RU1812569C

RU1812569C - Contactless face switch

Info

Publication number: RU1812569C
Authority: RU
Inventors: Александр Антонович Крупчук; Владимир Анатольевич Колодич
Original assignee: Минское Специальное Конструкторское Бюро Автоматических Линий
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1993-04-30

Abstract

Изобретение относитс к автоматическому управлению электрическими системаА ми и может быть использовано в устройствах дл контрол положени механизмов, Цель изобретени - увеличение надежности. Бесконтактный торцовый переключатель содержит преобразователь 1, включающий автогенератор 2, детектор 3, компаратор 4, колебательный контур 9, 10 с ферритовым сердечником 11. дополнительный резистор 14 и выходной усилитель мощности на транзисторе 17. Введение дополнительных конденсаторов 24, 25 и резистора позволило обеспечить помехоустойчивость схемы устройства и увеличить дифференциал хода, что обеспечивает высокую надежность устройства . 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to the automatic control of electrical systems and can be used in devices for monitoring the position of mechanisms. The purpose of the invention is to increase reliability. The proximity switch includes a converter 1, including a self-oscillator 2, a detector 3, a comparator 4, an oscillating circuit 9, 10 with a ferrite core 11. an additional resistor 14 and an output power amplifier on the transistor 17. The introduction of additional capacitors 24, 25 and a resistor made it possible to ensure the noise immunity of the circuit devices and increase the differential stroke, which ensures high reliability of the device. 1 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

ю ел оyo o o

юYu

Pur.iPur.i

Изобретение относитс к автоматическому управлению электрическими системами и может быть использовано преимущественно в машиностроении, станкостроении дл путевого контрол и дл контрол положени механизмов или отдельных его узлов без непосредственного механического контакта с ними.The invention relates to the automatic control of electrical systems and can be used mainly in mechanical engineering, machine tools for track control and to control the position of mechanisms or its individual components without direct mechanical contact with them.

Целью изобретени вл етс увеличение надежности,The aim of the invention is to increase reliability,

1 На фиг.1 изображена электросхема предлагаемого бесконтактного торцового переключател ; на фиг.2 - зависимости изменени петли гистерезиса (дифференциэ- ла хода) переключател от условий коммутации автогенератора,1 Figure 1 shows a wiring diagram of the proposed proximity switch; figure 2 - dependence of the change in the hysteresis loop (travel differential) of the switch on the switching conditions of the oscillator,

Бесконтактный торцовый переключатель содержит преобразователь 1, включающий последовательно соединенные автогенератор 2, детектор 3 и компаратор 4 с двум выходами 5 и 6 - инвертирующим и неинвертирующим, Дл функционировани автогенератора 2 преобразовател 1 в нем предусмотрены входы и выходы дл подключени внешних цепей обратной св зи. В цепь отрицательной обратной св зи 7, 8 автогенератора 2 подключен колебательный контур 9, 10. Катушка индуктивности колебательного контура размещена в открытой чашке ферритового сердечника 11, что представл ет собой датчик положени переключател . В цепь положительной обратной св зи 12 включен резистор 13 цепи обратной св зи, обеспечивающей требуемый режим работы автогенератора.The proximity switch contains a converter 1 including a series-connected oscillator 2, a detector 3 and a comparator 4 with two outputs 5 and 6 - inverting and non-inverting. For the functioning of the oscillator 2 of the converter 1, inputs and outputs are provided for connecting external feedback circuits. An oscillatory circuit 9, 10 is connected to the negative feedback circuit 7, 8 of the oscillator 2. The inductor of the oscillatory circuit is located in the open cup of the ferrite core 11, which is a switch position sensor. A feedback loop resistor 13 is included in the positive feedback circuit 12 to provide the desired mode of operation for the oscillator.

