бесконтактный путевой выключатель

Формула изобретения

1. БЕСКОНТАКТНЫЙ ПУТЕВОЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные автогенератор, с входом усилителя которого связан колебательный контур, катушка индуктивности которого образует чувствительный элемент выключателя, выпрямитель, пороговый блок и усилитель мощности, а также воздействующий элемент, расположенный в области электромагнитного поля чувствительного элемента, отличающийся тем, что в него введены элемент И, выход которого соединен с первым дополнительным входом усилителя автогенератора, ключ, через который выход порогового блока подключен к одному входу элемента И, и регулятор, вход которого является управляющим входом выключателя, а выход подключен к другому входу элемента И и к второму дополнительному входу усилителя автогенератора.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что введен термоэлемент, подключенный к входу регулятора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к путевым выключателям, предназначенным для работы в аппаратуре контроля и управления релейного действия.

Известен бесконтактный путевой выключатель (датчик положения) [1] содержащий автогенератор, катушка индуктивности в цепи колебательного контура которого образует чувствительный элемент выключателя, выпрямитель, пороговое устройство и усилитель мощности (может быть совмещен с пороговым устройством); автогенератор образован последовательно соединенными чувствительным элементом (колебательным контуром) и усилителем, охваченным положительной обратной связью; на чувствительный элемент через его электромагнитное поле воздействует контролируемый металлический объект (пластина) воздействующий элемент.

Положительная обратная связь автогенератора (для создания незатухающих колебаний) осуществляется одним из известных в радиотехнике способов, например, посредством трансформаторной связи, как в известном выключателе, в котором как первичная, так и вторичная катушки являются составляющими чувствительного элемента [2]

Работа подобного выключателя заключается в возбуждении автоколебаний генератора при подаче на него напряжения питания и срыве этих автоколебаний при приближении к чувствительному элементу воздействующего элемента (пластины). Последний производит в зависимости от способа создания положительной обратной связи уменьшение индуктивности катушки (добротности колебательного контура) либо уменьшение взаимной индуктивности катушек, замыкающих цепь обратной связи.

Далее колебания автогенератора детектируются, фильтруются и в виде сигнала постоянного тока поступают на пороговое устройство, состояние которого зависит от наличия или отсутствия колебаний в результате приближения или удаления от чувствительного элемента металлического объекта.

Недостатки такого выключателя заключаются в следующем.

Статические характеристики автогенератора и всего выключателя [1] взятого в качестве прототипа, представлены на фиг. 1 и характеризуются, с одной стороны, высокой крутизной и практически отсутствием гистерезиса характеристики автогенератора (колебательного звена), а с другой стороны значительным смещением С этой характеристики в направлении контролируемого перемещения объекта (по оси l) при воздействии различных внешних факторов.

Так, если перемещающийся по стрелке А объект вызвал срабатывание выключателя и остановку объекта в точке М (положение 1) на время, в течение которого произойдет, например, в результате изменения температуры, изменение условий самовозбуждения автогенератора и соответственно смещение характеристики в положение 2, это вызовет обратное срабатывание выключателя. В результате положение контролируемого объекта может оказаться неопределенным.

Если внешние факторы механического характера (вибрации, высокочастотный шум в составе полезного сигнала) вызывают колебание контролируемого объекта с амплитудой, большей, чем а/2, то это вызывает постоянные переключения выключателя с амплитудой выходного сигнала, равной напряжению питания, что снижает надежность системы контроля, а в определенных случаях делает ее невозможной.

Изобретение устраняет указанные недостатки за счет того, что обеспечивает регулирование гистерезиса автогенератора, причем для поддержания точности системы контроля с подобным выключателем, т. е. сохранения неизменным положения середины ВВ зоны нечувствительности, производится управление кривыми как прямого, так и обратного срабатывания со смещением их в противоположные стороны на одинаковые расстояния (пунктирные линии на фиг. 1). Тем самым путем адаптации статической характеристики выключателя к внешним условиям сохраняется точность системы контроля и управления.

Цель изобретения обеспечение регулирования статической характеристики и повышение точности выключателя.

