RU2020738C1 - Approach switch - Google Patents

Abstract

FIELD: robotics and instrumentation engineering. SUBSTANCE: approach switch has power supply 1, oscillator 2, capacitor 7, transistors 3,4, resistors 5,6; power supply is built around regulated current source. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области роботостроения и контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля расстояния при обработке деталей в станках с ЧПУ в качестве датчика положения и ноль-отсчетных устройств в системах автоматизации производственных процессов. The invention relates to the field of robotics and instrumentation and can be used to control the distance when processing parts in CNC machines as a position sensor and zero-readout devices in industrial automation systems.

Известен индуктивный выключатель приближения, содержащий генератор, который демпфируется под влиянием извне и переходит из режима колебаний в нерабочее состояние. При этом общее потребление тока выключателя заметно снижается. Генераторный транзистор включен по схеме с общим эмиттером и охвачен отрицательной обратной связью вследствие наличия сопротивления в его эмиттерной цепи. По переменному току параллельно эмиттерному сопротивлению R₁ включены конденсатор С_Х, а через полупроводниковый элемент D-сопротивление R_X. Полярность элемента D выбирается с учетом предпочтительного направления тока так, чтобы при переходе генератора из нерабочего состояния в режим колебаний глубина отрицательной обратной связи уменьшилась [1].Known inductive proximity switch containing a generator, which is damped under the influence from the outside and goes from the oscillation mode to the idle state. In this case, the total current consumption of the circuit breaker is markedly reduced. The generator transistor is connected according to the scheme with a common emitter and is covered by negative feedback due to the presence of resistance in its emitter circuit. For alternating current, a capacitor C _{X is} connected in parallel with the emitter resistance R ₁ , and D-resistance R _{X is} connected through the semiconductor element. The polarity of the element D is selected taking into account the preferred direction of the current so that when the generator transitions from an idle state to an oscillation mode, the depth of negative feedback decreases [1].

Известен также индуктивный двухпроводный выключатель приближения, содержащий генератор, который демпфируется под влиянием извне и переходит из режима колебаний в нерабочее состояние, при этом общее потребление тока выключателем заметно снижается. Генераторный транзистор включен по схеме с общим эмиттером и охвачен отрицательной обратной связью из-за наличия сопротивления в его эмиттерной цепи. Параллельно эмиттерному сопротивлению R₁ через фототранзистор FR оптического элемента связи ОК подключен дополнительный резистор R₃.An inductive two-wire proximity switch is also known, which contains a generator that is damped under the influence from the outside and switches from an oscillation mode to an idle state, while the total current consumption of the switch is noticeably reduced. The generator transistor is connected according to the scheme with a common emitter and is covered by negative feedback due to the presence of resistance in its emitter circuit. In parallel with the emitter resistance R _1, an additional resistor R _{3 is} connected through a phototransistor FR of the optical communication element OK.

Последовательно с выключателем соединено добавочное сопротивление R₄, параллельно с которым через конденсатор С₃ связан световой диод L_D оптического элемента ОК. Его полярность такова, что при переходе генератора из нерабочего состояния в режим колебаний глубина отрицательной обратной связи транзистора Т₁ уменьшается. Антипараллельно светодиоду L_D подключен дополнительный диод D.In series with the switch, an additional resistance R ₄ is connected, in parallel with which a light diode L _{D of the} optical element OK is connected through a capacitor C ₃ . Its polarity is such that when the generator transitions from an idle state to an oscillation mode, the depth of the negative feedback of the transistor T ₁ decreases. Antiparallel to the LED L _D, an additional diode _{D is} connected.

В известных датчиках включение транзистора Т₂ база-эмиттеерным переходом не позволяет получить зону устойчивого переключения выключателя при приближении объекта, что отрицательно сказывается на точности измерений. Кроме того, использование в качестве источника питания источника напряжения не позволяет регулировать величину тока потребления генератора, что не обеспечивает необходимую чувствительность выключателя при срабатывании.In known sensors, turning on the transistor T _{2 with a} base-emitter junction does not allow to obtain a zone of stable switching of the circuit breaker when an object approaches, which negatively affects the accuracy of measurements. In addition, the use of a voltage source as a power source does not allow you to adjust the amount of current consumption of the generator, which does not provide the necessary sensitivity of the switch during operation.