Дл изменени петли гистерезиса неинвертирующий выход б компаратора 4 через дополнительный резистор 14 подключен к входу 15 автогенератора 2. Инвертирующий выход 5 компаратора А через базовый резистор 16 подключен к базе транзистора 17 выходного усилител мощности, эмиттер которого через последовательно соединенные диод 18 в пр мом направлении и балластный резистор 19 соединен с положительной шиной 20 питани преобразовател 1 и подключен к плюсу источника питани , а в коллектор подключаетс сопротивление нагрузки 21. Между выходом детектора 3 и общей шиной 22 питани подключен интегрирую- щий конденсатор 23. Кроме того, к шине 22 подключены одни выводы первого дополнительных и второго 25 конденсаторов 24 и 25, другой вывод первого конденсатора 24 соединен с металлическим корпусом 26 переключател , а другой вывод второго конденсатора 25 подключен к положительной шине 20 питани преобразовател 1. Внутренний стабилизатор 27 напр жени имеет один вход и три выхода.To change the hysteresis loop, the non-inverting output b of the comparator 4 through an additional resistor 14 is connected to the input 15 of the oscillator 2. The inverting output 5 of the comparator A is connected through the base resistor 16 to the base of the transistor 17 of the output power amplifier, the emitter of which is connected in a forward direction through the diode 18 and the ballast resistor 19 is connected to the positive power bus 20 of the converter 1 and connected to the plus of the power supply, and a load resistance 21 is connected to the collector. Between the output of the detector and 3 and a common power bus 22 connects an integrating capacitor 23. In addition, one terminals of the first additional and second 25 capacitors 24 and 25 are connected to the bus 22, the other terminal of the first capacitor 24 is connected to the metal housing 26 of the switch, and the other terminal of the second capacitor 25 is connected to the positive power line 20 of converter 1. The internal voltage regulator 27 has one input and three outputs.

и and

Кривые 28 (фиг.2) соответствуют значению дифференциала хода переключател при подключении к входу 15 дл изменени петли гистерезиса преобразовател 1 рези5 стора 14 с неинвертирующего выхода б компаратора 4, а крива 29 - при отсутствии такого подключени .Curves 28 (Fig. 2) correspond to the differential value of the switch stroke when connected to input 15 to change the hysteresis loop of converter 1 of resistor 14 from non-inverting output 6 of comparator 4, and curve 29 in the absence of such a connection.

Бесконтактный торцовый переключатель работает следующим образом.Contactless mechanical switch operates as follows.

Ю При подаче напр жени питани и отсутствии в зоне срабатывани управл ющего элемента, в качестве которого используетс контролируемый объект или стальна пластинка , автогенератор 2 переходит в режимIf the supply voltage is applied and there is no control element in the actuation zone, for which a controlled object or steel plate is used, the self-oscillator 2 switches to

45 автоколебаний с максимальной амплитудой . При этом инвертирующий выход 5 компаратора 4 находитс в непровод щем состо нии (закрыт), транзистор 17 выходного усилител мощности заперт и через со20 противление нагрузки 21 ток не течет. В то же врем неинвертирующий выход 6 компаратора 4 находитс в провод щем состо нии (открыт) и через резистор 14 подключаетс к входу 15 автогенератора 245 auto-oscillations with maximum amplitude. In this case, the inverting output 5 of the comparator 4 is in a non-conductive state (closed), the transistor 17 of the output power amplifier is locked and no current flows through the load resistor 21. At the same time, the non-inverting output 6 of the comparator 4 is in a conductive state (open) and is connected through the resistor 14 to the input 15 of the oscillator 2

2525

4545

дл изменени петли гистерезиса переключател . В этом случае амплитуда автоколебаний автогенератора 2 возрастает по сравнению со случаем, когда эта св зь отсутствует . Степень увеличени амплитудыto change the hysteresis loop of the switch. In this case, the amplitude of the self-oscillations of the oscillator 2 increases compared with the case when this connection is absent. Amplitude Increase

30 автоколебаний можно регулировать подбором величины резистора 14,30 self-oscillations can be adjusted by selecting the value of the resistor 14,

При введении управл ющего элемента в зону действи электромагнитного пол , образованного на торце чашки 11 феррито35 вого сердечника датчика положени контуром индуктивности 9 в режиме автоколебаний , измен етс (уменьшаетс ) амплитуда генерации вследствие внесени затуханий в колебательный контур 9, 10. ПриWhen the control element is introduced into the zone of influence of the electromagnetic field formed at the end of the cup 11 of the ferrite core of the position sensor by the inductance circuit 9 in the self-oscillation mode, the generation amplitude changes (decreases) due to the attenuation in the oscillation circuit 9, 10. When

