er zielung einer luftspulenähnlichen Induktivität haben soll, während die zweite als Flachspule am Boden des Ferritkerns angeordnet wird. Hier durch soll bewirkt werden, daß die magnetische Bedämpfung durch starke magnetische Fremdfelder mit der zur Indikatorspule gegensinnig bestrom ten Kompensationsspule im Wickelraum des Ferritkern kompensiert wird. Hierdurch lassen sich jedoch gerätinterne Störungen nicht feststellen.A proximity switch of the type mentioned is from the DE 40 32 001 C2 is known, in which in a pot-like ferrite core Indicator and a different compensator coil are provided are, the former being as large as possible from the ferrite core to the Er aim of an air coil-like inductance, while the second is arranged as a flat coil at the bottom of the ferrite core. Here is intended to cause the magnetic damping by strong Magnetic external fields with the current flowing in the opposite direction to the indicator coil compensation coil in the winding space of the ferrite core is compensated. In this way, however, malfunctions inside the device cannot be determined.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen induktiven Näherungsschal ter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine Funk tionsüberwachung ermöglicht.The object of the invention is an inductive proximity scarf ter according to the preamble of claim 1 to create a radio tion monitoring enabled.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed according to the characteristic part of the Claim 1 solved.

Hierdurch wird erreicht, daß zwischen gewollter äußerer Beein flussung und interner Störung unterschieden werden kann, indem in einem Referenzbetrieb die Oszillatorspule völlig von einem Metallziel entkop pelt wird, ohne jedoch den Resonanzwiderstand des Schwingkreises nen nenswert zu ändern, d. h. daß während des normalen Arbeits- oder Meßbe triebs und dem Referenzbetrieb ähnliche Bedingungen vorliegen. Während des Referenzbetriebs wird aber durch entsprechende Spulenanordnung das Hochfrequenzmagnetfeld innerhalb der Spulenanordnung gehalten, so daß eine Bedämpfung von außen nicht mehr möglich ist.This ensures that between the desired outer leg flow and internal interference can be distinguished by in one Reference operation completely decouples the oscillator coil from a metal target pelt, but without the resonance resistance of the resonant circuit worth changing, d. H. that during normal work or measurement drive and the reference operation similar conditions exist. While the reference operation is the corresponding coil arrangement High frequency magnetic field held within the coil assembly so that damping from the outside is no longer possible.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further refinements of the invention are as follows Description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of one of the following Illustrated embodiment illustrated.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Aufbau eines induktiven Nähe rungsschalters mit Funktionsüberwachung. Fig. 1 shows schematically a structure of an inductive proximity switch with function monitoring.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Spulenanordnung in einem Ferrit kern für den Näherungsschalter von Fig. 1. Fig. 2 shows in section a coil arrangement in a ferrite core for the proximity switch of Fig. 1st

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines induktiven Näherungsschal ters entsprechend einem Aufbau gemäß Fig. 1 (ohne Auswerteschaltung). Fig. 3 shows a circuit diagram of an inductive proximity switch according to a structure according to FIG. 1 (without evaluation circuit).

Der in Fig. 1 dargestellte, induktive Näherungsschalter umfaßt einen Oszillator 1, an den ein Schwingkreis 2 angeschlossen ist. Der Schwingkreis 2 umfaßt einen Kondensator C, der mit einem Ausgang 3 des Oszillators 1, dessen anderer Ausgang 4 an Masse liegt, sowie mit Masse verbunden ist, sowie zwei antiseriell in Reihe geschaltete Spulen L1 und L2 mit gleicher Wicklungszahl und gleichem Innen- und Außendurchmesser. Ein Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen L1 und L2 und der Ausgang der nachgeschalteten Spule L2 sind über einen elektronischen Schalter 5 mit Masse verbunden. Die Spulen L1, L2 befinden sich axial nebeneinander angeordnet in einem topfartigen, insbesondere einen sich vom Topfboden 6′ auswärts erstreckenden Mittelstift 6′′ aufweisenden Ferritkern 6, vgl. Fig. 2. Der Oszillator 1 ist mit einer Auswerteschaltung 7 verbunden, die eine Bedämpfung feststellt und ein dementsprechendes Signal abgibt.The inductive proximity switch shown in Fig. 1 comprises an oscillator 1 to which an oscillating circuit 2 is connected. The resonant circuit 2 comprises a capacitor C, which is connected to an output 3 of the oscillator 1 , the other output 4 of which is connected to ground, and to ground, and two coils L1 and L2 connected in series with the same number of windings and the same inside and outside diameter . A center tap between the two coils L1 and L2 and the output of the downstream coil L2 are connected to ground via an electronic switch 5 . The coils L1, L2 are arranged axially side by side in a pot-like, in particular a from the pot bottom 6 'outwardly extending center pin 6 ''having ferrite core 6 , see Fig. 2. The oscillator 1 is connected to an evaluation circuit 7 , which detects a damping and emits a corresponding signal.