В качестве прототипа выбран выключатель приближения в двухпроводном исполнении содержащий источник питания, коммутационную схему включения, генератор колебаний, электронный выключатель и выпрямитель, причем выпрямитель через нагрузку связан с источником питания, а коммутационная схема формирует выходной сигнал в зависимости от состояния колебаний генератора. Электронный выключатель включен со стороны переменного напряжения за нагрузкой между входными клеммами выпрямителя и срабатывает по выходному сигналу коммутационной схемы. Электронный выключатель представляет собой триак, управляющие электроды которого подключены к вторичной обмотке (W₂) триггер - трансформатора (Т₁), первичная обмотка которого управляется выходом коммутационной схемы, формирующей сигнал выключения, причем коммутационная схема представляет собой триггер Шмидта. Между выходом выпрямителя RB₁ включены конденсатор С₃, который разряжается через транзистор Q₅ триггерного каскада и первичную обмотку W₁ триггерного трансформатора Т₁, и конденсатор С₄ последовательно с резистором R₁₁; причем конденсатор С₃ имеет существенно меньшую емкость, чем конденсатор С₄. Транзистор Q₃ выключателя приближения управляется колебаниями генератора Q₁, Q₂, C₁, S₁, R₁, R₂, который подключен параллельно конденсатору С₂, который в свою очередь включен последовательно с резистором R₄ между выходом выпрямителя RB₁. Делитель напряжения, образованный конденсатором С₂ и резистором R₄ образует вход для подключенного триггерного каскада Q₄, Q₅, R₅-R₈. Токоограничивающие резисторы R₉ и R₁₀ включены в обе входные линии выпрямителя RB₁ за электронным выключателем SCR₁, причем резисторы R₉ и R₁₁ одинаковы по величине сопротивления [2].As a prototype, a two-wire proximity switch containing a power source, a switching circuit, an oscillation generator, an electronic switch and a rectifier is selected, the rectifier through a load connected to a power source, and the switching circuit generates an output signal depending on the state of oscillation of the generator. The electronic switch is switched on from the side of the alternating voltage behind the load between the input terminals of the rectifier and is triggered by the output signal of the switching circuit. The electronic switch is a triac, the control electrodes of which are connected to the secondary winding (W ₂ ) of the trigger transformer (T ₁ ), the primary winding of which is controlled by the output of the switching circuit generating the shutdown signal, and the switching circuit is a Schmidt trigger. Between the output of the rectifier RB ₁ , a capacitor C ₃ is connected, which is discharged through a trigger stage transistor Q ₅ and a primary winding W _{1 of a} trigger transformer T ₁ , and a capacitor C _{4 in} series with a resistor R ₁₁ ; moreover, the capacitor C ₃ has a significantly lower capacitance than the capacitor C ₄ . The proximity switch transistor Q _{3 is} controlled by oscillations of the generator Q ₁ , Q ₂ , C ₁ , S ₁ , R ₁ , R ₂ , which is connected in parallel with the capacitor C ₂ , which in turn is connected in series with the resistor R ₄ between the output of the rectifier RB ₁ . The voltage divider formed by the capacitor C ₂ and the resistor R ₄ forms the input for the connected trigger stage Q ₄ , Q ₅ , R ₅ -R ₈ . Current-limiting resistors R ₉ and R ₁₀ are included in both input lines of the rectifier RB ₁ behind the electronic switch SCR ₁ , and the resistors R ₉ and R _{11 are the} same in magnitude of the resistance [2].

В качестве источника питания использован источник постоянного напряжения, что не позволяет осуществлять регулирование величины тока потребления генератора колебаний и ведет к снижению чувствительности выключателя приближения при срабатывании. Включение база-эмиттерного перехода транзистора Q₁ параллельно его база-коллекторному переходу не обеспечивает получение зоны устойчивого переключения выключателя при приближении объекта. Тем самым исключается возможность идентификации линейных характеристик выключателей, что приводит к снижению их точности.A constant voltage source was used as a power source, which does not allow controlling the magnitude of the current consumption of the oscillation generator and leads to a decrease in the sensitivity of the proximity switch during operation. The inclusion of the base-emitter junction of the transistor Q ₁ parallel to its base-collector junction does not provide a zone of stable switching of the circuit breaker when an object approaches. This excludes the possibility of identifying the linear characteristics of the circuit breakers, which leads to a decrease in their accuracy.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности выключателя. The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of the switch.