40 определенном рассто нии управл ющего элемента от торца чашки 11 ферритового сердечника амплитуда генерируемых колебаний уменьшаетс до величины, при которой компаратор 4 переходит в другое40 a certain distance of the control element from the end of the cup 11 of the ferrite core, the amplitude of the generated oscillations is reduced to a value at which the comparator 4 goes into another

устойчивое состо ние: инвертирующийsteady state: inverting

выход 5 открываетс , а неинвертирующий выход 6 закрываетс , А так как инвертирующий выход 5 согласован с входом усилител мощности, то транзистор 17 также открывз50 етс и через сопротивление нагрузки 21 те чет ток, В этом случае неинвертирующий выход 6 через резистор 14 практически не оказывает вли ни на работу автогенератора 2. Это положение управл ющего элемен55 та соответствует точке срабатывани переключател .the output 5 opens, and the non-inverting output 6 closes, and since the inverting output 5 is matched with the input of the power amplifier, the transistor 17 also opens50 and the current draws through the load resistance 21. In this case, the non-inverting output 6 through the resistor 14 has practically no effect nor on the operation of the self-sustained oscillator 2. This position of the control element 55 corresponds to the switching point of the switch.

При возврате управл ющего элемента, от точки срабатывани на определенное рассто ние вследствие уменьшени вносимого затухани происходит возрастание амплитуды автоколебаний, а при достижении напр жени , равного пороговому значению компаратора 4, амплитуда колебаний возрастает до величины, при которой компаратор 4 переходит в исходное состо ние 5 (инвертирующий выход 5 закрываетс , а неинвертирующий выход 6 открываетс ). Это положение управл ющего элемента соответствует точке отключени (возврата) переключател .10When the control element returns, from the actuation point to a certain distance due to a decrease in the introduced damping, the amplitude of self-oscillations increases, and when a voltage equal to the threshold value of the comparator 4 is reached, the amplitude of the oscillations increases to the value at which the comparator 4 returns to the initial state 5 (the inverting output 5 closes and the non-inverting output 6 opens). This position of the control element corresponds to the switch trip (return) point. 10

Разность по пути между точками возврата и срабатывани переключател составл ет зону дифференциала хода.,The difference along the path between the return and trigger points of the switch constitutes the travel differential zone.,

Введение резистора 14, подключенного к неинвертирующему выходу 6 компаратора 15 4 и к входу 15 автогенератора 2 дл измене- : ни петли гистерезиса перекл ючатёл , позво- лило увеличить значение дифференциала хода. В этом случае увеличение амплитуды колебаний автогенератора 2 равносильно 20 смещению точки отключени переключател от чувствительного элемента датчика положени , т.е. расширению петли гистерезиса (зоны дифференциала хода). Это вл етс следствием тогд, что в данном случае 25 мен ютс услови самовозбуждени автогенератора 2 таким образом, что отрицательна обратна св зь 7, 8 преобладает. Поэтому дл возникновени генерации автогенератора 2 необходимо ослабить эту ЗЙ св зь за счет уменьшени демпфировани колебательного контура 9, ТО датчика положени , т.е. снижений вносимого зэтуха- ;; . ни путем дальнейшего отвода управл ю щего элемента от чувствительной поверхно- 35 сти датчика положени (от точки срабатываНИЯ ).. .: . .-. .. -. : . . ;. ,;.,-,.;.;... :.;;The introduction of a resistor 14 connected to the non-inverting output 6 of the comparator 15 4 and to the input 15 of the oscillator 2 to change: no hysteresis loop switched, made it possible to increase the value of the travel differential. In this case, an increase in the oscillation amplitude of the oscillator 2 is equivalent to 20 shifting the switch off point from the sensor of the position sensor, i.e. expansion of the hysteresis loop (stroke differential zone). This is a consequence of the fact that in this case 25, the self-excitation conditions of the self-oscillator 2 are changed so that the negative feedback 7, 8 prevails. Therefore, in order to generate oscillation of the self-oscillator 2, it is necessary to weaken this ST connection by reducing the damping of the oscillatory circuit 9, then the position sensor, i.e. reductions in zetuha- ;; . not by further withdrawal of the control element from the sensitive surface of the position sensor (from the trigger point) ...:. .-. .. -. :. . ;. ,;., -,.;.; ...:. ;;