Цель достигается тем, что выключатель, содержащий автогенератор в виде подключенного к входу усилителя колебательного контура с катушками индуктивности в качестве чувствительного элемента выключателя, выпрямитель, вход которого связан с выходом автогенератора, а выход с входом порогового блока, выход которого подключен к входу усилителя мощности, и воздействующий элемент через электромагнитное поле, связанный с чувствительным элементом, дополнительно снабжен регулятором, входом которого образован управляющий вход выключателя, а выход подключен к первому дополнительному входу усилителя автогенератора и первому входу логической схемы И, выход которой связан со вторым дополнительным входом усилителя автогенератора, а второй вход с выходом ключа, своим входом соединенным с выходом порогового блока.

Цель достигается также тем, что выключатель снабжен термоэлементом, подключенным к входу регулятора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показаны статические характеристики автогенератора и выключателя; на фиг. 2 функциональная схема выключателя; на фиг. 3 функциональная схема выключателя с регулирующим термоэлементом; на фиг. 4 вариант реализации выключателя с внешним управлением; на фиг. 5 вариант реализации выключателя со встроенным термоэлементом.

Устройство (фиг. 2) содержит автогенератор 1, выполненный в виде колебательного контура 2, индуктивность которого составляет чувствительный элемент 3, и усилителя 4, которые связаны между собой для образования устойчивых колебаний: автогенератор 1 соединен с выпрямителем 5, выход которого связан с пороговым блоком 6, например, триггером Шмидта, а выход последнего подсоединен к усилителю 7 мощности (последний может отсутствовать, т. к. триггер Шмидта обеспечивает достаточную мощность сигнала); воздействующий элемент 8 связан с чувствительным элементом 3 через электромагнитное поле, к первому дополнительному входу усилителя 4 подключен выход регулятора 9, имеющий управляющий вход 10, который является управляющим входом выключателя, и на который и системы контроля и управления могут подаваться сигналы для управления статической характеристикой; выход регулятора соединен также с одним из входов логической схемы И 11, другой вход которой соединен с выходом ключа 12, вход которого связан с выходом порогового блока 6, а выход схем И 11 соединен со вторым дополнительным входом усилителя 4 автогенератора 1.

Вход 10 в варианте построения выключателя с регулирующим термоэлементом (фиг. 3) подключен к термоэлементу 13, являющемуся узлом выключателя.

Принципиальная схема варианта выключателя (фиг. 4) с внешним выключателем и управлением статической характеристикой содержит автогенератор на транзисторе 14 (усилитель), в цепь колебательного контура 15 которого включена катушка 16 чувствительного элемента; положительная обратная связь осуществляется вторичной катушкой 17 по цепи базы транзистора. Роль выпрямителя выполняет база-эмиттерный переход транзистора 18, сигнал с эмиттера которого поступает на триггер Шмидта, выполненный на транзисторах 19 и 20. Воздействующий элемент (металлическая пластина) 8 устанавливается так, чтобы его перемещение происходило в зоне действия электромагнитного поля катушки 15.

Роль регулятора с управлением по входу 10 от внешнего сигнала выполняет операционный усилитель 21, воздействующий на цепи диода 22, на ток эмиттера транзистора 14, и, соответственно, на его коэффициент усиления (положение статической характеристики автогенератора или точки срабатывания выключателя).

Регулятор 21 по цепям диода 23 и базы транзистора 14 также управляет током этого транзистора и, соответственно, коэффициентом усиления и положением статической характеристики, однако это осуществляется только при закрытом транзисторе 24 ключе 12, управляемом от порогового блока.

Принципиальная схема варианта выключателя (фиг. 5) со встроенным термоэлементом выполнена аналогично схеме на фиг. 4. Роль ключа, управляемого от порогового блока, выполняет транзистор 24. Термоэлемент 25 в качестве регулятора воздействует на ток транзистора 14 по цепи эмиттера, а при закрытом транзисторе 24 также по цепи базы.

Работа выключателя происходит следующим образом.

При подаче на схему напряжения питания автогенератор 1 возбуждается, и на его колебательном контуре 15, 16 возникает переменное напряжение, которое детектируется база-эмиттерным переходом транзистора 18 и сглаживается конденсатором в цепи его эмиттера. Этот сигнал постоянного тока открывает транзистор 19 и закрывает транзистор 20.

