Berührungslose Näherungssensoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Im Berufs- und Amateurfunkbereich musste ich Geräte entwickeln, die eine Kontrolle über die Bewegung von Metallteilen erforderten. Die Industrie stellt verschiedene Arten berührungsloser Näherungssensoren (NPS) her, die ähnliche Funktionen erfüllen und auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien basieren. Die meisten von ihnen waren jedoch aus Gründen mangelnder Empfindlichkeitsanpassung, mangelnder Reparierbarkeit oder hoher Kosten nicht geeignet. Und beispielsweise funktionieren bewährte fotoelektronische Geräte in staubigen oder undurchsichtigen Umgebungen nicht gut.

Leider gibt es in der populären Literatur nur sehr wenige Veröffentlichungen über das Design und die Verwendung von BDPs, die gut für den Einsatz unter solchen Bedingungen geeignet sind und deren Wirkung auf der Änderung des Qualitätsfaktors des Schwingkreises beim Einführen eines leitfähigen Objekts beruht das Magnetfeld seiner Spule. Die im Folgenden beschriebenen BDPs basieren genau auf diesem Prinzip. Sie reagieren auf die Annäherung eines Metallgegenstandes nur von einer Seite. Dies ist sehr wichtig, wenn der Sensor in einer „metallischen“ Umgebung installiert wird, beispielsweise auf einem Maschinenbett.

Die Basis des BDP ist ein einzelner Transistor, dessen Schaltung in Abb. dargestellt ist. 1 wurde das im Artikel „Einfacher Metalldetektor“ (Radio, 1980, Nr. 7, S. 61) beschriebene Gerät verwendet.

Wenn in der Nähe des Transformators T1 kein Metall vorhanden ist, steht der Generator mit induktiver Rückkopplung am Transistor VT1 kurz vor einem Schwingungsausfall. Dies wird durch einen abgestimmten Widerstand R2 erreicht. Die Wechselspannung vom Kollektor des Transistors VT1 über den Kondensator C2 wird über die Dioden VD1 und VD2 einem Gleichrichter zugeführt. Der Wert der gleichgerichteten Gleichspannung entspricht einem hohen (für CMOS-Mikroschaltungen) Logikpegel. Die Annäherung eines Metallgegenstandes an den Transformator T1 führt zu einer Störung der Generatorschwingungen. Die Spannung am Sensorausgang sinkt auf Null.

Der Magnetkern des T1-Transformators ist eine Schale eines gepanzerten Kerns der Standardgröße B22 aus 2000NM1-Ferrit. Die Wicklungen I (120 Windungen) und II (45 Windungen) sind in großen Mengen mit PEV-2-Draht von 0,2 mm gewickelt. Ein solches Gerät reagiert auf die Annäherung von Metall nur von der offenen Seite des Magnetkreises. Getestet wurden Becher aus Ferrit anderer Marken und sogar Carbonyleisen. In allen Fällen wurden gute Ergebnisse erzielt.

Trimmerwiderstand R2 – SP5-2V, Konstanten – MLT. Alle Kondensatoren sind aus Keramik (z. B. K10-17, KM-6), der Transistor VT1 ist eine beliebige Silizium-Hochfrequenz-NPN-Struktur.

Der Arbeitsbereich dieses BDP kann mit dem Trimmwiderstand R2 im Bereich von 0...60 mm eingestellt werden. Während des Einstellvorgangs wird die Spannung am Sensorausgang mit einem hochohmigen Voltmeter oder mit einer einfachen LED-Anzeige kontrolliert, die nach der in Abb. gezeigten Schaltung aufgebaut ist. 2. Es ist zu beachten, dass Ansprechbereichswerte größer als 20 mm äußerst instabil sind und deren Einstellung unerwünscht ist.

Die Schaltung eines komplexeren BDP auf dem K561LN2-Chip ist in Abb. dargestellt. 3. Im Gegensatz zum Vorgänger ist es mit einer integrierten Statusanzeige auf der HL1-LED ausgestattet und verfügt über eine deutlich höhere Belastbarkeit. Sie können sogar eine Relaisspule zwischen dem Sensorausgang und dem Pluspol der Stromquelle einschalten. Dank der Stabilisierung der Versorgungsspannung der Mikroschaltung DD1 ist die durch den Trimmwiderstand R1 eingestellte Sensorempfindlichkeit weniger anfällig für Änderungen.

Die Hauptsensoreinheit ist ein LC-Generator basierend auf den Elementen DD1.1 und DD1.2. Das Element DD1.3 dient als Puffer zwischen dem Generator und dem Gleichrichter an der Diode VD1. Element DD1.4 invertiert das Signal, das über den Leistungsverstärker am Transistor VT1 an den Ausgang gesendet wird.

Kondensator C4 - K50-35, der Rest - K10-17. Trimmerwiderstand R1 – SP5-2V, Konstanten – MLT. Der Aufbau der Spule L1 ähnelt dem des Transformators T1 (siehe Abb. 1). Seine Wicklung beträgt 50 Windungen, gewickelt mit einem Bündel aus vier PEV-2 0,1 mm Drähten.

Schalten Sie beim Einrichten des Sensors zunächst die HL1-LED aus, indem Sie den Schieberegler des Widerstands R1 drehen. Dann wird ein Metallgegenstand zur Spule L1 gebracht. Die LED sollte aufleuchten. Durch Ändern der Position des Metallobjekts wird ein Trimmwiderstand verwendet, um den gewünschten Arbeitsbereich zu erreichen.

Beide Versionen von BDP funktionieren erfolgreich in Industrieanlagen, die unter Beteiligung des Autors entwickelt wurden.

Autor: N. Taranov, St. Petersburg

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