Это достигается тем, что в выключателе приближения в двухпроводном исполнении, содержащем источник питания, генератор колебаний и конденсатор, подключенный параллельно источнику питания и генератору колебаний, который содержит колебательный контур, первый вывод которого соединен с коллектором первого транзистора, а второй вывод связан с отрицательным выводом источника питания, причем база первого транзистора подключена к базе второго транзистора, эмиттер которого через первый резистор связан с катушкой колебательного контура, а коллектор подключен к положительному выводу источника питания, соединенному через второй резистор с базами первого и второго транзисторов, в качестве источника питания использован источник стабилизированного регулируемого тока, а эмиттер первого транзистора подключен к базам первого и второго транзисторов или находится в отключенном состоянии. This is achieved by the fact that in a two-wire proximity switch containing a power source, an oscillator and a capacitor connected in parallel with a power source and an oscillator, which contains an oscillating circuit, the first terminal of which is connected to the collector of the first transistor, and the second terminal is connected to the negative terminal power supply, and the base of the first transistor is connected to the base of the second transistor, the emitter of which is connected through the first resistor to the coil of the oscillating circuit, and Héctor connected to the positive terminal of power source connected through a second resistor to the bases of the first and second transistors as a power source used the constant-current regulated, and an emitter of the first transistor is connected to the bases of the first and second transistors, or is in the OFF state.

Использование в схеме выключателя приближения источника стабилизированного регулируемого тока в качестве источника питания позволяет осуществить регулирование величины тока потребления генератора колебаний, что ведет к повышению чувствительности выключателя при срабатывании. Кроме того, подключение эмиттера первого транзистора к базам первого и второго транзисторов способствует получению зоны устойчивого переключения выключателя, что особенно важно для идентификации линейных характеристик выключателей приближения и повышения их точности. Исполнение выключателя с отключенным эмиттером позволяет использовать его в режиме измерителя расстояния до объекта с высокой точностью. The use of a stabilized regulated current source as a power source in the proximity switch circuit makes it possible to regulate the current consumption of the oscillation generator, which leads to an increase in the sensitivity of the switch during operation. In addition, connecting the emitter of the first transistor to the bases of the first and second transistors helps to obtain a zone of stable switching of the switch, which is especially important for identifying the linear characteristics of proximity switches and increasing their accuracy. The design of the switch with the emitter switched off allows you to use it in the mode of measuring the distance to the object with high accuracy.

Совокупность отличительных признаков предлагаемого технического решения в известных технических решениях не обнаружена, следовательно оно соответствует критерию "существенные отличия". The set of distinctive features of the proposed technical solution in the known technical solutions is not found, therefore, it meets the criterion of "significant differences".

На чертеже изображен выключатель приближения. The drawing shows the proximity switch.

Он содержит источник 1 стабилизированного регулируемого тока, колебательный контур 2, транзисторы 3 и 4, резисторы 5 и 6 и конденсатор 7. It contains a stabilized regulated current source 1, an oscillating circuit 2, transistors 3 and 4, resistors 5 and 6, and a capacitor 7.

Первый вывод колебательного контура 2 соединен с коллектором транзистора 3, а второй вывод - с отрицательным выводом источника 1 стабилизированного регулируемого тока. База транзистора 3 связана с базой транзистора 4, эмиттер которого через резистор 5 подключен к колебательному контуру 2, а коллектор транзистора 4 связан с положительным выводом источника 1 стабилизированного регулируемого тока, который через резистор 6 соединен с базами транзисторов 3,4. Эмиттер транзистора 3 подключен к базам транзисторов 3,4 или находится в отключенном состоянии. The first output of the oscillating circuit 2 is connected to the collector of the transistor 3, and the second output is connected to the negative output of the stabilized regulated current source 1. The base of the transistor 3 is connected to the base of the transistor 4, the emitter of which is connected through the resistor 5 to the oscillating circuit 2, and the collector of the transistor 4 is connected to the positive terminal of the stabilized regulated current source 1, which is connected through the resistor 6 to the bases of the transistors 3,4. The emitter of transistor 3 is connected to the bases of transistors 3,4 or is in the off state.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При удаленном металлическом объекте при подключении схемы выключателя приближения к источнику 1 стабилизированного регулируемого тока электрический ток через резистор 6 поступает на колебательный контур 2, который возбуждается и конденсатор колебательного контура 2 заряжается знаком "+" со стороны вывода, соединенного с коллектором транзистора 3. В первоначальный момент индуктивность катушки колебательного контура 2 препятствует прохождению тока, но по мере заряда конденсатора колебательного контура 2 ток, проходящий через катушку контура, увеличивается и конденсатор перезаряжается на знак "-". Этот процесс вызывает увеличение тока через переход коллектор - база транзистора 3 и резистор 6 и одновременно уменьшение тока через базу транзистора 4, закрывая тем самым транзистор 4. В следующий полупериод работы колебательного контура 2 конденсатор контура снова перезаряжается на знак "+", уменьшая ток, проходящий через переход коллектор - база транзистора 3. Ток через резистор 6 проходит через переход база-эмиттер транзистора 4, открывая его, и далее через резистор 5 и катушку колебательного контура 2 компенсирует потери в катушке контура. В это же время конденсатор 7 сглаживает пульсации тока потребления генератора, вызванные включением транзистора 4. When a metal object is removed, when the proximity switch circuit is connected to a stabilized regulated current source 1, the electric current through the resistor 6 is supplied to the oscillating circuit 2, which is excited and the capacitor of the oscillating circuit 2 is charged with a + sign on the side of the output connected to the collector of transistor 3. In the initial the inductance of the coil of the oscillating circuit 2 prevents the passage of current, but as the capacitor of the oscillating circuit 2 charges, the current passing through the coil cheers, and increases the capacitor is recharged at the sign "-". This process causes an increase in current through the collector-base of transistor 3 and resistor 6 and simultaneously a decrease in current through the base of transistor 4, thereby closing transistor 4. In the next half-cycle of the oscillatory circuit 2, the capacitor of the circuit again recharges to the “+” sign, decreasing the current, the collector passing through the junction is the base of the transistor 3. The current through the resistor 6 passes through the base-emitter junction of the transistor 4, opening it, and then through the resistor 5 and the coil of the oscillatory circuit 2 compensates for the losses in the coil of the circuit. At the same time, the capacitor 7 smooths the ripple of the current consumption of the generator caused by the inclusion of the transistor 4.