Графически на фиг.2 приведены зависимости изменени петли гистерезиса переключател дл двух случаев: крива 28 - 40 петл гистерезиса, когда к неинвертирую- : щему выходу 6 компаратора 4 и к входу 15 автогенератора 2 подключен резистор 14 и ; крива 29 - петли гистерезиса, когда резистор 14 не подключен, т.е. отсутствует. В случае 45 отсутстви цепочки 6-14-15 вышеописанное вление отсутствует и дифференциал хода (петли гистерезиса) переключател определ етс в основном величиной петли гистерезиса компаратора 4.Я)Graphically, Fig. 2 shows the dependences of the change in the hysteresis loop of the switch for two cases: curve 28-40 hysteresis loops when a resistor 14 is connected to the non-inverting: output 6 of the comparator 4 and to the input 15 of the oscillator 2; curve 29 - hysteresis loops when resistor 14 is not connected, i.e. missing. In case 45 there is no chain 6-14-15, the above phenomenon is absent and the differential stroke (hysteresis loop) of the switch is determined mainly by the value of the hysteresis loop of the comparator 4.I)

Подключение к общей шине 22 питани и к корпусу 26 переключател , а также к плюсовой шине питани 20 преобразовател 1 преобразовател конденсаторов 24 и 25 . обеспечивает помехоустойчивость схемы 55 переключател . Преобразователь 1 переключател подвержен воздействию импульсных и электромагнитных помех, воздействующих на корпус переключател и на провода дл подключени напр жени Connection to the common power bus 22 and to the switch housing 26, as well as to the positive power bus 20 of the converter 1 of the capacitor converter 24 and 25. provides noise immunity of the switch circuit 55. The converter 1 of the switch is susceptible to pulsed and electromagnetic interference acting on the switch housing and on the wires for connecting the voltage

