DE2538531A1

DE2538531A1 - Beruehrungslos arbeitender naeherungsschalter

Info

Publication number: DE2538531A1
Application number: DE19752538531
Authority: DE
Inventors: Hans Boeddeker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5229979A

Description

BerUhrun£slos arbeitender Näherungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen berührungslos arbeitenden Näherungsschalter mit kapazitiv verstimmbarer Oszillatorauswertschaltung.
Bei einem bekannten Schalter der obengenannten Art (DT-AS 1 673 841) ist eine Auswertung von Teilen oder Flüssigkeiten immer dann gegeben, wenn eine wesentlich andere Elektrizitätskonstante als Luft vorhanden ist. Der Nachteil bei derartigen kapazitiven Näherungsschaltern ist in der Feuchteempfindlichkeit zu sehen.
Induktive Näherungsschalter, d.h. die zur Erfassung von metallischen Teilen Spulen verwenden, lassen sich großflächig und für große Ansprechentfernungen nicht mehr wirtschaftlich bauen, ohne daß sie temperatur- oder anbauempfindlich sind, wenn sie an metallischen Teilen angebracht werden.
Durch die Erfindung soll ein Näherungsschalter geschaffen werden, der großflächig, d.h. auf große Entfernungen hochempfindlich Teile erfassen kann, der beispielsweise der metallischen Fremdkörpererfassung in Baumwollfließen oder in Nahrungsmitteln oder zur Uberwachung von Ausstanzvorgängen benutzt werden kann. Dies wird bei einem Näherungsschalter der obengenannten Art auf einfache Weise dadurch erreicht, daß dem Oszillator kombiniert kapazitiv - induktiv verstimmende Sensorelemente zugeschaltet sind. Der Ausgang des betätigbaren Oszillators wird mit der Festfrequenz eines weiteren unveränderbaren Oszillators auf eine Mischstufe zur Bildung einer Schwebung aufgeschaltet.
Die entstehende niederfrequente Schwebung ist in ihrer Frequenz hochempfindlich auf Anderungen des betätigbaren Oszillators.
Die Schwebungsfrequenz kann über ein Hochpaß~,TiefpaB- oder ein Bandfilter ausgewertet werden. Weiterhin ermöglicht diese Schaltung eine Regelschleife mit größerer Zeitkonstante vom Ausgang zum kapazitiv und induktiv verstimmbaren Oszillator vorzusehen, so daß stationäre, äußere Störeinflüsse auskorrigiert werden können. Die Betätigung wird dann nur dynamisch ausgewertet. Vorteilhafte Ausführungsformen der Sensorelemente sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. Die Kondensatorflächen sind z.B. als Kohleschichten ausgebildet, um eine Vorbedämpfung der Induktivität zu vermeiden.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise der Schaltung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild fUr die Auswertschaltung, Fig. 2 und 3 Draufsicht und Seitenansicht zum Teil im Schnitt auf eine möiche Ausführung des Kombinationssensors und die Fig. 4 und 5 Draufsicht und Seitenansicht,zum Teil im Schnitt, einer weiteren Sensorvariante.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Mit 1 ist in der Schaltung nach Fig. 1 der hochfrequent schwingende Oszillator, der kapazitiv und induktiv verstimmbare Sensorelemente beinhaltet, bezeichnet. Sein Ausgang 2 wird mit dem Ausgang 3 eines weiteren auf einer Festfrequenz ähnlicher Höhe wie der des Oszillators 1 schwingenden Oszillators 4 auf eine Mischstufe 5 geführt. Der Oszillator 4 wird vorteilhaft quarzstabilisiert. In der Mischstufe 5 entsteht eine Schwebung, im Blocksymbol mit 6 bezeichnet, die z.B. auf ein aktives spulenloses Bandfilter 7 geleitet wird. Nach Gleichrichtung in der Stufe 8 wird im Komperator 9 der Schaltvorgang ausgelöst, so daß am Ausgang 10 ein auswertbares Signal erscheint.