Транзистор 24 (ключ 12) при этом также закрыт и не блокирует воздействие операционного усилителя 21 (не шунтирует сигнал диода 23) на цепь базы транзистора 14 (схема И 11 не блокирует прохождение сигнала регулятора 9 на второй дополнительный вход усилителя 4). В этом случае самовозбуждения автогенератора определяется воздействием операционного усилителя 21 одновременно на токи базы и эмиттера транзистора 14, в связи с чем срабатывание выключателя в результате перемещения воздействующего элемента относительно его чувствительного элемента произойдет, например, в точке К (фиг. 1).

При срабатывании выключателя колебания срываются, на выходе детектора 18 напряжение исчезает, транзистор 19 закрывается, а транзисторы 20 и 24 открываются. При этом транзистор 24 (ключ 12) блокирует воздействие операционного усилителя 21 (шунтирует цепь диода 23) на ток базы транзистор 14, изменяя условия самовозбуждения автогенератора таким образом, что обратное срабатывание выключателя при перемещении воздействующего элемента в противоположную сторону произойдет не в точке К (расстояние КК определяется зоной нечувствительности порогового блока триггера Шмидта, транзисторы 19, 20), а в точке L

Расстояние КL (зона нечувствительности выключателя) зависит от сигнала операционного усилителя 21 и, в свою очередь, от сигнала на его управляющем входе 10. Изменяя последний, можно варьировать характером воздействия на условия самовозбуждения автогенератора, причем, т. к. эти условия различны для случаев прямого и обратного срабатывания выключателя, то за счет выбора режима транзистора по току базы и эмиттера обеспечивается симметричное изменение точек прямого и обратного срабатывания выключателя относительно условной середины зоны нечувствительности (например, зона нечувствительности В на фиг. 1).

Таким образом, изменяя сигнал на входе 10, можно адаптировать выключатель к различным системам контроля, имеющим конкретный характер контрольного перемещения (входного сигнала).

Работа выключателя со встроенным термоэлементом 25 на фиг. 5 (13 на фиг. 3) происходит аналогично описанному выше. При этом термоэлемент по цепям диодов 22 и 23 воздействует как на ток эмиттера, так и на ток транзистора 14, когда транзистор 24 закрыт, т. е. в момент прямого срабатывания выключателя, и воздействует только на цепь эмиттера, когда транзистор 24 открыт, т. е. в момент обратного срабатывания выключателя. При этом изменяются условия самовозбуждения автогенератора, чем обеспечивается устойчивость контроля положения объекта в диапазоне температур.

Предлагаемый выключатель с рассмотренным режимом работы позволяет расширить функциональные возможности дискретных систем контроля и управления.

АО "Сибтензоприбор" осуществляет разработку бесконтактного путевого выключателя щелевого типа с шириной щели 6 мм (ВПБ-2-5).

По сравнению с выключателем ПИШ-6-1, разрабатываемый выключатель обладает улучшенными техническими характеристиками:

Напряжение питания, В 12,24 (пост.ток) Отклонение напряжения питания, -15,+10 Допустимые пульсации, не более, 3 Потребляемая мощность (без нагрузки) не более, Вт 0,3 Напряжение питания цепи нагрузки, не более, В 30 Максимальный рабочий ток цепи нагрузки, МА 80 Остаточное напряжение выходного сигнала не более, В. 1 Максимальная частота срабатывания, не менее, Гц 1000 Ширина рабочей щели, мм 6 Минимальные размеры воздействующего элемента; мм 20x12x0,5 Дифференциал хода, не более, мм 1,5 Нестабильность точки срабатывания (допустимый разброс), не более, мм 0,1 Смещение точки срабатывания, не более, мм от изменения температуры окружающей среды на каждые 10^оС 0,2 от колебаний напряжения питания 0,4 Диапазон рабочих температур, ^оС -40.+65 Климатическое исполнение по ГОСТ 15150 УХЛ1 Устойчивость к воздействующим факторам внешней среды группа М17 по

ГОСТ 17516. Степень защиты по ГОСТ 14254 1Р65 Масса, не более, кг 0,08 Материал корпуса пластмасса.