питани и нагрузки. Между корпусом и схемой переключател образуетс определенна емкость. А так как входные цепи автогенератора 2 преобразовател 1 достаточно высокоомные, то между корпусом переключател и входным цеп ми автогенератора 2 образуетс эффективна дифференцирующа цепь, через которую и воздействуют помехи, вызывающие срыв генерации автогенератора 2 и изменение коммутационного состо ни переключател как в зоне дифференциала хода к точке отключени (возврата), так и за ней. Конденсатор 24 выполн ет роль блокировочного и замыкает через себ наводимые импульсные высокочастотные помехи на общую шину питани 22. Конденсатор 25 с резистором 19 образует сглаживающий RC-фильтр, за Щ щающий переключатель от электромагнитных помех, проникающих по цепи питани . Подключение к инвертирующему выходу 5 компаратора 4 выходного усилител мощности, выполненного на транзисторе 17, включенном по схеме с общим змитте ром, база которого через резистор 16 подключена к выходу 5 компаратора 4, а эмиттер через пойледоватёльно соединенные диод 18 в пр мом направлений и резистор 19 соединен с положительной шиной 20 питани преобразовател t и подключен к положительной шине источника питани , позволило повысить надёжность переключател за счет повышени нагрузочной способности , расширени пределов питающего напр жени , обеспечени защиты переключател от изменени пол рности питающего напр жени , обеспечени снижени падени напр жени на переключателе в Открытом СОСТОЯ НИИ. } - :;:; .,, ; , - . ... - :лУ В услови х эксплуатации верхнее значениё напр жений источника питани может достигать 30...35 В, что превышает предельный уровень напр жени (27 Е) схемы преобразовател 1. Преобразователь 1 содержит внутренний стабилизатор 27 напр жени и может работать при значении питающего напр жени 5 В при малом по- .требл емом токе (пор дка 12 мА). Поэтому дл расширени значени верхнего уровн напр жени питани переключател в цепь питани. включен резистор 19, значение которого выбираетс таким образом, чтобы нижний предел напр жени питани не превышал 12 В. Включение в положительную шину 20 питани преобразовател 1 диода 18 в пр мом направлении обеспечивает как защиту преобразовател , так и защиту транзистора 17 усилител мощности1 от перемены пол рности питающего напр жени . При перемене пол рности напр же- power and load. A specific capacitance is formed between the housing and the switch circuit. And since the input circuits of the oscillator 2 of the converter 1 are sufficiently high-resistance, an effective differentiating circuit is formed between the switch housing and the input circuits of the oscillator 2, through which interference is caused, causing the oscillation of the oscillator 2 to be interrupted and the switching state of the switch to change as in the zone of the differential the disconnection (return) point, and beyond. The capacitor 24 acts as an interlocking circuit and closes the induced high-frequency pulsed interference to the common power bus 22. The capacitor 25 with the resistor 19 forms a smoothing RC filter, protecting the switch from electromagnetic interference penetrating the power circuit. Connection to the inverting output 5 of the comparator 4 of the output power amplifier made on the transistor 17, connected according to the circuit with a common transmitter, the base of which is connected through the resistor 16 to the output 5 of the comparator 4, and the emitter through the sequentially connected diode 18 in the forward direction and the resistor 19 connected to the positive bus 20 of the converter power t and connected to the positive bus of the power source, it allowed to increase the reliability of the switch by increasing the load capacity, expanding the limits of the supply voltage tim, providing protection of the switch from the polarity of the supply voltage, providing reducing voltage drop on the switch in the opening will be held SRI. } -:;:; . ,,; , -. ... -: LU Under operating conditions, the upper value of the voltage of the power source can reach 30 ... 35 V, which exceeds the voltage limit (27 E) of the circuit of converter 1. Converter 1 contains an internal voltage regulator 27 and can operate at a supply voltage of 5 V at a low required current (of the order of 12 mA). Therefore, to expand the upper level of the supply voltage of the switch to the supply circuit. a resistor 19 is turned on, the value of which is selected so that the lower limit of the supply voltage does not exceed 12 V. Turning on the positive bus 20 of the converter 1 of the diode 18 in the forward direction provides both protection of the converter and the protection of the transistor 17 of the power amplifier1 from alternating field power supply voltage. When changing the polarity, for example,

ни из-за отсутстви тока, протекающего через преобразователь 1, невозможно открывание транзистора 17 в инверсном режиме и, следовательно, выход его из стро предотвращаетс . При таком включении диода 18 обеспечиваетс минимальное падение напр жени на переключателе в открытом состо нии (между электродами эмиттер-коллектор транзистора 17), т.е. уровень сигнала 1 возрастает, а уровень сигнала О - уменьшаетс . Особо это важно при Значительных колебани х питающего напр жени и при реализаций на переключател х логических функций, например, схё; .мы.Й.;KP; -:V -У-Х.;- ---:- :,. :. . .:;... :J - Резистор 1б, определ ющий ток базы TpiaHSHCTOpa 17 усилител мощности, выбираетс таким образом, чтобы увеличить на-4 грузочную способность переключател по. сравнению с инвертирующим выходом 6due to the lack of current flowing through the converter 1, it is impossible to open the transistor 17 in the inverse mode and, therefore, its failure is prevented. By turning on the diode 18 this way, the voltage drop across the switch is minimized in the open state (between the electrodes of the emitter-collector of the transistor 17), i.e. signal level 1 increases, and signal level O decreases. This is especially important for significant fluctuations in the supply voltage and for implementations on switches of logical functions, for example, cx; .my.Y.; KP; -: V -U-X.; - ---: -:,. :. . .:; ...: J - The resistor 1b, which determines the base current of the TpiaHSHCTOpa 17 power amplifier, is selected so as to increase by-4 the load capacity of the switch across. compared to inverting output 6

. компаратора 4 в нёсколькд раз.. comparator 4 times.