Mit Betätigung des Oszillators 1 sinkt seine Frequenz und die Schwebungsfrequenz ändert sich. Das Bandfilter kommt damit außer Resonanz und liefert keine Ausgangsspannung mehr. Der Komperator 9 schaltet um. Um länger andauernde Störeinflüsse, z.B. Änderung der Oszillatorfrequenz des Oszillators 1 durch Feuchteeinwirkung unwirksam zu machen, ist eine Regelschleife, die aus dem Sollwertgeber 11, dem eigentlichen Regler 12 und der Kapazitätsdiode 13 besteht, vorgesehen. Die Regelschleife wird zwischen der Gleichrichterstufe 8 und dem Komperator 9 abgegriffen und dem Oszillator 1 zugeführt. Der Sollwert 11 entspricht stationär der maximalen Ausgangsspannung an der Stufe 8. Bei einem Störeinfluß, z.B. Feuchte am Geber des Oszillators 1, sinkt die Kapazität am Oszillator 1 und ändert über die langsam arbeitende Regelschleife die Frequenz des Oszillators 1 so lange, bis die Schwebungsfrequenz wieder der Resonanzfrequenz des Bandfilters 4 entspricht. Der optimale Arbeitspunkt am Bandfilter 4 bleibt somit trotz veränderter Umweltverhältnisse erhalten. In gleicher Art wird natürlich auch eine stationäre Betätigung ausgeregelt, weshalb der Komperator 9 nur ein kurzzeitiges Ausgangssignal bei dynamischer Betätigung liefert.
Ein möglicher Aufbau der Sensorelemente am Oszillator 1 ist aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen. Die Spule 14 ist im Innern einer von Eisenteilen 15 begrenzten Öffnung 16 angeordnet und wird durch die entfernten Eisenteile nur geringfügig bedämpft. Parallel dazu liegen die Elektroden 17 und 18, die Öffnung 16 abschließend, wobei die Elektrode 17 eine Ringelektrode ist und mit der Elektrode 18, die im Abstand zur Ringelektrode 17 verläuft, einen Kondensator bildet. Mit 19 ist ein im Ansprechraum 20 dargestelltes Eisenteilchen bezeichnet, das eine Verstimmung des Oszillators 1 bewirken soll. Uber die gesamte Betätigungsfläche ergibt sich gleiche Empfindlichkeit.
Die Elektroden 17 und 18 sind im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 bei rechteckiger Ausbildung der auf den Spulenkörper 21 aufgewickelten Spule 14 von den an den Innenmantel 23 des Spulenkörpers 21 angebrachten ebenflächigen Elektroden gebildet, die entweder von aufgedampften Kohleschichten gebildet sein. können, oder beim Spritzen des Spulenkörpers mit eingespritzt sein können. Im Gegensatz zum Sensor Fig. 2 und 3 ist das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 für einen direkten Eisenanbau weniger geeignet.
Beide Sensoren zeigen eine hohe Empfindlichkeit, weil das kapazitive und induktive Feld des Sensors mit ungeordneten, metallischen Betätigungsstücken 19 gleichzeitig und im gleichen Sinn beeinflußt werden.
9 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansorüche Berühm;mgslos arbeitender Näherungsschalter mit kapazitiv verstimmbarer Oszillatorauswertschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator (1) kombiniert kapazitiv-induktiv verstimmende Sensorelemente (14, 17, 18) zugeschaltet sind.
2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorausgang (2) gemeinsam mit der Festfrequenz eines weiteren unveränderbaren Oszillators (4) auf eine Mischstufe (5) zur Bildung einer niederfrequenten Schwebung aufgeschaltet ist.
3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequente Schwebung über ein Hochpaß-, Tiefpaß-oder Bandfilter (7) ausgewertet wird.
4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung aus dem Hochpaß-, Tiefpaß- oder Bandfilter (7) in einer Stufe (8) gleichgerichtet und geglättet über einen Komperator (9) ausgewertet ist.
5. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschleife (11, 12, 13) mit großer Zeitkonstante vom Ausgang der Gleichrichterstufe (8) zum kapazitiv-induktiv verstimmbaren Oszillator (1) vorgesehen ist.
6. Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinationssensorelement aus einer Spule (14) und dazu parallel verlaufender Ringelektrode (17) mit Innenfläche (18) besteht. (Fig. 2, 9)
7. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinati ons s ensorel ement aus einer Spule (14) und am Innenmantel sich gegenüberliegenden Kondensatorelektroden (17, 18) besteht. (Fig. 4, 5)
8. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17, 18) in den Spulenkörper eingegossen sind.
9. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17, 18) aus aufgedampften Kohleschichten bestehen.