In einer Arbeits- oder Meßstellung des Näherungsschalters (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) verbindet der elektronische Schalter 5 die Spule L1, die sich benachbart zum Topfboden 6′ des Ferritkerns 6 be findet, mit Masse, so daß die Spule L2 keinen Teil des Schwingkreises 2 bildet. Der Näherungsschalter arbeitet wie üblich, indem er einen metal lischen Gegenstand feststellt, der zu einer Bedämpfung des Oszillators 1 führt. Die Auswerteschaltung 7 stellt, wenn sich der metallische Gegen stand innerhalb eines bestimmten Schaltabstandes vom Näherungsschalter befindet, eine entsprechende Amplitudenänderung des Ausgangssignals des Oszillators 1 fest, die die Erzeugung eines Schaltsignals hervorruft, das von der Auswerteschaltung 7 erzeugt wird.In a working or measuring position of the proximity switch (shown in dashed lines in Fig. 1), the electronic switch 5 connects the coil L1, which is adjacent to the pot bottom 6 'of the ferrite core 6 be with ground, so that the coil L2 is not part of the resonant circuit 2 forms. The proximity switch works as usual by detecting a metallic object that leads to a damping of the oscillator 1 . The evaluation circuit 7 determines if the metallic object was within a certain switching distance from the proximity switch, a corresponding change in amplitude of the output signal of the oscillator 1 , which causes the generation of a switching signal that is generated by the evaluation circuit 7 .

In einer Referenzstellung des Näherungsschalters (in Fig. 1 durchgezogen dargestellt) sind die beiden in Reihe geschalteten Spulen L1, L2 über den elektronischen Schalter 5 mit Masse verbunden, d. h. bei de Spulen L1 und L2 sind wirksam, und aufgrund ihrer gleichen Windungs zahl heben sich ihre betragsmäßig gleichen, aber entgegengerichteten Felder auf, d. h. es tritt kein Feld aus dem Ferritkern 6 aus. In dieser Referenzstellung kann somit der Näherungsschalter keinen metallischen Gegenstand, der normalerweise innerhalb seines Schaltabstandes eine ge nügende Amplitudenänderung hervorrufen würde, feststellen, d. h. der Nä herungsschalter kann von außen nicht beeinflußt werden. Andererseits ist aber die Summe der Induktivitäten der beiden Spulen L1 und L2 ungleich null, weil die Spule L1 tiefer im Ferritkern 6 als die Spule L2 sitzt und somit eine wesentlich höhere Induktivität als die weiter außen im Ferritkern 6 befindliche Spule L2 besitzt. Hierdurch kann der Oszillator arbeiten, da er bei der vorgesehenen antiseriellen Schaltung der Spulen L1 und L2 an eine ausreichend große Gesamtinduktivität angeschlossen ist obwohl nach außen hin kein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt wird. In der Referenzstellung hat der Oszillator 1 bezüglich Spule und Resonanz widerstand des Schwingkreises 2 ähnliche Bedingungen und arbeitet inso fern wie in der Arbeits- oder Meßstellung. In a reference position of the proximity switch (shown in solid lines in Fig. 1), the two coils L1, L2 connected in series are connected to ground via the electronic switch 5 , ie the coils L1 and L2 are effective, and because of their identical number of turns, they are raised their fields are the same in terms of amount, but in opposite directions, ie no field emerges from the ferrite core 6 . In this reference position, the proximity switch can thus not detect a metallic object that would normally cause a sufficient change in amplitude within its switching distance, ie the proximity switch cannot be influenced from the outside. On the other hand, the sum of the inductances of the two coils L1 and L2 is not equal to zero, because the coil L1 is located lower in the ferrite core 6 than the coil L2 and thus has a significantly higher inductance than the coil L2 located further outside in the ferrite core 6 . As a result, the oscillator can work since it is connected to a sufficiently large total inductance in the proposed antiserial circuit of the coils L1 and L2 although no high-frequency magnetic field is generated to the outside. In the reference position, the oscillator 1 with respect to the coil and resonance resistance of the resonant circuit 2 has similar conditions and works as far as in the working or measuring position.

