Бесконтактный переключатель
Переключатель формирует управляющие сигналы для исполнительных механизмов при приближении металлического предмета к датчику — чувствительной катушке. Устройство может быть использовано в автоматике, робототехнике, охранной сигнализации. По своим параметрам этот переключатель аналогичен промышленным БТП-101, ВПБ-18 и др., но значительно проще и экономичнее. Кроме того, он с успехом заменяет специализированную микросхему CS209 (датчик расстояния до объекта), которой часто комплектуют различное импортное оборудование.
Принцип работы переключателя основан на воздействии металлического предмета на катушку, входящую в LC-контур генератора. Она помещена в половину броневого ферритового магнитопровода, на открытом торце которого магнитные силовые линии замыкаются через воздух. Режим генератора выбран так, что приближение к торцу металлического предмета вызывает срыв генерации.
Элемент OD1.1, катушка L1 и конденсаторы С1, С2 (см. схему) образуют высокочастотный генератор. На диоде VD1, резисторе R2 и конденсаторе СЗ выполнен выпрямитель, а на элементах DD1.2 и DD1.3 — пороговые элементы, причем первый из них инвертирующий.
В исходном состоянии генератор вырабатывает высокочастотные колебания. При этом на конденсаторе СЗ и, значит, на нижнем по схеме входе элементе DD1.2 и на верхнем элементе DD1.3 действует положительное напряжение большее чем пороговое Uпор равное 0, 5 Uпит Следовательно, на Выходе 1 устройства присутствует низкий уровень, а на Выходе 2 — высокий. При срыве генерации напряжение на конденсаторе СЗ -уменьшается до уровня ниже порогового, в результате чего логический уровень напряжения на выходах меняется на противоположный, т. е. происходит переключение устройства.
Нагрузку, как и обычно, включают в выходную цепь транзисторного усилителя тока (он на схеме не показан), который выбирают исходя из требуемых тока и напряжения. Не исключена и оптронная связь с нагрузкой. Конечно, наличие двух противофазных выходов не всегда обязательно, и можно включить три элемента микросхемы параллельно для увеличения выходного тока. С другой стороны, для построения переключателя достаточно двух логических элементов, поэтому на одной микросхеме может быть выполнено два переключателя.
В устройстве вместо К561ЛП2 может быть использована микросхема К564ЛП2 или другие логические микросхемы с соответствующей коррекцией схемы и номиналов. Катушка L1 — бескаркасная, содержит 100 витков провода ПЭЛШО 0, 1. Ее помещают в ферритовую чашку магнитопровода Б14. Следует отметить, что число витков, провод, типоразмер магнитопровода, емкость конденсаторов не критичны и могут быть изменены в ббльшую или меньшую сторону. Вместо диода КД503А подойдет любой кремниевый высокочастотный или импульсный.
Резистор R2 предназначен для установки чувствительности переключателя. Можно регулировать ее и резистором, включенным параллельно катушке L1. Порог чувствительности переключателя с указанным магнитопроводом соответствует 1...6 мм для парамагнетиков (сталь) и вдвое меньше для диамагнетиков. От размеров предмета, если он крупнее катушки, чувствительность почти не зависит.
Описанное устройство пригодно для подсчета числа деталей (или монет), а также определения материала, из которого они изготовлены. Так, например, оно легко различает материал монет («медь» или «серебро»). Для повышения надежности его срабатывания вслед за выпрямителем следует ввести триггер Шмитта, собранный на свободном элементе микросхемы.
Кроме этого, переключатель удобно применить в электронном тахометре и системе электронного зажигания в автомобиле взамен пока еще дорогой и дефицитной магнитоуправляемой микросхемы серии К1116. В этих случаях для катушки L1 необходимо использовать магнитопровод П-образной формы.