При приближении металлического объекта к выключателю приближения изменяется величина индуктивности катушки колебательного контура 2, что прямо влияет на частоту колебаний этого контура. Частота колебаний контура 2 уменьшается, вызывая уменьшение величины тока потребления. При некотором приближении объекта к выключателю колебательный контур 2 прекращает колебания, выключатель переходит в режим постоянного сопротивления, потребляя незначительный ток. When a metal object approaches the proximity switch, the inductance value of the coil of the oscillatory circuit 2 changes, which directly affects the oscillation frequency of this circuit. The oscillation frequency of circuit 2 decreases, causing a decrease in the current consumption. With a certain approximation of the object to the switch, the oscillatory circuit 2 stops the oscillations, the switch goes into constant resistance mode, consuming an insignificant current.

Расстояние приближения объекта к выключателю обусловлено изменением напряжения на выходе и пропорционально напряжению выхода выключателя напряжения. The distance of the proximity of the object to the switch is due to a change in the voltage at the output and is proportional to the voltage of the output of the voltage switch.

Таким образом, использование в качестве источника питания источника стабилизированного регулируемого тока дает возможность регулировать величину тока потребления генератора, что обеспечивает высокую по сравнению с известными чувствительность выключателя. Причем при фиксированных значениях тока выключатель обеспечивает требуемую чувствительность. Подключение эмиттера транзистора 3 к базам транзисторов 3, 4, а также исполнение выключателя с отключенным эмиттером транзистора 3 обеспечивает идентификацию линейных характеристик выключателей приближения и позволяет использовать их в режиме измерителя расстояния до объекта, обеспечивая в обоих случаях высокую точность. Thus, the use of a stabilized regulated current source as a power source makes it possible to control the current consumption of the generator, which ensures a high sensitivity of the circuit breaker compared to the known ones. Moreover, at fixed current values, the switch provides the required sensitivity. Connecting the emitter of transistor 3 to the bases of transistors 3, 4, as well as the design of the switch with the emitter of transistor 3 turned off, identifies the linear characteristics of proximity switches and allows you to use them in the mode of measuring the distance to the object, providing in both cases high accuracy.

Claims (1)

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПРИБЛИЖЕНИЯ в двухпроводном исполнении, содержащий источник питания, генератор колебаний и конденсатор, подключенный параллельно источнику питания и генератору колебаний, который содержит колебательный контур, первый вывод которого соединен с коллектором первого транзистора, а второй вывод связан с отрицательным выводом источника питания, причем база первого транзистора подключена к базе второго транзистора, эмиттер которого через первый резистор связан с катушкой колебательного контура, а коллектор подключен к положительному выводу источника питания, соединенному через второй резистор с базами первого и второго транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности выключателя, в качестве источника питания использован источник стабилизированного регулируемого тока, а эмиттер первого транзистора подключен к базам первого и второго транзисторов или находится в отключенном состоянии. A two-wire APPROXIMATION SWITCH containing a power source, an oscillator and a capacitor connected in parallel with a power source and an oscillator, which contains an oscillating circuit, the first terminal of which is connected to the collector of the first transistor, and the second terminal is connected to the negative terminal of the power source, and the base of the first the transistor is connected to the base of the second transistor, the emitter of which is connected through the first resistor to the coil of the oscillating circuit, and the collector is connected to the final output of the power source connected through the second resistor to the bases of the first and second transistors, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy of the switch, a stabilized regulated current source is used as the power source, and the emitter of the first transistor is connected to the bases of the first and second transistors or is in a disconnected state.