Wenn sich an den Spulenwerten oder anderen internen Parametern des Näherungsschalters etwas geändert haben sollte, kann dies somit in der Referenzstellung festgestellt und angezeigt werden, wobei diese An zeige eindeutig auf solche Fehler und nicht auf äußere Beeinflussung zu rückzuführen ist. Die so in der Referenzstellung durchführbare Selbst prüfung erstreckt sich auch auf den Schaltabstand. Eine Meldung erfolgt bei Herauslaufen aus vorbestimmten Grenzen und nicht erst bei Ausfall.If looking at the coil values or other internal parameters of the proximity switch should have changed something, this can be in of the reference position are determined and displayed, this An clearly indicate such errors and not external influences is to be returned. The self that can be carried out in the reference position testing also extends to the switching distance. A message is issued when running out of predetermined limits and not only in the event of failure.

Für den elektronischen Schalter 5 können ein P- und N-Bipolar transistor 8′, 8′′ mit sehr kleiner U_ce und großer Stromverstärkung ver wendet werden, vgl. Fig. 3. Die Ausgangskapazität ist hierbei so klein zu wählen, daß die Schaltsymmetrie und damit die Feldaufhebung gewähr leistet sind. Die Transistoren 8′, 8′′ werden während einer Oszillator halbwelle invers betrieben, weshalb die hohe Stromverstärkung erforder lich ist. Die digitale Umschaltspannung sollte ca. 3 V größer als die Versorgungsspannung sein, um die Kollektor-Basis-Strecken der Transisto ren 8′, 8′′ einwandfrei sperren zu können. Die ohm′schen Verluste der Transistoren 8′, 8′′ sollten ausreichend gering sein, um den Resonanzwi derstand des Schwingkreises 2 so wenig wie möglich zu belasten.For the electronic switch 5 , a P- and N-bipolar transistor 8 ', 8 ''with a very small U _ce and large current gain can be used ver, see. Fig. 3. The output capacitance is to be chosen so small that the switching symmetry and thus the field cancellation are guaranteed. The transistors 8 ', 8 ''are operated inversely during an oscillator half-wave, which is why the high current gain is required. The digital switching voltage should be approx. 3 V higher than the supply voltage in order to be able to properly block the collector-base sections of the Transisto ren 8 ', 8 ''. The ohmic losses of the transistors 8 ', 8 ''should be sufficiently low to load the resonance resistor 2 of the resonant circuit 2 as little as possible.

Statt dessen kann auch ein elektronischer Schalter 5 vorgesehen sein, der aus IGBT-Transistoren aufgebaut ist, die leistungslos steuer bar sind.Instead of this, an electronic switch 5 can also be provided, which is constructed from IGBT transistors which are powerlessly controllable.

Der elektronische Schalter 5 kann automatisch in periodischen Abständen und/oder manuell jeweils während eines kurzen Zeitraums betä tigbar sein, um eine Funktionsüberprüfung des Näherungsschalters zu be wirken.The electronic switch 5 can be actuated automatically at periodic intervals and / or manually in each case for a short period of time in order to effect a functional check of the proximity switch.

Claims

1. Inductive proximity switch with a cup-shaped ferrite core (6), located first coil (L1) is one of a Oszilla tor (1) is acted upon the resonant circuit (2) and an evaluation circuit (7) for the Oszillatorbedämpfung, wherein a second coil (L2) arranged in the ferrite core ( 6 ) and connected in series with the first coil (L1) in series, characterized in that the second coil (L2) has the same number of turns as the first coil (L1) and via an electronic switch ( 5 ) can be put out of operation.

2. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the electronic switch ( 5 ) can be actuated periodically.

3. Proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic switch ( 5 ) can be actuated manually.

4. Proximity switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electronic switch ( 5 ) interfere with two bipolar transistors ( 8 ', 8 '').

5. Proximity switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electronic switch ( 5 ) comprises two IGBT Transisto ren ( 8 ', 8 '').