ИспользоЁЗНйетакихустрЬйств в системах промышленной автоматики, выполйен- йых как на релейно-кбнтактйой аппаратурё, так и на интегральных микросхемах, позволит повысить надёжность эксплуатации и сократить.простои технологического оборуДаваний . :: :;. v:.:-.7 ;::Л --;..-Г : .: По сравнению с npbtofnnpM, предлагаемое изобретение позвол ет разработать аппарат с.у высокими эксплуатационными свойствами повыщенной надежности за .счет обеспечени помёхоустЬйчивости схемы переключател от еоздейстеи на нее по цеИи питани импульсй-ых иэлектромагнитных помех, что исключаетложные срабаты- вани переключатели при вбздёйствйи указанных помех и скачкообразного йзмё нени питаюЧдего нэпр жейй бт 20;до ЗО...ЗВ В; увеличений- нагрузочной способ- HdCTM nepeicritoMatenfl от 50 до 200 мА, бла- гЬдар чему возрастает не только йадёжнрсть работы т)ёрекл1бчатели, но и расшмр етсй область применени их дл .бота как с логйчебкйми элементами, та к и сThe use of such devices in industrial automation systems, performed both on relay-connected equipment and on integrated circuits, will increase the reliability of operation and reduce the downtime of technological equipment. :::;. v:.: -. 7; :: Л -; ..- Г:.: Compared to npbtofnnpM, the present invention allows to develop a device with high operational properties and increased reliability due to the noise immunity of the switch circuit it by the power supply of pulsed and electromagnetic interference, which eliminates the difficult operation of the switches when the specified interference is intermittent and there is an abrupt change in power supply, where the voltage is Bt 20; up to ZO ... ZV V; increase-load method- HdCTM nepeicritoMatenfl from 50 to 200 mA, thanks to this, not only the reliability of the operation increases)), but also the scope of their application for working as with logic elements, as well as with

йлёктрориагнитными реле, примен емыми в станкостроении; расширени петли йсте реййса (дифференциала хода) с 0,01 до 0,03.„0,5 мм, обеспечива тем самым надёжную коммутацию цепей управлени приelectro-magnetic relays used in machine tools; expanding the hystereis loop (travel differential) from 0.01 to 0.03. "0.5 mm, thereby ensuring reliable switching of control circuits when

изменений температуры окружающей среды от -25 до +70°С и напр жени питани от 20 до 30...35 В; расширени верхнего значени предела питающего напр жени с 27 до 30...35 В; обеспечени защиты переключател от перемены пол рности питаю- щего напр жени и коммутационных перенапр жений в цепи нагрузки переключател , возникающих при отключении индуктивной нагрузки. При этом предотвращаетс выход из стро переключателей в услови хЭксплуатации и.сокращаютс простои технологического оборудовани .changes in the ambient temperature from -25 to + 70 ° C and the supply voltage from 20 to 30 ... 35 V; expanding the upper limit value of the supply voltage from 27 to 30 ... 35 V; providing protection of the switch against a change in the polarity of the supply voltage and switching overvoltages in the switch load circuit arising when the inductive load is disconnected. At the same time, failure of the switches is prevented under operating conditions and downtime of technological equipment is reduced.

Claims

1. A non-contact end switch containing a transducer installed in a metal housing, including an oscillator with an oscillatory circuit in the external circuits of the return

connection and input of changing the hysteresis loop, the detector connected to the output of the generator and the output to the input of the comparator with inverting w non-turning outputs, integrating capacitor, circuit resistor reversing the power bus, but not and also, in order to increase the “reliability”, two additional capacitors and a resistor are connected, one of the additional connectors of the amplifiers is connected to the common power bus, the other terminal of the first Extra KbHfleftcatbpa is connected to the metal case, the other doG1olnitelyogo first capacitor

put a full power bus, and an additional pesvicfop is connected between the comparator's inverting output and the input to change the hysteresis loop.

2. Switch the sweat, 1, about t. / i

cabbage soup and with the fact that additionally introduced

the output power amplifier, executed by the “transistor turned on; according to the scheme with a common switch, the base of which is connected via a byte resistor to the inverter output of the coma and resistor with positive

the power bus of the converter, and the collector is connected to the load circuit.

te2